110 專技高考高等考試 水土保持技師 水土保持規劃設計(包括水土保持法規) 考古題詳解

110 年・專技高考・高等考試・水土保持技師
試題代碼 水土保持規劃設計(包括水土保持法規)

第 一 題25 分

請說明坡地開發工程地質調查的項目為何?(5 分)

而地質鑽探調查的實施原則為何?(10 分)

又請說明施鑽過程中所進行的 SPT 試驗與岩心 RQD 檢測各為何?(10 分)

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核心觀念

本題考查坡地開發前如何掌握基地的地層、地質構造與地下水條件,並以鑽探資料判斷地盤及岩體品質,供邊坡穩定、基礎與排水設計使用。法規部分以命題當年(民國 110 年)《水土保持技術規範》為準;以下依該規範的工程地質調查與地質鑽探原則作答。

一、坡地開發工程地質調查項目

依《水土保持技術規範》第 27 至 30 條,工程地質調查應掌握下列四類核心內容:

  1. 土壤及岩石:調查表土、填土、崩積層及岩層的種類、分布、厚度、風化程度與工程性質。
  2. 地質構造:調查地層、層面、劈理、節理、斷層及剪裂帶等構造,並研判其位態、延伸與對坡面的影響。
  3. 地質作用:調查風化、侵蝕、崩塌、地滑、土石流等作用及其分布,判斷基地是否具有地質災害潛勢。
  4. 工址與地質條件的關係:分析基地工程配置與地質材料、地質作用、地質構造之間的關係,評估對開挖、填築、邊坡及基礎的影響。

調查前並應蒐集基地附近地質資料,將基地標示於區域地質圖,整理附近地層、地質構造、特殊地質現象及災害分布。若基地涉及地下水利用、地下水補注或湧水,另須調查水文地質、地下水位或孔隙水壓與地下水流況。

二、地質鑽探調查的實施原則

鑽探的目的,是補足地表調查無法直接確認的地下資料。鑽孔數量、位置與深度須依基地地質狀況及現場初勘結果規劃,取得足以判釋地層與地質剖面的資料;不宜不分地質條件,任意採用等距、等深的方格法。

  1. 先調查,再鑽探:鑽探前須先完成區域地質文獻分析及地表地質調查,據以選定鑽孔位置與深度。
  2. 安排鑽探剖面:每一基地至少鑽探一個剖面;剖面方向應儘量與主要地質構造線或地層走向垂直,以利辨認地層及構造變化。
  3. 依基地規模及地質條件配置孔數:
  • 每一剖面原則上至少 3 孔;基地面積在 0.5 公頃以下者,每一剖面得調整為至少 2 孔。
  • 基地面積 0.5 公頃以下,鑽孔總數至少 3 孔;面積每增加 1.5 公頃,增加 1 孔,未滿 1.5 公頃以 1.5 公頃計。
  • 基地面積達 10 公頃以上者,每增加 5 公頃至少增加 1 孔,未滿 5 公頃以 5 公頃計。
  • 地質變化處、露頭稀少處,或鑽探結果與預期不符時,應酌增鑽孔。
  1. 依工程與地層決定孔深:鑽孔深度應足以判釋完整地質剖面。地質軟弱地區,至少達載重區寬度的 1.5 倍;遇岩盤時,至少深入岩盤 5 公尺,或達預定開挖面以下 5 公尺。
  2. 設置地下監測設備:鑽探孔應埋設地下水位觀測管或水壓計觀測管。地質複雜或有基礎沉陷、地滑潛勢處,應視需要設置沉陷觀測儀或地滑應變計套管;未設監測管的鑽孔應埋設測深管,並維護觀測設備。
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第 二 題25 分

請說明特定水土保持區中水庫保護帶的劃設與管制原則為何?(15 分)

又特定水土保持區廢止的原則為何?(10 分)

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核心觀念

本題分成兩部分:一是水庫集水區劃為特定水土保持區後,如何設置及管理水庫保護帶;二是特定水土保持區何時得廢止。作答以《水土保持法》第 20、21 條、《水土保持法施行細則》及《特定水土保持區劃定與廢止準則》為依據,以命題當年(民國 110 年)法規為準。

