第三章 試驗方法及流程
3.3 土壤品質之控制試驗方法
本研究參照 ASTM 試驗規範之標準程序，執行所有相關土壤試驗，以期達到試 驗結果之正確性及可靠度。
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3.3.1 阿太堡限度試驗
大地工程中土壤分類所使用之指標性質試驗中，以阿太堡限度試驗(Atterberg Limit Tests)最為重要，試驗流程參照 ASTM D4318-05 (液限)與 ASTM D4318-05 (塑 限)，進而求得液限限度(LL)、塑性限度(PL)及塑性指數(PI)。
液限試驗步驟如下:
1.
取過 40 號篩盤之烘乾土 500g。2.
取 100g 之土壤試樣加水均勻拌合置於液限儀之銅杯中(圖 3.3 以藥刀抹平並刮除多 餘處。3.
使用刮刀於銅杯中央劃開一凹槽(圖 3.4)，土樣高度約為 1.3cm；4.
轉動橫柄使銅杯做上下 1cm 落距之敲擊，頻率為2次秒；5.
打擊底座至溝槽密合約為(圖 3.5)約為 1.3cm，紀錄打擊次數(N)及量測土壤之重量 含水量(w)；6.
配置不同土壤之含水量，重複步驟 2~5 至五次，繪製logN−w曲線；7.
從logN−w曲線上找出與 N = 25 對應之重量含水量，即可求出液性限度(LL)圖 3.3 液限試驗(1) 圖 3.4 液限試驗(2)
圖 3.5 液限試驗(3)
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塑限試驗步驟如下:
1.
取過 40 號篩盤之烘乾土 500g 及平光玻璃板；2.
取約 20g 烘乾土加水均勻拌合，並從中取出約 3g 之小土塊；3.
使用手掌置平光玻璃板上搓成直徑約 3.2mm 之土條時，瞬間發生自然斷裂之現象 (圖 3.6)；並秤其重(圖 3.7)4.
備置土壤試樣之不同含水量，並重複步驟 2 及 3。圖 3.6 塑限試驗(1) 圖 3.7 塑限試驗(2)
3.3.2 土壤顆粒比重試驗
土壤之顆粒比重定義為求得純土壤固體顆粒之比重，參照規範為 ASTM D-854，
實驗中將比重瓶於煮沸 15 分鐘之過程時，注意應不時旋轉瓶身使氣泡充分釋出，減 少誤差發生。
比重瓶試驗(圖 3.8)如下:
1.
取出欲使用之比重瓶三支，秤其重量；2.
將土樣(約為 15g)置入比重瓶中並秤其重量和；3.
將比重瓶移至酒精燈上加熱，輕微搖動趕出土壤中之氣泡，水滾後仍然持續 15 分鐘(圖 3.9)；4.
煮沸後之比重瓶移置於室內陰涼處，待其冷卻至室溫，擦拭瓶身外之多餘水分；5.
冷卻後將水注入滿瓶並秤其重，洗淨比重瓶並再次滿水並上塞；6.
擦拭乾燥瓶身之多於水分，秤其重量和。44
圖 3.8 比重試驗(1) 圖 3.9 比重試驗(2)
3.3.3 土壤粒徑分析試驗
試驗參照規範為 ASTM D 422 及 ASTM D 452-63R02，執行篩分析第一步驟時，
應注意將試驗土樣倒入篩分析時，需以輕放貼近篩網，避免誤差之產生。
土壤粒徑分析試驗步驟如下:
1.
取約 500g 之烘乾土樣，置於搖篩機(圖 3.10)約為 10 分鐘；2.
量秤留於各篩網及底盤之土壤重及驗算土壤之總重是否合乎初始值；3.
若停留於底盤之土壤重量大於全體土樣重之 10%條件下，須繼續執行比重計試驗 (沉降法)。圖 3.10 篩分析試驗
比重計試驗中(沉降法)，試體中須事前先行加入六磷酸鈉溶液並放置長達 18~24 小時，且計算參數時應注意溫度變化，選擇適當之參數值。
比重計試驗(沉降法)試驗步驟如下:
1.
把留於底盤之土樣加入六磷酸鈉攪拌溶解，放置 18 小時；2.
移至攪拌杯內注水至八分滿，置於攪拌機攪拌 15 分鐘(圖 3.11)；45
3.
成均勻土液後，將其洗入量筒加滿水至 1000ml，同時準備對照組做對比；4.
