112 公務人員升官等薦任 建築工程 建築營造與估價 考古題詳解

核心觀念

本題考的是鋼筋混凝土（RC）構造中兩種性質完全不同的「縫」——施工縫（Construction Joint）與伸縮縫（Expansion Joint），這是「建築營造與估價」科目中混凝土施工管理的基本考點，常與「冷縫（Cold Joint）」、「控制縫（Control Joint）」等概念混淆出題。考生必須清楚掌握三個層次：

1. 定義與成因：施工縫是「人為、計畫性」因素產生；伸縮縫是「結構設計、因應變形」而設置。
2. 使用時機：何時「必須」設、何時「宜」設。
3. 施工縫設置規範：位置選擇原則、新舊混凝土界面處理工法。

相關依據為營建署《混凝土施工規範》（CNS／內政部頒訂）及《鋼筋混凝土施工規範》中有關澆置縫（Construction Joint）之規定，以命題當年（民國 112 年）法規與規範版本為準；若後續規範條文編號有調整，仍以當年內容作答。

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解題方法

本題屬申論題，答題架構應採「定義 → 成因／時機 → 施工要點」三段式鋪陳，每段再以條列方式呈現，讓閱卷委員能快速掌握重點、給分明確。以下分述：

一、施工縫（Construction Joint）

定義： 施工縫係指混凝土澆置工程因工作中斷（如一日工作量有限、機具產能限制、夜間停工、分層分段施工等施工上之需要）而在混凝土尚未硬化完全前，於預定位置暫停澆置，待新一批混凝土澆置時與已硬化之舊混凝土相接之界面。其本質是同一結構體內部、連續性應保持的介面，新舊混凝土須能共同承受應力、傳遞剪力，使結構仍視為一體。

設置時機：

• 單次澆置量受限於混凝土供料能力、人力、模板施作進度，無法一次完成整體構件澆置時。
• 構件體積過大（如大底板、厚牆），須分層、分段澆置以控制水化熱與裂縫時。
• 日工作時間結束、翌日續澆時（若未達初凝則不須視為施工縫，但實務上超過規範容許時間即須比照施工縫處理）。
• 梁、柱、版等構件交接處，依施工規範規定之特定位置（詳見下方施工縫設置原則）。

二、伸縮縫（Expansion Joint）

定義： 伸縮縫係因應建築物因溫度變化、乾縮、潛變、不均勻沉陷、地震力等因素所產生之體積變化或變形量，在結構設計階段即刻意將建築物分割為二個（或以上）各自獨立之結構體，縫兩側構件（含基礎、梁柱、版）完全分開，不互相傳遞應力，縫內常填充可壓縮材料（如瀝青纖維板、橡膠止水帶）並加設蓋板。其本質是結構體與結構體之間的分隔，與施工縫「仍是同一結構體」完全不同。

使用時機：

• 建築物平面長度過長（一般規範超過 40～50 公尺視地區氣候與規範而定）時，為避免溫差伸縮應力累積造成裂損。
• 建築物平面形狀不規則（L 形、T 形、ㄈ形等）轉折處，各翼體剛性不同、振動反應不同，易產生應力集中。
• 建築物高度或樓層數差異懸殊（如低樓層裙樓與高樓層主塔樓相接處），沉陷量與振動週期不同。
• 新舊建築物相接或基礎型式不同（如部分直接基礎、部分樁基礎）之交界處，防止不均勻沉陷造成破壞。
• 地震帶地區，為避免相鄰結構體因振動頻率不同產生碰撞（Pounding），須保留足夠縫寬。

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施工縫設置時須遵守之事項

此為本題配分重點，考生務必條列清楚，分為「位置選擇」與「施工處理」兩大類：

(一) 位置選擇原則

1. 應設置於剪力最小之處：施工縫為結構之弱點，應避開彎矩最大、剪力最大之斷面，原則上設於梁、版跨度中央 1/3 範圍內（即剪力較小處），避免設於支承處附近（支承處剪力最大）。
2. 柱之施工縫應設於樓板版底或梁底以下約 5 公分處，不得設於柱中段，以免影響柱之軸力傳遞與美觀（施工縫痕跡外露於樓板線處較易修飾）。

核心觀念

本題考的是基礎開挖（擋土壁設計）安全性分析中最重要的兩種「水力破壞」與「地盤破壞」模式：

1. 砂湧（Boiling / Piping，亦稱流砂、管湧）：屬於滲流破壞，發生於透水性（砂質）地盤，因開挖內外水位差造成向上滲流力過大，使土壤有效應力歸零而喪失強度。
2. 隆起（Heave，基底隆起）：屬於地盤整體穩定性破壞，又可分為兩種機制：

