107 鐵路特考員級 土木工程 土木施工學概要 考古題詳解

核心觀念

本題屬於《土木施工學概要》中「混凝土材料性質與鋪面施工」的核心考點，重點在於評量考生對預拌混凝土物理性劣化機制——泌水（Bleeding）​之成因剖析與工程防制能力。

1. 泌水定義與物理機制： 新鮮混凝土澆置後、初凝前，固體顆粒（粗細骨材、水泥粒子）因重力作用向下沉降，導致拌和水分被迫向上置換並浮出表面的「沉陷分離」現象。
2. 剛性鋪面工程之特殊性： 剛性鋪面（水泥混凝土鋪面）具有「大面積、薄厚度、直接承受車輪磨耗與剪力」之特性。表面若因過量泌水形成高水灰比之脆弱浮漿層（Laitance），將直接引發起砂（Dusting）、剝落（Scaling）、抗滑力驟降，並使傳力桿（Dowel Bar）與鋼線網下方因積聚水囊而大幅折損握裹力與剪力傳遞效能。

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解題方法

本題為標準的成因與對策型申論題，答題架構應採「對稱呼應」原則，由「材料與配比設計」及「現地澆置與施工操作」兩大面向切入說明：

1. 成因分析：依序從水灰比與用水量、骨材級配、膠結材料特性、外加劑，以及現場過度震擣、澆置落差等層面說明水分上浮之機制。
2. 防制缺失對策：針對上述成因，提出嚴格的配比調整（如降低水灰比、摻用輸氣劑、微細料補充）與標準工地作業程序（如控制坍度、適度振動、嚴禁泌水未退即進行表面整平粉光）。

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解題技巧

1. 關鍵字架構法：回答成因與防治時，掌握「水、灰、砂、氣、震、抹」六字訣：

• 水：水量與水灰比控制。
• 灰：水泥量及卜特嵐摻料比表面積。
• 砂：細骨材細度模數與微粒含量。
• 氣：輸氣劑之微氣泡阻水效應。
• 震：搗實能量與時間控制（防過震）。
• 抹：掌握抹面時機（切忌過早抹面與撒乾水泥粉）。

2. 避開考場大忌：切勿回答「表面積水時可撒乾水泥粉吸乾」，此為重大施工錯誤（會導致表層脆裂、嚴重龜裂剝落），答出此項將遭大幅扣分。

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【答案】

一、剛性鋪面澆注預拌混凝土產生材料泌水之原因

混凝土泌水主要是固體顆粒在重力作用下沉降，將自由水置換擠壓至表面所致。剛性鋪面施工現場產生泌水之主因如下：

1. 材料配比設計不良：

• 水灰比（$W/C$）或用水量偏高：自由拌和水過多，混凝土保水能力下降，水分極易脫離膠體上浮。
• 細骨材細料不足：細骨材級配不良、細度模數（FM）過大，缺乏通過 $0.15\text{ mm}$（No.100）及 $0.075\text{ mm}$（No.200）之微細顆粒，導致基體顆粒間隙大、保水性低。
• 水泥用量偏低或比表面積不足：水泥漿量不足以包覆骨材，或水泥比表面積偏小（如粗顆粒水泥），水化吸附力弱。
• 未適當添加輸氣劑（Air-Entraining Agent）：無微細獨立氣泡阻斷毛細孔上升水流，加速垂直水通道之形成。

核心觀念

本題測驗「土木施工機械與設備」中連續式搬運設備——皮帶式輸送機（Belt Conveyor）​之基本構造與力學／作業機能，並結合都市逆築工法（Top-Down Construction Method）​之深開挖出土應用情境。

1. 逆築工法之出土特性： 都市逆築工法常受限於基地周邊鄰房密集及施工構台（或首層樓地板）開口尺寸，挖土機作業迴轉空間與吊車垂直吊運效率受限。皮帶輸送機能以連續、斜向方式將開挖面土石方穩定向地面提升，具備高效率、佔用開口斷面小之優勢。
2. 皮帶傳動與輸送原理： 系統仰賴驅動滾筒與皮帶間之摩擦力傳遞驅動扭矩；為防止大傾角運土時物料滾落或停機時皮帶倒轉，輸送機之皮帶型式、張力維持、逆止保護及托輥配置皆有特定的機能要求。

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解題方法

解答申論題時，宜將皮帶式輸送機之構件依機械系統與循環路徑進行邏輯化歸類，切入點分為五大核心系統：

1. 牽引與承載構件（輸送皮帶）
2. 動力與驅動系統（電動機、減速機、驅動滾筒）
3. 導向、張緊與制動系統（尾輪/轉向滾筒、張緊裝置、逆止器）
4. 支撐與導向構件（各型托輥組）
5. 進出料與輔助清掃構件（進料漏斗、出料溜槽、清掃器、鋼構機架）

