114 專技高考高等考試 大地工程技師 工程地質與工址調查 考古題詳解

核心觀念

本題考查土壤液化調查中淺層自由地下水位的長期監測，包括觀測井構造、濾水與封填方式，以及自記式水位計的安裝和觀測管理。地下水位會影響土壤液化潛勢判釋，因此需取得可代表場址、連續且可比對的水位資料。

作答依據為經濟部《土壤液化調查與風險評估計畫執行作業要點》及其附件三《地下水位觀測井設置與檢測作業準則》，以命題當年（民國 114 年）法規為準。

（一）水位監測井構造示意圖（10 分）

 地表
 ┌─────────────────────┐
 │ 井口保護及標註措施 │
 └─────────┬───────────┘
 │ PVC 觀測管
 水泥砂漿封填 │（管徑 ≥ 2.54 cm）
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 │ 自由地下水位面 ─ ─ ─ ┼────
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 │ 尼龍網或不織布包覆管壁 │
 │ 透水孔區：至少 4 排 │
 │ 孔徑 0.5 cm、孔距 8 cm │
 │ │ │
 ├───────────────┼─────────────┤
 │ 透水粒料回填（砂質礫石） │
 │ 粒徑 1.0～5.0 mm │
 │ │ │
 │ PVC 管底管帽 │
 │ 井底回填厚度 ≥ 1 m │
 └─────────────────────────────┘
 鑽孔底部

圖示說明：

1. 觀測管採直徑至少 $2.54\ \text{cm}$ 的 PVC 管，底部加裝管帽。
2. 管底以上約 $1.5\ \text{m}$ 範圍設透水孔；孔徑 $0.5\ \text{cm}$，至少四排，上下孔距 $8\ \text{cm}$，管外以兩層尼龍網或不織布包覆。
3. 鑽孔底部先回填粒徑 $1.0 \sim 5.0\ \text{mm}$ 的砂質礫石，厚度至少 $1.0\ \text{m}$；再將透水粒料回填至地面下約 0.5\ \text{m。
4. 透水粒料以上至地表以水泥砂漿封填，井口設保護及標註措施。井內水位須待平衡後，才代表自由地下水位。

（二）自記式長期水位監測井之設置準則（15 分）

1. 井址與觀測目的

觀測井主要用於監測淺層自由地下水位。規劃井位前，應先蒐集區域水文地質資料，釐清地下水層分布，再選定具代表性的設置位置。鑽探完成後設置觀測井，並確保觀測井及相關設施在觀測期間能維持功能。

2. 井體與回填

核心觀念

本題考查現地剪力波速（$V_s$）量測，以及依《建築物耐震設計規範及解說》（2024 年版）計算地表下 30 m 土層的平均剪力波速 $V_{s30}$，再據以判定地盤分類。

規範所採用的 $V_{s30}$ 是依波在各土層中的傳播時間加權計算：

其中，$d_i$ 為第 $i$ 層厚度，$V_{si}$ 為該層平均剪力波速，且納入計算的土層厚度合計為 30 m。這是以各層波傳時間加權的平均值，不是各層波速的算術平均。

（一）地層波速量測方法

波速由波傳距離與傳播時間求得，基本關係為：

地層波速常用量測方法如下：

1. 孔內震測法：在地表或孔內產生剪力波，於鑽孔內不同深度接收訊號，依測點距離及波到時差求得各深度波速。常見方法包括井下震測（downhole）、跨孔震測（crosshole）及懸垂式波速測井（suspension PS logging）。跨孔法須設置多孔，但可控制傳播路徑，量測精度較佳。
2. 震測圓錐貫入試驗（SCPT）：以圓錐貫入設備搭配地表震源及錐尖接收器，逐深度量測剪力波到時，取得近地表連續波速剖面。
3. 表面波法：如 SASW、MASW 及微地動陣列法，量測不同頻率表面波的相速度或色散曲線，再反算剪力波速隨深度的變化。通常不必大量鑽孔，適合快速調查較大範圍；反算結果會受測線布置與地層模型影響。
4. 折射震測法：利用地表震源與地表接收器記錄波的走時，分析波速隨深度變化，可用來推估地層速度構造；遇到速度反轉等情形時，解釋須特別留意。

