115 高普考高考三級 水土保持工程 包括植生工法 考古題詳解
第 一 題25 分
水土保持與治山防災工程中，防砂壩、節制壩與固床工是野溪治理中的橫向構造物。請詳細說明與比較這三者的基本構造、配置位置與功能定義。
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核心觀念
本題考查野溪治理三種橫向構造物的辨別：防砂壩重在攔蓄與調節砂石，節制壩重在控制蝕溝縱坡、抑止溝床及溝岸沖蝕，固床工重在固定溪床高程、防止下切。作答時須比較其構造尺度、設置地點及主要治理目的，不可只把三者都寫成「防止沖刷」。
依《水土保持技術規範》的用語，防砂壩為攔蓄及調節河道砂石、減緩溪床坡度、穩定流心、防止沖蝕或抑止土石流所構築的橫向構造物；節制壩則是設於蝕溝適當地點、與蝕溝垂直，用以抑止溝床及溝岸沖蝕的構造物。依命題當年（民國115年）法規為準。
解題方法
依「壩體與附屬構造 → 配置位置 → 主要功能」逐項說明，再以三者最主要的治理對象作比較。防砂壩與固床工常同設於野溪，差別在於前者著重砂石攔蓄與調節，後者著重溪床穩定；節制壩則以蝕溝治理為主要情境。
三者比較
| 項目 | 防砂壩 | 節制壩 | 固床工 |
|---|---|---|---|
| 基本構造 | 橫跨河道的壩體，通常包括壩頂、溢洪或排水部位、壩翼、壩身、基礎及下游護坦或消能設施；可採不透過性或透過性型式。 | 橫設於蝕溝的低壩，常由壩身、壩翼、基礎及下游護床或護坦等構成；依材料與現地條件可採混凝土、砌石、塊石等形式。 | 橫設於溪床的低矮跌水或護床構造，通常包括堰體、基礎、上下游銜接及下游護坦；可採混凝土、砌石、塊石等形式，並應與河床及兩岸妥善銜接。 |
| 配置位置 | 設於野溪或河道中，配合上游土砂來源、河道坡度、可利用的淤積空間及下游保全對象選址。 | 設於蝕溝內適當位置，沿蝕溝縱向分段配置，以控制溝床坡降及溝岸沖蝕。 | 設於溪床有下切、沖刷或縱坡需控制的河段，常以低壩群方式配置，使河床形成穩定階梯。 |
| 功能定義 | 攔蓄及調節河道砂石，促使上游淤積、減緩有效溪床坡度、穩定流心，並降低沖蝕及土石流危害。 | 抑止蝕溝溝床下切與溝岸側向沖蝕，減少溝床沖刷發展及溝岸崩塌。 | 固定溪床高程，抑制河床下切及局部沖刷，維持河床縱向穩定，保護鄰近護岸、橋梁或其他構造物。 |
一、防砂壩
第 二 題25 分
水土保持工程中，土釘（Soil Nailing）、岩栓（Rock Bolt）與地錨（Ground Anchor）皆屬加固抑止工法。請列表詳細比較此三種工法之構造特徵、力學機制、適用時機與相對成本。
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核心觀念
本題考查三種加固抑止工法如何把不穩定土體或岩體的力量傳至較穩定區域，並比較其構造、受力方式、適用地層與成本。作答時宜先抓住兩個區分：
- 土釘與岩栓通常是被動加固：先有土體或岩體變形，釘體或栓體才逐步產生拉力、剪力或彎矩來約束變形。
- 地錨通常是主動加固：透過張拉鋼腱並鎖定，施工完成後即可對擋土結構或不穩定岩土體施加預力。
三者均須檢核構件強度、錨固或握裹能力，以及整體穩定；不能只以鋼材抗拉強度判斷安全。
解題方法
