109 專技高考高等考試 大地工程技師 山坡地工程（包括水土保持工程） 考古題詳解

核心觀念

本題要掌握三件事：大規模崩塌的定義與地形特徵、治理的分階段原則，以及如何以監測資料支援預警與避難。作答時要區分「大規模崩塌」這種地質現象，與造成人命或財產損失的「大規模崩塌災害」。

依題目所指之 NCDR 定義，大規模崩塌是符合下列任一規模條件的崩塌地：

• 崩塌面積超過 $10$ 公頃；
• 土方量達 $10$ 萬立方公尺；
• 崩塌深度在 $10$ 公尺以上。

大規模崩塌常具有主崩崖、次崩崖、反向坡、陷溝、裂縫或坡趾隆起等地形特徵。滑動面常經長期孕育與演化，強降雨、地下水位上升或地震可能促使坡體加速變形；但大規模崩塌不必然都會造成災害，仍須看崩塌是否影響聚落、道路、橋梁及其他保全對象。

本題屬工程防災與監測題，無須援引法條；以下依命題當年（民國 109 年）主管機關公布之定義與防災架構說明。

解題方法

依「辨識潛勢 → 評估風險 → 分區治理 → 監測預警 → 避難應變」作答。這個架構能同時回應定義、治理與監測三個要求，並呈現治理目標是降低崩塌發生機率及災害後果，而非只列舉工程設施。

一、定義要件與災害特性

1. 規模門檻：面積、土方量、深度三項指標符合其中一項，即屬大規模崩塌。此處面積是「超過」$10$ 公頃；土方量是「達」$10$ 萬立方公尺；深度是「在」$10$ 公尺以上，應保留各項門檻文字的差異。
2. 地形與地質徵兆：以高精度數值地形、航照或現地踏勘辨識主崩崖、次崩崖、反向坡、陷溝、冠部裂隙、側邊裂縫及坡趾隆起等；並調查岩性、地質構造、節理、順向坡、地下水及既有滑動面。
3. 致災條件：降雨入滲使地下水位或孔隙水壓升高，降低坡體有效應力與抗剪強度；地震、河流或坡腳沖蝕及人為開挖也可能促使不穩定坡體滑動。
4. 災害風險：除崩塌本身的危害度，也須盤點下游或坡腳聚落、道路、橋梁與公共設施等保全對象，評估可能影響範圍及暴露程度。

二、治理對策

治理先以調查與風險管理決定優先順序，再依坡體條件選擇工程措施；若無法合理控制風險，應以避難或遷居降低暴露。

• 調查與土地管理：進行地形地質調查、鑽探及地下水調查，釐清滑動面、活動性與影響範圍；建立潛勢區及保全對象清冊，限制新增開發、坡腳開挖、超載及不當排水。
• 排水與水文控制：改善坡面截排水、導水及排水溝，避免地表水集中入滲；視地下水情況設置水平排水孔、集水井或其他地下排水設施，以降低孔隙水壓。維護既有排水設施，避免堵塞或將水導向不穩定區。
• 坡體與坡趾穩定：依調查及穩定分析，採用適當的坡面保護、地錨、擋土或抗滑結構、坡趾保護及河道治理等措施。

核心觀念

本題考查坡地開挖整地後，地形、地表覆蓋與排水條件改變，如何引發沖蝕、土砂災害及坡地失穩；並要求把問題轉化為水土保持工作計畫中的調查、配置、施工與維護措施。

法規依據以命題當年（民國 109 年）法規為準，主要包括《水土保持法》及《水土保持技術規範》。依《水土保持技術規範》，坡地開發的水土保持處理與維護，應以工程、農藝或植生方法單獨或配合運用；開發建築用地應避免大規模開挖整地，並系統規劃排水、防砂、沉砂、滯洪、邊坡穩定、植生綠化及臨時防災措施。現行《水土保持技術規範》已有後續修正，本題仍按民國 109 年規定說明。

降雨形成的逕流量可用合理化公式說明其基本關係：

其中 $Q$ 為尖峰逕流量，$C$ 為逕流係數，$i$ 為降雨強度，$A$ 為集水面積。開挖整地移除植被、壓實地表或增加不透水面，通常會提高逕流係數；坡面裸露及坡長增加，則會加劇土壤沖蝕。實際設計須依規範選用適當的設計雨量、重現期距與水理方法。

開挖整地可能面臨的水土保持問題

1. 坡面沖蝕與土壤流失 清除植被、剝除表土及大面積裸露，使雨滴直接打擊土壤；坡面逕流集中後，會造成片蝕、細溝蝕及沖溝蝕，並帶走肥沃表土。

2. 泥砂外流與下游淤積 開挖土方、裸露坡面及臨時堆土容易產生大量泥砂。若未設截排水、沉砂及防砂設施，泥砂可能進入道路、側溝、河道或鄰地，造成淤積與排水能力下降。

