第二章 文獻回顧
2.3 現有沖刷監測技術[6]
常用之沖刷深度量測技術有聲納(Falco，2002)、雷達(Millard，1998 及 Forde，
1999)、時域反射(Yankielun，1999)等，近期也有採用光纖感測器進行沖刷 量測的技術被開發(Lin，2005)。分別簡述如下：
(1) 埋設橋址之磚塊：將特別標註之磚塊事先埋設於橋址處附近之河道中， 為光時域反射技術(Time Domain Reflectometer, TDR)之研究，國外有專門為 此一技術之發展所組成之固定研討會，相關學者也利用此一技術開發許多
(5) 表面型沖刷測深計：表面型設備則是利用重力式探頭、重力式漏斗，以
外發展中也是最常用之光纖感測器為光纖光柵感測器（Fiber Bragg Grating sensor, FBG）和藉由布理淵散射所做成之布理淵散射儀（Brillouin Optical Time Domain Refectometer, BOTDR）。應用光纖感測計量測沖刷深度，其量 測機制為將不同波長的 FBG 埋置安裝於橋梁基礎不同高程，藉由河床沖刷
理，如表 2.2，其中比較了六項特性：即時性為是否能於沖刷歷程中即時取 得沖刷深度數據；回淤監測則是該監測設備在洪峰退去，沖刷坑開始回淤 時是否能量得其土壤深度變化；在洪水來襲時，河水中流木、石塊衝擊，
以及混濁泥沙之水流能見度及低之惡劣環境下是否影響其監測訊號之準確 性及監測系統的可靠性；監測系統量測的數據是否易於處理分析，能夠更 迅速且直接得知沖刷現況；監測系統是否需要電力供應驅動系統，於颱洪 惡劣天候中如無法確保電力供應穩定則無法確保沖刷監測之可靠性；整體 設備價格以 50 萬元為分界，大於則屬昂貴，以具經濟性及可靠性的沖刷監 測系統進行沖刷監測以利封橋預警，實屬實務應用最重要的課題。
表2.1 傳統河川沖刷監測系統[10]
沖刷深度 水位 水流流速
埋設於橋址之磚塊 超音波水位計 鉛魚
無線電小型訊號器 自計式水位計 聲波杜普勒剖面儀
超音波沖刷測深計 電波測速儀
表面型沖刷測深計 螺旋、旋杯測速儀
重錘式沖刷測深計 電磁測速儀
埋入型沖刷測深計 電磁測速儀
表2.2 沖刷儀器比較[6]
(Data Interpretation) 性能比較
沖刷計
即時性 (Immediacy)
回淤監測 (Silt up)
電源供應 (Power Supply)
費用 (Cost)
註：○-good for use；ᇞ-Fair for use；X-Not good for use/Not needed。
圖 2.1 台 3 線里港大橋橋梁倒塌斷裂[5](林呈，1996/08/06)
(a) P34及其右側之蛇籠工已流失 (b)由側面所見P34~P35之災情
(c)P35 ~ P38之包墩已沖毀流失
圖 2.2 國道 1 號中沙大橋 P34~P39 橋基保護工受損[4]
圖2.3 台 3 線東豐大橋 P4b 橋墩倒塌[4]
(a)引道伸入河道中導致上游壅水、高灘地崩塌
(b)橋址處因束縮沖刷破壞情形 圖2.4 台東縣北里橋破壞情形[5]
(a)颱洪前
(b)颱洪後
圖2.5 竹林大橋於瑞伯颱風破壞情形[4]
圖2.6 高屏大橋斷橋事故[11] 圖2.7 高屏大橋斷橋事故(續)[11]
圖2.8 高屏大橋斷裂落橋事件[6]（林呈教授空拍，2000/8/28）
圖2.9 中二高濁水溪橋基樁受磨蝕鋼筋外露[4](2001/08/02 台灣營建 研究院)
圖2.10 國道 1 號中沙大橋橋基裸露情形[6]
