第三章 試驗方法
3.3 工程性質試驗
比，表其孔隙已完全被水所充滿具液狀性，而可藉本身之重量流動，
此時凝聚力與內摩擦力將遽降，土體完全喪失穩定；通常液性限度愈 高，土壤顆粒總表面積與總體積之比值愈大，壓縮性亦大；於開挖工 程，若土層含水比大於液性限度，宜防因土壤流動而塌陷。
塑性限度PL為土壤具可塑性之最低含水比，PL值於粘土、膠體 土等頗大，於粉土甚小；砂、雲母等無塑性限度。此外，以塑性指數
PI (=LL-PL)來表示土壤之可塑性含水比範圍，惟若無法求得LL、PL
任一方之值，或PL≥ LL時，表此土壤不具塑性其表示符號為 。在 塑性狀態內之土壤，其承載力將因含水比之減少而增加。
NP
於試料分類上需使用上述之粒徑分佈曲線及稠度，根據 AASHTO M145-1982 規範進行分類。
粒之排列及構造，使土粒變位移入土壤孔隙內，減少空氣體積增加土 壤之緊密程度；惟當土壤含水比超過某一適當值時，由於土壤孔隙被 水份所佔，土被水隔離而減低其緊密程度。亦即可藉夯實試驗，以求 得對象土壤於最佳狀態之含水比 與所對應之乾單位重 ；在大 多 數的 地工 規範中 ，都 要求 承包商 達到 現場 乾單位 重為 的 90%~95%，而此 是以標準 Proctor 或修正 Proctor 試驗所求得。
wopt γd(opt) γd(opt)
) (opt
γd
土壤夯實的一般性質為：
1. γd(opt)大者，其wopt較低。
2. 砂質土級配愈良者，γd(opt)較大、夯實曲線呈鐘型。
3. 級配不良之砂質土，其夯實曲線甚平緩，有可能不易辨認出γd(opt)。 4. 愈細粒之土壤，γd(opt)較小、夯實曲線較平緩。
5. 對同一試料而言，增加夯實能量可使其γd(opt)增大、wopt降低。
6. 依「公共工程施工綱要規範」，規定最大乾密度小於 14.7 者 為不良土，不適宜作為填方料。
/ m3
kN
7. 若依標準 Proctor 試驗，則所求得之土壤可能 、 範圍示於 表 3.1。
) (opt
γd wopt
表 3.1 土壤之標準 Proctor 試驗(Ec=2,693kJ/ m3)夯實性質 [摘自陳文祥等,1986]
分類符號 γd(opt) (kN/ m3)
wopt
(%)
分類符號 γd(opt)
(kN/ m3)
wopt
(%) GW >18.7 <13.3 SM-SC 18.7±0.2 12.8 0.5±
GP >17.3 <12.4 SC 18.1±0.2 14.7 0.4±
GM >18.0 <14.5 ML 16.2±0.2 19.2 0.7±
GC >18.1 <14.7 ML-CL 17.2±0.2 16.8 0.7±
SW 18.7 0.8 ± 13.3±2.5 CL 17.0±0.2 17.3 0.3±
SP 17.3 0.3 ± 12.4±1.0 MH 12.9±0.2 36.3 3.2±
SM 18.0 0.2 ± 14.5±0.4 CH 14.7±0.2 25.5 1.2±
於本研究，因僅為瞭解山砂、級配料、A-2-4 土壤、A-3 土壤、
A-6 土壤於不同乾單位重之 DCP 行為，故於夯製試體上不需依標準 Proctor 或修正 Proctor 試驗，而是將土樣分層置入試驗鋼模後每層以 不同落鎚數來夯製具不同乾單位重之試體。見圖 3.5、圖 3.6，其詳細 步驟為：
1. 組立鋼模主體於底模之上，套上延伸環。
2. 先以鋼模体積計算所需乾試樣重。
3. 秤足材料分十層置入鋼模內，每層再以手動鎚（鎚重 10 lb、落距 18in）夯實。
4. 取下延伸環，使用刮刀將試體刮平。
5. 秤實際夯入鋼模之土樣重，計算乾單位重。
6. 重覆步驟 1~5，對五類土樣各夯製 5 種乾單位重，共計夯製 25 種 試體。
圖 3.5 組裝試驗鋼模夯製試體情形
圖 3.6 取下延伸環刮平試體
二、現地路基填築
於 現 地 路 基 填 築 所 需 之 重 機 械 為 卡 車 、 怪 手 、 光 滑 輥
（15ton=133.4kN）等。所使用之光滑輥相關技術規格如下：
本機重：130.8kN
操作重：134.3kN
鐵輪前重：74.3kN
膠輪後重：60.0kN
鐵輪靜線壓力：0.35kN/cm
滾壓寬度：2.14 m
震頻：42Hz
震幅：1.6mm
總體夯實壓力：333kN/ m2
見圖 3.7，現地路基填築分三區施行，第一區為 30 厚 A-2-4 土 上覆 20 厚級配料、第二區為 30cm厚 A-3 土上覆 20 厚級配料、
第三區為 30 厚 A-6 土上覆 20 級配料。於施行路基填築之夯實品 質檢驗（工地密度）時，一併做現地 DCP 試驗及量測衝擊加速度。
cm
cm cm