• 塑性隆起（Basal heave / Bottom heave）：發生於軟弱黏土地盤，類似淺基礎的承載力破壞（bearing capacity failure），因擋土壁兩側土壓力差造成基盤土壤產生塑性流動而隆起。
• 被壓水頭隆起（Artesian heave，版狀隆起）：發生於不透水層下方存在被壓含水層時，承壓水頭壓力超過上覆不透水層自重，將整塊土層頂起、甚至擊穿湧水。

這是大地工程與基礎開挖實務的核心觀念，常與Terzaghi 極限平衡理論、臨界水力梯度 $i_c$、承載力理論（$N_c, N_q$ 等承載力係數）一併出題，考生需同時掌握定性機制圖解與定量安全係數公式。

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解題方法

一、繪圖要領（文字說明圖面配置）

作答時應繪製兩張剖面圖，每張皆須標示：擋土壁（連續壁或鋼板樁）、開挖面、原始地下水位線、滲流路徑（流線）、以及箭頭標示力的作用方向。

圖一：砂湧（Boiling）

• 繪出左右兩側土層（背側地下水位較高、開挖側水位較低），擋土壁貫入開挖面以下一段深度（根入深度 $D$）。
• 用箭頭畫出地下水從背側繞過擋土壁底端、往開挖面向上滲流的流線（流網 flow net 的概念）。
• 在開挖面底部標示「有效應力 $\sigma' \to 0$」、「砂土顆粒隨水湧出」的示意（以波浪線或噴發符號表示）。

圖二：隆起（Heave）

• (a) 塑性隆起：繪出擋土壁兩側土壓力分布（背側主動土壓力 $P_a$ 較大、開挖側被動土壓力 $P_p$ 較小），在壁體底端下方畫出一條圓弧形滑動面，由背側地表經壁體下方繞出至開挖面，箭頭顯示土體沿此弧面被擠壓隆起。
• (b) 被壓水頭隆起：繪出不透水層（如黏土層）下方的被壓含水層，標示被壓水頭 $h_w$ 高於開挖面，並以向上箭頭表示水壓 $u = \gamma_w h_w$ 頂托不透水層；對應標示上覆土層重量 $\gamma \cdot H$ 與水壓力互相抗衡的關係。

二、成因與力學推導

（一）砂湧成因

依 Terzaghi 滲流理論，開挖面底部土壤所受**向上滲流力（seepage force）**為：

$j = i \cdot \gamma_w$

其中 $i$ 為實際水力梯度（由流網求得，$i = \dfrac{\Delta h}{L}$，$\Delta h$ 為水頭差、$L$ 為滲流路徑長度）。

土壤能抵抗砂湧的臨界水力梯度為：

$i_c = \frac{\gamma'}{\gamma_w} = \frac{G_s - 1}{1 + e}$

其中 $\gamma'$ 為土壤有效重量、$G_s$ 為比重、$e$ 為孔隙比。

當 $i \ge i_c$ 時，土壤有效應力 $\sigma' = \sigma - u \to 0$，顆粒間失去接觸應力而呈「懸浮沸騰」狀態，地下水挾帶細顆粒自基底湧出，即為砂湧。對應之安全係數：

$FS = \frac{i_c}{i}$

一般工程要求 $FS \ge 1.5\sim2.0$。

（二）隆起成因

1. 塑性隆起（適用軟弱黏土）：開挖造成壁體內外垂直應力差，當背側主動土壓力造成的驅動力矩（或應力）超過開挖側土壤抗剪強度所能提供的抵抗力矩時，基盤土壤沿滑動面被擠向開挖面並向上隆起，其力學本質即為承載力不足（bearing capacity failure），可用 Terzaghi 或 Bjerrum–Eide 法計算安全係數：

$FS = \frac{N_c \cdot S_u}{\gamma \cdot H + q}$

其中 $S_u$ 為黏土不排水剪力強度、$H$ 為開挖深度、$q$ 為地表超載、$N_c$ 為承載力係數（依開挖幾何形狀查表，一般約 5.7）。

核心觀念

本題考的是鋼結構銲接品質管制（Welding Quality Control）的三階段檢測架構，這是「鋼構造建築物鋼結構施工規範」（內政部營建署）及國際通用之美國銲接學會規範 AWS D1.1 Structural Welding Code 共通的品管邏輯，台灣考試命題多以此架構出題。