3. 逕流增加及洪水風險 地表植被減少、土壤壓實或鋪面增加，會降低入滲並提高逕流量及流速。若排水系統未配合開發後的集水範圍與流量配置，可能發生基地積水、排水溝溢流、下游洪峰增加或沖刷破壞。

4. 開挖坡面崩塌與邊坡失穩 開挖會改變原有坡形及坡腳支撐；陡坡、地質破碎帶、風化土層或地下水出露處，遇降雨後可能因孔隙水壓升高、坡面沖刷或坡腳淘空而滑動、崩塌。

5. 填方沉陷、滑動及坡腳破壞 填方若未清除不良地基、未分層填築夯實，或排水不良，容易產生不均勻沉陷、填方滑動與坡腳隆起；填土坡面也可能因地表水沖刷而形成沖溝。

6. 地下水及天然排水系統受阻 開挖、回填或擋土設施可能截斷地下水流路，造成坡面滲水、地下水壓增加；若填土或設施阻塞天然坑溝，也會使水流改道並集中沖刷。

7. 施工期災害與生態環境受損 施工中若同時開挖大面積坡地，且臨時排水、覆蓋及沉砂措施未完成，短延時強降雨即可造成災害。大規模整地亦會破壞植生、生育環境與自然景觀。

解題方法與設計原則

作答時可依「先減少擾動、再控制水流、同步穩定坡面、最後維護復舊」的順序組織。先說明開發造成的水文與地形變化，再將每種風險對應到預防、控制及維護措施，並涵蓋規劃、施工及完工後三個階段。

一、基地調查與整體配置

• 調查地形、地質、土壤、地下水、集水區範圍、天然坑溝、既有排水、土地利用及生態環境。
• 查明破碎帶、滑動帶、崩塌潛勢、地下水出露及可能影響鄰地或構造物安全的區域；對具潛在地質災害且無法確保安全的區域，應限制或避免開發。
• 以集水區為單位統合規劃，不得只看單一坡面或基地內的排水；排水出口應安全銜接既有排水系統，避免把水集中排向鄰地、道路或不穩定坡面。
• 儘量保留天然地形、植被與自然排水路徑，避開不良地質及高風險區，減少大面積削坡、填方與地貌改變。

二、減少開挖與土方擾動

• 開挖整地以挖填平衡為原則，減少外運棄土與外來填土。
• 配合地形配置設施，避免形成過高、過陡的坡面及大面積平坦切坡；整地後坡面宜與周邊地形自然銜接，避免生硬的坡形與線條。

核心觀念

植生護坡是運用植物地上部減少雨滴打擊、攔截逕流，並以根系固土、改善土壤結構的坡面保護方法。它能控制坡面沖蝕、促進生態復育；但植物根系作用深度有限，不能取代深層滑動所需的邊坡穩定工程。

本題依「水土保持技術規範」作答，以命題當年（民國 109 年）法規為準。規範第 58 條列出植生綠化的設計原則，第 59 條說明植生前期作業。現行法已修正第 58 條，增加因地制宜、增加碳匯及以立體複層植被為原則等內容；以下仍按命題當年規定說明。

解題方法

依序回答「環境能否生長、設計如何配合、施工前如何改善」三個層次：

1. 先調查立地條件，辨識植物生長限制與坡面不安定因素。
2. 依坡面保護目標及現地生態條件，選擇植生材料、工法與配置。
3. 在播種或栽植前，先完成坡面處理、安定、保護、排水及必要的生育基盤改善。

這個順序的關鍵，是先處理會妨礙植物生長或造成坡面失穩的條件，再導入植生。

一、立地條件

立地條件是影響植物能否萌芽、生長、繁殖及演替的環境因子。調查時應掌握下列項目：

• **氣候條件：**光照、氣溫、降雨量與季節分布、風勢及乾旱情形。迎風坡、日照強或降雨集中處，需考量抗風、耐旱或快速覆蓋能力。
• **地形條件：**坡度、坡長、坡向、坡面凹凸、坡頂與坡腳狀況，以及地表逕流匯集位置。坡度陡、坡面長或水流集中處，植生較易沖失，宜搭配整坡、排水或坡面固定措施。
• **地質與土壤條件：**岩性、風化程度、土層厚度、土壤質地與硬度、排水及保水能力、酸鹼值、養分含量，以及是否有裸岩、礫石或不良土壤。土層薄、土壤硬結或貧瘠處，須先改善生育基盤。
• **水文條件：**地表逕流、地下水、滲水點及坡面沖蝕情形。應辨識水流來源與出口，避免排水不良或水流集中破壞植生坡面。
• **生物與人為條件：**鄰近植群、可利用的鄉土種源、既有植被、外來種或病蟲害，以及施工、維護和後續管理條件。現地植被及表土宜妥善保護利用。