以手掌壓緊量筒之口上下翻動約一分鐘，使其混合均勻；5.
置於桌面上，啟動馬錶並放入比重計(圖 3.12)。6.
記錄歷時14、
12、1、2、5、15、30、60、250 與 1440 分鐘，計測比重計之讀數。
7.
試驗數據之彙整，繪製土壤顆粒粒徑分析曲線。圖 3.11 比重計試驗(1) 圖 3.12 比重計試驗(2)
3.3.4 相對密度試驗
本研究以標準砂作為土壤試樣之選擇，試驗設計依據參照 ASTM D4253 與 ASTM D4254 之規範，但因避免製造因自由落下而產生誤差，故使用塑膠套管作為器具，夯 實工具則是選擇橡皮槌，而壓實工具為一金屬壓柄。
相對密度試驗步驟如下:
1.
標準砂須經過烘乾、過篩及拌勻步驟；2.
選擇試模並稱其重及體積；3.
以套管置放標準砂並緩慢輕提套管於其內至滿(圖3.13)；4.
當標準砂超出試模內模頂時，以藥尺刮去試模頂端多餘之標準砂並秤試模與滿土 重。46
圖 3.13 相對密度試驗
3.3.5 標準夯實試驗
Proctor(普羅克)試驗，其應用目的為建立土樣乾密度(ρd)與重量含水量(w)之關 係，從而決定最大乾密度(ρdmax)與最佳含水量(OMC)，繪製出標準夯實曲線，作為土 石壩、邊坡及基礎整地等管理土壤工程品質之依據。依照規範 ASTM D678-78 指示，
進行試驗前，需預先將拌水調和之土樣，須放置 24 小時，使試樣之土壤顆粒達到充 分濕潤且設計配置含水量，需囊括試樣之最佳含水量(OMC)。
標準夯實試驗步驟如下:
1.
準備共約 25kg 之烘乾土，分為單包為 5kg 如圖 3.14，調配不同之重量含水量並放 置 24 小時；2.
秤標準夯實模重，將土樣分為三層置模內，以 25 下/層內之方式(圖 3.15)；3.
挖取中間土樣及皿重，放入溫度為 110C烘箱持續 24 小時；4.
步驟 2 及 3 連續重複五次；5.
繪製重量含水量-土壤乾密度之曲線，於圖中求得土樣之 OMC 及ρdmax。圖 3.14 標準夯實試驗(1) 圖 3.15 標準夯實試驗(2)
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3.3.6 工地密度試驗
工地密度試驗即為檢驗現地壓實度之必要步驟，否則無法了解其是否合乎設計要 求，操作試驗依照 ASTM D1556-00，以渥太華標準砂利用置換方式，求得試坑內之 土樣體積，得知濕密度與重量含水量，求得土壤之乾密度。執行此檢測時，應注意挖 取底盤開孔內之土樣，應筆直向下開挖約 10cm 公分左右。
工地密度試驗步驟如下:
1.
量測檢驗筒內部之直徑與高度，並計算其體積；2.
將檢驗筒之閥門關閉，將標準砂輕輕置放入桶中置直到裝滿為止，以直尺刮平再 量其重量和；3.
於底盤下放置報紙，將筒連滿砂輕放於底盤，打開閥門讓標準砂以自然速率流出，待砂土不流動時將閥門關閉，再秤其重(圖 3.16)；
4.
重複步驟 2，將標準砂充滿砂筒並輕放於檢驗筒上，打開閥門至標準砂不再流動 為止，關閉閥門並秤其重。圖 3.16 標準砂密度校正
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3.3.7 時域反射儀試驗
利用時域反射儀試驗其所測得之體積含水量量測值(θvm)，間接 推估土壤乾密度。
檢測時，應避免因人手持儀器之不平衡產生搖晃，進而降低其正確性。
時域反射儀檢測之試驗步驟:
1. 開啟介面開關，並選取探頭之尺寸及土壤之適用模式(圖 3.17)；
圖 3.17 時域反射儀之操作閱讀介面
2. 手持平穩且垂直插入土壤試樣之中央處(圖 3.18)，待 3 秒後按下 READ 鍵讀取第 1 次讀數，重複 3 次；
圖 3.18 將時域反射儀垂直插入土壤試樣中
3. 與步驟 3 呈現正交角度(圖 3.19)，待 3 秒後按下 READ，鍵讀取第 1 次讀數，重 複 3 次；
圖 3.19 時域反射儀以正交角度垂直插入土壤試樣中
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