頭前溪中正大橋河段長期以來受到劇烈沖蝕作用，導致河道地形持續改變而影響中正大橋人車通行之安全，在歷年颱洪沖蝕下，主河道逐漸刷深成為一落差極大之峽谷。中正大橋於101蘇拉颱風及102年蘇力颱風沖毀右岸固床工及P9橋墩之後，上游河道地形產生劇烈變化，產生許多深槽與遷急點。下游河道之擺盪變動亦造成大範圍高灘地流失，可能威脅左岸河防及影響快速道路之安全。 本計畫分兩年執行，探討歷年河道地形變遷演譯、岩床沖蝕現象與機制、評估河道長短期變遷動床模擬與沖淤行為。並擇一河道試驗區域，測試部分固結灌漿工法於軟岩沖刷河段之適用性，最後提出中正大橋河段穩定策略建議，以供相關治理規劃與決策參考。 目前本河段中正大橋至隆恩堰的河道坡降，已小於67年尚未興建跨河構造物之前的河道初始坡降1/150，故河道縱向高程變化應屬相對穩定，但仍須注意後續河道的側刷行為。中正大橋上游至新中正橋目前河道平均坡度約1/100，大於初始坡降，且河道護甲層流失、岩床裸露、局部出現深槽，顯示此段河道仍在持續沖刷並有溯源侵蝕之可能。本計畫利用實測流速、大斷面、地形、岩性與地表地質補充調查等資料，進行參數檢定與模式驗證等工作，完成中正大橋河段軟岩質河床動床數值模式之建置。 本計畫針對國外規範中關於部分固結灌漿工法之原理及設計原則進行蒐集，包含設計部分固結灌漿塊石層所需的級配與孔隙率、部分固結塊石層設計厚度、水泥漿液、透水性、撓曲性、濾層，已充分掌握設計及應用方法。第二年度施作規劃地點為中正大橋上游左側流路岩床沖刷段。

目錄 目錄............................................................................................................I 表目錄.....................................................................................................IV 圖目錄.......................................................................................................V 摘要.........................................................................................................IX 結論與建議.......................................................................................XVIII 第壹章計畫說明....................................................................................1-1 一、計畫緣由及目的.......................................................................1-1 二、工作範圍、工作項目及內容...................................................1-2 (一)工作範圍..................................................................................1-2 (二)整體工作項目..........................................................................1-3 (三)年度工作項目..........................................................................1-3 三、工作流程及方法.........................................................................1-4 (一)第一年度(本年度)....................................................................1-6 (二)第二年度(105年)......................................................................1-6 第貳章基本資料蒐集彙整.....................................................................2-1 一、頭前溪流域概況.......................................................................2-2 二、水文資料....................................................................................2-3 (一)氣象水文..................................................................................2-3 (二)河川流量..................................................................................2-3 (三)河川輸砂量..............................................................................2-7 三、計畫區域地質概況....................................................................2-9 (一)地層........................................................................................2-11 (二)構造........................................................................................2-13 四、頭前溪岩床沖蝕概況.............................................................2-14 五、中正大橋河段歷年重要治理與橋樑維護措施.......................2-16 六、岩床抗沖蝕指數評估方法(Annandale， 2006)....................2-27 第參章歷年河道變遷探討....................................................................3-1 一、歷年河道變遷分析....................................................................3-1 (一)河道平面變化..........................................................................3-2 (二)河道縱斷面變化....................................................................3-11 二、本年度颱洪事件觀測及河道變遷行為...................................3-14 第肆章軟岩質河床沖蝕現地調查.........................................................4-1 (一)地表地質調查..........................................................................4-1 (二)岩床抗沖蝕指數調查..............................................................4-9 (三)沖蝕機制調查........................................................................4-16 (四)河床質調查............................................................................4-20 第伍章軟岩質河床動床數值模式建置.................................................5-1 一、軟岩沖蝕機制為基礎的沖蝕率公式.........................................5-1 二、模式優選....................................................................................5-3 三、現況二維水理模擬...................................................................5-5 (一)模擬條件..................................................................................5-5 (二)蘇迪勒颱風流速觀測..............................................................5-5 (三)二維水理測試模擬結果..........................................................5-6 四、模式檢定驗證..........................................................................5-15 (一)模擬條件................................................................................5-15 (二)模擬結果................................................................................5-17 第陸章部分固結灌漿工法試作規劃....................................................6-1 一、部分固結灌漿工法原理...........................................................6-1 二、部分固結灌漿工法設計原則....................................................6-3 (一)級配與孔隙率..........................................................................6-3 (二)部分固結塊石層設計厚度......................................................6-4 (三)水泥漿液..................................................................................6-6 (四)透水性......................................................................................6-6 (五)撓曲性......................................................................................6-6 (六)濾層..........................................................................................6-8 三、第二年度部分固結灌漿工法試作規劃....................................6-8 (一)試作地點規劃........................................................................6-8 (二)工程經費及工期估算...........................................................6-12 (三)施工參考手冊.......................................................................6-12 參考文獻 附錄一報告審查意見與辦理情形 附錄二現地調查人員安全注意原則 附錄三部分固結灌漿工法工程經費及工期估算IV 表 目 錄 表2-1 頭前溪流域現有水位流量站概況表......................................2-4 表2-2 頭前溪河口段各重現期距洪峰流量分析成果比較表...........2-6 表2-3 頭前溪流域各控制點洪峰流量採用修正表...........................2-6 表2-4 研究河段包含跨河構造物資料.............................................2-17 表4-1 節理組數評分表(Annandale， 2006)........................................4-11 表4-2 節理粗糙度評分表(Annandale， 2006)....................................4-12 表4-3 不連續面風化程度評分表(Annandale， 2006)........................4-12 表4-4 地盤構造參數評分表(Annandale， 2006)................................4-13 表4-5 中正大橋上游抗沖蝕指數調查表.........................................4-15 