114 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

深開挖監測的目的，是持續掌握「擋土壁變形、支撐受力、地下水變化、地表與鄰房反應」，並將量測結果與設計預測值、警戒值及行動值比較，作為調整開挖與支撐施工的依據。監測應在開挖前建立基準值，施工期間按規定頻率量測；開挖速度加快、量測值接近警戒值或現場狀況異常時，應提高量測頻率。

本題的作答重點，是依監測對象整理儀器，並交代各儀器的主要功能、安裝位置與量測方式。常見配置可分為：

1. 擋土壁與支撐系統：觀測壁體變形及支撐軸力。
2. 地下水與土層反應：觀測地下水位、孔隙水壓及地層分層變位。
3. 地表、鄰房與周邊設施：觀測沉陷、傾斜、裂縫及水平位移。

解題方法

以「監測對象 → 儀器 → 安裝方式 → 量測方式」逐項說明。答題時不必只列儀器名稱；應指出儀器監測什麼，以及讀值如何反映開挖安全。深開挖的監測結果須綜合判讀，例如壁體側向位移增加、支撐軸力上升、周邊沉陷擴大或地下水位異常下降，均可能代表開挖影響正在擴大。

主要監測儀器、功能及量測方式

一、擋土壁側向變位計（傾度管、測斜儀）

**主要功能：**量測連續壁、排樁或土層的側向變位，掌握壁體變形量與變形分布深度，判斷壁體是否向開挖區傾移，以及變形集中位置。

**安裝方式：**於擋土壁或其鄰近土層設置測斜管，管體沿深度埋設並固定；管內導槽方向應配合預期變位方向。通常自開挖前安裝並量測初始值，以供後續比較。

**量測方式：**將測斜儀探頭放入管內，沿固定間距分段量測兩個互相垂直方向的傾斜變化，再由各深度的變化量累加，求得相對於初始測值的側向位移曲線。量測時應維持相同探頭方向、深度間距及操作程序。

二、擋土壁頂部水平位移與沉陷測量

**主要功能：**監測壁頂在平面方向的移動及垂直沉陷，掌握擋土壁整體位移與施工期間的變化趨勢。

**安裝方式：**於連續壁頂、冠梁或重要壁段設置測量點，並在開挖影響範圍以外設置穩定的基準點。

**量測方式：**以全測站儀或精密測量設備觀測各測點座標、高程，與基準值及前次量測結果比較，計算水平位移與沉陷量。

三、支撐軸力計（荷重計、應變計）

**主要功能：**量測鋼支撐或其他支撐構件的軸向受力，確認支撐是否承受過大荷重，並觀察開挖、架撐與拆撐各階段的受力變化。

**安裝方式：**荷重計通常設於支撐端部或千斤頂附近，安裝時須使荷重計與支撐軸線對正、接觸面密合，避免偏心受力。應變計則可固定於支撐構件上，依儀器型式量測構件應變。

**量測方式：**荷重計讀值可直接反映支撐荷重；應變計量得構件應變後，依材料彈性性質及斷面資料換算軸力，基本關係為 $N=EA\varepsilon$，其中 $N$ 為軸力、$E$ 為彈性模數、$A$ 為斷面積、$\varepsilon$ 為軸向應變。實務判讀須使用儀器校正係數，並留意溫度變化、偏心及接觸狀況對讀值的影響。

四、地下水位觀測井與水位計

**主要功能：**監測地下水位變化，掌握降水效果、開挖區外水位下降及可能的地層沉陷風險。

**安裝方式：**於開挖區內、外適當位置設置觀測井，井管設有透水段與濾料，並依地層條件封填，避免不同含水層互相連通。井位與觀測深度應能代表欲監測的含水層。

**量測方式：**以水位計測量井口至水面的深度，再依井口高程換算地下水位高程；亦可設置自記式水位計，連續記錄水位變化。應將開挖區內外水位一起比較，以辨識降水影響範圍。

五、孔隙水壓計

核心觀念

管幕工法（pipe-roof method）是在隧道或地下構造物開挖前，沿預定開挖輪廓的上方或周邊，先以頂管、推進或鑽掘方式埋設多支鋼管，使鋼管彼此密接或以連接構件組合成連續的「管幕」。開挖時，管幕先承受上方土壓及地表荷重，並限制地層鬆弛與沉陷；其下方再分段開挖、架設臨時支撐，最後施作永久襯砌或地下結構。

其工程作用可歸納為：

1. 預先支承：在開挖面進入前，先形成具一定剛度的頂部支承。
2. 控制沉陷：減少上方地層下陷及對道路、軌道、建物或管線的影響。
3. 改善開挖穩定：為淺覆土、軟弱或破碎地層中的地下開挖提供保護。
4. 維持地表使用：可在地表交通或既有設施需維持運作時，於其下方施作地下空間。

