¶ 高速公路耐震補強工程具特殊性之補強案例資料｜8. 河川橋基礎沖刷於深槽區及高灘地之補強方式（1／3）
發布機關：交通部高速公路局
版本／性質：111年7月；耐震補強工程案例
原始來源：官方出版頁 ｜ 官方原始PDF
使用提醒：本件為111年7月出版的耐震補強案例資料，非通用設計或施工規範；各專題的地震需求、地質條件、材料數值及施工限制須連同原工程背景閱讀。
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-以M37E 標國3 烏溪三號橋為例
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河川橋基礎沖刷於深槽區及高灘地之補強方式 -以 M37E 標國 3 烏溪三號橋為例
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河川橋基礎沖刷於深槽區及高灘地之補強方式 -以 M37E 標國 3 烏溪三號橋為例 摘 要 臺灣河川多屬坡陡流急，每逢暴雨即水勢洶湧，劇烈沖刷橋橔柱基礎及橋台處之河床，週 而復始導致橋梁墩柱傾斜或其他型式之破壞而造成交通中斷，人命及財物的傷亡損失更是歷年 來重覆地發生在我們的周遭。河川橋可能受天然或人為因素影響，導致橋址附近河床因沖刷或 向源侵蝕下降，造成橋梁基樁或沉箱結構體裸露，受水流力或地震力作用之結構行為改變且貫 入土層深度減少，進而降低了橋梁之耐洪與耐震能力。 河川沖刷之橋基補強應蒐集河川歷年航照圖、歷年測量斷面圖及河川治理規劃等相關資料 研判河道特性及變遷範圍，考量河川長期變化對橋梁安全所造成的影響。本文以國道 3 號烏溪 三號橋為例，提出橋梁基礎於深槽區及高灘地之補強策略。 關鍵字：橋梁耐震補強、河川沖刷、基礎裸露、基礎補強。 一、耐震補強第 M37E 標基本工程資料說明 第 M37E 標 工 程 範 圍 ( 國 3 統 一 里 程 ； STA.207k+859~STA.212k+184 及 STA.221k +540~STA.224k+685.1)包含國道 3 號主線路段霧峰高架橋~中興交流道主線穿越橋所有橋梁。 其中烏溪三號橋段計約 4,132 公尺，於第二高速公路後續計畫快官草屯路段第 C333 標霧峰芬園 橋梁工程中完成，全橋計區分為 17 個單元，每單元含 3～7 個跨徑，除於跨越中投公路處採 70 公尺之跨徑外，其餘跨長均配合穿越道路與水路需求採 30～55 公尺配置。上部結構係以預鑄斜 撐版配合懸臂工法、支撐先進工法及場鑄逐跨架設工法之預力箱形梁為主，其中除第 1 單元跨 越中投公路為大跨徑變梁深外，餘各單元均為等梁深；至於南下線第 6、10 單元及北上線第 6、 10 單元因須配合國道 6 號銜接匝道、橋面寬度變化甚大，故採場撐逐跨架設工法或就地澆鑄工 法施築。下部結構橋墩部分於陸地上除第一單元跨越中投公路兩側採 V 型壁式外，其餘均為長 圓型墩柱與雙懸臂帽梁型式，配合橋寬變化而有柱寬與帽梁長度之分類；於河床內則考量洪流 沖刷因素，須採圓型墩柱與雙懸臂帽梁並配合流向略微錯隔，橋台為溢土式，基礎於河床內採 場鑄全套管基樁，陸地部分則為直接基礎。烏溪三號橋工程位置詳圖 1。 對於本標範圍橋墩最大可能沖刷深度，分析求得烏溪三號橋橋墩編號 P59R 最大可能沖刷 深度約 13.66 公尺，而非汛期現況調查顯示，橋墩基樁已裸露至樁帽下方逾 1.9m，故需進行橋 墩基礎補強。 8-1
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圖 1 第 M37E 標烏溪三號橋工程位置 第 M37E 標工程基本資料如下： 1. 工程名稱：國道高速公路後續路段橋梁耐震補強工程(區段 1-2)第 M37E 標 2. 工程地點：國 3 統一里程；STA.207k+859~STA.212k+184 及 STA.221k +540~STA.224k+685.1 3. 主辦機關：交通部高速公路局 4. 執行單位：交通部高速公路局第二新建工程處 5. 設計、監造單位：台灣世曦工程顧問股份有限公司 6. 承攬廠商：義力營造股份有限公司 二、烏溪三號橋沖刷影響評估 2.1 橋墩沖刷計算參數 1. 計畫洪水位 國 3 烏溪三號橋跨越烏溪，烏溪為中央主管河川，計畫洪水位採用 100 年重現期距標 準，管理機關為經濟部水利署第三河川局，歷年來已陸續辦理河川治理規劃如「烏溪水系 主流及其支流南港溪與眉溪治理規劃檢討」(經濟部水利署水利規劃試驗所，106 年 6 月)、 8-2
