伍、結果分析與討論
5.1 沖刷坑與淤積堆之縱斷面變化
水流通過橋墩時，橋墩周圍產生的局部沖刷坑，主要由橋墩迎水 面所產生的向下射流及馬蹄形渦流兩者的交互作用所形成，同時於墩 前產生最大沖刷深度。而馬蹄型渦流在通過橋墩後，於橋墩下游處形 成消散與尾跡渦流的產生，導致渦流效應減弱，致使受水流作用往下 游移動的泥沙，因渦流攜帶泥砂能力不足而落淤形成淤積堆。
不同間距的上下游連續橋墩與墩徑比
D/D*=0.4，在不同覆土高
度下之沖刷坑與淤積堆中心線變化情形，如圖5-1~圖 5-5。各種結果 顯示，大體而言在橋基裸露的情況下（Y 為負值），所造成之沖刷深 度較大，且最大沖刷深度均發生於橋基前緣，又沖刷坑影響範圍約自 橋墩中心向上游最大達 1.8D 之距離；而其淤積堆的高度較低且向下 游延伸較長之距離，最大達44.4D 之長度。此乃由於橋基裸露時，橋 基之阻水面積增加，加大向下射流之強度所致。橋基裸露時淤積堆的高度較未裸露情況為低，可能因為不均勻面 之影響，導致尾跡渦流所造成的水流流況紊亂且複雜，因此將沖刷坑 中不穩定的泥沙帶往更下游處。由水工實驗沖刷過程可知，淤積堆是 由沖刷坑中之泥沙所帶出而形成，並一層一層的漸漸往下游延伸，直 至穩定。
換言之，覆土高度低於橋基時，沖刷行為由橋基兩側開始，而後 漸次轉移至橋基前緣。由於向下射流造成橋基前緣之局部沖刷，雖然 有不均勻面之阻擋效應，初期略有減緩沖刷之趨勢，惟因橋基阻水面 積加大，導致最終沖刷深度仍漸次加大，以達到最大沖刷深度而趨於 穩定。同時也從試驗中發現，在定量流況下，當覆土高度在不均勻面 之上時（Y 為正值），即橋基未裸露時，由於向下射流於沖刷過程中
遭遇不均勻面之阻擋，因此橋基前緣最大沖刷深度低於橋基裸露之情
-80 圖 5-1 為上下游連續橋墩之不同間距（Y=1.25D、2D、3D、4D、
5D）於不同覆土高度之河床縱斷面變化，從覆土高度來探討之，不 論予何種間距，當橋墩基礎未裸露(Y=+10mm)、覆土高度與橋墩不均 勻面齊平(Y= 0mm)時，由於覆土高度與不均勻面之影響，而減緩向下 射流之強度，導致墩前向下沖刷時間延後發生；此沖刷情形在橋墩基 礎未裸露(Y=+10mm)時較覆土高度與橋墩不均勻面齊平(Y= 0mm)時 之沖刷情形佳；而橋墩基礎裸露(Y=-10mm)時，沖刷情形為三種覆土 高度中較差，如圖 5-1 所示。
針對不同間距與不同覆土高度分別探討後發現，當橋墩基礎未裸
露(Y=+10mm)時，會延長墩前向下沖刷時間，但間距 1.25D 和間距 2D 因上下游連續橋墩間距離太近，導致上游橋墩產生渦流，使上游橋墩 無法有效地保護下游橋墩，更使得下游墩前提早向下沖刷，造成下游 墩前沖刷深度較上游墩前深，如圖 5-1 所示。
當覆土高度與橋墩不均勻面齊平(Y= 0mm)時，受到不均勻面之影 響比橋墩基礎未裸露(Y=+10mm)時小，所以墩前向下沖刷時間比橋墩 基礎未裸露(Y=+10mm)時短，但由於下游橋墩受到上游橋墩之保護，
因此下游墩前向下沖刷時間較上游墩前沖刷時間長；不過，間距1.25D 和間距 2D 因上下游連續橋墩間距離太近，所以並無法有效地延長下 游墩前向下沖刷之時間，如圖 5-1 所示。
當橋墩基礎裸露(Y=-10mm)時，受不均勻面之影響更小，無法有 效地延長墩前向下沖刷之時間。當間距越小時，下游墩前沖刷深度無 上游墩前深；當間距越大時，下游墩前沖刷深度會與上游墩前沖刷深 度漸漸靠近，當間距為 4D 和 5D 時，上下游墩前沖刷深度相同，如 圖 5-1 所示。
當覆土高度位於不均勻面之上（Y=10mm）時所產生之沖刷深度 較小，同時其沖刷坑與淤積堆範圍皆較小，此乃為沖刷過程中因向下 射流遭遇不均勻面而減緩水流強度，以致所造成之沖刷深度與範圍均 變小。因此可知不均勻面具有減緩沖刷深度之功效。
由圖 5-1 可看出在動床試驗中，不同覆土高度及不同縱向間距 下，在相同之墩徑比(D/D*)條件下，各沖刷坑之幾何形狀均相似，並 未隨著覆土高度改變而有太大的變化。墩前之沖刷坑邊坡坡度大致相 同，即近似於水中泥砂之安息角（約為 30~34 度）。此乃因為泥沙顆 粒在沖刷坑底部受到渦流的作用而被帶往下游，而上部的顆粒因重力
的作用而崩落到底部，進而又被帶至下游，此現象反覆振盪直到平衡 狀態。於墩前的最大沖刷位置，因為渦流作用使得整個沖刷坑的形狀 近似一倒置截頭的圓錐體，並呈現一弧形的情況。而在墩後由於尾跡 渦流的抬升作用，形成一上舉力，使得泥沙顆粒較容易向下游移動，
產生之沖刷坑坡度較墩前平緩。