橋樑斷裂預警

豪雨及湍急的河川對於橋墩的沖刷，易使得橋墩的穩定度降低，甚至失去平衡而造 成意外，這些都會影響橋樑的安全。因此必須有一套合理的封橋機制，一方面監測目前 橋樑的狀況，另一方面則對於雨量和河水沖刷的力道進行分析，以便在斷橋發生之前能 夠封橋，避免人員與財產上的損失。劉惠文(2008)彙整土石流與水流的衝擊力對於橋樑 結構損壞之影響，分為基礎損壞、橋墩結構損壞、橋台損壞及上部結構損壞四種類型，

本研究分別整理如下：

一、 基礎損壞

基礎損壞包含橋樑結構的獨立基腳、樁基礎及沉箱基礎有損壞之情形。當土 壤承載力不足、混凝土剪力破壞、錨錠破壞及鋼筋撓曲降伏時，獨立基腳易損壞。

任何一種破壞均可能造成橋樑下部結構之傾斜、倒塌，亦會造成橋樑上部結構的 破壞。

二、橋墩結構損壞

受到洪水沖刷或土石流衝擊效應，側向作用力增加造成橋墩傾斜、傾倒或相 對位移。橋墩受到過大的力量衝撞時，導致維持橋樑結構之混凝土脫落，甚至使 得橋墩主鋼筋外露斷裂。

三、橋台損壞

溪流的凹岸有河岸側向侵蝕沖刷的力量，土石流和洪水沖刷導致基腳掏空，

使得坡腳失去側向支撐力，增加下滑的動力。因此橋台下的地基承載力不足，導 致橋台或橋墩基礎產生基礎位移、傾斜或旋轉，甚至有落橋的情形發生。

四、上部結構損壞

上部結構損壞起因於地震力之作用，土石流或河水通常是從下部結構進行破 壞，而使上部結構失去應有的支撐，以致於落橋毀壞。其中可分為兩點敘述如下：

(一) 若土石流流動深度高於橋面版，甚至高於橋面版時，土石流的衝擊力會造成橋 樑斷裂，或上部結構會有推移錯位的情形。

(二) 橋柱、基礎或橋台任一結構破壞，皆可能導致上部結構連同破壞，例如橋台傾 倒而導致橋面版失去支撐而落橋。

劉英英(2010)則發現以八八水災而言，許多中斷的橋樑是因為位於偏遠地區，政府 並沒有辦法經常性的照顧。並且這些橋樑其實並非位於200 年以上的洪峰流量之流域，

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主要這些橋樑的型態為單跨的橋樑，沒有橋墩立於河中阻礙水流，多跨橋樑及長跨距吊 橋的數量則較少。另外，當橋墩的距離較短，或橋墩的半徑較大時，則沖刷的深度較其 他橋樑深。發現在超大的洪水中，一般設計的橋樑均被嚴重沖刷。在不同的洪峰深度下，

對於橋墩沖刷的深度與橋墩半徑也有密切的關係。因此若為長跨距的橋樑設計、盡量避 開河流主要流經的路線、改變橋墩的形狀，或採取減低與水流衝擊的截面積等方式，才 能夠讓中上游地區往下游沖刷的河流和砂石，能較不破壞橋樑之結構。

黎杰侖(2006)指出橋墩地樁的側向位移改變量，將受到沖刷深度的影響。一開始的 位移現象可視為線性關係，但當相同的側向力量加諸於橋墩時，隨著沖刷深度的增加，

地樁水平位移增加的幅度亦愈趨明顯，近似於拋物線而非線性關係。研究發現當橋墩的 地樁裸露情形越來越嚴重時，若以相同的外力加諸於橋墩時，橋墩可能應聲倒塌的機率 就越高。代表橋墩若要承受大量從中上游地區往下沖刷的水流或泥砂時，則必須有較穩 固的地樁。

何鴻文等(2007)指出若作用於橋樑的外力，已大於橋樑結構能抵阻之外力時，將使 得橋樑有失去平衡、傾斜、位移、下陷或崩塌毀損之情形。國內對於橋樑的監測預警系 統，早期著重於監控橋樑結構體的傾斜、變位及沉陷等物理量變化，但對於橋樑基礎遭 沖刷之監測較不為關心。監測預警系統的觀測項目可分為「橋樑基礎沖刷深度」及「橋 樑結構的完整性」兩大部分，分別敘述如下：

一、 橋樑基礎沖刷深度的觀測，其目的在於即時反映橋墩的沖刷掏空深度，以便於判 斷橋樑的安全性。其項目包含：(1) (最大)沖刷深度、(2)沖刷回淤的深度、(3)水位、

