水利工作大小事

早期在社會對於生態議題尚未有過多關注的時候 堤防工程要求的就只是安全 (摘自網路) 正如同上面的堤防圖片一樣 堤前(靠河側)、堤頂及堤後(靠陸側)，都是以混凝土結構為護坡工的土堤形式 近年來生態景觀的意識抬頭以及民眾參與的程度上升 政府為了彌平對生態不友善及對景觀不重視的標籤 開始了許多環境營造的作業以及衍生出把堤後坡作為綠帶的設計方式 (摘自網路) 這樣的一個設計 乍看之美觀又綠意盎然 似乎看起來非常的安全 卻也暗藏著危機 熟知水利工程壩工的人就會知道 土石壩是由土石堆積夯實而成的水壩 這種壩體最怕的就是承載的水體溢流(overtopping) 一旦overtopping 壩體就可能會受沖蝕而破壞 所以才會設置溢洪道(spillway)去導排水 (摘自網路) 然而在氣候變遷的狀況下 降雨趨於集中 有可能一場颱風事件 就蘊含了整個梅雨季的雨量 在台灣坡陡流急的情況下 急流時間短 洪峰到達速度快 除了迅急的流速對堤防基礎施以考驗外 高漲的水位 搭著堤防一看 不正如一座土石壩一般嗎? 大家在設計堤後綠化堤防的時候 或許沒有考慮到有溢堤的一天 但在這幾次日本風災淹水的狀況 有多數的堤防 不是因為基礎沖刷而failure 而是因為overtopping 的水流導致堤後土坡結構受損 進而導致堤身整體結構破壞 災害就從溢堤變成潰堤 堤防溢堤事小 潰堤事大 洪水時期一旦出現了破口 水流將會從破口源源不絕的湧入 (摘自網路) 在現今的社會氛圍下 設計全混凝土形式的護坡工 似乎又有點與環保理念背道而馳 不過只要多點思考就可以解決這個問題 例如錢夠多的話 可以參考扶壁式擋土牆的精髓 在土堤填方前 設計扶壁版(坡面工可以佈點焊網) 然後扶壁版間填土一樣可以做綠化 這樣的設計概念 曾經在白沙屯海堤的前段被實現過 (但現今因為居民的因素已經把綠帶用混凝土填起來了) (摘自網路) 上面的方法著重於給予穩定不怕overtopping破壞的支撐系統 接著也可以試著削減overtopping的能量並給予保護層 例如後坡用乾砌石的方式砌築 乾砌石間仍然可以有自然綠化的植生 穩定的後坡結構也較不易因為overtopping的流水而沖蝕破壞 如果想要綠化的更全面 也可以在乾

今天要來探討的是土堤的設計 土堤顧名思義主要是由土壤構成的堤防 但是呢在為了保護脆弱的內在下 往往給予較堅硬的外殼保護稱之為坡面(工)結構 這樣的堤防結構工法可以說是CP值最高的做法 畢竟所用的大宗材料還是土壤 比起高聳的台北防洪牆而言 土堤的成本可說是便宜多了 但是相對的就會消耗比較多的空間 (畢竟土坡要靠著土壤，防洪牆可以直直的自己站著 考量防洪牆不必承受背填土壓，相對的址版長度可以較為縮減 完工後址版上面的空間也可以利用) 一般的土堤坡面工法主流的大概有2種類型 1.塊(卵)石混凝土 塊(卵)石混凝土的分類又有很多種 可以施作的坡度從1:0.3~1:1.5都還可以處理 一階的垂直高度則是建議5公尺以內 2.混凝土坡面工 混凝土坡面工坡度，考量混凝土的流動性 建議是比1:1.5緩的坡度來施作 一階的垂直高度也建議不宜過高(5公尺左右) 其他形式例如乾砌塊石以、空心磚以及格框的暫不討論 (個人認為大範圍透水性結構其實有點危險) 一般而言土堤的破壞主要有兩種 1.滑動破壞 2.河床刷深破壞 造成滑動破壞不外乎就是邊坡穩定性不足 然而因河床刷深導致基礎失去落腳處斷裂 導致水流直接入侵裂面 把坡面結構由內而外推走的情況 也不在少數 所以在設計土堤上就有兩點是很重要的考量因素 1.沖刷深度 2.坡面穩定 關於沖刷深度的探討 在之前的文章曾提及過 https://terrylove12.blogspot.com/2018/07/blog-post.html 就不再贅述 接著就進入這篇文章的重點 一般在設計土堤時可以的話 要先得到設計洪水量 水位 甚至流速等等的數據 除了高度要符合計畫洪水位或計畫堤頂高外 其他的數據都能幫助你去估計沖刷深度 另外除了堤防本身結構外 護坦工 也是很重要的腳色 護坦工是保護堤坊基礎的設施 在河床沖刷時 它能夠隨之下沉 成為保護基礎避免沖刷延伸至基礎設施的外殼 所以護坦工的施做長度就非常的重要 要決定護坦工的長度有2個數據要先獲取 1.沖刷深度   2.河岸平衡坡度 沖刷深度可以用公式算 河岸平衡坡度呢，可以找一次大水後去觀察設計河段凹岸的河岸坡度 有了這兩者，就可以評估護坦工的長度 當然平衡坡度其實沒