書籍介紹
本計畫針對地工織布應用於橋墩基礎保護工法，以國道3號大甲溪河川橋為研究對象，於109年完成現地地工織布保護工法之鋪設，驗證地工織布保護工法之施工可行性，並於110-113年進行觀測，本年度(114年)除延續觀測試驗橋址鼎型塊的穩定性及成效評估外，另透過大甲溪實際觀測資料檢定及驗證數值模擬所需參數，以FLOW-3D建置試驗場址(國3號大甲溪橋)三維數值模型，以110年盧碧颱風與113年凱米颱風進行模型檢定與驗證，再以大甲溪流域所公告之不同重現期( 2、5、10年…)流量進行模擬分析，評估本計畫工法之在不同重現期下之保護成果及效益分析。
本計畫透過室內水工模型試驗、現地鋪設試驗及數值水理分析模式進行探討，以建立多元分析驗證及成效評估方法，做為橋管單位鋪設橋墩基礎保護工法之應用，相關成果可提供大甲溪下游之橋梁管理單位如公路局、高速公路局、臺灣鐵路股份有限公司以及縣市政府等機關(構)未來施政之應用。
研究成果效益：
1. 藉由現場試驗觀測結果，完成110~114年度本計畫工法之成效總評估。
2. 透過二維及三維數值模型建置，完成本計畫工法於不同重現期流量下之耐洪性及保護效益評估。
提供應用情形：
1.本計畫工法已於109年、111年及114年分別應用國道3號大甲溪河川橋P24L、P22L~P23L及P25L~P26L橋墩基礎保護工作及提供橋管政策上之積極創新管理作為。
2.本計畫相關研究成果，如:本計畫工法多元分析驗證及評估方式、橋基保護採UAV觀測規劃方式、施工技術說明書與標準設計圖說、施工流程…等，可提供相關橋梁管理單位未來規劃、驗證及鋪設橋基保護工法之參考。
目次
目 錄
中文摘要Ⅰ
英文摘要Ⅱ
目錄Ⅲ
圖目錄Ⅶ
表目錄XⅢ
第一章 前 言1-1
1.1 研究緣起1-1
1.2 研究目的1-2
1.3 研究方法1-2
1.4 研究內容與流程1-4
第二章 文獻回顧2-1
2.1 地工織布於海洋環境中之工程特性2-1
2.2 地工合成材料在永續工程之應用2-2
2.3 模擬濁流中地工織物損傷之室內試驗2-5
2.4 國道1號中沙大橋墩基沖刷治理計畫委託技術服務工作2-8
2.5 台13甲線北勢大橋橋基裸露之應變對策及耐洪評估2-9
2.6 大甲溪石岡壩下游河段河床穩定方案之研究2-13
2.7 跨河橋梁保護工法之研究2-13
2.8 河道水位與橋墩沖刷推估模式之建立研究2-15
2.9 本所歷年橋墩保護工法之研究2-17
2.10 三維數值水理模式應用於橋墩底床沖刷相關文獻2-32
2.10 小結2-36
第三章地工織布保護工法保護成效觀測與評估3-1
3.1航拍觀測規劃3-1
3.2成效觀測3-5
3.3成效評估3-14
第四章 三維數值模型建置4-1
4.1 FLOW-3D簡介4-2
4.2 數值方法4-3
4.3 檢定與驗證方法說明4-13
4.4 數值模擬基本資料蒐集4-15
4.5 數值水理模型建置4-16
4.6 各重現期下分析評估4-26
第五章 階段性成果發表與應用情形5-1
5.1 獲中華民國發明專利5-1
5.2 參與「2022台灣創新技術博覽會」發明競賽5-3
5.3 參與交通部創新提案制度審查5-4
5.4 參與113年度中華民國道路協會論文獎評選5-5
5.5 階段性成果發表與推廣5-6
5.6 實務應用情形5-13
第六章 結論與建議6-1
6.1 結論6-1
6.2 建議6-3
6.3 研究成果效益6-3
6.4 提供應用情形6-4
參考文獻參-1
附錄一 專家學者座談會會議紀錄附錄1-1
附錄二 第1次工作會議紀要附錄2-1
附錄三 第2次工作會議紀要附錄3-1
附錄四 第3次工作會議紀要附錄4-1
附錄五 鼎型塊織布橋基保護工法施工說明書附錄5-1
附錄六 期末審查意見及辦理情形說明表附錄6-1
附錄七 簡報資料附錄7-1
圖目錄
圖1.1 研究流程圖1-5
圖2.1 土木水利工程常見的地工合成材料2-3
圖2.2 採用回包式加勁擋土牆之暨南大學邊坡2-4
圖2.3 臺中秋紅谷四周加勁擋土牆植生茂密2-4
