¶ 防洪建造物工程設計講義－第 121–132 頁
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5、牆式護岸另一常見之破壞型態為基礎地質不良， ，譬如構
造物施設於舊河道，因其地層承載能力不足，設計時未
予挖除置換，或進行地盤改良加強加強地盤承載能力使達到
一定強度，或打設基樁增加承載能力，導致不均勻沉陷
或結構物下陷。
6、牆式護岸延堤線方向應設置伸縮縫，間距：鋼筋混凝土
結構可為20m，混凝土結構可為15m，漿砌石結構可為
10m；在堤基條件改變處應增設伸縮縫，並作防漏處理。 。
相片4-33 牆式護岸照片
圖4-45 牆式護岸示意圖(一)
圖4-46 牆式護岸(懸臂式)示意圖(二)
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第伍章 工程設計成果檢核
一、 通洪能力檢核
水道功能主要在暢洩洪流，因此水道設計斷面大小需足以排洩設計頻
率洪峰流量。本署主管之中央管河川、排水在治理前均會先辦理治理
規劃，取得相關水文水理數據後，據以訂定治理計畫，決定水道治理
計畫線、計畫洪水位與計畫堤頂高，並辦理水道治理計畫線、用地範
圍線公告(中央管區排僅公告用地範圍線)。
因此進行通洪能力檢核，宜先了解該溪是否已核定治理計畫。
(一) 治理計畫已核定
檢核堤防、護岸臨水側堤肩線是否依治理計畫線布設，堤頂
高程是否依計畫堤頂高設計。
(二) 治理計畫未核定
依本署「水文分析參考手冊」及其他相關手冊方法，依最新
測量之河道斷面資料計算決定計畫洪水位，加計適當出水高
後訂定計畫堤頂高。
二、 安全性檢核
(一) 作用於防洪建造物之內外營力
堤防、護岸、防洪牆等順水流向建造物除本身自重外，亦受
水流與土砂等外力 衝擊，影響建造物之穩定與安全；設計時
需對各種可能內外部作用力有充分了解並加以分析 解並加以分析，使建造
物達到安全穩定且能發揮預期之功能。建(構)造物所承受之
內外營力分述如下：
1、 自重：建(構)造物本身受地心引力而產生的力量 ，其構材
的水中重量，可依下式計算之。
𝑊𝑤= (𝜌𝑏−𝜌𝑤)g × 𝐾𝑣× 𝐴𝑏× 𝑡𝑏
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式中，𝑊𝑤：構材的水中重量
𝜌𝑏：構材之比重
𝜌𝑤：水之比重
𝐴𝑏：構材之垂直投影面積，詳如圖5-1。
𝐾𝑣：體積修正係數，構材實際體積與控制高度𝑡𝑏為
之方形體積之比，詳如圖5-1。
圖5-1 構材投影面積示意圖
2、 主動土壓力：採用陡坡式或直立式構造物時，為抵擋構造 式構造物時，為抵擋構造
物背後(堤內側背水面)之土而產生之主動土壓力。 。
3、 被動土壓力：構造物基腳前趾 ：構造物基腳前趾(堤外側迎水面)回填土層，
因背後土壓作用使構造物前移時所產生之被動土壓力。 。
4、 水壓力：：防洪構造物迎水面由於河水上漲而產生之水壓力；
又如構造物堤內側背水面土層中亦有發生水飽和情況時，
在飽和水面以下部份產生水壓力。
5、 浮力 (上揚力)：構造物全部或部分浸沒於水中時，構造物
體積排開水而產生上浮的力量。 。流水作用於構材塊體之浮
力L 可依下式估算之，此式是以能量方程式所導出之動能
來表示的形式。
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L = 𝜌𝑤× 𝐶𝐿× 𝐴𝑏× 𝑉𝑑 2
式中，L：作用於構材單位面積之浮力(kg/m 2)
𝜌𝑤：水之單位重(kg/m 3)
𝐶𝐿：浮力係數
𝐴𝑏：構材之垂直投影面積，詳如圖5-1。
𝑉𝑑：近傍流速，為近防洪構造物的流速，依防洪構造
物類型不同計算方式不同，通常以設計代表流速
𝑉0代替。
6、 掃流剪應力：水流與構造物接觸時因表面阻流而產生剪應 而產生剪應
力，此剪力有曳引構造物之作用。有曳引構造物之作用。水流在物質界面產生之理
論性的掃流剪應力 τ如下式
τ = 𝜌𝑤× 𝑢∗
式中，τ ：單位面積河床上之掃流剪應力
𝜌𝑤：水之單位重(kg/m3)
𝑢∗：摩擦速度，於寬廣之河渠橫斷面的水深變化小、
縱斷面水流緩之狀況，𝑢∗之定義如下式
𝑢∗= 𝑉0/∅0
式中，𝑉0：設計代表流速，通常為經一維模式或曼寧公式所