針對每一項構件，先標明名稱，再明確界定其「機械機能」與「土木施工（出土）現場之作用」，展現專業施工學涵養。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無個別選項需分析。作答時切忌混雜模糊字眼，應條列明確、段落分明，並補充英文專有名詞以提升評分卷面辨識度。

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解題技巧

1. 記憶框架（四字訣：帶、筒、輥、動、緊、輔）：

• 帶：輸送帶（承載兼牽引）。
• 筒：驅動滾筒、從動／轉向滾筒。
• 輥：托輥（槽型、緩衝、調心、回程）。
• 動：驅動裝置（馬達＋減速機＋逆止防倒轉）。
• 緊：張緊裝置（確保摩擦力、消除鬆弛）。
• 輔：漏斗、刮泥清掃器、機架。

2. 常見失分陷阱：

• 僅回答「皮帶、馬達、輪子」等過於口語之詞彙，未列出專業名稱（如：托輥、張緊裝置、逆止器）。
• 遺漏「逆止器（Backstop）」：逆築出土多為「斜向爬升」，若停機時無逆止機制，自重將導致土石連同皮帶瞬間下滑逆轉，屬重大工安防護構件。
• 遺漏「清掃器（Scraper）」：開挖土方多含黏土與高含水量細料，黏附於皮帶將造成滾筒打滑與蛇行跑偏。

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【答案】

皮帶式輸送機（Belt Conveyor）主要用於將地下開挖土石方以連續運轉方式提升運出地面。其主要組成構件與個別機能說明如下：

一、 輸送帶（Conveyor Belt）

• 組成：由抗拉骨架層（尼龍、聚酯織物或鋼絲繩芯）及上下耐磨橡膠覆蓋層構成。因應逆築出土之傾角需求，多採用人字形、花紋或裙邊隔板式皮帶。
• 機能：

1. 作為直接承載與輸送土石方之承載構件。
2. 作為傳遞驅動牽引力之抗拉構件，藉由封閉迴路連續循環運轉。

二、 驅動裝置與驅動滾筒（Drive Unit & Drive Pulley）

• 組成：包含電動機（馬達）、減速機、聯軸器及主驅動滾筒（表面常包覆具菱形紋路之橡膠襯墊以增強摩擦力）。
• 機能：

核心觀念

本題主要測驗考生對現代「特殊混凝土（Special Concrete）」材料科學原理、配合比特性及其於國內工程實務應用之熟稔度。考點核心涵蓋：

1. 材料微觀機理與摻料效能：包含礦物摻料（飛灰、水淬高爐石粉、矽灰）之火山灰反應（Pozzolanic Reaction）與微填充效應（Micro-filler Effect），以及高分子化學摻料（如聚羧酸系強效減水劑）之立體障礙分散機制。
2. 新拌與硬固性能突破：突破傳統混凝土依賴人工或機械內部振動之限制，藉由流變學（Rheology）調控降伏應力與塑性黏度；或透過相變、結構孔隙控制、纖維交織韌化等機制，滿足超高強度、高耐久性、輕量化、抗裂阻滯或環境生態之特殊機能。
3. 規範依據：遵循我國公共工程委員會施工綱要規範（如第 03310 章、第 03370 章等）及美國混凝土學會（ACI）相關技術指引。

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解題方法

本題為典型工程實務與材料學理並重之申論題，切入策略應兼顧「分類周延性」與「機制深度」：

1. 精選具代表性材料：挑選國內公共工程及民間超高層建案應用最廣、技術成熟且具法規標準規範之 5～6 項特殊混凝土。
2. 標準化剖析維度：對每一項特殊混凝土，均按「定義與配合比特徵」、「專業材料意涵（微觀/流變/力學機制）」及「國內代表性工程實績」三個層次清晰鋪陳，滿足題旨對「專業材料意涵」的深度要求。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題。作答時無選項可供比對，評分重點在於答題結構的條理性與專業術語的精確度。作答時切忌僅列舉材料名稱，必須將「材料種類」與「專業材料意涵」緊密扣合；若僅泛稱「很好施工」或「強度很高」，而未切入流變參數、水化硬化機制或微觀孔隙構造，將難以獲取高分。

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解題技巧

1. 分類聯想架構：記憶時可依工程機能分為三大軸線：

• 施工性能導向：自充填混凝土（SCC）、控制性低強度回填材料（CLSM）。
• 極致強度與耐久導向：高性能混凝土（HPC）、纖維強化混凝土（FRC）。
• 特殊工法與生態導向：滾壓混凝土（RCC）、透水混凝土。

2. 掌握專業評分關鍵字：於專業意涵中務必帶出精準術語，如「降伏應力極小化」、「抗析離性」、「空隙填充效應」、「裂縫架橋機制（Bridging Effect）」、「連通孔隙率」等。
3. 篇幅與配分配置：本題常態配分為 20～25 分，作答以論述 5～6 種材料為宜，平均每項約 4～5 行，使卷面整齊對稱、層次井然。

