108 公路人員升資考試士級晉佐級 技術類(選試公路工程大意)-公路總局 公路工程大意 考古題詳解

核心觀念

本題評量考生對《公路工程大意》五大核心領域之基礎定義、物理機制與設計法規之熟稔度：

1. 設計車種（Design Vehicle）：公路幾何設計之控制物理基準（依命題當年民國 108 年適用之《公路路線設計規範》為準）。
2. 反射裂縫（Reflective Cracks）：複合鋪面（瀝青加鋪於混凝土版或半剛性底層）之典型破壞機制與應力集中現象。
3. 公路容量（Highway Capacity）：交通流理論之供輸能力上限定義（依《公路容量手冊》HCM 定義）。
4. 超高漸變（Superelevation Runoff）：路面橫坡由消弭逆坡漸變至全超高斷面之過渡段幾何控制機制。
5. 凍融作用（Freeze-Thaw Action）：低溫氣候下水相變化引發之旅次承載力弱化與路基土壤破壞（凍脹與翻漿機制）。

解題方法

名詞解釋題型之配分結構多為「定義＋工程機能／成因機制＋設計應用／防治對策」三段式作答。每小題配分 4 分，答題切入點應精準切中核心關鍵字，避免空泛描述，以符合閱卷給分標準：

• 概念界定：以一句話給出國家規範或學理上的標準定義（約佔 2 分）。
• 內涵展開：詳述其分類、影響因素、物理轉化過程或幾何過渡機制（約佔 1.5 分）。
• 實務工程應用／防制：點出該名詞在公路規劃、設計規範或養護維修之實質對應措施（約佔 0.5 分）。

【答案】試題詳解

(一) 設計車種（Design Vehicle）

1. 定義： 指在公路幾何設計中，用以代表該級公路預期行駛車流之實體尺寸、重量及運轉特性（如最小迴轉半徑、輪跡掃描寬度、加減速性能），並據以決定各項幾何設計要素之標準基準車輛。
2. 內涵與分類： 依《公路路線設計規範》（以民國 108 年適用版本為準），設計車種主要劃分為：

• 小客車（P）：各型轎車、休旅車及小型客貨兩用車。
• 大客車（BUS）：單體大客車、市區公車或長途客車。
• 單元大貨車（SU）：兩軸或三軸單體重型貨車。
• 半聯結車（WB-15 / WB-19 等）：由牽引車與半拖車組成之鉸接式大型貨車。

3. 工程控制要點：

• 寬度與長度：控制車道寬度、路肩寬度與平曲線拓寬（Curve Widening）。
• 最小迴轉半徑：控制路口緣石轉向半徑（Curb Radius）及迴車道尺寸。
• 車高：控制結構物之淨高（Vertical Clearance）。

(二) 反射裂縫（Reflective Cracks）

1. 定義： 指在舊水泥混凝土鋪面（剛性鋪面）或水泥穩定基底層上加鋪瀝青混凝土（Asphalt Overlay）後，底層原有的接縫、縮縫或開裂處，在受到環境溫度與交通載重作用下，逐漸向上延伸貫穿並「反射」顯現於新鋪瀝青路面的裂縫。
2. 成因機制：

• 溫度應力：底層混凝土因熱脹冷縮產生水平位移，在接縫上方的瀝青層底部引發集中拉應力。
• 輪載剪應力：車輛輪載行經接縫兩側時，產生不均勻沉陷（差異撓度），使加鋪層承受往復垂直剪應力。

3. 工程防制對策：

• 提高加鋪層厚度或改用改質瀝青（PMA）。
• 加鋪前鋪設應力吸收薄膜（SAMI）或抗裂地工織物（Geotextiles/Geogrids）。
• 舊版先施作「破裂壓實（Crack and Seat）」或「碎石化（Rubblization）」消除原有應力集中點；或採「割縫填縫法（Saw and Seal）」誘導開裂。

(三) 公路容量（Highway Capacity）

1. 定義： 在當前盛行之道路幾何條件、交通特性及交通管制條件下，一車道或一均質路段在特定時間區間內（通常採尖峰 15 分鐘換算為小時率），所

核心觀念

本題考查公路工程中「柔性鋪面（Flexible Pavement）」面層（Surface Course）之材料特性、骨材級配結構、體積配合設計及工程力學行為。法規與技術依據以命題當年（民國 108 年）之交通部《公路工程施工規範》與相關施工綱要規範（第 02742 章「密級配瀝青混凝土鋪面」、第 02745 章「排水性瀝青混凝土鋪面」、第 02747 章「石膠泥瀝青混凝土鋪面」等）為準。

