基礎工程

科目概述

基礎工程規範建築物與地盤的交互作用。本章聚焦地盤調查、承載力、沉陷、基礎選型與深開挖。

本章重點

重點 內容 重要度
地盤調查 鑽探、試驗、參數 ⭐⭐⭐
承載力 剪力破壞、安全係數 ⭐⭐⭐
沉陷 即時、壓密、差異沉陷 ⭐⭐⭐
淺基礎 基腳、筏基 ⭐⭐
樁基礎 端承、摩擦、樁群 ⭐⭐
深開挖 擋土、支撐、監測 ⭐⭐⭐

考試定位

基礎題不只問承載力,也常考沉陷、地下水、樁群效應、開挖穩定與鄰房保護。先建立地層剖面,再決定分析模型。

調查與選型

地質鑽探、標準貫入或其他現地試驗、地下水觀測及室內試驗共同建立參數。輕至中等載重且表層土良好可考慮獨立、聯合或連續基腳;柱距密、基腳重疊或需控制差異沉陷時可用筏基;軟弱層厚或載重大時考慮樁基礎。

地盤調查

調查方法

方法 說明 用途
鑽探 取樣土壤 了解地層分布
標準貫入試驗 N 值 估計土壤強度
靜力觸探試驗 錐尖阻力 估計土壤性質
十字片剪試驗 剪力強度 估計不排水強度
旁壓試驗 變形模數 估計土壤剛度

調查項目

項目 說明
地層分布 土壤種類、厚度、深度
地下水位 地下水位深度、變化
土壤性質 強度、剛度、滲透性
岩石深度 岩盤深度、性質

基礎選型

條件 適用基礎
表層土良好、載重中等 獨立基腳、聯合基腳
柱距密、基腳重疊 連續基腳、筏基
需控制差異沉陷 筏基
軟弱層厚、載重大 樁基礎
高地下水位 筏基、樁基礎

核心檢核

主題 檢核內容
承載力 剪力破壞、偏心及安全係數
沉陷 即時、壓密、總沉陷與差異沉陷
滑動傾覆 水平力與偏心造成的穩定
地下水 浮力、滲流、管湧及施工降水
樁基礎 端承、周摩擦、負摩擦及樁群效應

承載力

極限承載力

q_u = c × N_c + γ × D_f × N_q + 0.5 × γ × B × N_γ
  • q_u:極限承載力
  • c:凝聚力
  • γ:土壤單位重
  • D_f:基礎深度
  • B:基礎寬度
  • N_c, N_q, N_γ:承載力係數

安全係數

q_all = q_u / F.S.
  • q_all:容許承載力
  • F.S.:安全係數(通常 3-4)

沉陷

沉陷分類

類型 原因 時間
即時沉陷 土壤彈性變形 施工期間
壓密沉陷 土壤排水壓密 長期
次壓密沉陷 土壤結構重組 極長期

差異沉陷

  • 定義:不同位置的沉陷差
  • 影響:結構應力、使用性
  • 控制:基礎選型、載重均衡

滑動傾覆

滑動穩定

F.S._sliding = 抗滑力 / 滑動力

傾覆穩定

F.S._overturning = 抗傾覆力矩 / 傾覆力矩

地下水

浮力

F_b = γ_w × V_sub
  • F_b:浮力
  • γ_w:水的單位重
  • V_sub:浸水面積

滲流

  • 管湧:水流帶走土壤颗粒
  • 隆起:開挖底部上抬
  • 控制:降水、止水

樁基礎

樁種類

類型 說明
預力混凝土樁 預先施力
鋼筋混凝土樁 場鑄
鋼樁 鋼管、H型鋼
基樁 預鑄

承載機制

機制 說明
端承 樁尖支承於硬層
摩擦 樁周摩擦力
負摩擦 土壤沉陷造成向下力

樁承載力

Q = Q_b + Q_s
  • Q:總承載力
  • Q_b:端承力
  • Q_s:摩擦力

樁群效應

  • 定義:多樁共同作用
  • 影響:承載力降低
  • 設計:考慮樁群效率

深開挖

擋土系統

類型 說明
連續壁 混凝土連續壁
排樁 鋼軌樁、鋼板樁
鋼板樁 U型、Z型

支撐系統

類型 說明
內支撐 鋼支撐
地錨 錨定於土壤
逆打 樓板作為支撐

監測系統

監測項目 說明
壁體位移 擋土壁變形
支撐軸力 支撐受力
地表沉陷 地表變形
鄰房沉陷 鄰房變形
地下水位 地下水變化

監測值管理

階段 說明
警戒值 開始加強監測
行動值 採取對策
停工值 暫停施工

與其他科目的關聯

科目 關聯性 說明
建築技術規則 ⭐⭐ 構造審查、基礎設計
建築法 構造審查、簽證責任
建築計畫與設計 基地條件、基礎選型
建築結構 ⭐⭐⭐ 結構分析、載重傳遞
建築構造 ⭐⭐ 構造工法、施工