保護帶的目的,在於涵養水源、減少沖蝕與土砂入庫、維護水質及自然植生;特定水土保持區廢止則須有治理或保育需求消失等法定依據,並依程序辦理。

解題方法

依題目配分,先以「劃設位置、設置程序、土地處理、使用管制」整理保護帶,再以「廢止條件、廢止程序」說明特定水土保持區廢止原則。答案應明確區分:水庫保護帶是特定水土保持區內的保護範圍;特定水土保持區的廢止,則是對原劃定區域作全部或部分廢止。

一、水庫保護帶的劃設與管制原則

(一)劃設位置與範圍

依《水土保持法》第 20 條,經劃定為特定水土保持區的水庫集水區,管理機關應自水庫滿水位線起算,向外量取水平距離 30 公尺或 50 公尺範圍內設置保護帶。此處是以滿水位線為起算基準,並按水平距離劃設。

保護帶是特定水土保持區內,應依法定林木造林或維持自然林木、植生覆蓋,且不宜農耕的土地。水庫集水區保護帶以上的區域如屬森林,依法應編為保安林,依《森林法》辦理。

(二)設置程序與資料

管理機關設置保護帶時,應實施測量,並埋設明顯界樁或植界木;另應備妥設置依據、目的、範圍及面積、地籍與土地權利人資料、土地現況、管制事項及實施日期等,報請主管機關核准。

《水土保持法施行細則》並規定,保護帶如屬山坡地,管理機關應申請變更查定為宜林地或加強保育地,再依規定辦理土地使用編定變更;水庫興建時,水庫保護帶應列為水庫興建計畫的重要項目,同時辦理。

(三)土地取得與使用管制

保護帶內私有土地得辦理徵收,公有土地得辦理撥用;已放租的土地應終止租約並收回。土地尚未徵收或收回者,管理機關得限制或禁止其使用、收益,或指定經營及保護方法。

因此,保護帶的管制重點是維持林木或植生覆蓋、避免農耕及妨礙水土保持的使用,藉以減少地表擾動與污染、泥砂進入水庫。保護帶內的森林,應依規定編為保安林。

(四)補償原則

保護帶內土地未徵收或收回而受限制或禁止使用收益時,私有土地所有人或地上物所有人所受損失得請求補償;補償金應依公平合理價格估算,並依相關辦法辦理。

二、特定水土保持區廢止原則

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第 三 題25 分

請說明實際執行之坡地開發與核定水土保持計畫有差異時,何種情況應辦理變更水土保持計畫?(10 分)

又何種情況可免辦理變更水土保持計畫?(10 分)

而何種情況變更僅應報主管機關備查?(5 分)

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核心觀念

本題考《水土保持計畫審核監督辦法》第十九條及第二十一條:施工原則上須依核定的水土保持計畫辦理;實際執行內容若涉及法定變更事項,應依其性質辦理變更設計、申請免辦變更,或報主管機關備查。

以下以命題當年(民國 110 年)法規為準。水土保持計畫審核監督辦法第十九條於民國 114 年修正,解題仍依 110 年規定;現行法已修正。

解題方法

先判斷差異是否落入第十九條第一項列出的「應辦理變更設計」事項;若屬其中一項,再檢查是否符合同條第二項的免辦變更條件。若差異只是義務人或簽證技師變更,則依第二十一條報主管機關備查。

應辦理變更水土保持計畫

依 110 年《水土保持計畫審核監督辦法》第十九條第一項,有下列情形之一,應辦理變更設計,並由水土保持義務人申請目的事業主管機關轉送主管機關審查:

  1. 變更開發位置及範圍。
  2. 增減計畫面積。
  3. 各單項水土保持設施的數量增減超過百分之二十。
  4. 地形、地質與原設計不符。
  5. 變更水土保持設施的位置。
  6. 增減水土保持設施項目。
  7. 變更水土保持設施的材料、設計強度、型式、內部配置、構造物斷面或通水斷面。

上述情形如符合下一段所列條件,且經主管機關同意,得免辦理變更設計。

得免辦理變更設計的情形

依第十九條第二項,下列情形經主管機關同意後,得免辦理變更設計;屬水土保持計畫者,並須經承辦監造技師認定安全無虞:

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第 四 題25 分

請問水土保持技術規範中擋土牆設計的安定條件規定為何?(10 分)

