由於灰塘煤灰之地質軟弱且分佈不均勻，本研究在確定改良強度 後，依據試作場址之施工條件、環境保護、施工材料等要求，以淺層 拌合與中層拌合方式分區進行試驗。其中，淺層拌合設計係採用 CLSM 拌合工法；而中層拌合則以 WILL 工法搭配 TOFT 工法方式進 行試作。茲將施工場址現況、施工規劃、使用材料和試作結果說明如 下：
4-1 試驗場址現況調查
台中發電廠(台中縣龍井鄉麗水村龍昌路 1 號)為世界規模最大之 燃煤發電廠，位於台中港工業區南端，大肚溪出海口北側，廠區面積 281 公頃，共有 10 部發電機組，自民國 78 年運轉以來，產製之燃煤 灰渣(飛灰和底灰)除透過電廠尋有效途徑再利用外，未利用部分大多 回填於臨近海域之台中灰塘內，目前敷地面積約 78 公頃(深度約 15~20 公尺)，如圖 4-1 為台中灰塘航照圖。此外，台灣電力公司考量 現有灰塘已屆填滿，為評估建置新發電機組和建廠可能性，以及將租 用敷地歸還相關單位，使達有效利用土地資源。目前，正於該灰塘北 側及南側堤防進行擠壓砂樁地盤改良(敷地面積 10 公頃，如圖 4-2 為 擠壓砂樁施工情形)。
有鑑於此，本計畫考量施作便利性和機具搬運之機動性，經過多 次現勘及工作會議討論後，決定以此灰塘之南填方區作為試驗標的，
如圖4-3 為試驗基地之平面圖。
圖4-1 台中灰塘航照示意圖
圖4-2 台中灰塘擠壓砂樁改良工作情形
台中電廠灰塘區
(地盤改良試驗)
台中火力發電廠
圖4-3 本研究試作場址範圍及平面圖
同第三章說明，本研究由標準貫入試驗和鑽探取樣結果發現，台 中灰塘之常時地下水位位於地下1.5公尺左右(如圖4-4)，且堆積煤灰 性質鬆軟(圖4-5)沿深度分佈非常不均勻。其中，深度0~11公尺內，除 4~5公尺雜夾粗顆粒底灰外(圖4-6)，其SPT-N值大都小於4且細粒料含 量高達70%；而深度達11~15公尺時，因粗顆粒含量(coarse content)較 多(細粒料含量高達15%)，其SPT-N值為12，於統一土壤分類標準中 可分類為粉土或砂土(ML-SM)。
圖4-4 台中灰塘之煤灰堆疊情形和地下水位示意圖
地盤改良試作範圍
地下水位約 1.5~2.0 公尺
現地煤灰堆疊情形
圖4-5 台中灰塘之鬆散煤灰表層
圖4-6 煤灰夾層內之粗顆粒底灰
4-2 試驗配置與施作流程規劃
本研究在綜整國內、外地盤改良工法和案例後，依據台中灰塘之 施工條件和現地煤灰工程特性，決定採用分區方式進行改良試作，以 驗證採用工法之施作成效。茲將施工配置、施工規格和施工流程等細 節說明如下：
1. 施工配置及規格：
如圖 4-7，礙於試作場址之常時地下水位甚高且為避免多餘土方 量之開挖，試驗場址之配置規劃可分為二部分說明，一為 CLSM 回 填改良區(第 1 改良區)，改良土方量約 200 立方公尺，屬淺層改良；
另一則採用日本發展多年之 TOFT 工法配置方式(能有效防止液化發 生和提供承載力需求; Yamashita and Yamada, 2007)，以 WILL 工法產 生格子狀改良牆使達改良目的，屬較深層的改良(第 2 改良區)，改良 土方量約 580 立方公尺(試作改良區詳細規格請參考表 4-1)。至於，
試作改良區之詳細改良面積、改良深度、改良厚度，和改良率則可參 考表4-2 說明。同時，為評估不同施作方法於淺層改良之效能差異，
施工時於第 2 改良區之格框內分別採用回填方式(圖 4-7 裏的 C3, C4 區塊)和搖動攪拌方式進行施工(圖 4-7 裏的 C1, C2 區塊)。
圖4-7 本研究之現地施工配置示意圖
【第1 改良區】 【第2 改良區】
表4-1 煤灰改良試作規格說明
外，為於施作期間能夠透過局部開挖，檢視WILL 工法之改良壁體的 完整性和均質性，水平(x)方向壁體之施作又以固化材添加量高者為 先。CLSM 改良體的施作，除現地搖動攪拌之 C1 及 C2 區塊外，其 餘改良體均於WILL 工法改良體施作完成一周，待強度適度發揮後再 行施作，如表4-3 為現地煤灰改良試作之施工順序和工期說明。