表5-1 軟岩沖蝕相關機制與參數彙整表...........................................5-2 表5-2 常見二維水理輸砂模式功能比較表.........................................5-4 表5-3 頭前溪中正大橋河段地表地質分區特性說明表.................5-16 表5-4 頭前溪中正大橋河段案例模式參數設定表........................5-16 表6-1 孔隙率與塊石放置方式關係表...............................................6-4 表6-2 塊石料級配與單位重與塊石層最小厚度關係.......................6-5 圖 目 錄 圖1-1 本計畫工作範圍.......................................................................1-2 圖1-2 計畫分期工作執行流程圖.......................................................1-5 圖2-1 頭前溪流域概況圖...................................................................2-5 圖2-2 頭前溪流域各控制點現況100年重現期距洪峰流量分配圖.2-6 圖2-3 中正大橋流量-輸砂量率定曲線圖(含沖洗載).......................2-8 圖2-4 竹林大橋流量-輸砂量率定曲線圖(含沖洗載).......................2-8 圖2-5 中正大橋下游露頭(紅線為層面，岩層層面位態傾角約5度)...........................................................................................................2-9 圖2-6 頭前溪主流露頭量測位置及地質剖面圖.............................2-10 圖2-7 中正大橋河段五萬分之一地質圖.........................................2-11 圖2-8 中正大橋下游新城斷層露頭全景(右上圖為上盤的引曳褶皺...........................................................................................................2-14 圖2-9 頭前溪歷年縱向最低點比較圖.............................................2-15 圖2-10 中正大橋賀伯颱風固床護坦工破壞情形...........................2-17 圖2-11 民國85年賀伯颱風前後中正大橋河床高程變化...............2-18 圖2-12 中正大橋賀伯颱風後興建固床工示意圖...........................2-18 圖2-13 91年中正大橋下游多階跌水消能堰保護工竣...................2-19 圖2-14 92年頭前溪中正大橋下游河床沖刷侵蝕(92.2.20)............2-19 圖2-15 93、94、96年汛期後中正大橋固床工受損情形................2-20 圖2-16 民國98年頭前溪中正大橋河段沖刷保護工程施工照片...2-21 圖2-17 民國98年莫拉克颱風災後照片..........................................2-21 圖2-18 民國101年蘇拉颱風災後照片............................................2-23 圖2-19 102年三階跌水工施工及完工照片....................................2-23 圖2-20 中正大橋改建工程施工照片(104.6.02).............................2-24 圖2-21 中正大橋改建工程完……………………..........................2-24 圖2-22 三階跌水工平面佈置圖......................................................2-25 圖2-23 中正大橋(改建)平面圖與立面圖………………………….2-26 圖2-24 水流流功與抗沖蝕指數關係圖(Annandale， 2006)………..2-28 圖3-1 中正大橋上游岩床沖刷現況(104.8.22)……………………...3-1 圖3-2 中正大橋河段歷年河道滿槽流量水邊線變化圖…………...3-5 圖3-3 中正大橋設計立面圖及蘇力颱風前後地面線.......................3-5 圖3-4 民國67年中正大橋河段正射影像...........................................3-6 圖3-5 民國67年中正大橋河段數值地表模型...................................3-6 圖3-6 民國74年中正大橋河段正射影像...........................................3-7 圖3-7 民國74年中正大橋河段數值地表模型...................................3-7 圖3-8 民國86年中正大橋河段正射影像...........................................3-8 圖3-9 民國86年中正大橋河段數值地表模型...................................3-8 圖3-10 民國92年中正大橋河段正射影像....................................... 3-9 圖3-11 民國92年中正大橋河段數值地形模型………………........3-9 圖3-12 民國103年中正大橋河段正射影像……………………….3-10 圖3-13 民國103年中正大橋河段數值地表模型………………….3-10 圖3-14 中正大橋河段歷年河道縱斷面變化圖…………………...3-13 圖3-15 中正大橋下游河道分流…………………………………..3-15 圖3-16 昌鴻颱風前後中正大橋上游河道變化…………………..3-16 圖3-17 昌鴻颱風後中正大橋橋墩上游側保護工基礎掏空(104.8.6)………………………………………………………………3-17 圖3-18 蘇迪勒颱風新中正橋至原便橋間流況(104.8.8)................3-17 圖3-19 蘇迪勒颱風後中正大橋上游正射影像(104.8.14)...............3-18 圖3-20 杜鵑颱風後中正大橋上游河道現況(104.11.02).................3-19 圖3-21 固床工右側主深槽右岸側刷狀況.......................................3-20 