108 原住民特考四等 土木工程 土木施工學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查土木施工學中「場鑄深基礎工程」之核心工法——反循環鑽掘基樁（Reverse Circulation Drilling Pile，簡稱 RCD 樁）​的施工原理、流體力學排渣機制及其工程適用性。

1. 反循環原理：相較於一般正循環工法（泥漿自管內注入、沿孔壁上返），反循環係藉由孔頂注入穩定液（清水或皂土泥漿）維持水頭，利用抽泥泵或空氣昇液機（Air-lift）經中空鑽桿內部將夾帶鑽渣之泥漿高速抽吸至地表，兼具孔壁穩定與快速排渣之效。
2. 規範依據：參考行政院公共工程委員會施工綱要規範第 02464 章「反循環鑽掘基樁」及內政部《建築技術規則建築構造編》基礎構造篇之規定。

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解題方法

本題屬經典之申論說明題，作答應採取「定義原理切入 $\to$ 機制比較 $\to$ 優缺點對稱條列」之結構化解法：

1. 定義說明：先給予反循環基樁精準的工程定義，再繪製或具體說明其「循環途徑」（穩定液自孔頂自然回流注入維持水頭；鑽渣混和液由鑽桿內部抽吸反向抽出），凸顯其與正循環工法之差異。
2. 特性剖析（優點與缺點）：從「工法能力（徑深/地質）」、「施工環境（噪音/振動/腹地）」、「工程品質（沉渣/承載力）」及「成本與環保（泥漿處置/抽坍風險）」等維度進行系統化對比歸納，避免零碎列舉。

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選項分析

本題為非選擇題之申論試題，針對關鍵子題與作答構面剖析如下：

• 子題一：何謂反循環基樁
• 核心命題點在於「反」字之流向機制。切入點必須點出「中空鑽桿抽取鑽渣泥漿」與「孔內始終保持水頭壓力以抗衡孔外側向土水壓力」兩大力學與施工核心，若僅回答「用鑽機鑽孔後灌注混凝土」則無法得分。
• 子題二：反循環基樁之特性（優點）
• 重點落在「大直徑、大深度、高承載力、低公害（無擠土效應、低振動噪音）」。
• 子題三：反循環基樁之特性（缺點）
• 重點落在「需龐大泥漿池與沉澱設備（場地需求大）」、「泥漿廢水清運環保成本高」、「透水地層易失水抽坍」及「水下混凝土澆置需嚴格防止斷樁夾泥」。

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解題技巧

1. 記憶口訣：「管內抽渣管外補水，深大靜穩廢水難除」。

• 「管內抽渣管外補水」掌握其反循環原理；
• 「深（深度大）大（管徑大）靜（無振動噪音）穩（沉渣少承載穩）」歸納其優點；
• 「廢水難除、場地受限、透水抽坍」涵蓋其缺點。

2. 作答陷阱：

• 勿將「反循環基樁（RCD）」與「全套管基樁（All Casing / Benoto）」混淆；全套管全程以鋼套管護壁搖管壓入，反循環則主要依靠「水頭壓力＋護壁泥漿」維持孔壁穩定（僅孔口設置約 $2\text{ m} \sim 6\text{ m}$ 之表層護筒／鋼導管）。
• 務必提及「正水頭維持」（孔內水位須高出地下水位 $2.0\text{ m}$ 以上），此為反循環施工成敗之絕對關鍵。

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【答案】

一、反循環基樁之定義與原理

反循環鑽掘基樁（Reverse Circulation Drilling Pile，簡稱 RCD 樁），屬場鑄排土型混凝土基樁。其工法原理為：

核心觀念

本題評量考生對混凝土施工品管中最基礎且關鍵的「養護作業（Curing）」之法規與學理掌握度。涉及規範為中國土木水利工程學會編印之《混凝土工程施工規範與解說》（以命題當年民國 108 年之規範標準為準）。

1. 水泥水化反應（Hydration）之熱力學條件：水化作用並非單純的「水分蒸發乾燥」，而是水泥顆粒與水結合生成矽酸鈣膠體（C-S-H 膠體）之化學結晶過程。該反應必須在「充分的水分」與「適當的溫度」環境下才能持續進行。
2. 養護目的：從化學動力學（水化持續）、力學性質（強度增長）、耐久性（緻密抗滲）、缺陷防治（乾縮龜裂控制）四個層面建立完整論述。
3. 養護期間：規範依據水泥之反應活性（第 I 型普通、第 III 型早強、摻卜作嵐或第 II/IV/V 型緩凝水泥）及試體抗壓強度門檻，明訂最低強制保濕天數與解除養護之強度標準。

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解題方法

本題為典型的名詞與法規論述型申論題。作答時切忌以一般常識口語作答，應採用「工程標準術語」並分項條列，結構分為兩大核心：

1. 第一部分：養護目的

• 從「微觀組織發育」切入：維持濕潤促使水化完全，使微觀孔隙率降低、提高水密性。
• 從「巨觀工程性質」展開：確保抗壓強度（$f'_c$）如期發展、增強抗磨耗與抗候性、抑制早期塑性收縮裂縫與長期乾縮裂縫。