核心觀念聚焦於：

1. 骨材級配骨架類型：連續級配（密級配）、跳級配（石膠泥）、開放級配（排水性/開級配）對荷載傳遞與耐久性之差異。
2. 配合設計核心參數：馬歇爾設計法（Marshall Method）或旋轉夯實法（Superpave Gyratory Compactor, SGC）中之目標空隙率（Air Voids, $V_a$）、粒料間隙率（Voids in Mineral Aggregate, $VMA$）、瀝青填滿率（Voids Filled with Asphalt, $VFA$）、粗粒料骨架間隙率（Voids in Coarse Aggregate, $VCA$）、析漏抑制與抗水侵害（剝脫）能力。
3. 路用機能要求：抗車轍（抗高溫剪切永久變形）、抗疲勞龜裂、抗滑阻滑能力、雨天抗水漂與排水降噪性能。

解題方法

本題屬標準的「材料分類與比對說明」申論題型，答題切入點應分為兩大部分：

1. 宏觀歸納面層種類：列出台灣近年在國道、省道、快速道路及市區道路最常採用之代表性柔性面層（密級配瀝青混凝土 DGAC、石膠泥瀝青混凝土 SMA、排水性瀝青混凝土 PAC、改質瀝青混凝土 MAC 及再生瀝青混凝土 RAP）。
2. 微觀系統對比：針對各鋪面種類，依題意平行開展「配合設計原則」與「功能特性」，以骨材級配骨架、結合料選用、目標空隙率控制及關鍵力學行為為架構逐項論述，條理分明。

選項分析

本題為申論題（非選擇題），無個別選項。作答時須特別注意以下評分界限與誤區：

1. 嚴禁混淆路面結構層次：不得將瀝青處理基層（ATB）、碎石級配基層／底層等非面層材料列入面層種類。
2. 嚴禁混淆鋪面體系：普通水泥混凝土鋪面（JPCP）、連續配筋混凝土鋪面（CRCP）等屬剛性鋪面，不可列入。
3. 不可僅列單一傳統材料：若僅答「密級配瀝青混凝土」，忽略國道與高架道路近年普遍採用之 PAC 與 SMA，將大幅失分。

解題技巧

1. 架構對稱化：針對每種鋪面，皆以「配合設計原則」與「功能特性（優勢與限制）」兩點回答，版面勻稱、易獲高分。
2. 參數數據化：在配合設計中列出具體數值（如密級配空隙率 $3\% \sim 5\%$、PAC 空隙率 $\ge 20\%$、降噪量 $3 \sim 5\text{ dB}$），展現專業技術厚度。
3. 記憶矩陣口訣：

• DGAC：連續密級配、填實水密、經濟抗磨、高溫易車轍。
• SMA：石對石跳級配、高瀝青高填料加纖維、抗高溫車轍抗磨耗。
• PAC：開級配大孔隙、高黏改質加纖維、排水抗水漂降噪。

【答案】

我國各級道路近年曾採用之柔性鋪面面層種類、配合設計原則及功能特性詳述如下：

一、 近年各級道路曾採用之柔性鋪面面層種類

1. 密級配瀝青混凝土（Dense-Graded Asphalt Concrete, DGAC）：一般公路、市區道路與國道早期最廣泛採用之傳統面層。
2. 石膠泥瀝青混凝土（Stone Mastic/Matrix Asphalt, SMA）：重載車輛頻繁之高速公路、省道快速公路及交流道常見之抗車轍面層。
3. 排水性瀝青混凝土（Porous Asphalt Concrete, PAC / Open-Graded Friction Course, OGFC）：降雨頻繁地區之高速公路（如國道一號、三號部分路段）及快速道路為提升雨天行車安全所採用之機能性透水面層。
4. 改質瀝青混凝土（Modified Asphalt Concrete, MAC）：於重載交通路段、收費站區、長爬坡道及橋面版鋪裝採用之特殊結合料面層。
5. 再生瀝青混凝土（Reclaimed Asphalt Pavement, RAP）：兼顧資源循環與環保，用於一般道路刨除加封之中低交通量路段面層。

二、 各種柔性鋪面之配合設計原則及功能特性

核心觀念

本題旨在測驗交通部《公路路線設計規範》（以命題當年民國 108 年之法規為準）中關於「視距（Sight Distance）」的分類定義、設計應用考量，以及「停車視距（Stopping Sight Distance, SSD）」的物理力學推導與數值計算。

