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第二章 破壞機制分析（1／3）；原PDF第13–21頁。
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第二章 破壞機制分析 2.1 一般說明 依水利建造物構成材料不同，其損害原因各異且眾多，進行維修補強 時，須先查明破壞原因，對症下藥，減輕或避免二次災害或災害擴大影響， 並依損害發生構件之狀況，選擇合適之工法維修補強，並尊重河川自然演 變機制進行整治。爰本章主要說明破壞分類、歸納 13 種破壞原因及說明各 設施破壞機制，協助檢查(測)時填寫或勾選引發破壞的所有可能源頭事件。 2.2 破壞分類 水利建造物損壞的情形可能來自施工品質的影響，也有可能來自分項 設施自身使用年限，當然更多的影響來自外力造成，如地震、不明水浸入、 環境影響等原因有關。因此一般水利建造物破壞可先歸納為以下四大類別。 另為釐清防水、洩水建造物之破壞類型、破壞機制與破壞原因之關聯，提 出圖 2-4 故障樹分析概念說明，以辨識其主要損壞成因，第一層歸類為「破 壞類型」，第二層歸類為「破壞機制」，第三層歸類為「破壞原因」。 一、水力導致之破壞(Hydraulic Failure)：漫頂溢流、射流、波浪、堤面侵 蝕、與邊坡破壞，亦即破壞之來源係導因於水流、孔隙水壓消散不及 或外物撞擊之作用如圖 2-1 示意。 圖 2-1 水利建造物因水力導致之破壞示意圖 5
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二、大地水力導致之破壞(Geohydraulic Failure)：地震影響之地表隆起或 陷落、堤身滲水、管湧、土壤液化、擠壓錯位等，主要因滲流作用或 地震影響而導致之破壞如圖 2-2 示意。 圖 2-2 水利建造物因大地水力導致之破壞示意圖 三、本體不穩定之破壞(Global Static Failure)：堤身滑動、混凝土裂縫、堤 內孔洞、伸縮縫破損、鐵器鏽蝕，意指水利建造物因為外在環境(如 溫度變化效應、海水或雨水中之化學物侵入)與堤內土壤之壓力變化、 混凝土劣化、鋼筋鐵器、或共構衍生界面，導致構造物本體不穩定並 產生裂縫、剝離、生鏽、滑移或傾倒等如圖 2-3 示意。 圖 2-3 水利建造物因本體不穩定之破壞示意圖 四、機電設備之失效(Electromechanical Device Failure)：機電設備因零件 損壞、故障、老舊、鏽蝕、商品瑕疵或機電耗材已到使用壽命，加上 外在環境影響(如沿海鹽份較高、垃圾堵塞、停電)，導致發電機、抽 水機組、撈污機、水閘門等機電設備之無法正常運作、損壞或使用年 限降低。 6
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圖 2-4 水利建造物破壞機制故障樹分析圖 7
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2.3 破壞原因 根據目視外觀破壞樣態或儀器檢測及監測之結果，除可研判其破壞分 類及破壞機制外，並能確定其破壞主因，綜整可大致歸類為設計因素、施 工因素、操作維護因素、材料因素、老舊因素、排水因素、內水因素、外 水因素、土壓力因素、構造物銜接因素、地質因素、地形因素及其他等 13 項破壞原因，且可能為多重原因導致。各項破壞原因說明如所示，後續則 可根據破壞主因、程度及範圍後，決定維修補強策略。 表 2-1 建造物損壞破壞原因研判說明表 破壞原因 定義 工程構造物設計不符現地狀況，包含設計流量或設計承載力 1 設計因素 等。 2 施工因素 施工不當產生結構物缺失而影響安全者。 人為不當操作或維護不完整(如淤泥、雜草沒有清)導致設備異 3 操作維護因素 常或無法運作者。 4 材料因素 結構物或植生選用材料不當或材料品質不良，造成損壞。 5 老舊因素 設備或材料隨時間劣化導致材質強度不足或磨損，造成損壞。 6 排水因素 因坡面排水或道路排水不良而造成結構物損壞者。 7 內水因素 因坡面或道路等區域之結構物受地表逕流沖刷而損壞者。 因溪水、海浪淘刷或外物衝擊等營力，致使構造物產生基礎淘 8 外水因素 空或破損者。 固床工、護岸及擋土牆等構造物，因背面受土壤壓力作用而損 9 土壓力因素 壞者。 結構物因新舊、材料、共構或轉彎處等銜接不良或收縮膨脹係 10 建造物銜接因素 數及承載能力有差異，遇豪雨洪泛或產生不同程度壓縮沉陷而 造成損壞者。 因地質條件或土壤性質不佳，如泥岩地區等，而使構造物受到 11 地質地震因素 損壞者。 因地勢陡峭或地形起伏變動劇烈直接或間接造成構造物損壞 12 地形因素 者。 13 其他因素 除上述 12 項因素外所產生之損壞原因。 8