量測時應選用能辨識剪力波初至的震源與接收設備，並依測線幾何、孔距或測點深度計算走時。以標準貫入試驗 $N$ 值或土壤性質經驗式推估 $V_s$，屬間接估算，應與實測波速區分。

（二）計算 $V_{s30}$ 與地盤分類

讀取剖面

依圖中速度橫軸及深度分層：

核心觀念

本題考查隧道地質災害與地質條件的因果關係。作答時應先辨識災害表徵，再說明造成災害的地質因素；可依「岩體失穩、地下水作用、特殊地質材料、地應力與地熱、地質構造及地表影響」分類。

隧道地質災害通常不是單一因素造成，而是岩體強度、地質構造、地下水、地應力與開挖方式共同作用的結果。掌握「地質條件如何改變圍岩穩定或施工環境」，即可完整說明其對應關係。

解題方法

依災害發生時的主要表徵分類，並為每一類補上直接的地質成因：

1. 圍岩失穩：岩塊或土體掉落、滑動、擠入隧道，對應岩體破碎、弱面或低強度地層。
2. 地下水災害：湧水、突水、突泥，對應含水地層、承壓水或導水構造。
3. 特殊地層災害：膨脹、崩解、流動或地層大變形，對應具特殊工程性質的岩土材料。
4. 高地應力與地熱災害：岩爆、擠壓變形、高溫，對應深埋地應力或地熱條件。
5. 地質構造及地表影響：斷層錯動、地表沉陷等，對應活動構造、覆土變化或地下水與地層受擾動。

隧道地質災害類型及對應地質因素

核心觀念

本題考查卵礫石層兼具「粗粒土與類岩體」的工程行為，以及這類地層進行深開挖時，擋土壁體施工與地下水控制的特殊考量。答題時要連結材料特性與施工影響：卵礫石層通常強度高、自立性佳，但地層不均質、透水性高，且大卵石與孤石會增加擋土設施施工難度。

（一）卵礫石層之工程特性（15 分）

1. 組成粗大且級配差異大 由卵石、礫石及砂質或粉土質填充料組成，粒徑與含量常有顯著變化，局部可能夾有砂、粉土或黏土透鏡體。臺中地區亦可遇到粒徑很大的孤石。地層組成變化使工程性質在垂直及水平方向都可能不均勻。

2. 密實度高、顆粒互鎖，抗剪強度大 顆粒間的互鎖與咬合作用，可使卵礫石層具有較高的內摩擦角及剪力強度；礫石含量、級配與排列方向都會影響強度。填充料則會影響顆粒接觸及整體穩定性。

3. 剛度及承載力通常較高，開挖面自立性佳 卵礫石層常具有較大的變形模數與良好承載力，局部開挖壁面可短時間保持直立。因此在相同條件下，擋土壁的側向變形及支撐受力可能較一般鬆砂或軟弱黏土小；但自立性不代表可取消擋土與支撐，仍須依開挖深度及周邊條件設計。

4. 透水性高，地下水控制是關鍵 卵礫石間孔隙連通，常具有高滲透性；地下水、地表逕流或管線漏水均可能沿地層快速流動。水流若帶走細粒填充料，會使礫石鬆動、局部坍落，進而影響開挖面與鄰近地盤穩定。抽水降水亦須注意周邊地盤沉陷及排水能力。

5. 工程性質具不均質與異向性 礫石含量、粒徑級配、含水狀態、填充料與顆粒排列方向不同，會造成強度及變形特性差異。局部夾層或含水層也可能形成滲水通道，因此不可只以單一鑽孔資料代表整個基地。

6. 取樣與試驗不易，參數判釋須審慎 大顆粒不易取得具代表性的原狀試體，常規室內試驗容易受試體尺寸限制；標準貫入試驗或圓錐貫入試驗也可能因大礫石、孤石而受阻或產生偏高讀值。設計參數宜結合補充鑽探、現地試驗、施工觀察及監測資料判釋。

7. 開挖及擋土設施施工困難 大卵石或孤石可能阻礙鋼板樁、樁體或連續壁施工，使樁體偏斜、設備受損或進度延誤；高孔隙率與高透水性也可能造成穩定液流失、成孔困難。工法選擇需考量地層粒徑、密實度、地下水、施工空間及鄰房條件。

（二）卵礫石層深開挖擋土工法（10 分）