1. 法規定義與分類：依據《公路路線設計規範》第三章規定，公路設計應確保行車視距。主要視距包括：

• 停車視距（Stopping Sight Distance, SSD）
• 超車視距（Passing Sight Distance, PSD）
• 決策視距（Decision Sight Distance, DSD） (註：部分工程實務與交叉路口章節亦涵蓋「交會視距／交叉路口視距」)

2. 停車視距基本公式：車輛煞停過程分為「反應階段」與「煞車階段」，視距為兩者距離之和： $SSD = d_1 + d_2 = \left( \frac{V}{3.6} \times t \right) + \frac{V^2}{254(f \pm G)}$

• $V$：行車速度或設計速率（$\text{km/h}$）
• $t$：駕駛人知覺反應時間（依規範標準值採 $2.5\text{ s}$）
• $f$：車胎與路面間之縱向摩擦係數
• $G$：道路縱坡度（上坡為正 $+G$，下坡為負 $-G$）
• 常數 $254$：由重力加速度轉換導出之工程經驗常數（$2 \times 9.80665 \times 3.6^2 \approx 254$）

解題方法

(一) 視距之分類、定義與應用考量

依據《公路路線設計規範》，除「停車視距」外，公路工程常考且規範明訂之另二種視距為超車視距與決策視距（部分路口考量則為交會視距）。三種視距之詳細定義與設計應用考量分述如下：

1. 停車視距（Stopping Sight Distance, SSD）

• 定義：駕駛人發現前方車道中有危險障礙物（規範規定物體高 $15\text{ cm}$，駕駛人視線高 $107\text{ cm}$），自察覺至煞車使車輛完全停止所需之最短安全行駛距離。由「知覺反應距離」與「煞車距離」組成。
• 應用考量：
• 絕對基本要求：為公路路線設計之安全底線，全線任何路段（平曲線、豎曲線、隧道、橋梁、引道等）之任何一點，均必須隨時具備滿足規定之停車視距。
• 視線障礙排除：若因地形、邊坡挖方、建物、護欄或中央分隔島遮蔽而導致視距不足，必須加大平曲線半徑、增大豎曲線長度，或清除視線側之障礙物。

2. 超車視距（Passing Sight Distance, PSD）

• 定義：在雙向雙車道（二車道）之單幅公路上，後方快車欲超越前方慢車，自偏離原車道至對向車道、超越前車並安全切回原車道，且不致妨礙對向來車正常行駛所需之最短行車距離。
• 應用考量：
• 適用路段限制：僅適用於「雙向二車道」公路；在分隔多車道公路或單行道上無需考慮超車視距。
• 間隔提供：受地形或造價限制，公路全線難以處處滿足超車視距，但應在適當距離或比例之路段提供足夠之超車視距，以維持預期之行車服務水準（LOS）與通行容量。
• 交通管制配合：凡超車視距不足之路段，依規定必須劃設「禁止超車標線」（如分向限制線／雙黃實線），嚴禁跨越對向車道超車。

3. 決策視距（Decision Sight Distance, DSD）

• 定義：當駕駛人處於複雜環境、資訊負載量過高、幾何線形驟變或存在潛在危險之地點時，自偵測路況資訊、辨識危險、評估選擇、做出最適決策，乃至平穩完成避險操作（如變更車道、調速或平穩煞停）所需之完整距離。
• 應用考量：
• 提供較充裕時間：其數值顯著大於一般停車視距（通常給予 $8 \sim 14\text{ 秒}$ 的判斷與操作時間）。
• 特定複雜區段配置：應用於駕駛人極易猶豫或反應不及之路段，例如：高速公路交流道出口匝道鼻端前、車道數遞減（縮減）處、大型立體交叉交織區、收費站前、施工瓶頸區及幾何視線不良處，避免駕駛人因資訊混亂而緊急急煞造成連環追撞。

*(補充：**交會視距（Intersection Sight Distance, ISD）**指無號誌化交叉路口支道車輛欲橫越或轉入幹道時，兩向駕駛人能相互看見彼此並及時煞

核心觀念

本題旨在測驗公路工程中「路側與分隔帶安全防護設施」之設計理論與實務規範，核心依據為交通部頒布之《交通工程規範》（以命題當年民國 108 年之規範版本為準；現行規範架構雖歷經滾動檢討，惟護欄力學機制與幾何防護原則本質相同）與《公路路線設計規範》。考點涵蓋：