圖2.4 格網箱籠之海岸保護嘗試性大型試驗現場2-6
圖2.5 箱籠受到海岸礫石之往復磨損而破壞2-6
圖2.6 直徑1.5 m高1.0 m之圓形流槽2-6
圖2.7 織布之損傷度(PSR)與顆粒濃度(Pc)及流動延時(T)之關係2-7
圖2.8 織布損傷度(PSR)與流速(Vm)及顆粒濃度(Pc)之關係2-7
圖2.9 織布在不同流速下損傷度(PSR)與顆粒濃度(Pc)關係2-7
圖2.10 地工砂袋與其它保護工法合併應用示意圖 2-9
圖2.11 保護工施工程序2-11
圖2.12 橋梁耐洪能力詳細評估分析流程 2-12
圖2.13 檢定與驗證事件選取圖2-14
圖2.14 台1線大甲溪橋模擬與實測水位歷線比較(泰利颱風)2-16
圖2.15 水理模組敏感度分析結果2-17
圖2.16 現況保護措施鼎型塊鋪設斷面示意圖2-19
圖2.17 現況保護措施模型鋪設2-19
圖2.18 無保護措施斷面示意圖2-19
圖2.19 無保護措施橋墩鋪設2-19
圖2.20 現況保護措施基礎上游沖刷情形2-20
圖2.21 無保護措施基礎沖刷情形2-20
圖2.22 一層鼎型塊+織布斷面示意圖2-20
圖2.23 一層鼎型塊+織布鋪設2-20
圖2.24 一層鼎型塊+織布保護措施模型鋪設2-20
圖2.25 一層鼎型塊+織布保護措施基礎沖刷情形2-20
圖2.26 一層鼎型塊+織布+石籠斷面示意圖2-21
圖2.27 一層鼎型塊+織布+石籠保護措施模型鋪設2-21
圖2.28 一層鼎型塊+織布+石籠沖刷情形2-21
圖2.29 橋墩基礎上游整地2-24
圖2.30 橋墩基礎下游整地及地形降階2-24
圖2.31 高強度織布展開並以軟石固定於樁帽上2-24
圖2.32 完成樁帽四周之高強度織布吊放展開及固定2-24
圖2.33 平面高強度織布鋪設及單元間之綁紮作業2-24
圖2.34 防護層織布鋪設2-24
圖2.35 鼎型塊吊放與排置作業2-25
圖2.36 鼎型塊結合地工織布保護工鋪設完成(下游側)2-25
圖2.37 110年盧碧颱風事件前後數值三維地形套疊結果2-26
圖2.38 水工模型試驗橋墩沖刷底床變化等深圖2-28
圖2.39 二維數值模擬橋墩沖刷底床變化等深圖2-29
圖2.40 考慮土中應力傳遞法下，數值模擬與沖刷試驗結果比較2-30
圖2.41 以108年0611豪雨探討不同n值下模擬水位與實測水位情形
(二維水理模型檢定)2-31
圖2.42 110年盧碧颱風模擬與實測水位比對(二維水理模型驗證)2-32
圖2.43 113年凱米颱風模擬與實測水位比對(二維水理模型驗證)2-32
圖2.44 菱柱橋墩數值模擬與試驗底床沖刷結果比較2-34
圖2.45 菱柱橋墩數模最大沖刷深度和沉積高度與試驗數據比較2-35
圖2.46 圓柱橋墩數值模擬與試驗底床沖刷結果比較2-35
圖2.47 圓柱橋墩數模最大沖刷深度和沉積高度與試驗數據比較2-35
圖3.1 航拍範圍示意圖3-2
圖3.2 地工織布鋪設範圍3-2
圖3.3 航線規劃示意圖3-3
圖3.4 現場控制測量作業情形3-4
圖3.5 控制點分布情形3-4
圖3.6 本計畫航拍觀測時間與石岡壩放流歷線之關係3-5
圖3.7 本年度兩期試驗場址影像(往上游拍攝)3-8
圖3.8 本年度兩期試驗場址影像(往下游拍攝)3-9
圖3.9 兩期數值三維點雲模型(114/04/19 vs 114/11/23)3-10
圖3.10 114/04/19與114/11/23兩期數值三維模型套疊結果3-10
圖3.11 P22L試驗場址兩期影像比較3-11
圖3.12 P23L試驗場址兩期影像比較3-11
圖3.13 P24L試驗場址兩期影像比較3-12
圖3.14 P25L試驗場址兩期影像比較3-12
圖3.15 P26L試驗場址兩期影像比較3-13
圖3.16 114年試驗場址鼎型塊損壞範圍3-13
圖3.17 110年不同保護方案室內水槽試驗結果3-14
