1. 柔性葉片環圈堆保護工應用於橋墩沖刷現地試驗之研究
Study of Field Experiment on Prevention of Bridge-Pier Scouring
by Using A Stack of Rings with Soft Blades
國立成功大學 國立成功大學 國立成功大學
水利及海洋工程學系 水利及海洋工程學系 水利及海洋工程學系
博士候選人 博士研究生 特聘教授
彭大雄* 徐郁超 詹錢登
Ta-Hsiung Peng Yu-Chao Hsu Chyan-Deng Jan
* 通 訊 作 者 ， 國 立 成 功 大 學 水 利 及 海 洋 工 程 學 系 博 士 候 選 人 ， 701 台 南 市 大 學 路 1 號 ，
n8896103@mail.ncku.edu.tw。
摘 要
當水流經過橋墩時，在橋墩周圍產生渦流現象，尤其在大洪水時，渦流現象及渦
流所造成的河床沖刷更為明顯，甚至危害橋墩安全。本研究提出以柔性葉片環圈堆保
護工法消減渦流促使泥砂落淤，進而達到保護橋墩之目的。現地試驗在曾文溪曾文二
號橋下進行，將柔性葉片環圈堆安裝在橋墩的四周，觀察洪水流經柔性環圈堆之水理
特性及觀察洪水過後橋墩四周之河床沖淤變化，以檢驗本研究所提出之河川橋墩柔性
保護工法之成效。柔性葉片環圈堆保護工於 2008 年 3 月底完成安裝，至 2008 年底已
經歷卡玫基等六場颱風洪水的考驗，而 2009 年 8 月更經歷過莫拉克颱風洪水嚴厲之
考驗，更顯示此結溝能承受巨大衝擊。因此，現地試驗結果顯示本研究所提出之柔性
葉片環圈堆保護工能有效改善橋墩四周沖刷現象。
關鍵詞：柔性葉片環圈堆、橋墩、橋墩保護
Abstract
Flow vortexes are generated at the surrounding area of a bridge pier when water passes
it. This phenomenon could cause severe erosion at the bottom of a pier and therefore, it is a
threat to stability of the pier especially during flood events. This research is aimed to
develop a soft device that could effectively eliminate or reduce the vortex phenomenon,
and then reduce the bed erosion, so as to protect bridge pier. Field investigation of the
present research was conducted at the prier #5 of Tsengwen-River Bridge No. 2. The soft
device was made of used tires of motor vehicles, attached with soft metal blades/fins one
tires’ surface. This device is also named as “a stack of rings with soft blades.” The soft
devices were tightly installed around the bride pier. The flow patterns around the bridge
1

2. pier at flood events were observed, and the variations of river bed around the pier were
also observed to check the effectiveness the proposed soft device. The results show that the
soft device could effectively reduce the vortex intensity around piers, so as to reduce
erosion ability and let some sediments deposit around the bridge pier. The proposed device
has been proved having the function of protecting bridge pier against scouring. And the
device also passed the serious test of huge flood of Morakot typhoon in the 2009.
Keywords：A stack of rings with soft blades, Bridge pier, Bridge pier protection
一、前 言
1.1 研究動機
台灣河川坡陡流急，洪水歷程消漲迅速，往往造成河床激烈的沖刷或淤積。河道
過度沖刷或淤積，往往對於各種水工結構物之安全與功能造成負面的影響。河床沖刷
對橋樑安全的影響尤為顯著。因此瞭解橋墩周圍水流及泥砂沖淤機制，進而提出保護
橋墩的適當方法，以避免發生橋墩破壞，為當前刻不容緩之議題。
當水流經過橋墩時，因為橋墩的阻擋，在重力、拖曳力及上升力等的作用下，橋
墩附近水流的流況非常複雜。在橋墩前緣處產生向下射流現象，造成橋墩前緣河床局
部沖刷，而水流流況的複雜程度也隨著沖刷坑的發展而增加，如圖 1 所示。流經圓柱
型橋墩周圍的水流形態，大致分為四部分，其中以向下射流與馬蹄型渦流為造成橋墩
局部沖刷之主要原因。
許多橋樑的破壞是因為橋墩基礎遭河水淘刷，導致橋基裸露而破壞(Ettema,
1980;Raudkivi, 1986;蘇重光, 1995;周憲德等, 2002 和黃進坤, 2006) 河道上的橋墩可能
。
面臨一般沖刷、局部沖刷與束縮沖刷。無論河道中是否有結構物存在，河床可能因為
河道輸砂量的不平衡，產生溯源沖刷，因而危害橋墩安全。河水流經兩橋墩之間時，
水流因為束縮作用，流速加大產生束縮沖刷。另外，水流因為橋墩的阻擋，在橋墩前
緣處產生向下射流現象，造成橋墩前緣河床局部沖刷。一般而言，橋墩前緣河床局部
沖刷對橋墩安全影響最為直接且明顯。橋墩保護工法的研究很多，而各工法的使用皆
有其優缺點。
防治橋墩沖刷的方法大致上可分成三類(黃進坤, 2006 與鄭聰信, 2007)，依序說明
2

