第四章 試驗方法
4.1 土壤性質試驗
因工程應用上對於水泥穩定土壤之水泥含量擇選須仰賴土壤分 類，且其耐久性及強度亦受其土壤粒徑分佈、稠度之影響。故本研究 首先調查土樣之比重(ASTM D-854)、粒徑分布(ASTM D-422)、稠 度(ASTM D-4318)，其比重Gs為 2.63、通過 200 號篩量為 87%、塑 性指數PI為 10.85，依 USCS 分類法其屬 CL 類（砂質粉粘土）；其現 地含水量w約為 30.5%、濕單位重γ =19.4kN/m3、孔隙比eo=0.81、完 全飽和。後續調查土樣之有機物含量、pH 值、夯實性質、壓密性質、
抗剪強度，其試驗方法如下所述。
一、 有機物含量試驗
依圖 3.2 水泥穩定土之影響因素，知曉土壤之有機物含量對其水 泥穩定後之土壤強度為一重要影響因素。且 Lancaster et al. (1996)建 議若土壤之有機物含量大於 10%時，不適用於夯實改良技術。因此擬 透過此一試驗量測土樣之有機物含量，以確定其是否適用於夯實改良 技術或水泥穩定技術。根據 AASHTO T267-86 規範，以燒失法量測 土樣之有機物含量；將經 110±5℃烘乾之粒徑小於 2mm之土樣搗碎，
置入 700~800℃之高爐灼熱；在此溫度下，其所含之有機物會被氧 化，燃燒成水與二氧化碳而逸散；依式(4.1)計算有機物含量。
雜物含量(%) = ×100
d o
W
W (4.1)
Wo：以 700~800℃灼燒後之土樣燒失重 Wd：以 110±5℃烘乾後之土樣重
二、 pH 值試驗
於土壤中添加水泥，土壤與水泥產生之化學反應會造成土壤中 之pH 值變化，及水泥中之Ca++會取代正一價之陽離子H+而吸附在黏 土顆粒上，減少了雙重水層的厚度。故pH值愈高愈有利於離子交換 作用之進行，改良效果亦愈好；反之，則改良效果差。依此試驗求現 地土壤及水泥穩定土混合料之 pH 值。
圖 4.4 為此試驗實施做情形，所需之儀器為 pH 值測定儀、天秤、
烘箱及塑膠瓶、燒杯等，其試驗步驟如下：
1. 以蒸餾水清洗 pH 值測定儀後擦乾洗淨。
2. 將 pH 值測定儀分別置入 pH 值 4.0、10.0 之緩衝液中，量測其溫
度，並調整 pH 值測定儀至正確讀數。
3. 取通過 40 號篩之氣乾土 25 g 置入容量 150 ml 塑膠瓶內，加入特定 量之水泥(aw=0%、8%、12%、16%)及適量蒸餾水。
4. 鎖緊塑膠瓶蓋，搖動塑膠瓶使瓶內物完全混合呈濃稠液，且確認 瓶底無粘著物。
5. 15 分鐘後將濃稠液移入燒杯內測定pH 值。
圖 4.4 pH 值量測情形 三、標準夯實試驗
因河床土層為高含水量之砂質粉粘土，如欲將其用為堤防填土方 則需調查其夯實性質，即求其於最佳夯實狀態之最佳含水量wopt、最
大乾密度γd(max)，俾藉以控制夯實品質。以標準夯實試驗(ASTM
D-1557)之器材（夯實模內徑=10cm、高度=20cm、體積 943.3cm3、夯 實鎚重 44.5N、夯實鎚落距 45.7cm），對土樣施行標準夯實試驗（夯 實能量Ec=600kJ/m3）。
其試驗程序如下：
1.對此土樣各調製 5 種不同含水量w之試樣，於密閉容器放置 24 小時 以上(如圖 4.5)。
2. 見圖 4.6，在夯實能量Ec=600kN−m/m3之條件下，分三層、每層夯 打 42 次。
3.夯實完成後，刮平測其單位重及含水量，並繪製乾單位重γd、含水 量w之關係圖，以決定土樣之最大乾密度
γ
d(max)及最佳含水量wopt。圖 4.5 以密閉容器安置 24 小時以上
圖 4.6 標準夯實試驗情形
四、單向度壓密試驗
由於調查河道之砂質粉粘土層厚達數十公尺，其孔隙比eo高達 0.81、飽和狀態，故可預期壓密沉陷量大，而需觀察其壓密性質。依 ASTM D2435 規範施行單向度壓密試驗，將現地取回之土樣置入壓密 盒內；試體尺寸為直徑：6cm、高：2cm；其加壓、解壓之正向應力p 順序為 45 kN/m2 → 90 kN/m2 →180 kN/m2 → 350kN/m2 →
180kN/m2 → 350kN/m2 → 700kN/m2。其中因考慮建議工法所施於 土層影響深度中央及土層本身之最大總有效應力約為 180kN/m2，故 以此階荷重求其壓密係數cv。繪其e~logp曲線以求cc、cs，繪於
p=180kN/m2加壓下之S
( )
t ~logt曲線以求得壓密係數cv（S( )
t：經過t時 間後之沉陷量）。五、直接剪力試驗
於本研究所建議之生態型治理工法裡含夯實土堤及混凝土版，而 為了分析夯實土堤之邊坡穩定性及估算混凝土版之承載力，需先求得 土樣之抗剪參數凝聚力c、摩擦角φ，故需施行直接剪力試驗。依 ASTM D-3080 規範，分別對現地土樣及夯實最佳狀態土樣，以三種 正向應力施行直接剪力試驗。
現地土樣之直接剪力試驗步驟：
1. 將從現地取回之土體，以刮刀將兩側刮平，置入直剪盒內；試體尺 寸為直徑：6cm、高：2cm。
2. 考慮建議工法應力增量對土層的影響深度（約 8m~13m），設定加 載之正向應力為 50 kN m2 、100 kN m2 、150 kN m2 。
3. 繪其於各正向應力條件下之剪變位、剪應力曲線以找出抗剪強度。
4. 再迴歸正向應力、抗剪強度之直線關係式，而得該土樣之凝聚力
夯實最佳狀態土樣之直接剪力試驗步驟：
1. 依上述標準夯實試驗法夯打處夯實最佳狀態之試體。
2. 再將直剪試體模貫入夯實試體裡，取出 4 個直剪試驗用試體。
3. 以刮刀將試體兩側刮平，置入直剪盒內。
4. 後續試驗步驟同現地土樣之直接剪力試驗。