試驗設備與布置

4.2.1 試驗渠槽

本試驗於逢甲大學水工試驗室進行，渠槽整體配置詳如圖 4-1，

詳細規格如下：

1. 試驗渠槽：渠槽全長 13.6m、寬 0.5m、深 0.75m，渠槽側壁之材質 為強化透明玻璃，以利於實驗進行時之觀測。渠槽尾端有一尾水閘 門(tailwater gate)，用以控制試驗水深，渠槽下方有一馬達可抬升前 後渠槽之高程，進而控制坡度。

2. 供水系統：以 15HP(Horse Power)之抽水馬達從蓄水池中抽水，經 由給水管送至定水頭水箱，供應水量至渠槽中。水流經渠槽後流入 尾水池，再經由排水道流進蓄水池，形成一供水循環系統。而定水 頭水箱上緣有一溢流管，可將多餘之水量輸送至尾水池。

3. 流量控制：定水頭水箱至渠槽間設有一控制閘閥(gage value)，可控 制流量流至渠槽中。流槽前端有一60 度之 V 型堰(V-type weir)，以 供量測試驗時之流量。

(a) 頂視圖(plan view)

(b)側視圖(side view) 圖 4-1 試驗渠槽配置圖 4.2.2 試驗橋墩模型

本試驗主要橋墩形式為不均勻圓柱型橋墩，其橋墩與基礎均為圓 水流

方向 定水

頭 水箱 尾水池

排水道 給水管

斜升坡動

床 0.5m

13.6m

整流器 15HP

抽水馬達 蓄水池

8m

尾水池

定 床 定 床

0.75m

升降軸承

60 度 V 型堰 橋墩

閘閥 定水頭水箱

柱型狀，而材質則為中空透明壓克力(acrylic)管所製成，以利光纖視 鏡置入觀測橋墩沖刷現象。由於台灣西部主要河川之橋樑，不均勻橋 墩之設計其D/ D^*大多為 0.4 至 0.7 的範圍（詳如表 4-1）因此本研究 之試驗採不均勻橋墩墩徑比例，基礎直徑(D^*)為 5cm，橋墩直徑(D) 為 2cm，D/ D^*=0.4，規格詳如圖 4-2 所示。

表 4-1 台灣西部主要河川跨河橋樑資料及其相關橋墩形式^[2]

橋名 河川段 橋墩直徑 D(m)

基礎直徑 D*(m)

覆土高度

Y(m)

D/D*

中山高大橋 頭前溪 1.7 4.0 3.8 0.43

中正大橋 頭前溪 2.5 5.5 5.3 0.45

新山線鐵路橋 大甲溪 2.4 5 -8.0 0.48

大度橋 烏溪 2.0 2.6 -2.8 0.77

名竹大橋 濁水溪 2.2 5.6 - 0.39

西螺大橋 濁水溪 2.4 2.5 -9.7 0.96 高美大橋 高屏溪 1.6 2.2 -1.3 0.73 里嶺大橋 高屏溪 2.8 7.5 -5.3 0.37

里港大橋 高屏溪 2.0 5.0 -1.3 0.4

圖4-2 研究試驗之不均勻橋墩規格

2cm

5cm

4.2.3 覆土高度

本試驗採用三種不同覆土高度，並實測橋墩前緣局部沖刷深度，

藉以觀察覆土高度對於橋墩局部沖刷深度之影響。若覆土在橋墩不均 勻面之上，向下射流於沖刷的過程中將會遭遇不均勻面之阻擋，進而 降低橋墩前緣局部沖刷深度；若覆土在橋墩不均勻面之下，向下射流 於沖刷初期即會遭遇不均勻面之阻擋。

由於本試驗墩徑比為 0.4，為了探討覆土高度恰與不均勻面齊平 和位於不均勻面之上與下時，沖刷前後沖刷坑深度與大小之差異，故 覆土高度取為 10mm、0、-10mm 作為試驗之覆土高。而覆土高度之 選定是依據李俊穎(2005) ^[3]之試驗。而本次試驗主要是探討不均勻面 延緩向下射流時所造成的沖刷深，若覆土高度過高時，導致沖刷深無 法到達不均勻面而形成均勻橋墩沖刷，因此本研究設定覆土高度為 10mm、0mm、-10mm 作為試驗之覆土高。

4.2.4 試驗布置

為使水流進入試驗區段時能保持平順穩定，本試驗於三角形缺口 堰下游處擺設消波塊消能，同時設置整流板以減低水位波動，再以吸 管製成之蜂巢式(honey comb)整流器減緩水流紊亂程度，使水流平順 進入試驗區段。

4.2.5 試驗儀器

本研究主要使用量測儀器為光纖視鏡(videoscope)、超音波剖面量 測儀(ultrasonic profiler)、電磁流速計(electromagnetic velocimeter)、管 路手動矩形閘閥、筆記型電腦及攝影機（照相機）等，茲將其規格及 用途等分述如下：

1. 光纖視鏡（照片 4-1）

規格：日本、ファイバービジョン F-6000V。

用途：量測不均勻橋墩沖刷時之沖刷深度與觀測沖刷情況，可配 合 V8 攝影機拍攝。

2. 超音波剖面量測儀（照片 4-2）

規格：日本 MASATAYO、E.P.I-2 型。

用途：用以量測不均勻橋墩附近沖刷坑深度和範圍，了解橋墩周 圍沖刷及淤積之分佈狀況。

3. 顯示式管路手動矩形閘閥（照片 4-3）

用途：其優點為流量的大小可由數字顯示閥來控制，而數字 顯示閥上下開度0~12000數字，無間隙誤差，可確實達到實 驗條件的設定與實際狀況之需求，提升試驗的精確度，以達 成對物理機制之瞭解與控制。

4. 電磁流速計（照片 4-4）

規格：東京計測、SF-5511 型。

用途：量測試驗橋墩上游之接近流速度，放置位置約為橋墩上游 1m 處，採單點量測（0.6 倍水深）。

5. 筆記型電腦

規格：IBM Intel Pentium 4 1.80G

用途：儲存試驗資料，以利分析並減少人為錯誤。

6. 攝影機、照相機

規格：SONY DSC-1、SONY W7。

用途：錄影或拍攝沖刷試驗之結果，藉以探討橋墩周圍流場之流 況與泥砂運移之情形。

照片 4-1 光纖視鏡 照片4-2 超音波剖面量測儀

照片 4-3 顯示式路手動矩形閘閥 照片 4-4 電磁流速計