3. 如下：(1)強化橋墩局部抗沖刷能力：有塊石、消波塊、蛇籠及混凝土塊，以蛇籠使
用最廣泛，此種方法的缺點，在於其無法與河床面結合並干擾流場，結構體不安定，
而造成保護失敗；(2)降低水流之沖擊力：在橋墩上加裝環套，阻擋向下水流及減弱
馬蹄形渦流，達到減少沖刷之目的。若於橋墩前設置群樁設施，令下游橋墩產生遮蔽
效應，進而減少沖刷；(3)增加橋墩局部的泥砂量：用導流方式將泥砂運移至橋墩沖
刷區，進而補充被沖刷量之泥砂量。
在橋墩保護工法方面，大致可區分為剛性工法及柔性工法。(a)剛性保護工：在河
道中興建固定之水中結構物以保護橋墩受水流直接衝擊，一般常見有拋石工、蛇籠
工、托底工、排樁工、異形塊排置工、護坦工、攔砂堰或潛堰等，其主要目的是以剛
性結構抵抗水流保護橋基，使水流無法直接衝擊橋基，進而加強橋基承受沖刷的能
力。(b)柔性保護工：橋墩前方或周圍設置非完全固定式柔性結構物，如人工水草、
筐網及柔性葉片環圈堆等，使水流經過柔性保護工後，直接降低水流速度及動能，降
低水流對橋墩周圍河床之沖刷能力。近年來開始有較多柔性保護工法的想法及研究。
Chiew and Lim (2000)以兩種不同塊石放置方式，其一在橋墩周圍利用塊石做整體的
填放，另一則將塊石埋放置於底床下，此兩種設置也都由於河床沖刷後導致保護工產
生位移現象，無法達成保護橋墩之目的。Unger and Hager(2006)研究柔性保護工法，
以三種不同方法排列塊石，但經過水流沖刷後都會產生保護工位移現象，而無法有效
的保護橋墩，此現象也是柔性工法所需克服之問題。Yoon(2005)研究不同尺寸及排列
方式之金屬蛇籠放置或埋放於橋墩周圍對於橋墩保護之效果，結果也顯示保護工會因
為產生位移現象導致無法有效防止橋墩基礎沖刷。
1.2 研究目的
有鑑於此，本研究遂提出「柔性葉片環圈堆」保護工法，此工法是採取上述第一
類為強化橋墩局部抗沖刷能力、第二類遮蔽及減緩水流及第三類導流補充泥砂方法，
保護工將泥砂自行補充至裸露基樁處，以達到降低橋墩沖刷之目的。本研究為橋墩沖
刷之現地試驗研究，在曾文溪之曾文二號橋下第五(P5)橋墩進行試驗。將柔性葉片環
圈堆安裝在橋墩的四周，進而觀察洪水流經柔性環圈堆之水理特性及觀察洪水過後橋
墩四周之河床沖淤變化，以檢驗本研究所提出之「柔性葉片環圈堆」保護工法對河川
橋墩保護之成效。現地試驗之研究項目包括：(1)完成柔性葉片環圈堆現地裝配設計：
3

