基礎工程進階與地質災害

科目概述

基礎工程的安全性建立在正確的地質調查與工法選擇上。本章聚焦地耐力與地質調查、筏式基礎設計要點、開挖砂湧與基礎上浮兩種常見地下水災害,以及擋土支撐架與順向坡地質災害辨識。

本章重點

重點 內容 重要度
地耐力 地質調查、承載力判定 ⭐⭐⭐
筏式基礎 適用時機、設計要點 ⭐⭐⭐
砂湧 成因、對策 ⭐⭐⭐
基礎上浮 成因、對策 ⭐⭐⭐
支撐架 擋土支撐系統設計 ⭐⭐
順向坡 地質災害辨識 ⭐⭐

考試定位

本單元常與建築結構、敷地計畫混考,題型多聚焦地下水引致的災害辨析(砂湧、上浮)與基礎型式選用邏輯,需掌握地質調查資料如何轉化為設計依據。

地耐力與地質調查

地質調查方法

方法 說明 用途
鑽探取樣 鑽孔取土樣分析土層 判定土層分布、地下水位
標準貫入試驗(SPT) 量測 N 值評估土層強度 推估容許承載力
平板載重試驗 現場加載量測沉陷量 直接驗證承載力
地下水位觀測 設置觀測井長期監測 掌握地下水變動

地耐力(容許承載力)判定

  • 地耐力受土層種類、密實度、地下水位影響
  • 一般以標準貫入試驗 N 值或平板載重試驗結果,配合安全係數推估容許承載力
  • 軟弱土層、液化敏感土層須另行評估地盤改良或深基礎方案

筏式基礎設計要點

適用時機

  • 地耐力不足,獨立或聯合基礎面積過大導致互相重疊
  • 上部結構荷重大且分布不均
  • 需抵抗地下水浮力、作為地下室底板

設計要點

項目 說明
版厚 依荷重與跨距決定,需檢核剪力貫穿
不均勻沉陷 檢討版之剛度是否足以分散不均勻沉陷
抗浮設計 需檢核自重與配重是否足以抵抗地下水浮力
與擋土壁介面 版與連續壁或擋土設施之接合需防水處理

開挖砂湧與地下水處理

砂湧

定義

  • 開挖面內外水頭差過大,地下水挾帶砂土向上湧出,使開挖底部土壤有效應力喪失

成因

成因 說明
水頭差過大 開挖深度大、止水壁未達不透水層
止水不良 擋土壁縫隙或未貫入不透水層
透水性土層 細砂、粉土層易受滲流影響

對策

  • 降低開挖面內外水位差(如井點降水、深井降水)
  • 加深止水壁至不透水層
  • 開挖面加壓灌漿或改良地盤
  • 分階開挖並隨時監測水位與土壓

基礎上浮

定義

  • 地下室完工後地下水位回升,浮力超過結構自重,造成基礎版隆起或結構上浮

成因

  • 地下水位偏高、開挖區域地下水未妥善控制
  • 結構自重(含配重)不足以抵抗浮力

對策

對策 說明
增加配重 加厚底版或增設壓艙層
錨錠基礎 以地錨或樁基將結構錨定於深層土層
排水降壓系統 設置永久性排水降壓井控制地下水位
抗浮版設計 結構設計時檢核浮力工況

擋土支撐架設計

  • 支撐架用於臨時擋土壁的水平支撐,抵抗開挖側向土壓
  • 常見型式:水平支撐、斜撐、地錨
  • 設計需檢核支撐間距、預力施加、支撐架挫屈與整體變形監測
  • 支撐拆除順序須配合結構樓板完成度,避免擋土壁失穩

順向坡地質災害辨識

定義

  • 岩層層面傾向與坡面傾向大致相同,且傾角小於坡角的邊坡,易沿層面滑動

判定要點

項目 說明
平均坡度 影響邊坡穩定與開發限制判定
層面傾角 小於坡角時滑動風險高
地下水 滲入層面降低摩擦力,增加滑動風險

開發限制

  • 順向坡地區依山坡地開發相關規定,屬地質敏感或限制發展區位,開發前應辦理地質調查與安全評估
  • 平均坡度超過一定基準者,原則不得作為建築用地或需特殊安全對策