圖3.18 鼎型塊織布橋基保護工法標準施工流程3-16
圖3.19 本計畫工法實際應用範圍(國3大甲溪橋)3-16
圖3.20 試驗場址空拍圖(108年)3-18
圖3.21 試驗場址空拍圖(110年)3-18
圖3.22 試驗場址空拍圖(113年凱米颱風前)3-18
圖3.23 試驗場址空拍圖(113年凱米颱風後)3-19
圖3.24 試驗場址空拍圖(114年P25L~P26L施作後)3-19
圖3.25 試驗場址空拍圖(114年11月)3-19
圖3.26 113年凱米颱風現場水位監測影像3-21
圖3.27 113年凱米颱風前後拍攝影像(P22L)3-22
圖3.28 113年凱米颱風前後拍攝影像(P23L)3-22
圖3.29 113年凱米颱風前後拍攝影像(P25L)3-23
圖3.30 113年凱米颱風前後拍攝影像(P26L)3-23
圖4.1 二維及三維數值模擬分析流程示意圖4-2
圖4.2 FLOW-3D HYDRO_2022R2版4-2
圖4.3 交錯網格系統與控制體積通量示意圖4-5
圖4.4 多區塊結構網格示意圖4-5
圖4.5 FLOW-3D FAVOR示意圖4-6
圖4.6 FLOW-3D邊界選項模組4-7
圖4.7 FLOW-3D六面邊界設定示意圖4-8
圖4.8 Tinkercad繪圖平台製作三維模型4-9
圖4.9 實際場景匯入至FLOW 3D之展示4-9
圖4.10 利用FAVOR功能檢視匯入之STL模型文件4-10
圖4.11 檢定與驗證事件選取示意圖4-14
圖4.12 本計畫模擬區域數值水理地形圖(HyDEM)4-16
圖4.13 三維數值模型網格設置情形4-17
圖4.14 地工織布設置情形4-17
圖4.15 模擬時間擷取範圍示意圖4-18
圖4.16 邊界條件設定情形4-19
圖4.17 二維模型09-2斷面演算比較(本計畫vs水利署計畫)4-22
圖4.18 110年盧碧颱風事件下沖刷模擬結果(BLC=5.7)4-24
圖4.19 110年盧碧颱風事件下沖刷模擬結果(BLC=7)4-24
圖4.20 110年盧碧颱風事件下沖刷模擬結果(BLC=8)4-25
圖4.21 110年盧碧颱風事件前後現場沖刷情形4-25
圖4.22 113年凱米颱風事件下沖刷模擬結果4-26
圖4.23 113年凱米颱風事件前後現場沖刷情形4-26
圖4.24 Q5重現期下傳統工法橋基保護模擬情形4-27
圖4.25 Q5重現期下本計畫工法橋基保護模擬情形4-28
圖4.26 Q10重現期下傳統工法橋基保護模擬情形4-29
圖4.27 Q10重現期下本計畫工法橋基保護模擬情形4-30
圖4.28 Q20重現期下傳統工法橋基保護模擬情形4-31
圖4.29 Q20重現期下本計畫工法橋基保護模擬情形4-32
圖4.30 Q50重現期下傳統工法橋基保護模擬情形4-33
圖4.31 Q50重現期下本計畫工法橋基保護模擬情形4-34
圖4.32 Q100重現期下傳統工法橋基保護模擬情形4-36
圖4.33 Q100重現期下本計畫工法橋基保護模擬情形4-37
圖5.1 中華民國發明專利證書(發明第I759792號)5-2
圖5.2 展覽期間各界參與情形5-3
圖5.3 發明競賽委員評審情形5-4
圖5.4 主辦單位頒發「銀牌獎」獎項5-4
圖5.5 交通部長頒發「甲等獎」獎項5-5
圖5.6 獲中華民國道路協會113年「論文獎」獎項5-6
圖5.7 投稿論文短摘要(111年)5-7
圖5.8 論文發表情形(111年)5-7
圖5.9 投稿論文短摘要(113年)5-8
圖5.10 論文發表情形(113年)5-8
圖5.11 期刊投稿5-9
圖5.12 交通部部務會議提案報告5-11
圖5.13 技術交流推廣情形5-12
圖5.14 參與「114年災害防救科技成果展」5-12
圖5.15 現勘情形5-13
圖5.16 第1次施工前協調會討論情形5-14
圖5.17 111年度地工織布預計鋪設範圍5-14
圖5.18 第2次施工前協調會討論情形5-15
