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第二章 破壞機制分析（2／3）；原PDF第22–31頁。
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(一)壩頭河床沖刷：無論丁壩構築之角度是上挑、垂直或下斜，均會 在壩頭處形成沖刷坑，若壩頭之埋設基礎過淺或無適當護坦保護， 則壩頭將會過度下沉導致壩身斷裂與壩頭流失。 (二)若為砌石丁壩，則壩體表面之石材可能因水流剪力過強而遭沖 刷。 (三)壩身可能因河中過大雜物與河床質之碰撞而損壞。 (四)丁壩若施設於砂質河床上，則洪水時其基礎河床可能因沖刷而產 生不均勻沉陷，若壩身撓度不夠則將造成破壞。 (五)壩根與河岸銜接介面易遭水流集中加速破壞。 圖 2-6 丁壩工配置示意圖 四、固床工 固床工為垂直水流方向之長形橫向構造物，主要目的係避免或減緩 溪床沖刷。由於固床工在河川治理之應用上極為廣泛，且其橫亙於河道 全斷面，因此在設計上必須格外注意，以避免產生嚴重之河道穩定與生 態棲地等問題。固床工若依材料區分，較常運用者為混凝土與砌石兩大 類。另外在型式方面，以縱向而言其大致可分為階梯式與斜坡式兩類， 階梯式較適合施作於坡降較陡之河段，兩者亦可合併運用，例如將斜坡 式構築於階梯式之尾端以作消能用；若以橫向而言，混凝土固床工可分 為連續全斷面鋪設以及豆腐塊間隔鋪設兩種。近年來由於生態意識高漲， 14
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新施作之固床工已極少採用連續全斷面鋪設之方法，中大型河川多以豆 腐塊施作固床工，而在小型河川或野溪則多嘗試砌石固床工。與丁壩工 相同，固床工之主要破壞機制亦為水力沖刷，常見破壞成因如下： (一)固床工下游淘刷：固床工下游若未施設適當之消能措施，則水流 將對固床工下游河床產生淘刷，隨者淘刷之擴大將造成向源侵蝕 之效果而危及固床工之基礎，導致固床工傾斜或阻抗力不足而流 失。 (二)固床工基礎河床流失：造成固床工局部之塌陷，若其本身撓度不 夠則將導致縱橫向不均勻沉陷，加速淘刷後破壞。 (三)填充料遭吸出：混凝土塊或砌石間隙填充料可能遭水流吸出，主 體鬆動後造成混凝土塊或砌石傾斜上揚，如此將加劇基礎河床與 固床工表面之沖刷潛勢。 (四)橫向沖刷：固床工設置雖可減緩固床工上游沖刷潛勢，然若水位 抬升過高，亦有可能使河道朝蜿蜒狀演變，增加側向沖蝕之可能 性(Riley, 2003，圖 2-7)，因此若固床工與河岸之銜接介面未妥善 施工維護，則水流將在交界面進行橫向沖刷後導致固床工破壞。 (圖片來源：Riley (2003)) 圖 2-7 固床工造成河道橫向沖刷示意圖 15
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2.4.2 護岸破壞機制探討 護岸破壞機制將先由裸露坡面探討，再依序針對臺灣常見之植生、拋 石、砌石、籠工與混凝土等堤岸說明常見破壞機制。 一、裸露坡面 依據 Fischenich (1989)之研究，裸露坡面之破壞機制可分為三大 類： (一)水力機制(Hydraulic Force)：泛指因水流近岸剪力超過土砂抗沖蝕 臨界剪力(Critical Shear Stress)而造成之河床、坡趾或河岸沖刷現 象，其成因通常與流速或流向之變化有關。在流速變化方面可能 之成因包含灘地土地利用改變、橋墩束縮通水面積、以及彎道二 次流效應影響(如圖 2-8)等；而在流向變化方面，可能之成因包含 河中島或砂洲之堆積、主支流交會、不適當之丁壩與護岸配置等。 (圖片來源：Johnson and Stypula (1993)) 圖 2-8 彎道二次流效應造成河岸沖刷示意圖 16