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2.4 各設施破壞機制探討 除上述歸納之破壞分類及破壞原因外，各防水、洩水建造物破壞亦會 依其設施種類、設置區域而異，茲分別概述各設施破壞機制如下。 2.4.1 堤防及其附屬設施破壞機制探討 一、堤防 Vorogushyn (2009)指出堤防破壞可歸納為上述水力導致之破壞、大 地水力導致之破壞及本體不穩定之破壞的三大類別。Danka and Zhang (2015)根據全球共 1,004 個堤防破壞之案例，探討造成堤防破壞之最常 見原因，主要案例來源包含匈牙利、德國、美國、荷蘭、以及中國大陸 等國家，其中共有 503 個案例可歸納出破壞之機制與發生原因，而在此 503 個案例中，68.6%係肇因於水力機制，14.3%為滲流造成之破壞，本 體不穩定之因素則佔 7.5%。而臺灣因水文地文環境不同，造成堤防破 壞之主因亦有所差異，經濟部水利署(2011)曾依據各河川分署所提供及 參考相關資料，統計 2001 年至 2009 年不同可能破壞原因之工程案件數 如表 2-2 所示。 表 2-2 各年度河防工程可能破壞原因統計表 河川 坡面 土砂 河道 年度 淘刷 溢堤 環境 波浪 其他 總計 損壞 災害 淤積 變遷 2001 35 18 17 - 1 1 1 167 240 2002 16 - - - - - - 189 205 2003 2 3 - - - - - 12 17 2004 60 3 5 1 1 - - 100 170 2005 28 - - - - - 4 134 166 2006 22 2 - - - - 1 92 117 2007 28 2 3 - - - 1 91 125 2008 29 2 - - 1 - 1 234 267 2009 34 3 1 - - - 3 286 327 總計 254 33 26 1 3 1 11 1,305 1,634 9
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其中「其他」類別為河川分署未提供資料、未記錄或是資料不足無 法判別者，由表可知臺灣因坡陡流急，河川水流沖刷能力強，因此堤防 迎水面基腳或堤面沖刷而造成之破壞相當常見，災害發生原因以基礎淘 刷為主，其所佔比例約 77.2%(不含其他類別)。歸納常見之破壞機制如 下及表 2-3 所示： (一)溢流：當河道內水位高於堤防高程時，河水即會越過堤頂以類似 堰流之方式流向堤防之背水側，此宣洩而下之水流即可能淘刷堤 防背水側之堤坡或腳，進而引發堤防破壞。洪水流量的增大、河 道彎曲處的水位上升、土砂堆積或浮木等使河道斷面縮小、浮木 或垃圾等物體掛淤於橋梁與堰等構造物導致洪水位的局部上升、 或是堤防沉陷等都是造成溢流之原因。 (二)背水側或迎水面堤坡滑移：意指堤坡因無法達到本體穩定而發生 滑移之情形，而此不穩定狀態通常肇因於河道水位以及堤內土壤 孔隙水壓與有效應力之變化，例如堤內土壤在洪峰期間含水量會 增加以致飽和，進而分別降低與增加其摩擦力與下滑力，但高漲 之河水對土體本身穩定能產生效用，故此時堤坡尚不致崩壞；然 當洪峰消退河川水位降低時，迎水面堤坡即可能因為孔隙水壓不 及消散而發生滑移，此現象較易發生於排水性不佳之黏土。 (三)水平滑動：當堤內土壤之孔隙水壓隨河川水位上漲而增加時，堤 防本體填土部分與基礎間之摩擦力將會降低，則當河川水位過高 時，河水對堤防施加之壓力可能導致堤防產生水平滑動而破壞。 (四)土壤滲流：當河道內水位高漲超過堤防背水側地面高程時，背水 與迎水兩側間顯著之壓力差將可能使堤防內部或堤防下方之土壤 因強烈之滲流現象而被帶出至堤防背水側，進而造成堤防破壞。 (五)迎水面堤坡與基礎沖刷：河川水流強大之流速與剪力可能對堤防 迎水面堤坡、堤防基礎、或護岸產生嚴重之沖刷。 10