4. 依據現地橋樑及橋墩結構型式，設計柔性葉片環圈之裝配，此一成果將有助於未來應
用於其他結構型式之橋樑，以提高保護效能；(2)完成柔性葉片環圈堆現地之建置：
依據柔性葉片環圈堆現地裝配設計，製作符合現地使用之葉片環圈，並依據現地之地
形及水流條件進行施作，此一成果將可提供未來應用之施工參考；(3)觀測柔性葉片
環圈堆設置後，橋墩周圍流場及底床沖淤變化：記錄柔性葉片環圈堆於現地裝配後，
橋墩周圍流場及泥砂沖淤變化的情形，此一成果將可提供保護工效能分析及保護工法
的調整與改進；(4)分析「柔性葉片環圈堆」保護工法對橋墩保護之功效：透過現地
試驗之記錄，分析「柔性葉片環圈堆」對橋墩之沖淤及穩定性之影響，此一成果將可
評估此工法之現地可行性與保護程度。
二、「柔性葉片環圈堆」保護工特性說明
目前大部分橋墩保護工法，所採用的材質多屬於硬性材質，在受到水流、石頭
與枯枝的撞擊下，保護工損壞，進而影響橋墩安全。本研究所探討的「柔性葉片環
圈堆」保護工具有下列特性：
1. 改變水流方向，減緩流速：由於橡皮環圈以交錯方式設置，因此水流在通過保護
工時，會因保護工不規則的表面造成水流方向變成多方向性，如圖 2 所示，使水
流流速減緩，進而降低水流對於橋墩周圍的沖刷能力。
2. 不易遭到破壞：具有彈性的橡皮環圈，即使遇到石頭或枯木的撞擊，也不容易被
破壞，因為其具有彈性能達到吸震之效果，當受到衝擊時較不易造成損壞。
3. 橡皮環圈隨著地形下沉：當環圈下層的泥砂顆粒被沖刷時，橡皮環圈會隨著沖刷
深度增加而自然下沉，仍舊穩固蛇籠達到保護橋墩的功效，進而避免橋基被沖刷
及掏空。
4. 不破壞現有結構物之設置：此柔性保護工，主要裝置於結構物周圍，不會去破壞
本身之結構，且不影響現有結構物，達到保護橋墩的功效。
5. 保護工容易更換：橡皮環圈可以視需要不斷套疊於蛇籠上，因此就算是環圈向下
淤埋或是遭到破壞，仍可增加環圈至所需高度。
6. 保護工成本便宜：採用廢輪胎作為橡皮環圈，在現地施作設置上所需之經費較低，
4

5. 因此可以在較低經費中，避免橋墩基礎被沖刷及掏空之現象。
三、室內模型試驗結果
室內模型試驗觀察橋墩周圍的沖淤情況，在橋墩上游處 36cm及下游處 24cm處，
分別設置三角型與U型之「柔性葉片環圈堆」保護工，照片 1 及 2 所示。裝置之高度
與基樁頂部的高度相同，且從保護工至橋墩之間的河床內無泥砂顆粒，此時底床之高
度為-10cm且橋墩無覆土之保護，因此利用此方式模擬河床已完全被淘刷至基樁底部
情況，如照片 2 所示(彭大雄, 2007)。
試驗結果顯示，橋墩周圍隨著沖刷歷程之演變，原本已裸露之橋墩基礎逐漸受到
之「柔性葉片環圈堆」保護工之影響，將水流分流至保護工兩側，造成水流流速減緩
及能量之消散，因此流經此處時水流本身之衝擊力被橋墩保護工削弱，而不直接造成
橋墩及其基礎之破壞，且也造成泥砂顆粒從橋墩下游U型「柔性葉片環圈堆」保護工
開始往橋墩上游的三角型「柔性葉片環圈堆」保護工處回淤，如照片 3 所示，並由試
驗觀察中可知，淤積的最大高度為「柔性葉片環圈堆」保護工的裝置高度。
四、現地試驗研究
4.1「柔性葉片環圈堆」保護工配置
經由室內模型試驗初步成果顯示，「柔性葉片環圈堆」保護工法確實能夠促使泥
砂於橋墩四周淤積，達到保護橋墩之目的(陳建宇, 2007 與彭大雄, 2007)。因此本研究
在獲得經濟部水利署第六河川局及交通部公路總局第五區養護工程處的同意下，進一
步於曾文溪之曾文二號橋進行現地橋墩沖刷試驗，而「柔性葉片環圈堆」保護工整體
設計圖，如圖 3 所示。其中，曾文二號橋位於省道台一線上，如照片 4 所示，是連接
善化鎮與官田鄉交通的重要橋樑之一。
在現地試驗研究則以廢輪胎加裝柔性烤漆鋼片製作成柔性葉片環圈，如照片 4
所示。將柔性葉片環圈以鋼索連結，並因地制宜堆疊成「柔性葉片環圈堆」
，而作為
橋墩保護工。由現地勘查瞭解河道橋墩及其周圍實際情況，然後規劃「柔性葉片環圈
堆」橋墩保護工設置方式。照片 5 顯示，P5 橋墩設置「柔性葉片環圈堆」橋墩保護
工後之整體照片。此「柔性葉片環圈堆」保護工大致上分為前端、中間及後端三部分。
5