以「構造 → 力學機制 → 適用條件 → 成本」逐項比較。力學機制是主要判別依據：土釘靠密集分布、與周圍土體共同變形；岩栓用來縫合或夾持岩體節理；地錨則靠自由段傳力、固定段錨固，並以預力主動拉住結構。
三種工法比較
| 比較項目 | 土釘（Soil Nailing） | 岩栓（Rock Bolt） | 地錨（Ground Anchor） |
|---|---|---|---|
| 主要構造 | 將鋼筋或鋼棒以一定間距、常略向下傾斜打入或鑽入土體，孔內灌漿；坡面或開挖面常配置噴凝土、鋼絲網及釘頭板。 | 將鋼棒或鋼腱置入鑽孔，利用水泥漿、樹脂或機械式錨頭固定；常搭配托板、螺帽及網片或噴凝土。依設計可為全長黏結或局部錨固。 | 通常由鋼腱（鋼絞線或鋼棒）、自由段、固定段、錨頭及承壓構造組成。固定段灌漿並錨定於穩定地層；自由段可伸長，使張拉力傳至固定段。 |
| 配置與施工特性 | 構件數量多、間距較密，常採由上而下分層開挖、逐層施作土釘與坡面保護。 | 常用於岩盤坡面或隧道等岩體支撐，可按岩體節理、裂隙及楔形塊體位置調整長度與方向。 | 錨索數量相對較少，長度通常較長；施作後須張拉、鎖定，並可進行張拉試驗或後續檢測。 |
| 力學機制 | 屬被動加固。土體變形時，土與釘體間的界面黏結與摩擦力將拉力傳入釘體；釘體跨越潛在滑動面，限制土體變形，並可承受拉力、剪力及彎矩。坡面構造則提供表面支撐與局部約束。 | 主要透過錨固力將節理兩側或可能滑動的岩塊連結，抑制張開、滑移或傾倒；依錨栓型式與岩體狀況，亦可施加預力，使岩塊受夾持，或以黏結段將荷載傳至穩定岩層。 | 通常屬主動加固。張拉後，錨頭把預力施加至擋土牆、支撐構造或不穩定岩土體；荷載由自由段傳至固定段，再透過固定段與穩定地層間的黏結及摩擦力承受。 |
| 適用時機 | 適合可短時間自立的土層、密實砂土、礫石土、硬塑土及部分風化岩之開挖面或邊坡；常用於道路拓寬、邊坡整治、擋土及開挖支撐。 |
第 三 題25 分
請詳述植物根系主要是透過何種力學機制或模型，來提升邊坡土壤的抗剪強度？
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核心觀念
本題考植物根系如何以力學加筋作用提高根土複合體的抗剪強度，核心模型為 Waldron 模型與 Wu–Waldron 模型。根系穿越潛在剪動面後，土體剪動會使根受拉；根土間的摩擦與黏結將拉力傳給土體，形成額外的抗剪作用。
不含根系時，土壤抗剪強度可用莫耳－庫侖式表示：
其中， 為有效凝聚力， 為有效正向應力， 為土壤有效摩擦角。加入根系後，根系的貢獻通常以「根系表觀凝聚力」 表示：
此處 是根系加筋造成的附加抗剪強度，並非土粒間原有的真正凝聚力。
解題方法與力學模型
以根系穿越剪動面的受力分解說明即可：剪動使根系產生張力，根所受拉力分解為沿剪動面方向的分量與垂直剪動面的分量。前者直接抵抗剪動；後者增加剪動面上的正向作用，進而提高摩擦阻力。
Waldron 模型的根系強度增量可寫成：
其中 為根系平均抗拉應力， 為根面積比， 為穿越剪動面的根系截面積總和， 為剪動面面積； 表示剪動過程中根系受力方向的幾何角度。式中 項代表根系拉力沿剪動面的抗剪分量；
第 四 題25 分
在水土保持之崩塌地治理工程中，植生處理常需依據不同地形、交通條件與坡度特徵進行因地制宜的規劃。請詳細說明針對下列地區之植生處理方法與施工要點：