管幕通常屬於開挖前的預支撐或輔助工法，後續仍須配合分段開挖、臨時支保及永久結構施工。

解題方法

這是施工工法的申論題，作答應依序說明「定義與機制、施工流程、適用情況、採用時機」。施工流程要呈現從工作井、管幕形成，到管幕下方開挖及永久結構完成的先後關係；適用情況則從覆土、地質、地表限制與沉陷控制需求切入。

施作方式

1. 調查、設計與施工準備 先調查地質、地下水、覆土厚度，以及地表道路、建物、軌道和地下管線等條件。依隧道斷面、上方荷重及容許沉陷量，設計鋼管的直徑、間距、排列、長度、接頭形式和推進順序，並規劃監測項目。

2. 設置工作井或施工空間 在隧道一端或兩端設置發進井、到達井，或利用適當的施工空間安裝推進設備。工作井須有足夠的反力與穩定措施，以承受鋼管推進時的作用力。

3. 沿預定輪廓推進鋼管 依設計位置，從工作井逐支推進鋼管。常以拱頂及兩側上部為主要布設範圍，必要時沿較完整的隧道周邊布設。每支鋼管推進時，須控制方向、高程及接頭品質，並依設計讓相鄰鋼管密接、搭接，或以連接構件組成連續的管幕。

4. 完成管幕連結與必要的填充、灌漿 鋼管到達預定位置後，檢查管線位置與接頭狀況。依設計以連接件、焊接或其他方式加強鋼管間的整體性；必要時對管內或管外空隙進行填充、灌漿，以減少空隙、改善受力傳遞並降低地下水或土砂流失風險。

5. 在管幕下方分段開挖及架設臨時支撐 管幕形成後，依核定的開挖分段與進尺，由管幕下方逐段開挖。開挖時須保留足以維持穩定的支承條件，隨開挖進度及時架設鋼支保、橫撐或其他臨時支撐，並施作初期支撐或噴凝土等措施。

核心觀念

反循環基樁（reverse circulation drilled pile）是場鑄鑽掘樁的一種。鑽頭迴轉切削土層，泥水或穩定液由鑽桿外側流向孔底，再與土渣混合，經中空鑽桿抽吸至地面沉澱池；沉澱後的液體回流至樁孔。施工時須維持孔內液面與適當水頭，避免孔壁坍塌。

本題重點在掌握「成孔穩定、孔底清潔、鋼筋籠定位、水中混凝土連續澆置」四項品質關鍵，並能以施工查驗、樁身完整性檢測與載重試驗驗證成樁成果。

解題方法

按施工先後說明施工流程，再依「施工中查驗、成樁品質檢測、承載性能試驗」分類回答第二問；第三問則依缺陷位置與嚴重程度，提出灌漿補強、補樁或改建基礎等處置。

（一）反循環基樁施工步驟

1. 施工準備與放樣 核對地質資料、樁位、樁徑、樁長、設計承載力及施工順序；整平工作平台，設置鑽機、循環水路、沉澱池及泥漿處理設備。放樣樁心並設置護樁，確認鑽機平台穩固。

2. 安裝護筒與鑽機定位 於樁位安裝護筒，穩定孔口並防止地表土坍落；鑽機對準樁心，檢查機台水平、鑽桿垂直及鑽頭尺寸。護筒長度及埋設方式依地層、地下水與施工設計決定。

3. 調配循環液並開始鑽掘 依地層條件使用水或穩定液，維持孔內液面及水頭。鑽頭迴轉切削，土渣與液體由中空鑽桿抽至地面沉澱池；較重土渣沉澱後，循環液再回到樁孔。鑽掘過程持續注意液面、抽吸量、排渣情形、鑽進速度與孔壁穩定，並記錄各深度土層及地質變化。

4. 確認樁底與設計深度 鑽至預定深度後，依鑽渣、鑽進反應及地質資料確認承載層，並量測孔深、樁孔垂直度及孔形。確認進入承載層的深度符合設計要求；如須加深或修正，應依設計及監造指示辦理。

5. 清孔並檢查孔底沉渣 以循環抽吸、空氣揚升（air lift）或其他核定方法清除孔底沉渣，並依規定檢測孔底沉渣厚度、孔深及循環液性質。清孔完成後至鋼筋籠吊放、混凝土澆置前，仍應控制孔底再次沉積，必要時重新清孔。沉渣過厚會削弱樁端承載力，也可能使樁底形成軟弱夾層。

6. 製作及吊放鋼筋籠 依設計組立鋼筋籠，查驗主筋、箍筋、間距、接頭、保護層墊塊及吊點補強。依樁長分節吊放並接合，控制鋼筋籠中心、頂高程及固定狀況；必要時預埋超音波檢測管、樁底灌漿管或其他監測管。吊放時避免碰撞孔壁或使鋼筋籠變形。

7. 安裝特密管並澆置水中混凝土 將特密管（tremie pipe）下放至孔底，確認管節接合及管底位置。混凝土由特密管連續澆置，使混凝土自孔底向上置換孔內液體；澆置期間保持特密管管口埋入新澆混凝土中，避免混凝土與泥水混合或中斷灌注。記錄每車混凝土的到場時間、坍度、數量及混凝土面上升情形，並核對實際澆置量與理論樁體積是否相符。