6. 橋墩前端(迎水端)有三角型柔性葉片環圈堆，如照片 6 所示。三角型堆疊方式之目的
在於分散水流衝擊，以降低水流對橋墩之沖擊力，同時柔性的外表結構，則以消減橋
墩前端馬蹄形渦流及向下射流為主，以避免橋墩前緣之沖刷。為提升環圈堆整體穩定
性，於環圈堆底部配置鋼條網並放置 100 公分厚之石塊，因此利用自體重量穩定環圈
堆結構。在環圈及環圈堆中空部分以收納及堆積流入之泥砂為主，進而強化環圈堆結
構整體穩定性。保護工第二部分設置於P5 橋墩前後間，其兩側懸掛兩排柔性葉片環
圈堆，如照片 7 所示，形成近似長方型之環圈堆。當水流流經橋墩中間部分時，柔性
環圈堆則減緩水流速度並攔截水中泥砂顆粒，使之自然落淤於環圈堆中，以增加橋墩
的穩定性。保護工第三部分則於橋墩後方設置近似方型之環圈堆(照片 8)，其主要目
的為避免水流分流於橋墩後方形成合流，並達到減緩水流使泥砂顆粒落淤於方型環圈
堆中，同時由於環圈堆四周水流流速的減緩，也使泥砂顆粒落淤於橋墩四周，達到保
護橋墩之目的。
「柔性葉片環圈堆」保護工的整體設計以自重為穩定力量，以減少水流對橋墩的
直接衝擊，因此在不影響橋墩與橋台現有結構及受力情況下，於橋墩前端及後端各設
置地籠及石籠裝置加強環圈堆之穩定力量，如照片 9 所示，以利用地籠及石籠的力量
拉住及撐起環圈堆保護工，使其遇颱風豪雨時能發揮功用不被洪水沖毀及破壞，進而
使「柔性葉片環圈堆」保護工有效降低水流之沖刷作用，並使泥砂滯留及落淤，以達
到保護橋墩之目的。
4.2 現地試驗結果分析
「柔性葉片環圈堆」保護工於 2008 年 3 月底完成安裝，完工後至目前經歷七場
颱風洪水之考驗，分別為 2008 年 7 月的卡玫基及鳳凰颱風、8 月如麗颱風及 9 月的
辛樂克、哈格比與薔蜜颱風與 2009 年 8 月的莫拉克颱風，但因 2008 年 7 月及 9 月之
颱風接踵而至，因此在觀察橋墩四周情形時，受到洪水退水時間影響，而後續僅針對
2008 年之卡玫基、辛樂克及薔蜜颱風與 2009 年莫拉克颱風的洪水現地試驗觀察結果
加以說明。
4.2.1 卡玫基颱風之考驗
卡玫基(Kalmaegi)颱風於 2008 年 17 日 21 時在宜蘭南部登陸，18 日 7 時在桃園
6

7. 附近出海。卡玫基颱風為中度颱風，颱風所帶來豐沛雨量造成中南部豪大雨。颱風期
間累積雨量，在台南北寮達 957mm、曾文水庫達 944mm及高雄六龜達 900mm。曾文
溪在卡玫基颱風侵台期間，產生驚人之洪水量(圖 5)，造成曾文二號橋的水位高漲，
令洪水水位接近橋面，而柔性葉片環圈堆保護工完全淹沒情況，如照片 10 所示。
卡玫基颱風帶來的洪水對本研究「柔性葉片環圈堆」橋墩保護工將會是嚴重之考
驗。卡玫基颱風過後河川內之水量逐漸退去，7 月 19 日由橋樑上方觀察水流通過「柔
性葉片環圈堆」橋墩保護工之情形(照片 11)。當出水流通過有設置保護工之P5 橋墩
時，其所減緩水流之範圍比P4 橋墩來的廣泛，而較能產生泥砂落淤之現象。在橋墩
後方之水流流動情形觀察可知，在P5 橋墩之下游水流部份較其它橋墩之下游水流情
形來的穩定(照片 12)，因此較能於橋墩後方產生淤積堆之情形。
卡玫基颱風過後河川水流逐漸退去，於 7 月 24 日進行現地柔性葉片環圈堆橋墩
保護工現況調查與橋墩四周淤積情形的觀測。結果顯示雖然環圈堆保護工已經發揮水
流減速及泥砂落淤效果，但是部分柔性保護工因為遭受到水流衝擊與漂流木撞擊而變
形(照片 13)。因此需要加強柔性葉片環圈之間的連結強度及穩定性。
在進行改善柔性葉片環圈之間的連結強度及穩定性時，須先拆除部份環圈堆。在
拆除與整理維修時發現在柔性保護工泥砂落淤區內有大量泥砂落淤(照片 14)。此顯示
柔性保護工雖然在洪水的沖擊下產生變形破壞，但依然於保護工內部與橋墩四周產生
泥砂淤積現象。此說明柔性葉片環圈堆保護工確實有攔砂功能，但環圈堆本身的連結
強度則需要加強。
經歷此次颱風洪水事件後，本研究針對柔性保護工安裝方法進行檢討及改善。因
為柔性保護工沒有利用橋墩力量以穩定柔性保護工，在柔性保護工抵抗水流沖擊力及
承受漂流木與石塊的撞擊力方面略顯不足，導致柔性保護工產生變形及局部破壞。因
此進行改善及補強時，主要針對柔性保護工的穩定性及環圈間連結承受力進行補強。
補強及改善方法主要是加強橋墩前端及後端柔性保護工的穩定性及抵抗水流之衝擊
力。利用鋼條穩定三角型及方型的柔性保護工，將原先使用的鋼筋網改採用鋼索網，
降低保護工產生變形的情況，並於橋墩前後端柔性保護工內部填充石塊，增加橋墩保
護工整體的穩定性，如照片 15 所示。在中間柔性保護工部分，為增加柔性保護工穩
7

