110 專技高考高等考試 大地工程技師(二) 工程地質及工址調查 考古題詳解

核心觀念

本題考查淺層自由地下水位觀測井的構造與埋設。觀測井以井篩連通指定含水層，使井內水位與該含水層的自由地下水位平衡；井篩外側的濾料可減少細粒土進入井內，井篩上方的環狀封填則可避免地表水沿井孔下滲，或使不同深度的地下水互相連通。

本題不涉及特定法條或計算公式。實際井徑、井篩長度、開孔尺寸及濾料級配，應依地層粒徑、預定觀測深度與監測目的設計。

解題方法

作答時先由地表往下，依序標出井口保護、井管、環狀封填、濾料、井篩及井底封蓋；再按埋設施工順序，說明鑽孔、下管、填料封孔、護井及洗井。圖中須呈現濾料只配置於井篩周圍、封填材料位於濾料上方的關係。

（一）水位觀測井構造示意圖

 井口保護蓋（可上鎖）
 ┌─────────────────┐
地表 ───────────────┴── 混凝土護座 ────┴────────────
 │
 井管／提升管（PVC）
 │
鑽孔與井管間環狀空間 │
以水泥漿或膨潤土封填 │
（阻隔地表水下滲及層間串流）│
 │
 ┌───────┴───────┐
 │ 井管接頭 │
 │ │
 │ 濾料（砂或礫）│ ← 填在井篩外側
 │ ┌───────────┐ │
預定觀測含水層 ──── │ │ 井篩／濾管 │ │ ← 依監測深度配置
 │ │（有開孔） │ │
 │ └───────────┘ │
 │ 濾料延伸至井篩│
 │ 上方適當高度 │
 └───────────────┘
 │
 底部封蓋
 （可設沉砂段）

井口應設可辨識且便於量測的固定測點。觀測水位時，記錄水面至測點的深度；若要換算地下水位高程，則以測點高程減去水位深度：

（二）觀測井埋設步驟

核心觀念

本題考查工址調查的兩項基本要求：調查點數如何依基地面積或建築物基礎涵蓋面積估算，以及深開挖工程的調查深度如何依開挖深度決定。規定要求的點數是調查規劃的基本門檻；地層複雜、工程重要性高或探查結果差異明顯時，仍應視需要增加調查點。

以下以命題當年（民國 110 年）適用的《建築物基礎構造設計規範》及《建築技術規則建築構造編》為準。建築構造編地基調查規定於民國 112 年修正；本題仍依 110 年規定作答。

（一）調查點數與深開挖調查深度規定

1. 調查點數

依《建築物基礎構造設計規範》及《建築技術規則建築構造編》第 65 條，地下探勘調查點數依下列原則規劃：

• 基地面積每 $600\ \text{m}^2$ 設一調查點，或建築物基礎所涵蓋面積每 $300\ \text{m}^2$ 設一調查點。
• 基地面積超過 $6,000\ \text{m}^2$，或建築物基礎涵蓋面積超過 $3,000\ \text{m}^2$ 的部分，調查點數得依基地地形、地層複雜性及建築物結構設計需求決定。
• 同一基地調查點不得少於二點；若探查結果顯示地層差異明顯，應視需要增設。
• 調查點的位置與深度，應依既有資料可用性、地層複雜性，以及建築物種類、規模與重要性規劃。

2. 深開挖工程調查深度

深開挖調查深度應考量地層性質、土層軟硬程度及地下水文條件，至少達下列範圍之一：

• 開挖深度的 $1.5\sim2.5$ 倍；或
• 達可確認的承載層或不透水層深度。

調查深度應足以掌握基礎設計與施工安全所需的地層狀況；依建築構造編第 65 條，同一基地至少半數調查點且不得少於二處，須達到規定的調查深度。

（二）本案調查點數門檻與調查深度

1. 調查點數

基地面積為 $8,400\ \text{m}^2$，建築物面積為 $3,400\ \text{m}^2$。以兩項面積基準分別計算：

基地面積基準：

超過 $6,000\ \text{m}^2$ 的部分，可依基地狀況決定點數；規範公式計算至 $6,000\ \text{m}^2$ 的基本門檻為：

建築物基礎涵蓋面積基準：

超過 $3,000\ \text{m}^2$ 的部分，可依基地狀況決定點數；規範公式計算至 $3,000\ \text{m}^2$ 的基本門檻為：

核心觀念

本題考兩件事：一是 Q 法以六項參數評估岩體的節理狀況、節理面摩擦、水與應力條件；二是臺灣西部卵礫石層及西南部泥岩具有年輕地層常見的低膠結、低強度、遇水弱化等特性，直接套用傳統 Q 法或 RMR 法可能不適切，宜採用考量臺灣地質條件的「臺灣岩體分類與隧道支撐系統」（PCCR-System）。