2. 第二部分：所需養護期間

• 分門別類列出規範規定的「最低連續濕治天數」（以水泥種類劃分）。
• 補充說明「以強度作為終止養護之替代標準」（以現地試體抗壓強度達設計強度百分比判定）。

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選項分析

本題屬申論題型，無選項。本題評分重點落在兩大項：

• 養護目的（約佔 50% 配分）：評閱標準在於是否涵蓋「促進水化反應」、「確保強度發展」、「提高耐久性／抗滲性」及「抑制收縮裂縫」等四大構面。
• 養護期間（約佔 50% 配分）：評閱標準在於關鍵天數與水泥型別的對應（普通水泥 7 天、早強水泥 3 天、摻料／巨積 14 天），以及強度替代標準（達 $70\%$ $f'_c$）。

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解題技巧

1. 記憶口訣：

• 養護天數記憶訣竅：「早三、普七、摻十四；未滿期前七成起」。
• 早強（Type III）：3 天。
• 普通（Type I）：7 天。
• 摻礦物摻料／慢凝（Type II、IV、V、飛灰、爐石）：14 天。
• 強度標準：工地同條件養護試體達 $70\% f'_c$。

2. 常見陷阱：

• 誤將「拆模時間（Formwork Stripping Time）」與「養護時間（Curing Period）」混為一談；拆模後外露面仍須立即接續養護直至期滿。
• 誤以為養護只是「灑水防止變乾」，遺漏了「保溫（防止溫度過低或溫差過大造成熱應力裂縫）」的機能。

3. 版面配置：

核心觀念

本題考查移動式起重機（吊車）之力學穩定原理（抗翻覆力矩）、吊桿結構受力特性及起重機性能曲線表（Load Chart）​之應用。

1. 起重能力（額定荷重，Rated Lifting Capacity）之決定機制： 起重機之極限起重能力主要受限於兩大機制：

• 翻覆穩定度（Stability Limit）：以車體支點為旋轉中心，車體與配重所產生之「穩定力矩（$M_s$）」必須大於吊物及吊桿所產生之「翻覆力矩（$M_o$）」。依台灣《起重升降機具安全規則》（以命題當年民國 108 年法規為準），移動式起重機之額定荷重通常不得超過其傾覆荷重之 $75\%$ 至 $78\%$（視支撐型態與吊桿形式而定）。
• 結構強度（Structural Strength Limit）：吊桿（伸臂）之抗彎剛度、抗壓屈曲強度、鋼索破斷強度及主捲揚機（Winches）之額定拉力。

2. 幾何與力矩關係公式： 設吊桿長度為 $L$、吊桿與水平面之夾角（仰角）為 $\theta$、吊桿腳鉸接點距起重機迴轉中心之水平偏距為 $r_0$：

• 工作半徑（作業半徑）$R$： $R = L \cos\theta + r_0$
• 翻覆力矩 $M_o$（以迴轉中心或外側支點計算）： $M_o \approx W \times R + W_{\text{boom}} \times R_{\text{boom}}$ （式中 $W$ 為吊掛物重與吊具重，$W_{\text{boom}}$ 為吊桿等自重）

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解題方法

本題為非選擇題（問答題），作答切入點分為兩大部分：第一部分系統性條列現場工程可採取之「增加起重能力的方法」，從力學幾何、機具配備與工法三方面切入；第二部分透過幾何運動學與靜力平衡方程式，詳述「吊桿角度、工作半徑、起重能力」三者間的相互連鎖變化關係。

一、增加吊車起重能力的方法

在現場施工實務與力學原理中，可透過以下方式提升吊車之有效起重能力：

1. 縮小工作半徑（增大吊桿仰角或縮短伸臂長度）： 減小載重力臂 $R$，使外加翻覆力矩大幅降低，在額定穩定力矩範圍內可吊起更重之物件。
2. 完全伸出並鎖定外伸撐座（Outriggers，八字腳）： 將吊車之液壓外伸撐座向外伸展至最大跨距並鋪設路基鋼板／墊木，使車體輪胎完全離地。此舉可大幅外移傾覆支點，增大抗翻覆之力臂，有效提高穩定力矩。
3. 增加車尾平衡配重（Counterweight）： 在原廠規格與結構容許範圍內，增掛後方平衡重塊，直接增大車體自重所產生之後方抗翻覆力矩 $M_s$。
4. 增加捲揚鋼索之穿繞折數（倍率，Parts of Line）： 透過增加吊鉤動滑輪組之鋼索穿繞線數，將重物重量分攤至多條鋼索上，降低單線鋼索張力，使主捲揚機能發揮最大額定拉力，解除捲揚機與單繩強度的限制。
5. 換用短吊桿（縮回伸縮臂）： 伸縮臂式吊車在吊裝高程允許時，盡量縮回各節伸臂。短吊桿之自重較輕、桿件剛度高、次生彎矩（$P$-$\Delta$ 效應）小，結構承載上限高於長吊桿。
6. 加裝超起裝置（Superlift / Guyed Boom System）： 大型起重機可於吊桿背側加裝拉索背撐架，減少吊桿受拉受彎變形，大幅提升大半徑作業時之結構穩定性與起重能量。
7. 採雙機抬吊（雙吊車協同吊裝，Tandem Lifting）： 單機容量不足時，依規範擬定吊裝計畫，利用兩部吊車依承載比例共同起吊超重構件。