8. 定性，而在兩橋墩間裝置石籠，進而穩定兩側之柔性保護工，亦能增加泥砂落此處的
機會。在柔性葉片環圈裝置方式不是採用堆疊的方式形成柔性葉片環圈堆，而改採用
包覆及掛載於前後端保護工，進而達到擾亂水流及降低水流對柔性保護工的沖擊力，
如照片 16 所示。改善及補強工作於 2008 年 8 月 30 日完成，如照片 17 所示。
4.2.2 辛樂克颱風之考驗
辛樂克颱風(Sinlaku)於 2008 年 9 月 14 日凌晨在宜蘭蘭陽溪附近登陸。辛樂克颱
風為強烈颱風，在颱風期間造成中南部豪雨成災的主要原因，在於颱風持續於台灣北
部附近打轉，陸上颱風警報長達 3 日，而全台累積雨量方面達 1,000mm以上者有 32
個雨量站。其中台中縣和平鄉雪嶺站 1,602mm，嘉義縣阿里山鄉豐山站 1,466mm。
辛樂克颱風侵台期間，颱風所帶來之豐沛雨量及產生之洪水量(圖 6)，造成中南
部豪雨成災。照片 18 顯示，2008 年 9 月 14 日曾文二號橋洪水位高漲，水位接近橋
樑底部，此時柔性葉片環圈堆完全淹沒河水中。
辛樂克颱風過後曾文溪水位逐漸下降，由曾文二號橋之橋樑上方向下觀察到水流
經「柔性葉片環圈堆」保護工之情形，如照片 19 所示。2008 年 8 月底改善後的柔性
橋墩保護工，在經歷過辛樂克颱風洪水後，沒有遭受到漂流木、石塊與洪水沖擊的破
壞情形。此說明改善後的柔性保護工確實能夠抵抗洪水衝擊。柔性葉片環圈堆粗糙而
柔性的外表能夠破壞水流中的大型渦流，而降低水流對於橋墩基礎的直接破壞與沖
擊，最終達到保護橋墩基礎之目的。
4.2.3 薔蜜颱風之考驗
薔蜜颱風 2008 年 9 月 28 日 15 時在宜蘭縣南澳附近登陸，29 日 4 時在桃園附近
出海。薔蜜颱風為強烈颱風，颱風期間造成北部、中南部地區及恆春半島有局部性豪
雨，尤其中部山區有局部性豪雨發生。累積降雨量在嘉義縣竹崎鄉石磐龍 994mm、
屏東縣三地門鄉 632mm及高雄縣桃源鄉溪南 602mm。
薔蜜颱風侵台期間，累積降雨量略小於卡玫基及辛樂克颱風，因此河川的洪水量
也較小(圖 7)。雖然曾文二號橋洪水之水位高度皆略小於上述颱風事件水位低，但柔
性葉片環圈堆依然淹沒在河水中。薔蜜颱風過後曾文溪水位逐漸下降，由曾文二號橋
8