(4)水流流速。其中由沖刷深度與回淤深度之監測，可得知在洪水侵襲的期間，其 橋墩遭河川沖刷裸露的情形，進一步判斷承載力是否有所不足。另外，由水位與 水流流速之監測，可得知通過橋樑的河水單位流量。平時觀測的結果可以觀察該 河段內的沖刷深度與水流流量及流速之間的關係。

二、 橋樑結構完整性的監測，是因為河道遭受沖刷時，可能使得橋墩的垂直承載力降 低，土壤的側向支撐力也會下降，使得橋墩可能產生沉陷、變形傾斜、位移等狀 況，甚至橋樑將會倒塌，故必須透過相關物理量之監測管理，以提升行車安全。

其項目包含：(1)結構體的反應頻率；(2)結構體的沉陷量；(3)結構體的位移量；(4) 結構體的傾斜量。其中結構體的沉陷量、位移量及傾斜量主要是監測其結構是否 有異常的變化，使得橋樑結構有不穩定或承載能力不足的情形發生。當結構體的

完整性降低時，橋樑的反應頻率也就隨之改變。

預警值的設定主要考量的因素，包含橋面上的行車安全與舒適感、橋面下結構系統 安全性與強度無虞，以及橋梁結構穩定性無虞等。門檻值的設定標準一共可以分為兩種，

共通點為都有預警值(Alert Levels)與行動值(Action Limit)。根據林福來(2002)對於預警值 與行動值的定義，預警值為設計之標準，若監測的數據達到預警值時，相關單位應提高 警覺，並增加觀測頻率，甚至採取必要措施；行動值為有危害行車安全的標準，因此緊 急應變措施必須在觀測值超過預警值，並且未超過行動值前立即處理。

何鴻文等(2007)整理橋墩沖刷的警戒值、行動值之設定方法，如下所示：：

一、 最大沖刷深度＝河床下降量＋洪水時可能最大的沖刷深度。

二、 注意值＝設計基本容許沖刷深度。

三、 警戒值＝設計最大容許沖刷深度。

四、 行動值＝危險臨界沖刷深度。

陳松堂(2010)整理交通部公路總局新版颱風豪雨期間封橋標準作業程序，封橋的時 機如下所示：

一、各橋樑的警戒水位與封橋水位：

(一) 列為重點監控的橋樑：

1. 警戒水位及封橋水位依現場狀況檢討與分析後訂定。

2. 颱風豪雨過後應重新檢討。

(二) 其他橋樑：

1. 警戒水位：距離橋樑樑底1.5 公尺。

2. 封橋水位：距離橋樑樑底1.0 公尺。

二、有下列情形但未達封橋標準時，仍得提前辦理封橋：

(一) 橋樑欄杆、伸縮縫有變位，橋台或橋墩有傾斜、下陷及土石淹沒之異常狀況，

或其他部位有異狀者。

(二) 橋墩附近水流流況有特殊流況(如橋樑上下游側突然有繞流或側向侵蝕等狀 況)，或有其他異常河床變動時。

(三) 橋樑上游如有水位站及雨量站時，觀察水位與雨量資訊，於過去數小時內河川 水位急遽上漲，且上游集水區持續降下豪雨時。

(四) 夜間無法辨識水流狀況時，亦得以封橋。

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(五) 強烈地震後，發現欄杆及橋面版伸縮縫變位過大，橋面版隆起、斷裂，橋台、

橋墩傾斜或下陷等有立即性危險者。

(六) 事故部分車道受阻或雙向交通阻斷。

(七) 橋樑引道邊坡研判有坍塌之虞者。(順向坡滑動之虞) (八) 其他天然災害或人為事故等事件。

(九) 無預警已達封橋標準之狀況。

本研究彙整上述研究者所提及的橋樑斷裂之肇因與影響，如表2.3 所示。

表2.3 橋樑斷裂肇因與影響之相關文獻整理

作者與年代 說明

黎杰侖(2006) 橋墩地樁的側向位移改變量，將受到沖刷深度的影響。隨著沖刷深度 的增加，地樁水平位移增加的幅度就增加越快，近似於拋物線關係。

劉惠文(2008) 橋樑崩壞可以分為基礎損壞、橋樑結構損壞、橋台損壞，及上部結構 損壞。

何鴻文等 (2007)

監測預警系統的觀測項目可分為「橋樑基礎沖刷深度」及「橋樑結構 的完整性」兩大部分。「橋樑基礎沖刷深度」包含(1) (最大)沖刷深度、

(2)沖刷回淤的深度、(3)水位、(4)水流流速。「橋樑結構的完整性」則 包含 (1)結構體的反應頻率；(2)結構體的沉陷量；(3)結構體的位移量；

(4)結構體的傾斜量。