推算之平均流速值𝑉𝑚,，再考量局部流況依相關
經驗修正之流速值。
∅0：流速係數，∅0 = 6.0 + 5.75 log(𝐻𝑑/𝐾𝑆)，𝐾𝑆為坡
面粗糙高度，可假設為𝐷𝑚，最大可假設為2.5𝐷𝑚；
𝐻𝑑為設計水深。
7、 曳引力：水流觸及構材塊體產生之曳引力D 依下式估算之，
此式亦是以動能來表示力的形式。
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D = 𝜌𝑤× 𝐶𝐷× 𝐴𝐷× 𝑉𝑑
2
式中，D：作用於構材單位面積之曳引力(kg/m 2)
𝜌𝑤：水之單位重(kg/m 3)
𝐶𝐷：曳引力係數
𝐴𝐷：構材塊體突起部之水平投影面積，詳如圖5-1
𝑉𝑑：近傍流速
8、 衝擊力： ：當水流 沖擊構造物時，由於阻擋水流改變流速及
流向而產生沖擊力，稱為流體沖擊力；若水流挾帶土石及漂
流木沖擊構造物，亦會對構造物產生沖擊力，稱為巨礫沖擊
力。流體沖擊力屬於面的沖擊力，與構造物安定性分析相關；
而巨礫沖擊力為點的沖擊力，為評估構造物坡面材料的耐
撞程度，與構造物坡面構材強度和厚度相關，會產生局部破
壞，而比較不會危及構造物整體之安全性。
9、 基礎垂直壓力：構造物自重及外界作用力加於構造物後， 加於構造物後，
在基礎產生之垂直方向壓力。 。
10、 基礎水平移力：構造物受到外界水平壓力時在水平方向 時在水平方向
產生移動之力量。 。
(二)安全分析檢核項目
防洪建造物之安全性評估，藉由(1)抗傾倒、抗滑動及基礎 動及基礎
承載力； ；(2)滲流分析；(3)抗水流剪應力之 之評估；(4)沖刷
深度等分析，檢核建造物是否穩定安全。
建(構)造物本身之穩定性，所需考量因子 因子主要為主動土壓力、 、
被動土壓力及超額孔隙水壓力， ，藉由抗傾倒、抗滑動及基礎 動及基礎
承載力 分析來檢核結構穩定性；此外，外在因子如檢核結構穩定性；此外，外在因子如滲流分析、
水流剪應力（拖曳力）及河床沖刷量 之推估等亦影響結構穩
定性，因此也必須考量納入安全評估。
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另有關堤防斷面之決定，應在洪水流量能安全流洩之原則下，
考慮築堤材料之性質，基礎地盤之狀態及流水之狀態等而決
定，原則應滿足下列條件：
1、 內外坡面依其土料種類性質，應有充分安定之坡度。
2、 滲漏線應在堤防內坡(背水坡)之內。
3、 堤內或基礎地盤內滲透水之流速及水壓，均不致發生土料
顆粒流出之現象等。
(三)堤防、護岸建造物安全檢核
當建造物受到外力 作用時，除建造物本身須有足夠之強度抵 抵
抗外力所產生之應力外，在整體構造上必須安定 外，在整體構造上必須安定，安定檢核
應包括：
1、 抗滑動 動檢核
阻抗滑動力之和 Fr
(FS)s = 推動滑動力之和= Fo
一般設計時之抗滑動安全係數需達 需達 1.3以上。
以堤坡穩定之圓弧滑動破壞分析為例，安全係數可簡化為：
式中，C：土壤黏著力
L：破壞圓弧總長度
N：作用於法線方向之分力
T：作用於切線方向之分力 線方向之分力
tanψ：堤身土壤內磨擦角
改變圓弧之中心，經反覆試算可求出安全係數FS 之最小值，
進而決定危險斷面，其滑動破壞安全係數之判斷如下：
式中，FS＜1.0 不穩定
FS = 1.0 ~ 1.2 穩定但不可靠
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FS = 1.3 ~ 1.4 挖土或填土可穩定
FS ≧1.5 土壩穩定可靠
2、 抗傾倒檢核
阻止傾倒之力矩 𝑀𝑟
(FS)𝑜= 推動傾倒之力矩= 𝑀o
一般設計時之抗傾倒安全係數需達 需達 1.5
3、 基礎承載力 檢核
防洪建造物進行基礎設計時，需滿足土壤的允許承載力如表
5-1，土壤的承載力不足時，則需進行置換或地盤改良；一
般可以攪拌水泥固化、拋置塊石或加鋪混凝土基底層、打設
基樁等方式加強。
式中，σmax ：基底最大壓應力
FV ：垂直方向合力
B ：構造物基底寬度
e ：偏心距
為獲得建造物基礎土壤之容許承載力，應蒐集相關資料及作
地質調查後決定，通常可由試驗求得之極限承載力，除以安
全係數2 作為容許承載力。