調查結果應用來判斷植物種類、植生方法及需先處理的坡面問題，不宜只憑景觀需求選種。

二、設計原則

1. **以水土資源保育及坡面保護為目標：**兼顧固土護坡、生態保育及形成自然調和的植物群落，並依坡面風險決定植生與工程措施的搭配。
2. **適地適種：**依光照、降雨、坡向、土壤及水分條件選擇植物；植物材料原則上採本地或原生植物。大面積裸露地或需要快速覆蓋處，可考量種子取得與生態適應性，使用馴化種或水土保持草種。
3. **依功能配置植物：**草本可快速覆蓋坡面、降低雨滴沖蝕；灌木及喬木可增加植被層次與生態功能，但應依土層厚度、坡面穩定及養護條件配置，不宜在不適合處強行栽植大型木本植物。
4. **依坡面狀況選用方法：**可採播種、噴植、植生帶、扦插、分株或苗木栽植等；

核心觀念

預壘樁（PIP，Packed-in-Place Pile）是以鑽掘方式成孔，再於拔出鑽桿時灌入水泥砂漿，並在砂漿尚未凝結前植入鋼筋籠或型鋼，形成場鑄樁體。作為坡地止滑排樁時，依設計沿滑動坡體下方配置成列，利用樁體穿越潛在滑動面並錨入較穩定地層，承受滑動土體施加的側向推力，以提高邊坡穩定性。

其設計重點包括：潛在滑動面位置、滑動土體作用於樁上的側向力、樁體彎矩與剪力、樁身穿越滑動面後的入岩或入穩定層深度，以及樁間土體能否與樁列共同作用。樁頂通常設置帽梁或繫梁，使各樁共同受力；必要時搭配排水、地錨或其他擋土設施。

本題不涉及特定法條或公式計算。

解題方法

作答依序交代「適用條件、工程特性、施工流程」，並以預壘樁的成樁原理帶出其優缺點。適用性要從地層、地下水、施工場地與環境限制判斷；工程特性則說明它如何止滑，以及施工與構造上的限制。

一、工法設計的適用條件

1. 地層條件適宜鑽掘與灌漿 適用於可由螺旋鑽機鑽掘、且鑽孔後能維持成樁作業的土層，例如砂土、黏土等一般土層。若地層含大量卵礫石、漂石、堅硬岩層或地下障礙物，鑽掘容易受阻，應先評估機具能力及替代工法。

2. 地下水及止水需求可控制 預壘樁屬排樁，樁與樁之間通常不是連續止水壁，樁體垂直度及樁距也會使樁間留下縫隙。地下水位高、砂質地層易流砂或有明顯滲流時，須評估降水、止水灌漿或其他止水措施；不能把預壘樁當作完整止水壁使用。

3. 滑動面及穩定層位置可掌握 設計須能判定潛在滑動面，並使樁體穿越滑動面，足夠深入滑動面以下的穩定地層，讓樁體具有必要的抗彎、抗剪與側向支承能力。若樁底仍停留在滑動土體內，止滑效果會受限。

4. 場地適合鑽掘機具作業 須有足夠的機具進出、鑽機就位與材料供應空間，並能處理鑽掘土及灌漿作業。施工平台的穩定性也須確認，避免鑽機傾斜或平台沉陷影響樁位與垂直度。

5. 重視低噪音、低振動的工程環境 相較於打入式樁，預壘樁以鑽掘成孔，適合鄰近既有建物、道路或對振動與噪音較敏感的地區。坡地採用時仍須考量施工期間的地表變形、鑽掘穩定及邊坡排水。

二、工程特性

優點

• 以鑽掘、灌漿方式成樁，打擊振動與噪音相對較小，對鄰近建物及設施的施工干擾較低。
• 樁徑、樁長及樁內鋼筋或型鋼可依設計調整，可組成止滑排樁，並以樁頂帽梁或繫梁整合樁列。
• 不需以強力打擊將樁打入地層，適合部分不宜打樁的施工環境。
• 樁體可提供滑動面穿越處的抗彎與抗剪阻力；配合合理樁距及入穩定層深度，可降低滑動坡體的移動。

限制與注意事項

• 預壘樁是排樁，樁間存在間隙，不能單獨視為連續擋土壁或止水壁；地下水豐沛時須另作止水或排水設計。
• 成樁品質受鑽孔垂直度、鑽桿提升速度、灌漿量與灌漿連續性影響；施工控制不良會造成樁身缺陷或樁間空隙。
• 遇卵礫石、漂石、硬岩或地下障礙物時，鑽掘效率與成樁品質可能受影響。

核心觀念

本題考查無黏性土在水平地表條件下，依 Rankine 土壓力理論計算主動土壓力與被動土壓力。圖示背填土表面為水平，土壤黏聚力 $c=0$，且未標示地下水位或地表載重，因此採用乾燥、無附加載重的土壓力公式。

Rankine 主動土壓力係數與被動土壓力係數為：

深度 $z$ 處的側向土壓應力分別為 $\sigma_{h,a}=K_a\gamma z$ 與 $\sigma_{h,p}=K_p\gamma z$。沿牆高積分後，每單位牆長的合力為：

解題方法

先由有效摩擦角 $\phi'=30^\circ$ 求土壓力係數：