113 專技高考高等考試 大地工程技師 大地工程施工學 考古題詳解

核心觀念

沉箱基礎是以中空箱形結構作為基礎外殼，先將沉箱置於預定位置，再從內部挖除土砂，使沉箱逐步下沉至設計深度，最後將箱內填實或施作底版，形成承受上部結構荷重的深基礎。沉箱通常具有足夠的自重與剛度，能在下沉過程中維持形狀與位置；其底部可設刃腳，以利切入土層。

沉箱依施工方式與作業條件，常見有開口式沉箱、氣壓式沉箱及箱形沉箱。開口式沉箱底部敞開，施工人員或機具由上方進入箱內挖土；氣壓式沉箱在工作室內施加壓縮空氣，以阻止地下水及土砂湧入；箱形沉箱則通常在水面或地面上製作，再浮運、定位並下沉，常用於較淺水域或較簡易的基礎工程。

沉箱施工的基本程序為：製作沉箱、拖運或吊放定位、由箱內挖土使沉箱下沉、控制沉降與垂直度、到達設計深度後封底，最後完成填築與基礎頂部構造。

解題方法

本題分成兩部分作答：先說明沉箱基礎的構造與施工原理，再從河床橋梁的施工環境與基礎需求，歸納適用情況。判斷重點在於沉箱能否穿越河床覆土與鬆軟層，並將荷重傳至較深、較穩定的土層或岩盤，同時滿足水中施工、基礎穩定及沖刷深度等要求。

常見應用場合

1. 河川、港灣及海上構造物基礎：如橋墩、碼頭、堤岸及防波堤等，適合在水中或水位以下施工，並需將基礎深入河床或海床的工程。
2. 深基礎工程：地表附近土層承載力不足，須將荷重傳至深部良好地層或岩盤時，可採沉箱。
3. 需抵抗較大水平力或傾覆力矩的構造物：沉箱截面與埋置深度較大，能提供較大的基礎側向抗力與穩定性。
4. 需要在較大深度進行基礎開挖或封底的工程：沉箱可兼作施工空間與永久基礎的一部分，便於進行深處開挖及基礎施工。

河床橋梁適合選用沉箱基礎的情況

核心觀念

本題比較岩栓（Rock Bolt）與土釘（Soil Nailing）的適用材料、受力機制、施工方式及構造。兩者都是將鋼材等補強材埋入地盤，利用補強材與地盤間的作用提升穩定性；但岩栓主要用於岩體，土釘主要用於土體，兩者的設計概念與施工流程也不同。

岩栓常用於隧道、地下開挖及岩坡，藉由錨定或灌漿將岩層中的不連續面、節理或可能滑動的岩塊連結起來。岩栓可施加預力，也有不施加預力、靠岩體變形後發揮作用的型式。

土釘則是在分階段開挖過程中，將鋼筋等補強材以較密集的配置埋入土體，通常不施加預力。土體發生變形時，土釘透過與土體間的黏結及摩擦作用受力，配合坡面噴凝土等面層，形成穩定的補強土體。

解題方法

以「補強對象—受力方式—施工順序—構造與用途」逐項比較，即可呈現兩者的本質差異。答題時須避免只寫岩栓用於岩石、土釘用於土壤；還要交代是否預力、力如何傳遞，以及典型施工方式。

核心觀念

**圍堰（cofferdam）**是為水中或地下水位以下的基礎施工，先在施工區周圍設置臨時擋水、擋土結構，再抽排或控制圍堰內水位，形成可供人員與機具作業的施工空間。圍堰須能承受水壓、土壓、河流或潮汐作用及施工荷載，並控制滲水、管湧、淘刷與整體失穩。

圍堰的主要設計與施工考量包括：

• 擋水與止水：控制圍堰本體、接縫及底部的滲漏。
• 結構穩定：檢核水壓、土壓、流力及施工荷載造成的變形、滑動、傾倒或破壞。
• 滲流安全：避免過大水力坡降引發管湧、流砂或基底隆起。
• 河防與施工安全：控制圍堰占用河道的範圍，並預先規劃漏水、洪水及設備撤離應變。