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(二)大地力學機制(Geotechnical Instabilities)：泛指河岸因受外力或地 下水流之影響，致使土體下滑力(主由重力造成)大於摩擦力(主為 土壤剪力強度)而產生之本體崩壞，除了人為因素(如岸頂行車或 增加載重)之影響外，此破壞機制最主要之成因在於土壤含水量之 變化，且破壞通常發生於洪峰過後之退水期(Fischenich, 1989)，茲 羅列數種可能成因如下： 1.河岸土壤孔隙水壓不及消散：河岸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(假設不發生水力沖刷)，故此時河岸 尚不致崩壞；然當洪峰消退河川水位降低時，河岸本體即可能因 為孔隙水壓不及消散而發生崩塌，此現象較易發生於排水性不佳 之黏土。 2.地下水滲流：若河岸中間夾雜有砂質土層，則當洪水消退時該砂 質土層可能因地下水滲流作用而被帶出，初期造成上層土壤因無 法承受重力而崩落，最後則發生塊狀傾倒或滑落，如所圖 2-9 示。 (圖片來源：Fischenich (1998)) 圖 2-9 地下水滲流引至河岸破壞示意圖 3.土壤收縮：土壤顆粒會因乾濕季節交替或冰凍-溶解之循環而產生 擴張與收縮，進而易造成張力裂縫而引發崩壞。 4.地層條件：各類水利建造物於不同地層條件之可能破壞模式如表 2-4 所示。 17
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表 2-4 建造物於不同地質條件之可能破壞模式 岩床與 岩床上覆 項目 疏鬆砂石 凝聚性土壤 巨礫塊石堆積 沖積層 基礎沖刷、承載力不足 塊石撞擊 基礎沖刷 基礎沖刷 土石堤防 造成之全面破壞、 基礎沖刷 土岩界面沖刷 管湧 邊坡破壞、沉陷 護岸、 基礎沖刷、承載力不足 基礎沖刷 基礎沖刷 擋土牆式 土岩界面沖刷 造成之全面破壞、 土岩界面沖刷 管湧 堤防 邊坡破壞、沉陷 丁壩、 塊石撞擊 基礎沖刷 基礎沖刷 基礎沖刷、沉陷 固床工 土岩界面沖刷 土岩界面沖刷 水門、 基礎沖刷 基礎沖刷、承載力不足 - 基礎沖刷 抽水站 土岩界面沖刷 造成之全面破壞、沉陷 5.其他尚有土壤液化與毛細現象等會造成河岸之崩壞。 (三)混合型：一般在現地已崩壞之河岸絕少是僅肇因於前述兩項機制 之一，大多皆為兩種機制之交互作用與影響，較常見之現象包含 以下三種(此三種現象亦可能交互發生)： 1.河岸下半部土砂首先遭水力沖刷，上半部形成類似懸臂之形狀並 進而因本體不穩定而崩落，接著崩落之上層土砂復因水力機制而 遭沖刷。 2.鄰近坡趾處之河床首先遭水力作用而形成沖刷坑，造成坡面之坡 度增大進而引致本體之崩壞。 3.河岸首先因土壤剪力強度低於下滑力而發生本體崩塌，崩塌並堆 積於坡趾處之土砂本可減少河岸繼續崩落之潛勢，但這些堆積土 砂可能旋即遭受水力沖刷而流失，致使河岸繼續崩落。 二、植生坡面 植生護岸是在裸露河岸上植生，並藉由(1)植物根系增加土壤剪力強 度；以及(2)莖部遇水倒伏後保護坡面防止土壤沖刷等功能，來達到保護 河岸之目的，因此其破壞機制與裸露坡面相同，依其成因可歸納為： 18