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(六)沉陷：造成堤防沉陷之原因可能為長時間尺度之地層下陷或瞬間 之土壤液化，因此若颱風豪雨期間同時發生地震，則堤防將有可 能因沉陷而破壞。 (七)地震開裂：伴隨地震而有之地表隆起或陷落，常常會造成水利建 造物斷裂及基底破損。 (八)坡面長樹：樹木的果實被鳥類吃下後種子跟著糞便一起排出到堤 坡中，依靠凹槽裡少許的泥土生根發芽。雖不至於發生立即危害， 但若不立即處理，根系亦可能撐破壁體造成裂痕，爾後容易自該 處損毀進而減少水利建造使用年限。 (九)撞擊：外物撞擊建造物表面亦可能造成堤防護岸毀損，例如浮冰 或船舶等，而在臺灣颱洪期間則常有漂流木、巨石或大型廢棄雜 物隨水流宣洩而下。 表 2-3 堤防建造物之災害成因、受災機制及災損示意 災害狀況 受災機制及成因 災損示意圖 因河床下降或局部區域刷深，引致護 腳(基)工之下陷、流失，造成堤防基腳 (礎)之周邊河床土壤沖刷流失，基腳淘 空裸露呈危險狀態，進而致堤防崩損 破堤災害。 1. 因上游土砂供給減少，或下游土砂 採取等，致河床降低。 堤防基腳 2. 因洪流通過跌水工、固床工後，下 土壤之 游側可能形成跌水，若消能工或護 沖刷淘空 腳工保護範圍不足，致河床局部區 導致堤防 域沖刷下降。 崩損破堤 3. 位於河川彎道凹岸處(水流攻擊坡 位置)、或因障礙物或附近的砂洲， 上游側陡坡彎岸，使水流局部偏 向，導致堤防基腳之河床遭沖刷下 降或局部刷深。 4. 河床下降或局部刷深後，因基腳深 度不足，引致破堤災損。 11
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災害狀況 受災機制及成因 災損示意圖 洪水越過堤防頂部進入堤內者稱之為 溢流，因一般堤防未把溢流視設計條 件來考量，因此若發生溢流會使堤防 破損。會使溢流發生的原因有以下幾 種： 溢流 1. 洪水流量的增大。 所導致之 2. 河道彎曲處的水位上升。 堤防破損 3. 因土砂堆積及浮木等使河道斷面縮 、潰堤 小所導致之氾濫。 4. 因浮木或垃圾等物體掛淤於橋樑、 堰等構造物，所導致之洪水位的局 部上升(水位抬高)。 5. 堤防的下陷。 1. 因水流導致堤防坡面破損的案例， 以因河床沖刷所引發者，因堤防滲 水流 透的進行而崩潰者居多。 所導致之 2. 在河川面積極端狹窄的河道中有大 坡面等 洪水流過時，有時會因所謂的橫向 的破損 侵蝕而削去兩岸的堤防坡面而導致 破損情形發生。 1. 長時間的持續降雨時，堤體內的土 會變得異常濕潤，而使堤體內部土 因水流、 的剪力強度降低與土的單位體積重 降雨的 量增加。因而依據堆土的狀態引起 滲透而 坡面的崩潰。 導致坡面 2. 在洪水的尖峰過後水位若突然迅速 的崩潰 下降時，由於堤體內部的殘留水壓 之故有時會使坡面上產生滑動。 1. 漏水是因洪水長時間持續著，或是 堤體因地震等產生裂縫，或因鼴鼠 鑽孔等，使外水滲透至堤體，而背 坡面附近因漏水而終將引起災害。 水流 2. 在漏水所引起之堤防災害方面有堤 的滲透 體漏水與地盤漏水，由於漏水的持 所導致之 續進行而引起堤防之背坡面破損， 漏水及 此外地盤漏水的情況下有時會引起 隨之而來 管湧，流砂而使堤防破損。 的破損 3. 有時堤體漏水與地盤漏水會同時發 生。但是並非在漏水之後立即會有 危險，一般雖有漏水但水很澄清(不 污濁)時，流量即使比較多其危險性 也不高。 12
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二、防洪牆 針對都市稠密地區常見之垂直防洪牆而言，歸納其破壞機制如圖 2-5 所示，可知防洪牆與堤防之破壞機制類似，差異僅在防洪牆不似堤 防會有堤面滑移之可能，但防洪牆亦可能因外力撞擊或老化而發生本體 破壞之情形。 (圖片來源：修改自 Van Gelder (2009)) 圖 2-5 垂直防洪牆破壞機制綜整圖 三、丁壩工 丁壩工為嵌於河岸，並垂直水流方向延伸入河道之長形構造物，如 所示，其主要目的在導引水流，以避免須保護之河岸或堤防受水流直接 衝擊；另外丁壩設置後一般會在壩頭處(伸入河道端)形成沖刷坑，壩跟 處(與河岸相嵌端)則可能掛淤造灘，形成有利生物棲地之淺灘深潭環境， 如圖 2-6 所示。丁壩工廣泛地施作於臺灣河川中，尤其在流況特殊之河 段(如彎道)更常見其蹤影，依據應用材料之不同，丁壩可分為混凝土塊、 砌石與籠工等三種常見之工法。丁壩之主要破壞機制屬於水力之範疇， 經由水力對河床或壩體之沖刷進而導致丁壩本體之破壞，常見破壞成因 如下： 13
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來源：經濟部水利署《防水洩水建造物維修補強技術參考手冊》，中華民國115年7月。依水利署政府網站資料開放宣告註明出處；本站分章與導覽整理不代表發布機關認可或背書。查核日期：2026年8月31日。