易錯辨析

常見錯誤 1:承載力與沉陷混淆

  • 錯誤:認為承載力合格就沒問題
  • 正確:承載力合格仍可能因沉陷超限而失敗

常見錯誤 2:忽略抽水影響

  • 錯誤:認為抽水只影響基地內
  • 正確:抽地下水可能造成基地外沉陷

常見錯誤 3:樁群效應忽略

  • 錯誤:認為樁數乘單樁承載力就是樁群承載力
  • 正確:樁數乘單樁承載力不必然等於樁群承載力

常見錯誤 4:監測忽略

  • 錯誤:認為深開挖不需要監測
  • 正確:深開挖應監測壁體位移、支撐軸力等

例題

例題 1:承載力計算

題目:一獨立基腳 B=2m,D_f=1.5m,土壤 c=20 kN/m²,γ=18 kN/m³,試計算容許承載力。

解答

  1. 查承載力係數

    • φ=0(黏土)
    • N_c=5.14, N_q=1, N_γ=0
  2. 計算極限承載力

    q_u = c × N_c + γ × D_f × N_q + 0.5 × γ × B × N_γ
    q_u = 20 × 5.14 + 18 × 1.5 × 1 + 0
    q_u = 102.8 + 27 = 129.8 kN/m²
  3. 計算容許承載力

    q_all = q_u / 3 = 129.8 / 3 = 43.3 kN/m²

例題 2:沉陷估算

題目:一建築物總載重 P=10000 kN,基腳面積 A=100 m²,土壤壓縮層 H=5m,M_v=0.1 m²/MN,試估算壓密沉陷。

解答

  1. 計算基底壓力

    q = P / A = 10000 / 100 = 100 kN/m²
  2. 計算壓密沉陷

    S_c = M_v × Δσ × H
    S_c = 0.1 × 100 × 5 = 50 mm

重點主題

  • 地盤調查與參數
  • 承載力計算
  • 沉陷分析
  • 基礎選型
  • 樁基礎設計
  • 深開挖與監測

學習資源

資源類型 建議用途
基礎設計規範 熟讀設計公式與細節
土壤力學 深入理解土壤性質
歷屆試題 練習承載力與沉陷計算
案例分析 了解實際工程問題

章末速讀

基礎口訣:「調查 → 選型 → 承載 → 沉陷 → 地下水 → 施工與監測」

階段 核心問題 常見考點
調查 地盤如何? 鑽探、N值、地下水
選型 用什麼基礎? 基腳、筏基、樁
承載 夠力嗎? 承載力、安全係數
沉陷 會沉嗎? 即時、壓密、差異
地下水 水如何? 浮力、滲流、降水
施工 如何做? 擋土、支撐、監測

考試答題原則:先建立地層剖面→再選基礎型式→計算承載力→計算沉陷→考慮地下水→規劃施工

申論與圖面練習

1. 說明都會區深開挖與基礎選型應評估的事項。

作答關鍵:

  • 地層及地下水調查
  • 上部載重與容許沉陷
  • 鄰房及管線
  • 擋土支撐與施工順序
  • 隆起滲流及底部穩定
  • 監測與應變計畫

常見問題 QA

基礎工程主要考什麼?

涵蓋地盤調查、承載力、沉陷、淺基礎、樁基礎、深開挖等核心概念。

這個單元的難度如何?

屬於高難度單元,需要理解土壤力學並能應用於基礎設計。

常見題型有哪些?

常考承載力計算、沉陷分析、基礎選型、深開挖監測。

複習測驗

基礎工程複習

1承載力合格是否保證基礎設計合格?
請選擇一個答案
解析

沉陷常控制使用性。(對應正文考點)

2樁軸向承載概念包含什麼?
請選擇一個答案
解析

Q=Qb+Qs。(對應正文考點)

3施工降水可能造成何種風險?
請選擇一個答案
解析

地下水下降會改變有效應力。(對應正文考點)

4深開挖監測不包含何者?
請選擇一個答案
解析

監測聚焦結構與地盤風險。(對應正文考點)