1. 路側護欄系統選用條件：由設計速率、交通組成、容許變形量（側向淨空）、路側危險程度及維修經濟性綜合評定。
2. 路側護欄佈設幾何原則：包含防護長度（Length of Need, LON）、側向淨距、剛度漸變過渡段（Transition）及端部防護處理（End Treatment）。
3. 剛性護欄斷面幾何演進與力學行為：以「紐澤西型（New Jersey Type）」為基準，探討規範所列之「F 型（F-Shape Type）」及「單斜面型（Single-Slope Type）」之斷面折點高度（Slope Break Point）、小型車抗翻覆性（Rollover Prevention）、路面加鋪（Overlay）容許度及中央分隔帶防穿透對撞之設置目標。

解題方法

1. 第 (一) 子題架構化切入：

• 選用考量：採「車流環境（速率、車種）」、「幾何拓撲（邊坡、淨寬、容許撓度）」、「安全耐受度（減速度、乘員傷害）」及「營運維護（建造成本、修復便利性）」四維度推展。
• 佈設原則：依車輛撞擊運動軌跡，由橫向配置（側向淨距、平順度）貫穿至縱向幾何（防護長度、剛度過渡、端部處理、排水協調）。

2. 第 (二) 子題對比化切入：

• 指出《交通工程規範》中除了紐澤西型外，最主要的剛性參考型式為 F 型混凝土護欄 與 單斜面混凝土護欄。
• 深入剖析其「幾何斷面折點」對「車輪爬升及車身傾斜力矩」的物理機制差異，並比較路面加鋪適應力。
• 總結剛性中央護欄的核心設置目的（絕對阻隔跨越、導正行車方向、降低全壽命維修頻率）。

解題技巧

1. 選用口訣與體系：口訣為「速、量、寬、險、修」（設計車速、重車流量、淨寬撓度、路側險度、維護修復）。
2. 佈設致命陷阱注意：

• 護欄若無端頭緩衝與漸變，本身就是「剛性致命障礙物」。回答佈設時，**「端部防穿刺」與「剛柔過渡防口袋效應（Pocketing）」**為閱卷評分關鍵指標。

3. 護欄型式之比較關鍵：

• 紐澤西型的折點高約 $33\text{ cm}$（$13\text{ inches}$），小型車撞擊易引發過度爬升而翻覆。
• F 型折點降至約 $25.5\text{ cm}$（$10\text{ inches}$），有效抑制爬升翻滾。
• 單斜面（坡度約 $9^\circ\sim 10.8^\circ$）完全無折點，最大優勢為耐受多次路面加鋪（Asphalt Overlay）而不喪失導引效能。

【答案】

(一) 路側護欄之選用考量因素與佈設注意事項

1. 路側護欄之選用考量因素

依據《交通工程規範》，路側護欄的形式（剛性、半剛性、柔性）選定應綜合評估下列關鍵要素：

• 道路等級與設計速率：車速愈高，車輛衝撞護欄之動能 $E_k = \frac{1}{2} m v^2$ 愈大，需選用具較高結構強度（圍阻等級）之護欄形式。
• 交通量與重車比例：重型車輛（大客車、聯結車）比率高之路段，衝擊力矩大，需採用能承受高動能衝擊之護欄（如加高混凝土剛性護欄或強化型半剛性鋼板護欄）。
• 路側淨距與護欄容許撓度（動態變形量）：
• 若護欄背後距危險障礙物（如橋墩、岩壁、深谷）空間狹窄，無法容許結構變形，應選用零撓度之剛性護欄。
• 若路側平坦且淨寬充足，可選用具適度緩衝位移、吸能效果佳之半剛性（W 型鋼板）或柔性護欄（鋼索護欄）。
• 路側危險程度：填土邊坡高度、邊坡陡峭度（如坡度陡於 $1:3$）、崖壁、水體深溝或路側存在不可移動障礙物之嚴重度，直接決定是否設置及護欄防護等級。
• 車內乘員之安全衝擊限制：護欄應具導正失控車輛（Redirection）與吸收動能能力，避免產生過大之橫向減速度（G值），以保障車內乘員生命安全。
• 經濟性、施工性與後期維護難易：剛性護欄初期建造成本高但幾無日常維修成本；半剛性護欄建造彈性高、初期成本適中，但撞擊後需即刻封路更換構件。需考量養護動線與備料便利性。