淡江大橋主橋塔基礎位於淡水河出海口，採用鋼管樁圍成的圍堰，於圍堰內進行深開挖及樁帽施工。主橋塔基礎開挖深度約在海平面下 $16.5$ 公尺，施工區受河海潮汐、波浪及水流作用，止水與穩定條件嚴苛。

解題方法

本題可依「定義圍堰 → 說明案例工法 → 分析滲水原因 → 說明處置 → 提出改善」作答。重點是把現場的滲水事件連結至圍堰的水壓、接縫止水及施工環境，而不是只寫「圍堰破裂」。

一、淡江大橋主橋塔圍堰方式

主橋塔基礎先以鋼管樁圍設圍堰，作為深開挖期間的擋土、擋水設施；完成基樁後，在圍堰內降挖、架設支撐，並施作樁帽基礎。此工法使大型橋塔基礎可在圍堰所形成的作業空間內施工。

鋼管樁圍堰的止水能力，除取決於鋼管樁本身，也取決於樁間接合與連結構造的密合程度。若接縫有缺陷，或圍堰受力後產生變形，水便可能由樁間或局部裂縫滲入。

二、施工中發生滲水的原因

民國 111 年 3 月 30 日，P130 主橋塔圍堰在水面下約 11 至 14.5 公尺處出現滲漏；初步處理後，4 月下旬又發生相同滲漏情形。主要原因可從下列方面說明：

1. 地震及反覆外力影響：施工期間曾有地震，可能使圍堰或樁間連結處受力、變形，造成局部裂縫或止水能力下降。
2. 潮汐造成內外水頭差變化：淡水河出海口每日漲退潮，圍堰外水位持續變動；圍堰內持續開挖與抽排，使內外水位差增大。水壓差可概念化為

其中 $\gamma_w$ 為水的單位重，$\Delta h$ 為圍堰內外水頭差。水頭差越大，作用於圍堰及接縫的水壓越大，滲流也更難控制。 3. 波浪、水流與淘刷作用：河口區水流及波浪反覆衝擊圍堰，可能增加局部動水壓與接縫受力，並造成周邊土體沖刷。 4. 接縫止水能力不足：鋼管樁間連結構造的止水效果，可能無法充分抵抗現地水壓及反覆水流作用；局部漏點在持續水力作用下也可能擴大。

三、滲水處置與解決對策

核心觀念

本題考查陡坡橋梁基礎的局部開挖、坡面保護與井式基礎施工整合。竹削型井基工法是先以竹削型擋土結構保護基礎周邊邊坡，再於受保護範圍內向下開挖井孔，逐段施作井壁支撐及混凝土護環，最後完成井式基礎與橋墩。

竹削型擋土結構用於限制基礎開挖造成的坡面擾動；井式基礎則以較小的平面開挖範圍，向下開挖至設計深度。兩者配合，可減少傳統階梯式大面積挖方及其對邊坡、植生的影響。

解題方法與主要施工步驟

作答時依「施工準備與坡面保護 → 竹削型擋土結構 → 井孔分段開挖與支撐 → 基礎及橋墩完成」說明，可同時交代工法原理和施工順序。

1. 施工調查與定位：調查地形、地質、地下水及邊坡穩定狀況，確認橋墩與井基位置、開挖尺寸、支撐設計及施工動線；設置必要的排水與監測措施。
2. 整地與施工平台：清除井基作業範圍內妨礙施工的表土，整平井口周邊並建立安全作業平台，避免大面積削坡。
3. 施作竹削型擋土結構：依設計由坡面逐段開挖及支撐，施作鋼筋、岩栓或其他設計錨定構件，並以噴凝土等方式形成貼合坡面的竹削型擋土壁體。施工時應配合開挖進度逐段支撐，避免坡面長時間裸露。
4. 開挖井孔並分段支撐：在竹削型結構保護下，向下開挖井孔；隨開挖深度分段施作混凝土護環或井壁支撐，以防井壁崩塌。開挖、出土及支撐應循序進行，並持續檢查井壁與周邊邊坡狀況。
5. 完成井底及基礎：開挖至設計底高程後，整平井底並檢查地層狀況，依設計施作底座、鋼筋及混凝土，完成井式基礎。
6. 施作橋墩及回復現地：完成橋墩施工後，依設計處理井口與周邊排水，拆除臨時設施並辦理坡面復原及植生復育。

與傳統開挖工法比較的優點