與其他科目的關聯

科目 關聯性 說明
建築結構 ⭐⭐⭐ 基礎設計、抗浮檢核
敷地計畫 ⭐⭐⭐ 地質調查、坡地開發限制
建築技術規則 ⭐⭐ 山坡地建築管理

易錯辨析

常見錯誤 1:砂湧與基礎上浮混淆

  • 錯誤:認為砂湧與基礎上浮是同一種地下水災害
  • 正確:砂湧發生於施工開挖階段(動態滲流破壞),基礎上浮發生於完工後地下水回升階段(浮力超過自重),成因與對策皆不同

常見錯誤 2:筏式基礎萬用

  • 錯誤:認為地耐力不足一律採用筏式基礎即可解決
  • 正確:仍須檢討不均勻沉陷、抗浮與樁基配合等問題,必要時搭配樁基礎

常見錯誤 3:順向坡僅看坡度

  • 錯誤:認為只要坡度不大就無順向坡風險
  • 正確:順向坡風險核心在於層面傾角與坡角關係及地下水滲入,非僅平均坡度單一指標

例題

例題:砂湧成因判斷

題目:地下室開挖過程中,開挖面湧出挾帶砂土的地下水,造成開挖底部隆起鬆動,最可能的原因為何?

解答:開挖面內外水頭差過大,止水壁未貫入不透水層,地下水挾帶砂土向上滲流形成砂湧。對策為降低水位差(井點或深井降水)並加深止水壁。

重點主題

  • 地質調查方法與地耐力判定
  • 筏式基礎適用時機與設計要點
  • 砂湧與基礎上浮成因及對策
  • 擋土支撐架設計
  • 順向坡地質災害辨識

章末速讀

基礎工程口訣:「地質調查 → 承載力判定 → 基礎型式選擇 → 開挖水患對策 → 支撐與監測」

階段 核心問題 常見考點
調查 地層與地耐力如何? SPT、平板載重試驗
選型 適合哪種基礎? 筏式基礎、樁基礎
開挖 地下水如何處理? 砂湧、降水
完工 是否會上浮? 基礎上浮、配重
邊坡 是否為順向坡? 平均坡度、層面傾角

考試答題原則:先確認地質與地耐力資料→選擇合適基礎型式→檢討開挖期與完工後地下水對策→核對邊坡地質條件。

申論與圖面練習

1. 說明開挖工程中砂湧與基礎上浮兩種災害的成因差異,並提出對應的工程對策。

作答關鍵:

  • 砂湧:開挖面內外水頭差過大、上舉水壓超過覆土有效應力
  • 基礎上浮:地下水位高、結構自重不足以抵抗浮力
  • 砂湧對策:降低水位、加深止水壁、加壓灌漿
  • 上浮對策:增加配重、錨錠基礎、設置排水降壓系統

常見問題 QA

這個單元主要考什麼?

涵蓋地耐力與地質調查、筏式基礎設計要點、開挖砂湧與地下水處理、基礎上浮對策、擋土支撐架設計及順向坡地質災害辨識。

為什麼要獨立成一篇?

地耐力、筏式基礎、砂湧、基礎上浮、支撐架、順向坡等為考題常見的具體工法與地質災害名詞,既有基礎篇幅偏重擋土工法分類,缺少地質調查與災害對策細節。

常見題型有哪些?

常考地耐力判定方式、筏式基礎適用時機、砂湧與上浮成因辨析、順向坡潛在災害條件。

複習測驗

基礎工程進階與地質災害隨堂考

先依本章內容作答,再展開解析檢查判斷理由。

1本章「基礎工程進階與地質災害」所屬的考試領域為何?
請選擇一個答案
解析

本章收錄於「建築構造」,重點為地耐力與地質調查、筏式基礎設計、開挖砂湧與基礎上浮對策、擋土支撐架與順向坡地質災害。

2面對本章案例時,較完整的解題方式為何?
請選擇一個答案
解析

本章建議以「依材料特性、施工順序、界面與品質查驗點理解工法」建立可追溯的判斷。

3下列何者是本章應避免的準備方式?
請選擇一個答案
解析

最常見的失分來源是只記工法名稱,忽略前後工序與缺失原因。

4何種複習方式最能確認已理解本章?
請選擇一個答案
解析

建議繪製施工流程並列出自主檢查項目,並能自行說明每一步理由。