8. 完成澆置、樁頭處理及施工紀錄 混凝土澆置至規定高程後，拔除特密管及可回收設備；樁頂劣質混凝土或受泥水污染部分，於適當時機鑿除至健全混凝土，並依設計處理樁頭與基礎連結。整理鑽掘、清孔、鋼筋籠、混凝土澆置及檢測紀錄，作為驗收與缺陷判定依據。

（二）確保基樁品質的檢測與試驗

檢測應兼顧「施工過程是否符合要求」、「樁身是否連續完整」及「承載性能是否滿足設計」。

1. 施工過程查驗與紀錄

• **樁位、樁徑、垂直度及孔深查驗：**確認成孔位置與尺寸、設計深度及樁孔傾斜情形。
• **承載層及入岩深度確認：**核對鑽進紀錄、岩樣或鑽渣、地質剖面及設計要求。
• **穩定液檢測：**按施工規範查驗液體性質，例如比重、黏度及含砂量，確認具備維持孔壁穩定與利於清孔的條件。
• **孔底沉渣檢測：**量測清孔後及澆置前的沉渣厚度，並複核孔深。

核心觀念

本題考查三個層次：邊坡擋土措施的分類、豪雨下邊坡與擋土設施失穩的機制，以及崩塌土體堵塞河道後形成堰塞湖的災害與處置方式。

邊坡穩定的基本觀念，是比較土體可提供的抗剪強度與沿滑動面的下滑剪應力。依莫耳－庫侖破壞準則，土體抗剪強度可表示為：

$$\tau_f=c'+(\sigma-u)\tan\phi'$$

其中 $c'$ 為有效凝聚力、$\phi'$ 為有效內摩擦角、$\sigma$ 為總正向應力、$u$ 為孔隙水壓；有效應力為 $\sigma'=\sigma-u$。豪雨入滲使孔隙水壓上升時，有效應力與抗剪強度下降，邊坡便較容易滑動。

擋土設施則須同時滿足結構與地盤穩定要求，包括抗滑、抗傾覆、承載力、整體邊坡穩定及排水等。堰塞湖是崩塌土石阻斷河道後形成的蓄水體；處置重點是讓水流能受控排出，降低漫頂沖刷與潰決風險。

解題方法

本題採「措施分類、失穩機制、災害鏈與減災」的順序作答：

1. 列出至少三種常見擋土或護坡措施，並簡述各自作用。
2. 將滑動原因分為「邊坡抗剪能力降低」與「下滑作用增加」；擋土設施破壞則依可能的破壞模式說明。
3. 說明崩塌堵河、蓄水、漫頂或潰決的發展過程，再提出適合施工機具到達且土體、水流相對穩定時的受控排水措施。

（一）臺灣常見的邊坡擋土措施

以下列出五種常用措施，考場至少寫出三種並說明作用：

1. 擋土牆：如重力式、懸臂式或扶壁式擋土牆，以牆體自重或結構強度抵抗側向土壓。設計須檢核抗滑、抗傾覆、地基承載力與排水。
2. 地錨：將錨碇段設置於潛在滑動面以外的穩定地層，透過錨頭對坡面施加拉力，限制坡體變位；常與擋土牆、排樁或噴凝土面層搭配。
3. 排樁或抗滑樁：將樁體深入穩定地層，利用樁身抗彎及地盤反力阻止滑動土體移動；適用於有明確滑動面、需提供深層抗滑力的邊坡。
4. 土釘與噴凝土面層：以土釘將坡面土體連結成加勁體，配合網筋及噴凝土保護表層，減少淺層剝落並提高坡體整體性。
5. 排水與坡面保護：設置截水溝、排水溝、水平排水管或地下排水設施，降低入滲與孔隙水壓；另可採蛇籠、砌石或植生等方式保護坡面、減少沖蝕。

作答時須注意，排水、植生等措施可降低致災因素或保護坡面，但不一定能單獨取代深層滑動所需的結構性抗滑措施。

（二）邊坡滑動與擋土設施破壞原因

1. 邊坡滑動原因

• 豪雨入滲、孔隙水壓上升：有效應力 $\sigma'=\sigma-u$ 降低，使土體抗剪強度下降。
• 坡面逕流與集中排水沖刷：坡腳遭沖蝕或淘空，支承減少；地表裂縫也可能成為雨水快速入滲通道。
• 地下水或滲流條件改變：地下水位升高、排水受阻或滲流力增加，都會降低邊坡穩定。
• 地形與地質條件不利：坡度陡、風化或破碎地層、軟弱夾層、節理面順坡傾斜，均可能形成易滑弱面。
• 外力或坡體幾何改變：坡頂堆載、坡腳開挖、道路切坡、施工振動或地震，會增加下滑作用或削弱支承。

可用安全係數概念概括：

$$F_s=\frac{\text{抗滑力}}{\text{下滑力}}$$