圖2.11 國道 1 號中沙大橋 P30 橋墩基礎裸露情形[4](2004/8/11 台灣 營建研究院)
圖 2.12 國道 4 號神岡高架橋基礎裸露情形[5]（林呈教授空拍，
2004/7/6）
圖2.13 台 6 線龜山大橋 P2 橋墩下陷[5]（林呈教授空拍，2004/8/30）
圖2.14 台 3 線蘭勢大橋落橋事件[5]（林呈教授拍攝）
圖2.15 台 13 線后豐大橋斷落事件[6]
圖2.16 台 18 線五虎寮橋斷橋[12]
圖 2.17 雙園大橋斷橋空拍[13]
圖2.18 雙園大橋斷橋(新園端)[13]
圖2.19 河床沖刷分量 (周獻德等，2001)
圖2.20 橋墩沖刷示意圖(李俊穎，2005)
圖2.21 裸露橋基沖刷流況示意圖 (林呈，1998)
圖2.22 (a)~(e)因保護工造成之束縮沖刷示意圖[14]
圖2.23 跌水沖刷示意圖[14]
(a) 洪汛期前，保護工未合攏，大部分水流經過未合攏區
(a) 剛性堰體完工通水情形
(b)洪水通過剛性堰體，並在下游產生沖刷情形
(c) 洪水加大在下游產生劇烈跌水沖刷，下游沖刷坑加大及河床刷深 情行
(d)河床刷深加大並伴隨向源侵蝕，導致剛性堰體下方河床質被掏空
(e)下游受水流與自重交互作用而斷裂，洪水消退後下游河道深槽化之 情形
圖2.24 (a)~(e)剛性堰體受跌水沖刷過程示意圖[14]
圖2.25 (a)~(f)向源侵蝕示意圖[14]
圖2.26 側向侵蝕示意圖[14]
圖2.27 樁側摩擦阻力、樁端的 點承力示意圖[7]
圖2.28 沖刷後樁側摩擦阻力、
樁端的點承力示意圖[7]
1 3
2
1
1
3
3
圖2.29 土壤極限平衡之 應力莫爾圓示意圖[7]
圖2.30 試體之破壞面示 意圖[7]
圖 2.31 軸力彎矩影響示意圖[7] 圖 2.32 樁軸力彎矩 超過樁本身之容量示意圖[7]
圖2.33 沉箱式基礎快速計算分析法計算流程[9]
蒐集基本資料
計算沖刷深度
計算剩餘覆土深hleft
計算各種外力
計算垂直軸力P與底部彎矩M
計算偏心距e
計算基底有效承載面積Aeff
計算基底垂直反應力q
計算基底土壤極限承載力qu
計算安全係數S.F.
圖 2.34 沉箱基礎沖刷過程位移示意圖
圖 2.35 旋轉中心示意圖
圖 2.36 Case1: 0.3 D hleft
計算分析模式圖
圖 2.37 Case2:0.3 1.3 D hleft
計算分析模式圖
圖2.38 Case3: 1.3 D hleft
計算分析模式圖
圖2.39 橋墩基礎臨界傾倒破壞自由體圖
圖 2.40 沉箱臨界傾倒土壓分佈示意圖
圖2.41 名竹大橋埋設沖刷磚之沖刷監測示意圖[15]
圖2.42 超音波河川沖刷監測[16] (James D.Schall，1999)
圖2.43 TDR 河川沖刷監測 (Charles H.Dowding，1994)
圖2.44 磁性滑動套環沖刷監測示意[16] (James D.Schall，1999)
圖2.45 重力懸垂式河川沖刷監測（Richard K. Kawa，1993）
圖 2.46 防撞式沖刷監測設備[6]
圖2.47 即時攝影式河川沖刷監測（NOAA, US，2000）
(a) 河床斷面溫度分佈圖
(b) 溫度式沖刷計示意圖
(c) 溫度式沖刷計於不同深度之溫度記錄 圖 2.48 利用溫差變化進行河川沖刷監測[17]
圖2.49 現地光纖沖刷量測系統配置[18]
圖2.50 洪峰時光纖沖刷監測系統量測資訊[19]