銲接品質不是靠「銲完後挑毛病」就能保證，而是必須採取全程式管制（Process Control），依施工時序分為：

1. 施銲前檢測（Pre-weld Inspection）：確保「人、機、料、法、環」五大要件齊備，防患於未然。
2. 施銲中檢測（In-process Inspection）：監控銲接參數是否符合銲接程序規範書（WPS），即時發現問題即時修正。
3. 施銲後檢測（Post-weld Inspection）：以外觀檢查及非破壞檢測（NDT）確認成品品質，必要時輔以破壞性試驗。

考生作答時，務必以此「前、中、後」三段式架構分點論述，每段至少列舉 4～6 項具體檢測內容，才能拿到完整分數。

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解題方法

切入點：依題目明示之「作業前、作業中、作業後」三階段逐一展開，每一階段再細分「人員資格」「材料」「設備」「製程參數」「成品品質」等子項目，避免遺漏。

為何採此架構：銲接屬於「破壞性製程」，一旦銲道形成，內部缺陷（如氣孔、未熔合、裂紋）往往無法以肉眼察覺，必須仰賴事前防範與事中監控；而施銲後的檢測則是最後一道防線，用以驗證前兩階段管制是否有效。此三階段環環相扣，缺一不可，符合 ISO 9001 製程管制精神，也是 AWS D1.1 及國內「鋼構造建築物鋼結構施工規範」一貫採用之架構。

以下依序展開各階段應檢測項目。

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一、施銲前檢測（銲前檢查）

1. 銲工資格檢定 確認銲工持有合格之銲接技術士證照（依 CNS 相關銲接技術士技能檢定規範），且證照之銲接方法、材質、板厚、姿勢（平銲、立銲、横銲、仰銲）須與實際施作項目相符，必要時須通過現場試銲合格（Procedure Qualification Record, PQR）。

2. 銲接程序規範書（WPS）確認 檢查 WPS 內容是否已經認可，其規定之銲接方法、銲材種類、電流電壓範圍、預熱及層間溫度、銲道順序等，是否與實際施工條件相符。

3. 母材材質與銲材確認

• 母材：核對材質證明書（Mill Certificate）、鋼材規格、厚度是否與設計圖說相符。
• 銲材：核對銲條、銲線、助銲劑之規格（如 E70 系列），並確認烘乾保存狀況（低氫系銲條須依規定溫度烘烤並存放於保溫筒中，避免吸濕）。

4. 接頭及開槽檢查 檢查接頭型式（對接、搭接、T 型接、角接）、開槽角度、根部間隙、鈍邊尺寸是否符合 WPS 要求，接合面是否對正、無錯邊超過容許值。

5. 母材表面清潔度 檢查銲接部位及其鄰近區域是否已清除鐵銹、油漆、油污、水分、氧化皮等雜質，避免影響銲道品質。

6. 環境條件檢查 確認施銲現場溫度、濕度、風速是否在容許範圍內（過度潮濕或強風需加設防護罩），雨天或低溫環境須採取對應保護措施。

7. 預熱檢查 依母材厚度與碳當量，確認是否需要預熱，並以測溫器（如溫度蠟筆、紅外線測溫儀）確認預熱溫度已達規定值。

8. 銲接設備校正 確認電銲機之電流、電壓錶已校正，設備運轉正常。

9. 組配精度與束制 檢查構件組立之尺寸精度、垂直度，以及是否採取適當之固定、束制或預留反變形措施，以減少銲接變形。

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二、施銲中檢測（製程中檢查）

1. 銲接參數監控 持續監測電流、電壓、銲接速度是否維持在 WPS 規定範圍內。

2. 層間溫度控制 多層多道銲接時，每道銲層完成後須量測層間溫度，確保不超過規定上限（避免熱影響區材質劣化），亦不低於最低預熱溫度。

3. 銲道順序與對稱銲接 確認依預定銲道順序施銲，必要時採對稱銲接或分段退銲法，以降低殘留應力與變形。

4. 層間清理 每一銲道完成後，須以鋼刷、鏟除工具去除熔渣（Slag）、飛濺及氧化物，方可進行下一層銲接，避免夾渣缺陷。

核心觀念

本題考查建築營造中兩種重要的「特殊混凝土工法」觀念，考生須清楚區分：

• 預力混凝土（Prestressed Concrete, PSC）：是以「力學原理」為分類基礎，指在混凝土構件承受外力（活載重、靜載重）之前，預先以人工方式對其施加壓應力，用以抵消或減少構件在使用時所產生的拉應力。
• 預鑄混凝土（Precast Concrete, PC）：是以「生產地點／製造方式」為分類基礎，指混凝土構件並非在工地現場澆置，而是於工廠或現場外的模場先行製作完成，再運至工地吊裝組立。