9. 橋樑上方觀察水流流經「柔性葉片環圈堆」橋墩保護工之情形，如照片 20 所示。此
次柔性葉片環圈堆保護工，在經歷薔蜜颱風洪水後，也沒有遭受到漂流木、石塊與洪
水的沖擊而破壞。柔性保護工的環圈堆上面附著更多的樹枝，並於橋墩前後端的橋墩
保護工與地籠間，逐漸產生淤積堆。照片 21 顯示柔性保護工，亦可以利用其攔阻樹
枝及雜物的功用，降低水流對於保護工與橋墩基礎的直接破壞與沖擊，達到保護橋墩
基礎之目的。
4.2.4 2008 年 12 月於橋墩周圍泥砂淤落情況比較
曾文二號橋P5 橋墩柔性葉片環圈堆保護工，經歷台灣 2008 年七、八與九月六場
颱風事件的考驗。為瞭解及比較橋墩周圍泥砂淤落情況於 2008 年 12 月 9 日進行橋墩
周圍泥砂淤落現地勘查。現地觀測結果顯示柔性葉片環圈堆保護工設置後，P5 橋墩
周圍如預期產生泥砂淤積現象。照片 22 及照片 23 顯示，在P4 及P5 與P6 及P5 橋墩
間，在P5 橋墩設置柔性保護工之情況下，泥砂顆粒與石塊逐漸由橋墩後端下游往上
游處產生淤積。在P5 橋墩前、後端的柔性保護工周圍也有泥砂落淤的情形，因此降
低橋墩基礎被水流沖刷破壞的風險，如照片 23 及 24 所示。反觀曾文二號橋P4 橋墩
沒有設置「柔性葉片環圈堆」保護工經歷過洪水沖刷情況下，在其橋基部分發生裸露
之現象，如照片 25 及 26 所示。P5 橋墩在有設置「柔性葉片環圈堆」保護工情況下，
產生落淤情況，可知此柔性橋墩保護工效果不錯。
4.2.5 莫拉克颱風之考驗
莫拉克颱風於 2009 年 8 月 7 日 23 時由台灣花蓮縣登陸，8 月 8 日 14 時於桃園
縣出海，其移動速度相當緩慢，因此在中南部降下超大豪雨。在曾文溪流域所位於之
嘉義縣市及台南縣市，在 8 月 6 日至 11 日期間，約有八處雨量觀測站的雨量資料大
於 2000mm以上，而累積雨量大於 1000mm之雨量站更是超過 20 多處，其中累積雨量
最大的是位於曾文水庫上游之阿里山雨量站，其累積雨量更高達 2900mm，已超越台
灣之年平均雨量 2500mm。因此曾文溪流域上游的曾文水庫於 8 月 8 日pm08:30 時，
因雨量過大而開始洩洪。而水庫入水量破往年紀錄達每秒 11000 公噸，因此洩洪量由
原先每秒 350 公噸至 9 日凌晨時增高達每秒 8277 公噸，而至 13 日曾文水庫才停止洩
洪，而颱風期間曾文水庫降雨量、水位、進水量及放水量歷線，如圖 8 所示。
9

10. 在莫拉克颱風侵台期間於曾文溪流域降下的超大豪雨，造成上游地區發生多處土
砂災害，更因驚人洪水量挾帶著大量塊石、漂流木及大型漂流物造成下游處多處堤防
溢堤及損毀。因此曾文水庫的洩洪量更造成洪水對「柔性葉片環圈堆」橋墩保護工的
衝擊。在曾文二號橋處水位高漲洪水水位已於橋面底部，而柔性葉片環圈堆保護工完
全淹沒，如照片 27 所示。莫拉克颱風過後待曾文溪水位逐漸下降，由曾文二號橋橋
樑上方觀察水流流經「柔性葉片環圈堆」橋墩保護工之情形，而前端三角型保護工將
水流分流並削減渦流之現象 如照片 28 及照片 29 所示 此次柔性葉片環圈堆保護工
， 。 ，
在經歷莫拉克颱風洪水後，保護工整體結構受到輪胎保護下無遭受到漂流木、石塊與
洪水的沖擊而破壞，但保護工的環圈堆依然附著更多的樹枝，而P5 橋墩四周圍之情
形，因汛期期間主深槽水位尚高，而無法觀看周遭整體落淤情形，如照片 30 所示，
但於P6 橋墩下游部分高灘地因颱風洪水之影響已遭沖蝕，如照片 31 所示。因此於莫
拉克颱風所造成的洪水衝擊下，「柔性葉片環圈堆」橋墩保護工整體結構完整，而其
P5 橋墩周圍目前並無產生嚴重沖刷之現象。顯示本研究之橋墩保護工依然可以充分
發揮減少渦流的功用，進而降低水流對於保護工與橋墩基礎的直接破壞與沖擊，以達
到「柔性葉片環圈堆」橋墩保護工保護橋墩基礎之目的。
五、結論與建議
本研究提出以柔性保護工法消減渦流現象，進而達到保護橋墩之目的。以室內模
型試驗為基礎，進一步在曾文溪曾文二號橋下進行現地試驗研究。現地試驗觀察颱風
洪水通過橋墩及柔性葉片環圈堆保護工時，水流對橋墩之影響，進而觀察橋墩周圍河
床沖淤情況。研究結論與建議如下：
5.1 結 論
1. 在現地施作試驗方面，起初係「柔性葉片環圈堆」保護工利用鋼筋籠且未裝滿塊
石，期望能利用河川水流挾砂自然落淤於鋼筋籠內，雖然在三角型及 U 型「柔性
葉片環圈堆」保護工內部及周圍有產生自然落淤之情形，但在卡玫基颱風來時，
洪水中含有大量漂流物直接撞擊柔性保護工導致變形。顯示在未裝滿塊石之橋墩
保護工容易遭受水流沖擊而破壞。將鋼索網裝滿石頭取代鋼筋籠，已經改善了「柔
性葉片環圈堆」中環圈的連結性及環圈堆的穩定性，並經後續多場颱風洪水考驗，
10