(1) 建造物或重要構造物基礎設計應考慮之載重有靜載重、
活載重、風力、地震力、上浮力、土壤及地下水之作用
力、振動載重及施工期間之各種臨時性載重等。
(2) 基礎地層承受之最大基礎壓力視載重作用方向、分布以
及偏心等而定。設計時，應考量不同階段中可能同時發
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生之載重組合，作為設計之依據。
表5-1 不同土壤安全承載力概估值
土壤 噸/平方公尺
黏土、軟 10
中 20
硬 40
砂、細而鬆散 10
細而緊密 30
粗而鬆散 30
礫、鬆散之砂礫混料 40
緊密之砂礫混料 50
硬盤 100
堅硬頁岩 100
4.抗水流沖蝕檢核
水流在河道內流動時，當水流與河床、河岸或堤坡上建(構)
造物接觸時，因表面阻流而產生剪力，此項剪力有曳引構造
物之作用，稱為掃流剪應力。水流在物質介面產生之理論性
掃流剪應力τ如下式：
τ = 𝜌𝑤∙𝑢∗2
掃流剪應力可能會造成結構物滑動、位移、捲起等型態破壞，
故在進行堤防、護岸工程護坡工與護坦工等單元設計時，應
先了解各護坡工與護坦工單體重量是否足以抵擋掃流力之
曳引；如有不足，則應加大單體重量、或採聯結加大群體重
量，或採砌築加大互制箝力等方式辦理加固。
(1)護坡工一體性弱時：例如坡面拋置塊石護坡
堤防、護岸堤坡在考量各類填方材安息角穩定需求下，
一般採Ｖ:Ｈ<1:1.5。當坡面工坡度緩於1：1.5，並採用
拋石工護坡時，為避免拋石被水流掃流移動脫離，所需
拋石粒徑大小應先分析確定。
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1
𝐷𝑚= { 𝜌𝑠 𝑉02} × 𝐾
𝐸12×2g×[𝜌𝑤−1]
式中𝐷𝑚：石材平均粒徑(m)
𝐸1 ：亂流強度影響係數(0.86~1.20)
g ：重力加速度
ρ𝑠：石材之比重
𝜌𝑤：水之比重
𝑉𝑜 ：設計代表流速
K ：傾斜坡面工修正係數，其值為
1
K = 2 𝜃 cos 𝜃√1−(tan tan∅)
Θ ：坡面工傾斜角
∅ ：石材於水中之安息角
(2)護坡工一體性強時：例如坡面採乾砌塊石護坡
當坡面工坡度緩於1：1.5，並採用乾砌石或預鑄混凝土
異型塊坡面工，則當掃流力大於臨界掃流應力時，即會
使構材發生移動。為此，另定一無因次掃流應力𝜏∗𝑑，作
為河床質、塊石或混凝土異型塊等構材受到約束的情形
下，產生啟動的臨界條件指標；其理論為當構造物本體
之臨界無因次剪力等於水流之無因次剪力，視為臨界安
定條件。無因次掃流應力𝜏∗𝑑如下式：
𝑉𝑜2
𝜏∗𝑑= ∅𝑜(𝑠∙𝑔∙𝐷𝑚)
式中：𝜏∗𝑑：無因次掃流應力
𝑉𝑜 ：設計代表流速
∅𝑜 ：流速係數
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ρs
S ： -1，ρs為粒料之比重，ρw為水之比重 ρ
𝐷𝑚：平均粒徑(m)
對應於水平河床不受圍束之石材，其無因次掃流應力
𝜏∗𝑑=0.05；另外，當石材位於傾斜坡面上，𝜏∗𝑑應修正為
𝜏∗𝑠𝑑如下式：
2 1 tan 𝜃
𝜏∗𝑠𝑑= 𝜏∗𝑑× 𝐾= 𝜏∗𝑑× cos 𝜃√1 −( tan ∅)
式中，∅為石材水中安息角，θ為坡面傾斜角度。
由無因次掃流應力公式，可推求坡面工、護坦工採用工法
所需之石材或混凝土異型塊最小平均粒徑，如下式：
𝑉02
𝐷𝑚≥ 2
⁄ )} ⁄ −1)∙𝑔 {6.0+5.75𝑙𝑜𝑔(𝐻𝑑𝐾𝑠 ∙𝜏∗𝑠𝑑∙(𝜌𝑠𝜌𝑤
式中：𝐷𝑚：石材平均粒徑(m)
𝜌𝑠 ： 石材之比重
𝜌𝑤： 水之比重
𝑉𝑜 ： 設計代表流速
𝐻𝑑 ：設計水深(m)
𝐾𝑠 ：河岸粗糙高度，可假設為𝐷𝑚~2.5𝐷𝑚(m)
θ ： 坡面工傾斜角
𝜏∗𝑠𝑑 ：無因次掃流應力
g ： 重力加速度
依據本署編製之「河川復建工程工法檢討與技術圖說資料庫
建置」成果報告書(100.12)，造成防洪建造物破壞或處於臨
界破壞型態之外力，主要為水流之掃流剪應力、水流之上揚
力及曳引力、背後土壓力及水壓力作用等；各類構造物型式、
破壞型態、安全分析模式，茲摘錄如表5-2至表5-4所示。
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