二、吊桿角度（$\theta$）、工作半徑（$R$）與起重能力（$W$）三者之關係說明

三者間存在緊密的連鎖制約關係，其核心由「幾何三角關係」與「力矩平衡條件」所支配：

1. 吊桿角度（$\theta$）與工作半徑（$R$）之關係（負相關／反向變動）： 根據幾何關係式 $R = L \cos\theta + r_0$：

• 當吊桿長度 $L$ 固定時，吊桿角度 $\theta$ 越大（吊桿起立、仰角越陡），$\cos\theta$ 值越小，工作半徑 $R$ 隨之縮小。

核心觀念

本題考查土木施工學中「道路工程土石方工程」之標準作業程序（SOP）與施工品質管理系統。主要依據行政院公共工程委員會《施工綱要規範》第 02315 章「路基開挖與填築」及交通部公路局《公路工程施工規範》之規定。核心觀念涵蓋兩大面向：

1. 作業內容（工序流程）：包含施工前測量放樣、地表清理與掘除（Clearing and Grubbing）、分層開挖與階梯式削坡、土石方搬運與調配（土方平衡）、排水設施施作、邊坡穩定保護及路床（Subgrade）整修。
2. 品質管理要項（三級品管觀念）：落實「施工前、施工中、施工後」之查驗機制。核心指標包括幾何線形控制（高程、坡度、斷面寬度）、土質鑑別與利用、開挖邊坡穩定度與監測、路床滾壓壓實度（Compaction Degree）及承載力（CBR 值或載重板試驗）、以及排水與水土保持機能。

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解題方法

本題為標準的申論型題型。作答時應避免雜亂無章的條列，切入點應採「施工工序生命週期法」及「品質管理控制點法」展開：

1. 第一部分：作業內容：按標準施工流程「工前準備 $\to$ 地表清理 $\to$ 坡面與主體開挖 $\to$ 排水防護 $\to$ 路床整平」展開，論述具體工法、使用機具及作業程序，展現專業工務實務感。
2. 第二部分：品質管理要項：依據「自主檢查與品管檢驗重點」進行歸納，切分為「幾何線形與尺寸精度」、「土質特性與材料管制」、「邊坡安全與排水監測」、「路床承載力與滾壓檢驗」四大核心構面，精確指出具體檢驗項目與控制標準。

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選項分析

本題為申論題，無選項。閱卷評分關鍵在於條理化與關鍵專有名詞的掌握度：

• 若僅回答「開挖、載土、鋪路」等空泛字眼，僅能獲得基本分數。
• 必須具體寫出「測量放樣」、「掘除雜物」、「階梯開挖」、「臨時截排水」、「超挖控制」、「路床修整與壓實檢驗」等專業術語，方能奪取高分。

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解題技巧

1. 口訣記憶法：

• 作業內容記流程：「放、清、挖、排、坡、床」（放樣 $\to$ 清除 $\to$ 開挖調配 $\to$ 截排水 $\to$ 邊坡防護 $\to$ 路床壓實）。
• 品管要項記構面：「形、土、水、穩、實」（線形斷面、土質材料、排水防洪、邊坡穩定、路床壓實）。

2. 陷阱提防：

• 混淆路堤與路塹：題目問的是「開挖作業」（路塹挖方），切勿將大篇幅花在填方夯實與路堤沉陷分析上，重點應聚焦於「邊坡挖掘控制」與「挖方段路床的整理與承載力」。
• 忽略超挖與水土保持：岩石開挖常伴隨超挖（Over-break），且土方開挖最忌雨水沖蝕，務必提及「臨時截排水溝」與「超挖回填改善」，此為閱卷老師極為看重的實務要點。

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【答案】

一、道路土方開挖作業之作業內容

道路土方開挖（路塹段開挖）係將天然地面按設計線形及高程降挖至路床頂面之作業，其主要作業內容循序說明如下：

1. 施工前準備與測量放樣：

• 依據設計圖說建立施工基準點，測設道路中心樁、開挖界線樁（坡頂截交樁，Slope Stake）及水準高程引測。
• 調查開挖範圍內之地下管線、鄰近構造物及地下水位，必要時預先辦理管線遷移或防護。

2. 地表清理、掘除與表土剝除（Clearing and Grubbing）：

• 在開挖邊界內，將地表樹木、竹根、雜草、腐植土、廢棄物等徹底清除並運離工地。
• 剝除具肥力之表土（Topsoil），分區集中堆置儲存，以供後續邊坡植生綠化再利用。

3. 臨時截水溝與排水設施施作：