核心觀念

本題主要測驗公路路基工程中之土壤壓實理論（Soil Compaction Theory）與現場品質控制（Quality Control）：

1. 普氏壓實試驗（Proctor Compaction Test）： 土壤在特定壓實能量下，乾密度（$\gamma_d$）會隨含水量（$w$）而變化。初期水分具潤滑作用，有助於顆粒重組緊密；當含水量超過一定限度後，孔隙水佔據固體顆粒空間並承受孔隙水壓，導致乾密度下降。該乾密度曲線的最高點對應之數值即為最大乾密度（$\gamma_{d,\max}$），所對應之含水量即為最佳含水量（$w_{opt}$ 或 OMC）。

• 相關公式：
• 濕密度：$\gamma = \frac{W}{V}$
• 乾密度：$\gamma_d = \frac{\gamma}{1 + w}$
• 壓實度（相對壓實度）：$RC = \frac{\gamma_{d,\text{field}}}{\gamma_{d,\max}} \times 100\%$

2. 路基含水量控制準則： 工程規範（如交通部施工標準規範）通常要求壓實度 $RC \ge 95\%$，且現場含水量應控制在最佳含水量的一定容許範圍內（通常為 $w_{opt} \pm 2\%$）。土壤過乾或過濕皆無法以經濟有效的滾壓能量達到要求之壓實度。

解題方法

(一) 實驗室決定路基土壤試體最佳含水量之步驟

決定路基土壤最佳含水量通常依據「標準普氏壓實試驗」（AASHTO T99 / ASTM D698 / CNS 11777）或「改良普氏壓實試驗」（AASHTO T180 / ASTM D1557）：

1. 試樣準備： 將現場取回之路基土樣風乾並打碎，以 4 號篩（$4.75\text{ mm}$）過篩，取具有代表性之足量試樣（通常約 $15\sim20\text{ kg}$）。
2. 調配不同含水量試樣： 將樣品分成 4 至 6 份，分別加入不同比例的水分均勻拌合，含水量通常以約 $2\%$ 的級距遞增，使含水量涵蓋預估最佳含水量之乾側（較乾）與濕側（較濕），拌合後密封靜置（悶料），使水分均勻擴散。
3. 分層擊實： 將拌合好的土壤裝入標準模具（直徑 4 吋或 6 吋）中，依規範施加固定壓實能量：

• 標準普氏：分 3 層裝填，每層以 $5.5\text{ lb}$（$2.5\text{ kg}$）夯錘自 $12\text{ in}$（$30.5\text{ cm}$）高度自由落下擊實 25 次。
• 改良普氏：分 5 層裝填，每層以 $10\text{ lb}$（$4.54\text{ kg}$）夯錘自 $18\text{ in}$（$45.7\text{ cm}$）高度自由落下擊實 25 次。

4. 測定濕密度（$\gamma$）： 擊實完成後修平模口，稱取模內土壤之質量 $W$，除以模具容積 $V$，求得濕密度： $\gamma = \frac{W}{V}$
5. 測定含水量（$w$）： 從試體內部中心取出代表性土樣，稱取濕重，放入烘箱於 $110 \pm 5^\circ\text{C}$ 下烘乾至恆重，稱取乾重，計算實際含水量： $w = \frac{W_{\text{濕}} - W_{\text{乾}}}{W_{\text{乾}}} \times 100\%$
6. 計算乾密度（$\gamma_d$）： 利用濕密度及含水量換算乾密度： $\gamma_d = \frac{\gamma}{1 + w}$
7. 繪製壓實曲線並求得 $w_{opt}$： 以含水量（$w$）為橫座標，乾密度（$\gamma_d$）為縱座標，將各點繪製於圖上連成一凸向上的平滑曲線（壓實曲線）。曲線峰值頂點所對應的橫座標即為該土壤的最佳含水量（$w_{opt}$），對應的縱座標即為最大乾密度（$\gamma_{d,\max}$）。

(二) 工地現場決定「翻曬」或「澆水」之程序與準則

在工地現場，壓實機具與遍數達到一定程度後若壓實度未達 $95\%$，或在進行滾壓作業前，必須由**現場含水量（$w_{\text{field}}$）與實驗室求得之最佳含水量（$w_{opt}$）**相對關係來決定改善對策：

1. 現場檢測： 以砂錐法（Sand Cone Method）、橡皮氣球法或核子密度儀測定工地路基土壤之現場乾密度（$\gamma_{d,\text{field}}$）與現場含水量（$w_{\text{field}}$）。
2. 決策判斷基準：