解題方法

先列出 Q 值公式，再依「岩體結構、節理面剪力強度、有效應力或水的影響」三組說明參數。第二小題則先判斷材料特性與分類系統的適用範圍，再依卵礫石或泥岩的組成、膠結程度判定岩類及岩體級別。

（一）Q 法公式與參數意義

Q 法計算式為：

Q 值通常介於 $0.001$ 至 $1000$；數值越大，代表岩體品質通常越好。六項參數及其意義如下：

三個比值可用來記憶其評估重點：

• $RQD/J_n$：岩體的節理化程度與岩塊大小。
• $J_r/J_a$：節理面的摩擦狀況。
• $J_w/SRF$：水與應力對岩體穩定性的影響。

（二）卵礫石層與泥岩的分類

1. 為何不宜直接套用傳統 Q 法或 RMR 法

Q 法與 RMR 法的評分項目重視岩心品質、節理組數、節理面性質及現地應力等因素。臺灣西部卵礫石層及西南部部分泥岩地層，常見弱面不發達、材料強度偏低、膠結不佳及遇水弱化等特性；岩體行為可能主要受材料組成與膠結程度控制，而非由節理系統控制。因此，傳統分類法的評分因子未必能適切反映其工程性質。

可採用 PCCR-System，先依地質材料特性將岩體分為 A、B、C、D 岩類，再依岩類選擇定量或定性分級：A、B 岩類採 RMR 定量分級；C、D 岩類依地質材料組成、粗細料比例與膠結程度等作定性分級。

2. 臺灣西部卵礫石層

核心觀念

本題考查臺灣西南部泥岩的「遇水劣化」特性，以及如何把這項特性轉化為護坡設計條件。泥岩雖是沉積岩，但西南部泥岩多屬成岩程度較低的軟岩；乾燥時可呈堅硬岩塊狀，浸水或反覆乾濕後則容易軟化、崩解、回脹及受沖蝕。護坡的重點因此是控制水、保護坡面，並兼顧坡體穩定與植生條件。

解題方法

可先由「水如何破壞泥岩」整理出坡地災害，再逐項反推護坡需求：

1. 雨水滲入使泥岩軟化、崩解或回脹，應降低入滲並妥善排水。
2. 地表逕流沖刷坡面，形成表土流失與蝕溝，應保護坡面並分散、導排逕流。
3. 泥岩坡面不易植生，應改善植物生長基盤，並讓植生能持續發揮保護作用。
4. 坡面劣化或局部變形可能造成防護層破壞，工法應能適應變形，且便於檢修維護。

（一）泥岩的工程地質特性

1. 成岩程度較低，屬軟岩性質 西南部泥岩多為年輕沉積岩，膠結與岩化程度較低。完整、乾燥時外觀可堅硬如岩，但其工程行為與堅硬岩石不同，受水或風化後強度容易降低。

2. 遇水軟化，強度衰減明顯 泥岩浸水後，顆粒間膠結作用減弱，抗剪強度及承載能力下降；坡面或坡體受雨水入滲後，容易發生表層剝落、滑動或局部坍塌。

3. 易崩解，乾濕循環會加速劣化 泥岩暴露後經歷乾燥與降雨浸潤的反覆作用，岩體容易裂解成小塊或泥狀物質。乾濕循環會使坡面逐步鬆散，降低完整性與耐久性。

4. 具有回脹性 部分泥岩含有具吸水膨脹性的黏土礦物，吸水後體積增加，乾燥後又收縮，反覆變化會造成坡面裂縫、剝離，並對覆蓋層或護坡構造產生不利作用。

5. 抗沖蝕能力弱，易形成蝕溝與惡地地形 降雨逕流會沖走已軟化、崩解的表層材料，使坡面產生沖蝕、蝕溝及細溝；沖蝕持續發展時，坡面形態改變並加劇局部破壞。

6. 透水性通常偏低，但裂隙與風化帶會控制入滲 泥岩基質常不易透水，然而裂隙、層面及風化帶仍可成為水流通道。坡面水可能滯留或沿弱面集中，造成局部軟化、孔隙水壓升高或沿面滑動；因此不能僅憑泥岩基質透水性低而忽略排水。

7. 植生條件不佳 裸露泥岩坡面常缺乏適合植物生長的表土與養分，表面乾硬或受沖刷，種子與根系不易穩定生長。植生不足又使坡面缺少根系固結與地表覆蓋，形成沖蝕加劇的循環。

（二）良好泥岩護坡工法應具備的條件