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　一、計畫說明
　　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，相關管理單位於民國75年起進行多次改善及保護工程，但在歷年颱洪沖蝕下，主河道逐漸刷深成深槽型河道。中正大橋於101年蘇拉颱風時右岸固床工沖毀造成P9橋基沉箱嚴重裸露後封閉橋梁，並於102年蘇力颱風時P9橋墩沖毀，新竹縣政府於103年2月動工改建、104年8月完工通車。

　　中正大橋原有固床工受損與橋梁沖毀後，河道地形產生劇烈變化並形成深槽與遷急點，遷急點的上溯改變上游河道之平衡狀態，而可能影響上游橋梁之安全，而下游河道之擺盪變動亦造成大範圍高灘地流失，並可能威脅左岸快速道路之安全。對於快速下切之軟岩質河床河段，常用穩定工法包含利用固床工、表層灌漿、鼎塊堆置等方式進行河床之沖蝕保護，但成效常受到軟岩沖蝕作用之影響。部分固結灌漿工法於國外已有多年之應用，但國內尚未推廣、應用，國內對其工法特性與施作要點可加以研究及試辦，以評估其在台灣進行保護河道沖蝕之適用性。
 

圖1 中正大橋河段歷年河道縱斷面變化圖

　二、歷年河道縱斷面變化
　　本計畫製作的歷年河道縱斷面圖(圖1)是由歷年大斷面測量成果及本計畫由既有航空照片產製的DSM資料沿河道谿線繪製而成，初步判釋如下：

　(1)在中正大橋完工初期(民國74年之前)，河道受到採砂影響大致均勻下切，此時河道平均坡度約為1/150。
　(2)自民國75年至102年，多次的中正大橋橋墩保護工程維持了上游的河道坡降穩定，但同時也造成了下游的劇烈沖刷。由101年蘇拉颱風前的大斷面測量結果顯示，中正大橋固床工與下游河道高程落差可達15公尺。
　(3)民國87年隆恩堰興建完成後，隆恩堰至水管橋原本的岩床河道開始回淤，但中正大橋到水管橋之間的河道仍持續沖刷。
　(4)民國101年蘇拉颱風沖毀中正大橋固床工右側並形成深槽，102年蘇力颱風將此流路擴大，造成上游的河床質大量經此流路運移到下游而淤高。整體而言，民國103年中正大橋至隆恩堰的河道坡降已趨近67年的河道初始坡降，但中正大橋上游斷面32至新中正大橋仍有沖刷潛能。

圖2 中正大橋上游地表地質初步調查結果

　三、軟岩質河床沖蝕現地調查
　　本工作針對中正大橋河段進行軟岩質河床沖蝕現地調查，調查內容包含地表地質、岩床抗沖蝕指數、岩床沖蝕機制、與河床質等。本計畫地表地質調查初步結果如圖2。

　　本計畫依據Annandale (2006)提出的抗沖蝕指數評估方法進行岩床抗沖蝕指數調查工作，此區域主要岩性為厚層頁岩與砂頁岩互層，其抗沖蝕指數(Kh)平均值分別為137(厚層頁岩)及25(砂頁岩互層)。

　　依照現地調查結果，中正大橋上游右側遷急點下游的岩性以砂頁岩互層為主且節理發達，此區主要沖蝕機制為塊體抽離，岩床因為解壓產生節理。河床質調查考慮本計畫河段範圍及河床動床數值模式參數選用需要，將進行網格法10組，體積法4組。

圖3 頭前溪新中正大橋至隆恩堰模擬流速分布圖(Q=575 cms)	圖4 頭前溪中正大橋河段模擬流場分布圖(Q=575 cms)

　四、軟岩質河床動床數值模式建置
　　本計畫使用103年10月之地形資料進行新中正大橋至隆恩堰之二維水理計算，圖3為上游流量575 cms下之流速分布圖，模擬範圍最大流速發生於中正大橋固床工右側深槽位置，約5 m/s，其餘區域流速約在3.5m/s以下。圖4為中正大橋區域之局部流場，模擬結果顯示中正大橋斷橋後深槽流路偏向右側，於橋下游自右岸偏向左岸流動，與現場觀測趨勢相同。

　五、部分固結灌漿工法試作規劃
　　國外利用部分固結灌漿工法作為河岸與沿海環境的沖刷治理對策已有十數年的歷史，其概念是利用一層未完全固結的塊石層來抵抗河床、河岸、海岸沖蝕行為。其原理是將獨立塊石(Riprap)藉由部分灌漿的方式，連結相鄰塊石的接觸點，組合成一個質量變大、彼此互相連結且富含孔隙大型集塊，如圖5所示，施工照片如圖6所示。相較於原本的一顆顆獨立的塊石，質量變大的塊石集塊較難被水流沖蝕帶走，塊石層中富含的孔隙則可容許頂部與底部水壓力迅速消散平衡，避免塊石固床工整塊被水流整片掀走。

　　部分灌漿同時也保持整體塊石的可撓曲性(flexibility)，當河道地形小幅變化時，可以容許有限度的變形。Heibaum(2000)的研究指出，在特定條件下部分灌漿塊石層在水平水流流速高達8m/s的流況仍可保持穩定性。

　　本計畫初步建議選擇原便橋上游左側河道擇一處，做為第二年度部分固結灌漿工法試作區域，該區現地照片如圖7，評估做為第二年度部分固結灌漿工法試作選點之依據。

圖5 部分灌漿塊石護岸現地測試之縱剖面(BAW, 2008)	圖6 水面下部分灌漿塊石層現地施作照片(Lagasse et al., 2009)	圖7 原便橋上游左側河道照片

　六、後續工作說明
　　本計畫後續將藉由研究河段歷年地形及影像資料，探討歷年河道地形變遷演繹；藉由現地岩床沖蝕參數調查，了解岩床沖蝕現象與機制，並調查軟岩沖蝕參數，提供進行長、短期河道變遷動床模擬與沖淤評估；並選擇一河道試驗區域，測試部分固結灌漿工法於軟岩沖刷河段之適用性；最後綜合上述各項工作成果，歸納提出中正大橋河段穩定策略之建議，以供相關治理規劃與決策參考。