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「烏溪本流河床穩定與治理對策之研究」(經濟部水利署，95 年 12 月)及「烏溪流域聯合整 體治理規劃」(經濟部水利署，92 年 2 月)，烏溪三號橋位於河道中心里程約 28k+235(河川 大斷面編號 49)～28k+702m(河川大斷面編號 50)之間。本橋梁上游側洪水位為 67.59m (河 川大斷面編號 49-1)，橋址下游側洪水位為 67.05m (河川大斷面編號 49-0)，如表 1 所示。 表 1 烏溪水理因素表 資料來源：烏溪水系主流及其支流南港溪與眉溪治理規劃檢討(水利署水利規劃試驗所，106 年 6 月) 2. 曼寧粗糙係數 烏溪本流各河段曼寧粗糙係數 n 值採用值詳如表 2 所示，曼寧粗糙係數 n 值取用為左 高灘地 0.043、深槽 0.041 及右高灘地 0.043。 表 2 烏溪本流各河段曼寧粗糙係數 n 值採用表 溪別 斷面編號 左高灘地 深槽 右高灘地 00～04 0.024～0.025 0.024 0.024～0.025 05～13 0.027～0.029 0.027 0.027～0.029 烏溪本流 14～34 0.037～0.039 0.037 0.037～0.039 35～43 0.040～0.041 0.040 0.040～0.041 44～129 0.041～0.043 0.041 0.041～0.043 資料來源：烏溪水系主流及其支流南港溪與眉溪治理規劃檢討(水利署水利規劃試驗所，106 年 6 月) 8-3
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3. 河床質 依據烏溪流域聯合整體治理規劃(經濟部水利署，92 年 2 月)本橋址河段(河川大斷面編 號 50)代表粒徑(D50)為 105mm。 4. 河道長期沖淤 依據「烏溪水系主流及其支流南港溪與眉溪治理規劃檢討」(水利署水利規劃試驗所， 106 年 6 月)烏溪河道沖淤趨勢分析，基於保守考量工址取河川大斷面編號 50 於 76～102 年間河床沖刷深度 3.57m。 2.2 橋墩最大可能沖刷深度 依據交通部「公路排水設計規範」，橋墩最大可能沖刷深度為局部沖刷深度、河槽橫斷 面束縮導致之沖刷深度、河床質移動層厚度及河床長期沖刷深度之和，如圖 2 所示。 圖 2 橋梁下部結構沖刷深度示意 關於局部沖刷深度及河槽橫斷面束縮計算採用公路排水設計規範「附錄 21 橋基沖刷深 度估算參考公式」，刪除極端值後取平均值為建議橋墩局部沖刷深度。河床質移動層厚度採 用目前國內常用日本經驗公式=0.2*橋墩上游側水深，至於河床長期沖刷深度之評估一般採用 歷年水利主管機關測量調查資料推估。 2.3 流路變遷 因本段河道(大里溪匯流口至烏溪橋)較為順直，故主深槽頗為集中，較下游段之流路變動 為小，大體而言仍沿凹岸運行(圖 3)。惟國道 3 號下游(約斷面 45~50 間)，流路有迫近左岸 之芬園堤防(斷面 45)之現象，因此水利主管機關已辦理堤防基礎加強工程作業。經比對歷年 來測量資料、衛星空拍影像資料及「南投段及斗南段轄區橋涵隧道檢測工作(106 年)報告」顯 示河道之平面擺盪範圍及沖刷情況，主深河槽由北岸往南岸移動趨勢，屬變遷河道(辮狀河川)， 8-4
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如圖 3~5 所示。 烏溪橋 烏溪三號橋 資料來源：摘自「烏溪本流河床穩定與治理對策之研究」(經濟部水利署，95 年 12 月) 圖 3 大里溪匯流口至烏溪橋段主深槽歷年變遷(民國 76~95 年) (資料來源：摘自「南投段及斗南段轄區橋涵隧道檢測工作(106 年)報告」) 圖 4 烏溪三號橋歷年航照圖比對圖 8-5