堤防基礎深度設計

「土堤」一直都是台灣堤防設計的大宗
小到區域排水至大型河川、海堤，甚至是水庫的土壩的壩體
大多都是土堤型式
土堤顧名思義就是由土壤構成的堤防
這邊可能就出現一些疑問
明明看到的堤防都是混凝土打起來的哪有甚麼土
其實土堤指的是堤防內部由土構成
外部由混凝土或石料做成的堤防

這樣的結構比起一般用土堆成的堤防要來的堅固一些
表面硬性的構造 可以避免大水來時直接將土壤材料刮走
如果外部用的是不透水材料 更可以延伸滲流路徑
降低管湧破壞的發生率
又或者降低滑動破壞的發生率

然而土堤最重要的構造點未就是基礎
基礎除了可以支撐坡面構造的滑動力
另外也可以避免堤內材料被河水帶走
但前提是基礎要夠深~~~

過往堤防破壞的原因 很多都來自於基礎淘刷
當堤前的河道刷深 刷的低於基礎底面
基礎就會懸空 然後除了堤內的材料被帶走
基礎失去底部乘載力後 很容易就會跟堤坡分離 而掉到下刷後的河床面

這使得基礎跟坡面間出現大洞 堤內的土壤繼續流失
然後等待大水退水時的曳引力一拉 坡面就一片片被拉走
或者大水的衝力一打 坡面失去土壤材料支撐 就被打裂

因此設計一個夠穩定的基礎 一直是件很重要的事
OK的基礎設計要有2點

1. 能夠支撐坡面的斜向力量 並且不傾倒 不移動
2. 能夠抵禦重現期內的河床下刷 (要夠深)

過去的設計概念就是 基礎要比河道深槽還深

但是深多少都沒有個特定的數值

所以這篇文章要提供的

就是如何去設計這個數值

一般要得到「準確」的河道刷深

可以透過很多的模式來跑水理演算

包含CCHE 2D、NETSTARS、HAC-RAS(HEC-6) 等等

這些模式必須仰賴著「準確」的輸砂記錄

偏偏台灣的記錄受限於技術，它並不準確也不連續

所以呢 模式結果只能僅供參考

再加上 一般的水利工程設計 要求的時程通常很短

很少有時間讓你跑水理並且檢核

所以這裡提供幾個經驗公式

讓大家可以簡單的去根據其計算結果

設計堤防基礎深度

1.USDA 直線段一般沖刷公式

這個公式要輸入的有

y：平均水深，可以由曼寧公式去回推(設計流量根據河川的保護標準)

D50：平均河床質粒徑

Tts：無因次傳輸因子(dimensionless transport-stage parameter)

其中Tts計算如下：

 根據以上計算就可以獲得沖刷深度。


2.Blodgett,1986 直線段一般沖刷公式

這算是最簡單的公式

所以也被梁文盛博士的著作所使用(上圖截至 河川防洪工程復建設計要點-梁文盛博士)

輸入的參數只有D50而已。

3.Throne,1993 彎道處沖刷公式

彎道的部分因為有彎道二次流的關係

凹岸處通常沖刷會比較深

該公式需要輸入的參數有

h0：上游直線段平均水深

R：河道曲率半徑

B：河道寬度

適用條件

1. h0<17.0m

2. 0.3mm<D50<63mm

3. 2<R/B<14 ；若R/B>=14 ，Ym,e ≅ h0

根據以上計算就會得道沖刷深度Ym,e



以上3個公式 就可以提供簡易的沖刷深度計算
根據計算結果取保守值 就能做為基礎深度設計的理論基礎
讓我們的設計 不單單只是根據經驗 而是有所依據的~