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(一)植物根系抗力不足 1.植物根系未深入至可能破壞面以下，產生與裸露坡面相似之楔形 或弧形破壞。 2.植物根系無法抵抗過強水流剪力而遭拔除，亦將造成土壤鬆動而 加劇坡面沖刷。 (二)坡趾淘刷降低坡面穩定性，進而產生坡面滑動或崩落。 (三)河岸坡面覆土不足或坡度太陡：在砂礫層河岸或混凝土護岸上若 採覆土植生方式，則若覆土厚度不足將造成植物根系無法深入， 進而導致植生坡面不穩定。 (四)植生物種未存活。 (五)保護長度不足：彎道凹岸處若設置之護岸工長度不足，則下游與 未保護河岸之交界處將產生側向沖刷，進使護岸後方土壤流失產 生破壞。 除了上述五項植生護岸破壞之成因外，在施作植生護岸時應注意以 下兩點： (一)植生物種之根系雖能增加土壤剪力強度，但亦會增加土壤之下滑 力。 (二)較高之植生物種會受風力而晃動，其根系會產生力矩進而降低河 岸穩定性。 三、拋石護岸 拋石護岸之破壞機制與裸露坡面相同，皆與水流作用力以及拋石與 河岸本體穩定力學機制有關，此處將探討現地已破壞拋石護岸常見之型 態(Mode)，並列舉其可能發生成因。依據 Blodgett and McConaughy (1986)，拋石護岸常見破壞型態包含以下四種： (一)表面沖刷(Particle Erosion)：係指當近岸水流流速與剪力過大，導 致石材產生移動之現象，是拋石護岸最常見之破壞型態。受水力 19
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沖刷而位移之石材通常會堆積於距沖刷處稍下游之河床而形成與 流向近似平行之土石堆(如圖 2-10(a))，造成土石堆與護岸坡趾間 之流速局部加快，如此亦導致河岸與河床沖刷潛勢之增加。造成 表面沖刷之成因主要為石材中值粒徑(D )過小與級配過於均勻 50 等。 (二)移動滑崩(Translational Slide)：此型態之破壞係指在拋石護岸之上 部產生與河道平行之破壞線(Fault Line)，破壞線以下之拋石沿坡 面往河床滑動且保持原來形狀未受擾動(除破壞線附近之拋石)，若 坡趾處河床未受水流沖刷，則將形成一凸起之石堆。造成移動滑 崩之主要成因包含： 1.坡趾處河床受水流淘刷降低，或護岸下半部石材遭受表面沖刷流 失，致使護岸上半部石材失去支撐。 2.拋石後方之原始河岸(或背填土)孔隙水壓上升，降低其與拋石交界 面間之摩擦力降低。 3.依據 Blodgett and McConaughy (1986)之研究，在拋石與原始河岸 間鋪設濾層可能會降低兩者間之摩擦力，增加移動滑崩發生之潛 勢。 (三)坍落(Slump)：係指拋石後方之原始河岸(或背填土)發生弧形破壞 面，造成土砂與覆於其上之拋石因重力而滾動坍落。坍落形成之 原因與裸露坡面崩壞相同，包含孔隙水壓增加降低河岸剪力強度 以及護岸頂施加過多載重等。 (四)限制坍落(Modified Slump)：此型態之破壞係指拋石與後方原始河 岸(或背填土)之交界處發生破壞平面，造成拋石因重力而滾動坍落， 因此限制坍落與移動滑崩兩者具有相同之破壞面但不同之拋石移 動方式；而其與坍落之差異則在於，限制坍落型態後方河岸並不 會發生破壞。造成限制坍落之主因包含有： 1.坡度設計過陡，趨近於拋石本身之安息角(Angle of Repose)，因此 20
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若單一石頭遭受外界擾動，則護岸整體將發生破壞。 2.坡趾處河床受水流淘刷降低，或護岸下半部石材遭受表面沖刷流 失，致使護岸上半部石材失去支撐。 (圖片來源：Blodgett and McConaughy (1986)) 圖 2-10 拋石護岸破壞型態示意圖 四、砌石護岸 由於拋石與砌石護岸工法兩者工料相同，差別僅在後者構築時石材 必須適當之堆疊及嵌合，因此砌石護岸除與拋石護岸具有相同之破壞機 制與成因。 五、籠工護岸 籠工護岸保護河岸之原理與拋石或砌石相同，僅係於較大石材難以 取得情況下，以較小粒徑之卵石填入蛇籠或箱籠以增加其抵抗水流沖刷 之破壞，因此籠工護岸之破壞機制與拋石及砌石護岸相同，但尚有下列 造成破壞之原因： (一)籠工材料壽命：目前國內籠工材料常用鍍鋅鐵線或包裹鐵絲編織， 21