cm cm
圖 3.7 現地路基填築情行
三、工地密度試驗
於現地求取土壤密度可採用 AASHTO T191 砂錐法（見圖 3.8）
或 AASHTO T238 核子密度儀法（見圖 3.9），其試驗方法分別說明如 下：
圖 3.8 砂錐法工地密度試驗
圖 3.9 核子密度儀
(1)砂錐法：
1. 利用砂錐儀底盤輕輕推平預定進行試驗位置地表，並將底盤安置 於試驗孔位上方。
2. 使用挖掘工具沿底盤中央圓孔向下挖出一深度與底盤中央圓孔直 徑接近之圓孔，孔壁及孔底使用毛刷及土鏟仔細清理乾淨。挖出 之土樣隨即置入預備好之塑膠袋中密封並標定孔號及秤重。
3. 將砂錐儀置於電子秤上，再將標準砂倒入砂錐中，記錄砂錐儀與 標準砂總重。
4. 將砂錐儀連同標準砂一起移至底盤圓孔上方安置妥當後，輕輕開 啟砂錐儀閥門，使標準砂自由落入圓孔及下方圓錐中。
5. 當標準砂停止落下時，輕輕關閉砂錐閥門，再將砂錐儀與剩餘之 標準砂取出秤其剩餘重量。
6. 將挖出之土樣帶回試驗室內量測其含水比。
7. 計算現地土壤之濕單位重、乾單位重。
(2)核子密度儀法
利用伽瑪放射線源及其偵測器量測回填土壤現地密度，並配合 中子射源及其偵測器量測之土壤含水比，以計算現地土壤乾單位 重；設備含核子密度儀、土鏟、大型藥刀、導引板、打孔、輻射偵
檢器、校正設備等。
其試驗步驟為：
1. 清除地面之鬆動、擾動材料與外來材料，使試驗材料之表面澈底 暴露出來。
2. 整平試驗地面，使儀器與試驗材料間有最大接觸面，試驗面應保 持水平，並有足夠尺寸以容納儀器。
3. 儀器下之最大空隙不得大於 1/8in(3mm)，用就地取得之細粒料填 補這些空隙，並用剛性平板或其他合適工具鏝平表面。填補材料 厚度不得大於 1/8in(3mm)。
4. 以導引板和打孔設備在試驗面上打出一垂直孔洞，該孔應具足夠 深度與正確之方向，以使探針插入後不會令儀器傾斜或偏離試驗 面。
5. 傾斜儀器，伸出探針達希望試驗深度，並將探針插入地面孔洞中。
6. 將儀器繞探針略為旋轉，並稍微前後移動，使其與地面密切接觸。
7. 將儀器由探針方向往儀器中心向小心的拉，使探針孔壁密切接觸。
8. 將其他放射源移離儀器，以免影響測試結果。
9. 啟動自動開關，並疏散儀器周圍人員，令儀器量測 1 次或 1 次以 上，每次量測 1 分鐘(Normal method)，並記錄乾單位重。
四、DCP 試驗
DCP 儀器如圖 3.10 所示，整組儀器包含把手、落錘(8 、落距 57.8 )、圓盤、錐頭（錐角 60 度）、鋁製直尺；本研究於試驗室對 夯實試體，於現地對填築路基各施行了 DCP 試驗。參閱圖 3.11、圖 3.12，其試驗步驟如下：
kgf
cm
1. 組裝 DCP 各組件，並以螺絲栓緊之。
2. 一手握住上部把手，另一手提起落錘達特定高度自由落下，使下 部錐頭貫入試體，操作情形如圖 3.11、圖 3.12 所示。
3. 紀錄打擊次數，並利用鋁製直尺量取貫入深度。
4. 重覆步驟 2,3，至錐頭貫入至所需深度。
5. 錐頭若有變形損壞，需取下更換。
6. 繪打擊次數、貫入深曲線，觀查之。
(a) DCP 儀器組
(b) DCP 尺寸示意 圖 3.10 DCP 儀器
圖 3.11 試驗室 DCP 試驗
圖 3.12 現地 DCP 試驗
五、衝擊加速度
因夯實土之乾單位重、相對夯實度或相對密度等皆為狀態量，而 於設計上需使用力學量如加州載重比CBR、彈性模數E等，惟欲求此 等力學量需進一步施行試驗，經費高且費時。於臺灣之設計、施工環 境，往往因經費限制或時間壓力而無法照般施行力學試驗，故有必要 導入簡易的強度試驗儀俾間接的估算其力學量，惟使用上需先律定該 試驗儀之量測值與力學量之關係。
故本研究擬導入 CLEEG 衝擊強度試驗儀，俾進行試體或現地路 基檢測，以間接知曉土層之強度。試驗儀器如圖 3.13 所示，其基本 構造為含一個內直徑 50 、重約 4.5kg的重錘及把手、數值顯示器、
中空導管及傳輸線等[CLEEG, 1993]。本研究亦於試驗室對夯實試 體，於現地對填築路基各施行了衝擊強度試驗。試驗時，如圖 3.14、
圖 3.15 所示般，將衝擊強度試驗儀放置在待測土上，將重錘抬升至 白色標線與管口相同高度 (18 )後使其自由落下錘擊試驗面，此時可 由儀器板上的數值器讀出其衝擊加速度值 。
mm
in
Ia
Ia 值可表示土層的強度或硬度，理論上Ia與CBR、E應呈正比例 關係，故藉由現地簡易量測之 值即可間接推測該土之強度。該儀器 適用之上限為礫石含量 50%、最大粒徑 38.1mm之土料。
Ia
圖 3.13 衝擊加速度儀
圖 3.14 試驗室量測衝擊加速度
圖 3.15 現地量測衝擊加速度