若某開發基地設置有重力式擋土牆,頂寬 0.6 m0.6\ \mathrm{m}、牆有效高 3 m3\ \mathrm{m}、入土深 2 m2\ \mathrm{m}、牆面坡度 1:0.31:0.3(牆背垂直)、載重 1 t/m21\ \mathrm{t/m^2}、土層單位重 2.0 t/m32.0\ \mathrm{t/m^3}、混凝土單位重 2.4 t/m32.4\ \mathrm{t/m^3}、背填土坡度 0∘0^\circ、內摩擦角 30∘30^\circ、凝聚力 0.1 t/m20.1\ \mathrm{t/m^2}、土壤極限承載力為 45 t/m245\ \mathrm{t/m^2},請檢討其充分排水(或已設置足夠的洩水孔)時的傾倒、滑動與承載安定性等是否符合要求。(15 分)

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核心觀念

本題考《水土保持技術規範》第 120 條「擋土牆安定條件」,並以常時、充分排水條件檢核重力式擋土牆的抗滑、抗傾倒及基礎承載力。法規數值以命題當年(民國 110 年)為準;第 120 條現行規定與本題採用的常時安全係數相同。

民國 110 年適用的要求如下:

  • 滑動:安全係數不得小於 1.51.5。
  • 傾倒:穩定力矩須大於傾倒力矩,安全係數不得小於 2.02.0;土層基礎的合力作用點須落在基礎底寬中央三分之一範圍內。
  • 基礎承載力:基礎應力不得超過土壤容許承載力;以土壤極限承載力換算時,安全係數不得小於 33。
  • 牆身應力:須在材料容許應力範圍內。

題目要求檢核前三項。以下按每公尺牆長計算,並假設牆面坡度 1:0.31:0.3 表示垂直 11、水平 0.30.3,牆前無可計入的被動土壓力,地面及牆底水平。題目未提供牆底與基礎土壤間摩擦角或黏著力,滑動檢核採牆底摩擦角等於土壤內摩擦角 30∘30^\circ,不計牆底黏著力。

解題方法與計算

牆有效高 3 m3\ \mathrm{m},入土深 2 m2\ \mathrm{m},故牆身總高為 5 m5\ \mathrm{m}。牆背垂直,牆底寬為

B=0.6+0.3(5)=2.1 mB=0.6+0.3(5)=2.1\ \mathrm{m}

背填土坡度為 0∘0^\circ,以 Rankine 主動土壓力係數計算:

Ka=tan⁡2(45∘−ϕ2)=tan⁡2(30∘)=13K_a=\tan^2\left(45^\circ-\frac{\phi}{2}\right) =\tan^2(30^\circ)=\frac13

將凝聚力納入主動土壓力,深度 zz(自背填土表面向下)處的水平壓力為

σh=Ka(q+γz)−2cKa\sigma_h=K_a(q+\gamma z)-2c\sqrt{K_a}

代入 q=1 t/m2q=1\ \mathrm{t/m^2}、γ=2.0 t/m3\gamma=2.0\ \mathrm{t/m^3}、c=0.1 t/m2c=0.1\ \mathrm{t/m^2}:

σh=0.2182+0.6667z(t/m2)\sigma_h=0.2182+0.6667z\quad(\mathrm{t/m^2})

牆背有效受土高度為 3 m3\ \mathrm{m}。其合力分為均布部分與三角形部分:

Pa=(0.2182)(3)+12(0.6667)(32)=3.6547 t/mP_a=(0.2182)(3)+\frac12(0.6667)(3^2) =3.6547\ \mathrm{t/m}

均布部分 0.6547 t/m0.6547\ \mathrm{t/m} 作用於牆頂下 1.5 m1.5\ \mathrm{m};三角形部分 3.0 t/m3.0\ \mathrm{t/m} 作用於牆頂下 2.0 m2.0\ \mathrm{m}。因牆背受土範圍自牆底以上 2 m2\ \mathrm{m} 起算,兩部分距牆趾的高度分別為 3.5 m3.5\ \mathrm{m} 與 4.0 m4.0\ \mathrm{m},因此傾倒力矩為

Mo=(0.6547)(3.5)+(3.0)(4.0)=14.291 t⋅m/mM_o=(0.6547)(3.5)+(3.0)(4.0) =14.291\ \mathrm{t\cdot m/m}

牆身截面為梯形,面積及自重為

A=0.6+2.12(5)=6.75 m2A=\frac{0.6+2.1}{2}(5)=6.75\ \mathrm{m^2}
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