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該鐵絲有其自然之壽命，超過使用壽齡後會導致填料之鬆動。 (二)籠工材料受石材撞擊：於河床質粒徑較大之河道，常因河床質對 籠工材料之撞擊而破壞，導致填材鬆動。 (三)籠工之基礎若承載力不佳則導致不均勻沉陷而致破壞。 (四)其他人為因素影響，例如鐵絲綑紮不當或收尾不良等。 (a)基腳沖刷基礎流失 (b)背填土流失 (相片來源：廖根遠(2006) 圖 2-11 籠工護岸因基腳沖刷與背填土流失而破壞 六、混凝土護岸 混凝土護岸破壞機制說明如表 2-5 所示。 表 2-5 護岸建造物之災害成因、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 1. 河床降低因上游土砂供給減少、下 游之土砂等的持續採取、深挖；也 有因跌水工、固床工遭到災害時， 河床會下降。 河床 2. 若河床的沖刷是因位於河川的水流 降低與 攻擊坡位置者；以及因障礙物或附 因沖刷 近的砂洲等使水流局部偏向以致河 引起之 床遭到刷深。 護岸的 3. 河床降低與沖刷在河川的斷面上， 破損 具有如圖所示。 4. 在護岸災害的原因上其案例最多， 護腳工下陷、流失者、護岸的基礎 露出而達危險狀態者、甚至護岸傾 倒毀壞的災害很多 22
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災害狀況 受災機制及成因 災損示意圖 1. 與一般擋土牆的災害相同，因降雨 等使得背面土砂異常濕潤，其結 果，造成內部土砂的剪力抵抗下 降、土壓增大而使護岸遭到破壞， 但在緩坡度的河川護岸幾乎不會發 生此種災害。但有時會由於溢流時 的浮力等，使得坡面工以漂浮的形 來自背面 式受到災害。 的土壓、 2. 洪水時，因外水使得護岸的背面土 水壓 砂充分濕潤後。若外水急速降低或 所引起之 是遭濕潤之內水位的下降與比外水 護岸 的下降遲的情況下，殘留水壓產生 的破壞 朝向河川方向之異常孔隙水壓，會 破壞護岸。 3. 在河川的溢流堤構造設計上，溢流 時的水流，以水密性強的構造包覆 溢流堤表面，反之在溢流時，下部 是從周圍侵入溢流堤內部的外水。 因此在溢流堤的設計上，以考量將 堤體內部壓力水的排出。 1. 此現象一般以「吸出」稱之，護岸 背面的土砂經由坡面工的孔隙間、 基礎的下面等弱點持續向外部流 失，使背面土或基礎部產生構造破 壞 背面 2. 此等土砂的流失情形，受到潮汐影 土砂流失 響的區域，由於防水建造物的內、 所引起之 外水經常處於變動狀態，會經由長 護岸破損 期間作用，而土砂慢慢流失掉。 3. 也有案例顯示洪水時外水對於背面 土之浸潤，以及其後與外水下降之 間所產生的殘留水壓引起了劇烈的 土砂流失。 1. 在洪水時，混入水流中的土石與流 木等對護岸的衝擊，所引起坡面的 破損，視情況有時也會因石頭等的 水流 滾動流下而引起災害。 所引起之 2. 亦有因土石流等比重較大的洪水衝 坡面工 擊，使坡面工剝離而受災的案例。 的破損 3. 不論哪一種，此等災害都是發生在 急流區。 23
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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。