11. 驗證柔性葉片環圈堆保護工能夠抵抗水流的沖擊及漂流木的撞擊。
2. 「柔性葉片環圈堆」保護工之輪胎環圈安裝時，設置不同傾斜方向及角度，且在
輪胎外部安裝之柔性葉片可增加摩擦係數，進而達到分散洪水之力量及降低對橋
墩基礎之沖刷。當洪水遇到輪胎內面時，會導致其在輪胎內部打轉亦可抵消洪水
之能量，並利用輪胎之彈性防止塊石、漂流木及大型漂流物之撞擊。
3. 在橋墩上下游之設置地籠與石籠，可以達到穩定整體保護工之功用，若在其外圍
包覆柔性葉片環圈可增加摩擦係數，而將洪水之能量分散造成落淤。若河床發生
逐漸沖刷現象時，地籠與石籠將隨河床面下降而下降，仍可達到保護橋墩基礎穩
定之功能。
4. 比較 P4、P5 與 P6 橋墩周圍淤砂情形，可以明顯看出 P5 橋墩設置「柔性葉片環圈
堆」橋墩保護工後，確實產生泥砂淤積現象，以降低橋墩基礎被沖刷機會，因而
達到橋墩基礎保護之目的。
5. 在經歷過莫拉克颱風洪水之考驗，
「柔性葉片環圈堆」保護工整體結構並未遭到破
壞，顯示在高流量情況下，橋墩保護工依然可以充分發揮攔阻樹枝及雜物的功用，
進而降低水流對於保護工與橋墩基礎的直接破壞與沖擊，以達到「柔性葉片環圈
堆」橋墩保護工保護橋墩基礎之目的。
5.2 建 議
1. 在現地試驗施作部分，因受到卡玫基颱風之衝擊影響，而造成「柔性葉片環圈堆」
橋墩保護工之破壞及變形。但經改善柔性葉片環圈堆橋墩保護工之配置、強度與
穩定度後，經歷後續颱風豪雨事件考驗，並沒有再發生環圈堆變形及破壞之情形。
2. 在橋墩保護工縱向水流裝置方面，在考量使用「柔性葉片環圈堆」保護工法上，
能將「柔性葉片環圈堆」保護工法裝置移至橋台前後端之河床面，而將覆蓋於鋼
索石籠上之柔性葉片環圈堆圍繞橋台底部四周，如此既可加強「柔性葉片環圈堆」
保護工的整體強度，也可達到破壞渦流及保護橋墩基礎之目的。
11

12. 六、誌謝
感謝行政院國家科學委員會 96-2622-E-006-041-CC3 經費支持，並感謝水利署第
六河川局及公路局第五養工處提供本研究之試驗場所。
七、參考文獻
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，中
國土木水利工程學刊，第十四卷、第四期。
2. 陳泳錦，2008，「定量流流況下水深對非均勻橋墩局部沖刷影響之研究」，逢甲大
學水利工程與資源保育研究所碩士論文。
3. 陳建宇，2007，
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，國立成功大學
水利及海洋工程研究所碩士論文。
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，國立成功大學水利及
海洋工程研究所碩士論文。
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第 39 至 44 頁
6. 鄭聰信，2007，「橋墩沖刷保護機構之現地實驗與探討」，國立成功大學水利及海
洋工程研究所碩士論文。
7. 蘇重光，1995，「橋墩及橋台周圍局部沖刷之研究(I)」，行政院國家科學委員會專
題研究計畫成果報告，第 16 頁至第 21 頁。
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Under Live-Bed Conditions.” Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 126(1), pp.
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Department of Civil Engineering, University of Auckland, Auckland, New Zealand.
10. Raudkivi, A.J., 1986, “Functional Trends of Scour at Bridge Piers.” Journal of
Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 112(1), pp. 1-13.
12

