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高考申論題 108年 [港灣工程] 土壤力學(含樁基礎)

第 一 題

📖 題組:
試回答下列問題: (一)試繪圖並說明樁載重試驗(pile load test)之設備安排。(7 分) (二)為何需要進行樁載重試驗?(4 分) (三)若為軸向壓縮試驗,如何對試驗樁施加載重?(4 分) (四)如何由試驗結果,判斷樁之極限承載力?(5 分) (五)在砂土內與在黏土內之載重試驗,承載力判讀時機有何不同?為什麼?(5 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

試繪圖並說明樁載重試驗(pile load test)之設備安排。(7 分)

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作答此題應先將設備拆解為三大子系統:加載系統、反力系統、量測系統。繪圖時除了畫出千斤頂、反力梁與樁的相對位置外,務必標註實務規範中為避免『應力重疊干擾』的距離限制(如反力樁與試驗樁間距 ≥ 3D),此為技師/高普考給分的決戰關鍵。

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【破題】 樁載重試驗之設備佈設目的在於模擬樁承受結構物荷重之行為,以求得地盤與樁之互制關係。設備安排主要由「加載系統」、「反力系統」及「量測系統」三大構件組成。 【論述】

小題 (二)

為何需要進行樁載重試驗?(4 分)

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看到此題,應立即聯想「理論與實務的落差」。樁基礎設計仰賴經驗與半理論公式,但地質具高度不均勻性且施工方法會改變土壤行為。解題時請從「驗證承載力」、「檢核變形」、「確保施工品質」及「經濟性(安全係數調整)」四個工程實務面向切入條列說明。

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【破題】進行樁載重試驗之核心目的,在於彌補理論分析與現地複雜地質間的落差,以真實數據確保樁基礎之安全性與經濟性。 【論述】 實務上需要進行樁載重試驗之主要原因包含以下四點:

小題 (三)

若為軸向壓縮試驗,如何對試驗樁施加載重?(4 分)

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考生看到此題應聯想樁載重試驗的「加載設備與反力系統(Reaction System)」。思考實務上油壓千斤頂需要什麼來作為「頂推的反作用力」,進而引出「壓重法(載重台法)」與「反力樁法」兩種主要工法,並可補充新型的「O-cell雙向加載法」以展現實務專業度。

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【破題】 軸向壓縮試驗施加載重的核心機制,是利用「油壓千斤頂(Hydraulic Jack)」配合「反力系統(Reaction System)」來進行。千斤頂置於試驗樁頂,向上頂推反力系統,藉由牛頓第三運動定律(反作用力)對試驗樁施加向下的軸向壓縮載重。 【論述】

小題 (四)

如何由試驗結果,判斷樁之極限承載力?(5 分)

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看到這題,首先要聯想到樁載重試驗的產出是一張「載重-沉陷量(Q-S)曲線圖」。作答時必須點出,當曲線沒有明顯的破壞點時,實務上須仰賴工程經驗法則來判定極限承載力。應優先列舉實務最常見且國考必考的三大法則:明顯降伏點法、Davisson 偏移極限法,以及百分比樁徑沉陷量法(如 10% D 準則)。

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【破題】 由樁載重試驗結果判斷極限承載力(Ultimate Bearing Capacity, Qu),主要依據試驗繪製之「載重-沉陷量曲線(Q-S Curve)」。由於土壤與樁的互制行為複雜,曲線未必會呈現突然破壞的特徵,故實務上發展出多種判定準則。 【論述】

小題 (五)

在砂土內與在黏土內之載重試驗,承載力判讀時機有何不同?為什麼?(5 分)

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看到本題應直覺聯結「土壤透水性差異」與「超額孔隙水壓消散機制」。解題關鍵在於說明打樁過程對土壤的擾動,砂土因透水性佳能迅速恢復強度;而黏土因透水性極差,會產生高超額孔隙水壓並伴隨「時效硬化(Set-up)效應」,必須等待水壓消散後方可測得真實長期承載力。

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【破題】 在砂土與黏土中進行樁載重試驗,其試驗與承載力判讀的「休止期」(Waiting period,即打樁完成至開始試驗的等待時間)有顯著不同。其核心差異在於兩者之「透水性」及「打樁引致之超額孔隙水壓消散速度」。 【論述】

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