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【答案】

國內目前廣泛引進並具成熟工程實績之特殊混凝土材料及其專業材料意涵分述如下：

一、自充填混凝土（Self-Consolidating Concrete, SCC）

1. 定義與特徵：新拌混凝土具備高流動性、高抗析離性及良好間隙通過能力，在完全不需外力施加任何搗實或振動條件下，能純粹仰賴自重流動並填滿模穴與密集鋼筋間隙。
2. 專業材料意涵：

• 流變特性控制：降低拌合物之降伏應力（Yield Stress）以獲取高流動變形量，同時維持適當的塑性黏度（Plastic Viscosity）以阻止粗骨材下沉析離。
• 材料配合比機理：減少粗骨材體積含量、提高細粉料總量（水泥搭配飛灰、高爐石粉或石灰石粉），並導入聚羧酸系（Polycarboxylate）高性能減水劑，藉由靜電斥力與立體阻礙效應達成高度分散及保坍能力。

3. 國內應用：台北 101 大樓巨柱、台灣高鐵箱形梁、各捷運系統鋼管混凝土（CFT）結構及地下連續壁逆打工法。

二、高性能混凝土（High Performance Concrete, HPC）

1. 定義與特徵：指針對特定工程環境需求所設計，不僅具備高抗壓強度（常態 $f'_c \ge 55 \text{ MPa}$），更兼具優異工作性、高彈性模數、超低滲透性與卓越長期耐久性之混凝土。
2. 專業材料意涵：

核心觀念

本題旨在測驗考生對於「深開挖工程安全監測系統」（Instrumentation and Monitoring System）之整體架構與實務規劃能力。深開挖工程具備高度之不確定性與地工風險，依據《建築技術規則》建築構造編基礎構造相關規範與深開挖工程實務，施工觀測系統係落實「觀測施工法」（Observational Method）的核心工具。

一套完善的監測系統，其內涵不可僅停留在「儀器設備的裝設」，而必須涵蓋：

1. 結構本體與安全支撐監測（擋土壁、型鋼支撐、預力地錨之應力與變形）。
2. 地層與水文環境監測（地表沉陷、深層側移、孔隙水壓、地下水位變化）。
3. 鄰近環境保全監測（鄰房及公用管線之沉陷、傾斜、裂縫開展）。
4. 管理機制與應變回饋（警戒值與行動值設定、即時回饋分析與緊急應變處置）。

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解題方法

回答「施工觀測系統應包含之項目內涵」時，切入點應採取​「系統性分類法」，由工程內圈向外圈展開，最後落腳於管理體系：

1. 分項明確：依觀測標的劃分為「擋土壁體」、「支撐與地錨」、「地層變形」、「地下水文」、「鄰房與設施」及「管理基準體系」六大構面。
2. 三要件齊全：針對各監測項目，均應具體寫出​「監測目的」、「量測物理量」​與​「代表性儀器名稱」。
3. 管理內涵補強：申論題若僅條列儀器名稱，得分偏向基本分；若能進一步補充「警戒值設定」與「動態資訊回饋（資訊化施工）」，方能體現「系統」之完整性，奪取高分。

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選項分析

本題為申論題，無選項分析。

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解題技巧

1. 記憶口訣：牢記​「壁、撐、土、水、房、管」​六字訣：

• 壁：壁體變形與應力（傾斜儀、鋼筋應變計）。
• 撐：支撐與地錨軸力（支撐荷重計、地錨荷重計）。
• 土：地表與地中沉陷／側移（沉陷釘、地中沉陷儀）。
• 水：水位與水壓（地下水位計、孔隙水壓計）。
• 房：鄰房安全（建物傾斜計、沉陷點、裂縫計）。
• 管：管理值界定（預警值、警戒值、行動值）。

2. 常見陷阱與扣分點：

• 僅列出儀器英文或中文簡稱，未說明其安裝位置與量測目的。
• 忽略「地下水」項目。地下水是深開挖破壞（如砂湧、管湧、隆起）最關鍵的誘發因子，水位計與水壓計絕對不可遺漏。
• 漏答「監測管理機制」。題目問的是「系統之項目內涵」，監測頻率、管理基準值、回饋分析屬於系統運作之核心。

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【答案】

一套完整妥善之深開挖施工觀測系統，其項目內涵應具備完整性、關聯性與即時性，主要涵蓋下列六大構面：

一、 擋土壁體監測系統

• 監測目的：掌控連續壁、排樁或鋼板樁等擋土壁體在開挖各階段之側向變形趨勢與受力狀態，防止壁體位移過大或結構破壞。
• 代表性項目與儀器：

1. 壁體傾斜儀（Inclinometer）：於壁體內預埋傾斜管，量測壁體沿深度方向之側向水平位移曲線與最大側移深度。
2. 鋼筋計／應變計（Rebar Stress Meter / Strain Gauge）：安裝於壁體主筋或型鋼上，量測壁體承受側向土水壓力時所產生之彎矩、軸力與鋼筋應力。