圖3-22 固床工右側主深槽沖刷現況...............................................3-21 圖4-1 中正大橋河段地表地質圖.........................................................4-4 圖4-2 中正大橋河段地質剖面圖(AA’)..............................................4-4 圖4-3 中正大橋河段正射影像(104.9.26)及岩層分界.......................4-5 圖4-4 中正大橋固床工上游岩性分佈...............................................4-5 圖4-5 新中正橋與中正大橋之間的第II層厚層砂岩...........................4-6 圖4-6 第III層砂岩夾頁岩層...............................................................4-6 圖4-7 第III層砂岩夾頁岩層...............................................................4-7 圖4-8 第VII層砂頁岩互層.................................................................4-7 圖4-9 第VIII層厚層砂岩.....................................................................4-8 圖4-10 第IX層砂頁岩互層(新城斷層下盤).......................................4-8 圖4-11 抗沖蝕指數調查點位圖.......................................................4-14 圖4-12 岩層走向與水流流向圖.......................................................4-17 圖4-13 中正大橋上游槽溝型下切(104.9.21)..................................4-18 圖4-14 中正大橋上游右側流路岩塊節理連通(104.6.15)...............4-18 圖4-15 原便橋上游左側河道沖刷狀況(104.6.16)...........................4-19 圖4-16 上游河道表面卵石堆積、偶見遷急點(104.11.02)...............4-19 圖4-17 河床質調查點位...................................................................4-21 圖5-1 頭前溪中正大橋103年航拍圖.................................................5-7 圖5-2 頭前溪中正大橋河段模擬範圍圖.............................................5-7 圖5-3 頭前溪中正大橋河段蘇迪勒颱風期間流速觀測位置與成果圖………………………………………………………………………5-8 圖5-4 頭前溪新中正橋至隆恩堰模擬流速分布圖(Q=575 cms)……………………………………………………………………5-8 圖5-5 頭前溪經國橋蘇迪勒颱風期間實測水位、推估流量歷線圖……………………………………………………………………….5-9 圖5-6 頭前溪中正大橋河段模擬流場分布圖(Q=575 cms)………5-10 圖5-7 頭前溪中正大橋河段模擬流場分布圖(Q=1，250 cms)…….5-10 圖5-8 頭前溪中正大橋河段模擬流速分布圖(Q=1，250 cms)…….5-11 圖5-9 頭前溪中正大橋河段模擬流場分布圖(Q=1，500 cms)…….5-11 圖5-10 頭前溪中正大橋河段模擬流速分布圖(Q=1，500 cms)…...5-12 圖5-11 頭前溪中正大橋河段模擬流場分布圖(Q2=2，560 cms)…..5-12 圖5-12 頭前溪中正大橋河段模擬流速分布圖(Q2=2，560 cms)…..5-13 圖5-13 頭前溪中正大橋河段模擬速分布圖(Q5=4，130 cms)……..5-13 圖5-14 頭前溪中正大橋河段模擬流速分布圖(Q100=8，190 cms….5-14 圖5-15 頭前溪中正大橋上游河段模擬流場分布圖(Q2=2，560 cms)…………………………………………………………………...5-14 圖5-16 頭前溪中正大橋上游河段模擬流速分布圖(Q2=2，560 cms)…………………………………………………………………...5-15 圖5-17 頭前溪新中正大橋流量歷線圖…………………………...5-16 圖5-18 頭前溪中正大橋河段地表地質圖………………………...5-18 圖5-19 頭前溪中正大橋河段二維動床模擬模式河床沖蝕特性設定圖…………………………………………………………………….5-19 圖5-20 頭前溪中正大橋河段103、104年實測航拍圖比較……..5-20 圖5-21 頭前溪中正大橋河段蘇迪勒颱風洪峰模擬流速分布.......5-21 圖5-22 頭前溪中正大橋河段模擬底床沖淤變化圖.......................5-22 圖6-1 部分灌漿塊石特寫(Lagasse et al.， 2009).................................6-2 圖6-2 集集攔河堰下游河床完全固結灌漿護甲層沖蝕狀況(2010.5.2)……………………………………………………………....6-3 圖6-3 不同灌漿量隨塊石深度變化之漿液滲透百分比(BAW， 2008)……………………………………………………………….......6-5 圖6-4 部分灌漿塊石護岸現地測試之縱剖面……………………...6-5 圖6-5 點灌漿法或條狀灌漿法施作範圍與間隔示意圖(BAW， 2008).......................................................................................................6-7 圖6-6 水面下部分灌漿塊石層現地施作照片(Lagasse et al.， 2009)……………………………………………………………..…….6-7 圖6-7 部分固結灌漿塊石層預計施作位置現場照片(104.11.02)….6-9 圖6-8 部分固結灌漿工法試作區域平面位置…………………….6-10 圖6-9 部分固結灌漿塊石層施作範圍及AA’剖面圖……………..6-11 圖6-10 部分固結灌漿塊石層施工流程圖………………………...6-12 圖6-11 部分固結灌漿塊石層規劃示意圖………………………...6-13 圖6-12 部分灌漿塊石層剖面(灌漿量30 l/m2、塊石尺寸9~25公分)…………………………………………………………………..6-15