兩者分類基準不同，故可以互相組合：預力混凝土構件可以是預鑄生產，也可以是場鑄生產（如現場後拉預力樓板）；預鑄混凝土構件也不一定要施加預力（如一般預鑄牆板）。這是本題的第一個答題關鍵，許多考生誤以為兩者是同一件事，務必在開頭先點明此區別，才能拿到結構分析的分數。

解題方法

本題屬於「名詞解釋＋生產方式＋優缺點」的申論題型，答題架構應依序分為四大部分，每部分均須完整開展：

(一) 定義說明 (二) 生產方式／工法 (三) 特性與優點 (四) 缺點與限制

以下分別就預力混凝土與預鑄混凝土依此架構作答。

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壹、預力混凝土（Prestressed Concrete）

一、定義

混凝土抗壓強度高但抗拉強度極低（約僅抗壓強度之 1/10），一般鋼筋混凝土雖以鋼筋補強抗拉，但構件在使用載重下仍會產生裂縫。預力混凝土係利用高強度鋼材（鋼絞線、鋼腱）對混凝土構件於尚未受外力前，預先施加壓應力，使構件在承受使用載重所產生的拉應力時，能先由預存的壓應力加以抵銷，進而達到：

$\sigma_{淨} = \sigma_{預壓} - \sigma_{載重拉應力}$

只要設計使 $\sigma_{淨}$ 仍維持壓應力或在容許拉應力範圍內，即可避免混凝土開裂，達到「全預力」或「部分預力」之設計目標。

二、生產方式（施預力方法）

1. 先張法（Pretensioning）

• 先在預力台座上將鋼腱張拉至設計應力，並予以錨定固定。
• 澆置混凝土並養護至達一定強度（使混凝土與鋼腱間有足夠握裹力）。
• 切斷或釋放鋼腱兩端的張拉力，鋼腱藉由與混凝土間之握裹作用，將預力傳遞給混凝土構件。
• 此法多用於工廠化大量生產之標準化構件（如預力樑、預力版、電桿）。

2. 後張法（Posttensioning）

• 先在模板中預留鋼腱套管（或直接澆置混凝土時預埋波紋管），澆置混凝土並養護至設計強度。
• 混凝土硬化後，將鋼腱穿入套管中，以千斤頂從構件端部張拉鋼腱至設計應力。
• 以錨具將鋼腱錨定於構件端部，使預力透過錨具傳遞至混凝土（而非靠握裹力）。
• 套管內灌漿（Grouting）以保護鋼腱並使其與混凝土共同作用（此稱「有握裹後張法」；若不灌漿則為「無握裹後張法」）。
• 此法適用於現場澆置之大跨度構件（如橋梁、長跨樓板）及預鑄構件之接合。

三、特性與優點

1. 可有效抵銷使用載重拉應力，減少或避免裂縫產生，提升構件之耐久性與防水性。
2. 充分利用高強度鋼材與高強度混凝土，構件斷面可大幅減小，達到輕量化、減少自重之效果。
3. 可設計較大跨度，減少樑柱數量，增加室內使用淨空間與梁下淨高。
4. 構件全斷面均參與抵抗彎矩（不像一般RC梁僅受壓區混凝土有效），材料使用效率高。
5. 提高構件之抗疲勞性與抗剪性能。

四、缺點與限制

1. 施工技術層次高，須專業人員操作張拉、錨定與灌漿等作業，品管要求嚴格。
2. 預力損失問題複雜，須考慮混凝土彈性縮短、潛變（Creep）、乾縮（Shrinkage）、鋼腱鬆弛（Relaxation）及摩擦損失等，設計計算繁瑣。
3. 初期造價較高（鋼腱、錨具、千斤頂等特殊材料與機具費用）。
4. 構件韌性相對一般RC較低，在極限狀態下破壞模式偏向脆性，耐震設計須特別注意。
5. 後張法之套管灌漿品質不易檢查，若灌漿不實易造成鋼腱銹蝕，影響耐久性。

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貳、預鑄混凝土（Precast Concrete）

一、定義

預鑄混凝土係指混凝土構件（如梁、柱、版、牆板、樓梯等）不在工地現場模板中澆置，而是事先於工廠或工地旁之預鑄場，以標準化模具澆置、養護、脫模、檢驗完成後，再以車輛運輸至工地，利用吊車等機具進行吊裝組立、接合，完成結構體之工法。

二、生產方式（製程）