圖5.19 鼎型塊織布橋基保護工法細部施工斷面圖5-15
圖5.20 國3大甲溪橋P22L~P23L橋基保護工作施工範圍5-16
圖5.21 國3大甲溪橋P22L~P23L橋基保護工作施工過程5-17
圖5.22 113凱米颱風後P25L~P26L保護工損壞情形5-17
圖5.23 114年P25L~P26L本計畫工法施作過程及完工情形5-18
圖5.24 大甲段111年度養護作業考評(橋梁項)積極創新作為項目5-19
圖5.25 高公局112年度知識競賽獲獎情形5-19
表目錄
表2-1 室內試驗不同鋪設方案最大沖刷深度及鼎型塊穩定度比較2-27
表2-2 110-111年試驗場址鼎型塊變化情形2-29
表3-1 大甲溪流域各控制點不同重現期距下之流量3-6
表3-2 113年凱米颱風事件後成效評估表3-24
表4-1 數值模擬邊界設定4-19
表4-2 大甲溪斷面09-2現況河道水理因素演算成果表(節錄)4-21
表4-3 本計畫河道水理演算成果表(vs水利署計畫)4-22
表4-4 Flow-3D模擬基本設定彙整表4-23
表4-5 113年凱米颱風事件後成效評估表4-28
表4-6 模擬與實測之保護成效比較4-29
表4-7 Q10重現期下織布保護成效比較4-30
表4-8 Q20重現期下織布保護成效比較4-33
表4-9 Q50重現期下織布保護成效比較4-35
表4-10 Q100重現期下織布保護成效比較4-37
表4-11 各重現期下織布保護成效綜合比較4-38
表4-12 不同損壞情況下傳統工法與本計畫工法修復費用比較4-40
表5-1 例行記者會後各媒體刊登一覽表5-10
編／著／譯者簡介
本所主辦單位：運輸技術研究中心
主管：蔡立宏
計畫主持人：胡啟文
研究人員：鄭登鍵
參與人員：陶德勇
聯絡電話：04-2658-7200
傳真號碼：04-2657-1329
序言／導讀
本計畫針對地工織布應用於橋墩基礎保護工法，以國道3號大甲溪河川橋為研究對象，於109年完成現地地工織布保護工法之鋪設，驗證地工織布保護工法之施工可行性，並於110-113年進行觀測，本年度(114年)除延續觀測試驗橋址鼎型塊的穩定性及成效評估外，另透過大甲溪實際觀測資料檢定及驗證數值模擬所需參數，以FLOW-3D建置試驗場址(國3號大甲溪橋)三維數值模型，以110年盧碧颱風與113年凱米颱風進行模型檢定與驗證，再以大甲溪流域所公告之不同重現期( 2、5、10年…)流量進行模擬分析，評估本計畫工法之在不同重現期下之保護成果及效益分析。
本計畫透過室內水工模型試驗、現地鋪設試驗及數值水理分析模式進行探討，以建立多元分析驗證及成效評估方法，做為橋管單位鋪設橋墩基礎保護工法之應用，相關成果可提供大甲溪下游之橋梁管理單位如公路局、高速公路局、臺灣鐵路股份有限公司以及縣市政府等機關(構)未來施政之應用。
研究成果效益：
1. 藉由現場試驗觀測結果，完成110~114年度本計畫工法之成效總評估。
2. 透過二維及三維數值模型建置，完成本計畫工法於不同重現期流量下之耐洪性及保護效益評估。
提供應用情形：
1.本計畫工法已於109年、111年及114年分別應用國道3號大甲溪河川橋P24L、P22L~P23L及P25L~P26L橋墩基礎保護工作及提供橋管政策上之積極創新管理作為。
2.本計畫相關研究成果，如:本計畫工法多元分析驗證及評估方式、橋基保護採UAV觀測規劃方式、施工技術說明書與標準設計圖說、施工流程…等，可提供相關橋梁管理單位未來規劃、驗證及鋪設橋基保護工法之參考。
分類
其他詳細資訊
- 適用對象：成人(學術性)
- 關鍵詞：沖刷，水工模型試驗，鼎型塊，織布，數值水理分析
- 附件：無附件
- 頁/張/片數：201
授權資訊
- 著作財產權管理機關或擁有者：交通部運輸研究所
- 取得授權資訊：聯絡處室：交通部運輸研究所運輸技術研究中心
姓名：王胤容
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