- 崩塌裸露地。
- 道路邊坡（含不同坡度）。
- 陡峭岩壁。
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核心觀念
本題考查的是依據坡面穩定性、土壤與岩盤立地條件、坡度、施工可及性及受保護標的選擇植生工法。植生的主要功能是覆蓋地表、減少雨滴打擊與地表沖蝕、增加坡面表層穩定性，並協助環境復育；若坡體有深層滑動、持續湧水或坡腳遭淘刷等問題，須先處理排水及坡體穩定，不能只靠植生。
植生導入可採播種、栽植、植生誘導及自然復育。依《水土保持技術規範》，一般土質坡面噴植或水土保持植生施工後覆蓋率應達 80% 以上；崩塌地等立地條件不佳地區，覆蓋率得依現地狀況調整。植生完成後仍須辦理補植、施肥、澆水及病蟲害防治等維護。以下以命題當年（民國 115 年）規範為準。
解題方法
依「先穩定、再建立生長環境、最後選植生方式」的順序作答：
- 先處理致災因子：截導坡頂及坡面逕流、做好排水，並穩定坡腳及不安定土石。
- 依現地條件改善植生基盤：整坡、填補裂隙、客土或覆蓋植生基材；坡陡或易沖蝕處加設覆蓋物、編柵或掛網。
- 依坡度與交通條件選工法：較緩且可到達的坡面，採播種、噴植或栽植；陡坡、岩盤或不易到達處，採固定基材、掛網或局部栽植，必要時保留自然復育。
- 依立地選植物並維護：採用適合當地氣候、坡向、土壤及海拔的植物，優先使用適地適種的原生或在地植物，並安排完工後管理。
一、崩塌裸露地
崩塌裸露地常見土壤流失、基盤貧瘠、坡面不平及排水紊亂等問題，宜先按崩塌範圍與穩定狀況分區處理。
- 坡頂及坡面排水：清查坡頂裂隙與集水路徑，填補地表裂縫，設置截水、導水設施，避免坡外逕流集中流入崩塌面；排水出口應安全導至穩定地區。
- 整坡及坡面安定：清除浮石、危木及鬆動土塊；視坡度及材料條件施作階段整坡、打樁編柵、格柵或其他坡面保護，減少表土移動並形成植生基盤。坡腳不穩或受淘刷時，先辦理坡腳穩定。
- 改善生長環境：裸露岩土可局部客土、回填植生袋或鋪設適當植生基材；土壤貧瘠處酌予改良及施肥，並避免客土或基材被逕流沖走。
- 導入植生：面積大、坡面較緩且可施工者，可採種子撒播或噴植；坡面較陡或沖蝕較強者，先固定植生毯、稻草蓆、纖維網或其他覆蓋材料，再播種或噴植。需要較快建立植被或局部基盤不足時，可搭配苗木栽植、扦插或植生袋。
- 採自然復育的條件：若地區到達困難、施工不易且沒有直接保護對象，可採自然復育；仍須確認排水及坡面安全，必要時以簡易整坡、排水或鄰近表土協助植群自然發展。
- 施工及養護：配合雨季安排施工，施工中避免擾動擴大；完工後巡查沖蝕溝、排水設施及植生覆蓋，對裸露或死亡植株補植。
二、道路邊坡（含不同坡度）
道路邊坡須同時顧及路基與行車安全、坡面沖蝕及施工交通條件。開工前應確認邊坡是土質、風化岩或完整岩盤，並先處理坡頂來水、坡面排水與坡腳穩定。下列坡度分級是選工法的實務切入方式，實際設計仍須依地質、坡高、岩土狀況及安全分析調整。
- 較緩坡面：坡面穩定、土層適合植物生長且機具可進場時，可採撒播、噴植或栽植。施工前整理坡面、清除鬆動物，播種後覆蓋稻草或植生毯，避免降雨沖失種子與表土。
- 中等坡度坡面：表土容易流失或坡面較陡時，宜採噴植並搭配植生毯、網材、編柵等固定措施。