13. 11. Unger J. and Hager W.H., 2006, “Riprap Failure at Circular Bridge Pier.” Journal of
Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 132(4), pp. 354-362.
12. Yoon, T.H. 2005, “Wire Gabion for Protecting Bridge Pier.” Journal of Hydraulic
Engineering, ASCE, Vol. 131(11), pp. 942-949.
圖 1 橋墩周圍流況示意圖(Ettema, 1980)
(a)俯視圖
(b)側視圖
圖 2 保護工周圍水流流動情況示意圖
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14. 照片 1 橋墩前端河床設置保護工
照片 2 橋墩後端保護工試驗佈置
照片 3 橋墩保護工試驗結果
圖 3 現地試驗曾文二號橋位置圖
14

15. (a)俯視圖
(b)側視圖
圖 4 曾文二號橋P5 橋墩之「柔性葉片環圈堆」保護工整體設計圖
照片 4 現地試驗使用之柔性葉片環圈
照片 5 橋墩P5 設置柔性葉片環圈堆
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16. 照片 6 橋墩前端設置三角型環圈堆
照片 7 橋墩中間環圈堆泥砂落淤處
照片 8 橋墩後端環圈堆泥砂落淤處
照片 9 橋墩前端河床地籠裝置
16

17. 16,000 0
15,000 雨量 進水量
10
14,000 放水量 水位
13,000 20
12,000
11,000 30
10,000
40
流量(CMS)
9,000
8,000 50
7,000
60
6,000
水位
5,000 70
4,000
3,000 80
2,000
90
1,000
0 100
8 0 0 0 0 8
17 18 19 20 21
7 7 7 7 7
圖 5 卡玫基颱風期間曾文水庫降雨量、水位、進水量及放水量歷線圖
照片 10 曾文二號橋橋墩被淹沒情形(2008 年 7 月 18 日攝)
照片 11 洪水通過P5 橋墩之水流情形(2008 年 7 月 19 日攝)
照片 12 洪水通過曾文二號橋橋墩後方之水流情形(2008 年 7 月 19 日攝)
17

18. 照片 13 橋墩後端保護工變形外觀(2008 年 7 月 24 日攝)
照片 14 橋墩前端保護工內泥砂淤積情形(2008 年 8 月 17 日攝)
照片 15 橋墩前端保護工內部填充塊石
照片 16 橋墩後端改善後環圈堆俯視圖
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19. 照片 17 改善後橋墩柔性保護工整體外觀(Aug. 30, 2008)
圖 6 辛樂克颱風期間曾文水庫降雨量、水位、進水量及放水量歷線圖
照片 18 洪水淹沒橋墩(Sep. 14, 2008)
照片 19 洪水流經P5 橋墩之情形(Sep. 16, 2008)
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20. 圖 7 薔蜜颱風期間曾文水庫降雨量、水位、進水量及放水量歷線圖
照片 20 洪水通過P5 橋墩之情形(Oct. 1, 2008)
照片 21 洪水過後橋墩前端三角型保護工外觀(Oct. 5, 2008)
照片 22 橋墩P5 與P6 間之情形(March 31, 2008)
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21. 照片 23 橋墩P5(設置柔性保護工)周圍泥砂落淤情形(Dec. 9, 2008)
照片 24 橋墩P5 周圍泥砂落淤情形 (Dec. 9, 2008)
照片 25 P4 橋墩基礎裸露情形(Dec. 9, 2008)
照片 26 橋墩P4 與P5 四周圍河床淤砂情況(Dec. 9, 2008)
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22. 圖 8 莫拉克颱風期間曾文水庫降雨量、水位、進水量及放水量歷線圖
照片 27 洪水通過橋墩之情形(Aug. 9, 2009)
照片 28 洪水通過P5 橋墩之情形(Aug. 13, 2009)
照片 29 俯視前端三角型保護工之情況(Aug. 13, 2009)
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23. 照片 30 P5 橋墩周圍之整體情況(Aug. 26, 2009 )
照片 31 P6 橋墩下游高灘地(紅圈處)遭颱風洪水沖蝕(Aug. 26, 2009)
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