表4-2 煤灰改良試作之詳細資訊列表
改良資訊
改良區域 改良面積 壁厚 改良
深度 改良
土量 改良率 備註 A Block 10m×10m 1.1m 8m 220.45m3 43% WILL 工法 B Block 10m×10m 1.1m 8m 220.45m3 43% WILL 工法 C1,C2 Block 3.35m×3.35m - 3m 67.3m3 100% WILL 工法 C3,C4 Block 3.35m×3.35m - 3m 67.3m3 100% CLSM 工法 D1 Block 5m×10m - 2m 100.0m3 100% CLSM 工法 D2 Block 5m×10m - 2m 100.0m3 100% CLSM 工法 備註：
A Block 和 B Block 之改良率計算，說明如下：
2 2 2
8.9 4 3.35 / 8.9 100%
34.32 / 79.21 100%
43%
改良率 =
圖4-8 改良試作之施工流程規劃 開 始
↓ 前置(室內)配比試驗
現地土樣採取
調整試驗土樣，製作試體
單軸壓縮試驗齡期規劃
(7天，14天，28天，56天，90天) ↓
現地煤灰小規模施作
淺層拌合地盤改良試驗
各區塊中層攪拌地盤改良試驗 ↓
確認格狀改良體的品質
改良體形狀、深度確認(開挖和鑽探)
改良體的強度、均質性 (鑽探樣本單軸壓縮試驗) ↓
資料整理和分析
固化材添加量及品質的關係
施工性及品質的關係
環境負荷的評價 ↓
檢討中層攪拌和淺層拌合之最佳規格
表4-3 現地煤灰改良試作之施工順序和工期規劃表 第 2 改良區 (中層攪拌：WILL 工法)
施工順序 改良區塊 固化材添加量 摘要
1 A3 270 /kg m 3
第一天施工 (八小時) (民國 99 年 5 月 24 日) 2 A2 230 /kg m3
3 A1 190 /kg m3
第二天施工(八小時) (民國 99 年 5 月 25 日) 4 B1 100 /kg m 3
5 B2 130 /kg m3
6 B3 160 /kg m3
第三天施工 (八小時) (民國 99 年 5 月 26 日) 7 C1 100 /kg m 3
8 C2 100 /kg m3
第 1 改良區 (淺層攪拌：CLSM 工法) 9 C3 100 /kg m 3
第一天施工 (八小時) (民國 99 年 6 月 3 日) 10 C4 70 /kg m3
11 D1 70 /kg m3
第二天施工 (八小時) (民國 99 年 6 月 4 日) 12 D2 40 /kg m 3
4-3 使用材料與配比
本試驗採用之固化材為中聯資源股份有限公司所生產之HSC301 地質改良劑(如表 4-4 為其物理試驗和化學試驗結果)，係由高爐爐碴
粉、波特蘭水泥和添加劑調製而成，具有終凝時間長、早期和長期強 度高、耐腐蝕和抗鹽化等特性，尤其是其具高緻密性、低滲透性和止 水效果特別好，可廣泛適用於各種地下工程(如：軟弱土壤處理、CLSM 管溝回填材料和敏感地質處理…等)。
施工水源則因考量現地地下水位甚高可於施工區域附近挖掘取 水井，直接引用海水。同時，為於試驗階段探討煤灰地層在不同配比 設計下之改良成效，本研究於淺層改良區和較深層改良區內，共規劃 8 種不同水灰比和固化材含量進行試驗施作(如表 4-5)。但有別傳統配 比 設 計 ，CLSM 施工區之固化漿液的水灰比，係依現地工作性 (workability)而調配；WILL 施工區之固化漿液的水灰比則依單位立方 改良土體之固化材添加量和注入量(injection volume)而決定，其中注 入量可由改良土方量乘以注入率(injection rate)得之，而注入率則可參 考WILL 工法技術計算資料說明，應高於 20%以上(WILL association, 2008)。此外，本研究採用之 CLSM 工法和 WILL 工法，因固化材的 添加量較少和原置煤灰細粒料含量影響，須添加少量之混合劑，來增 加其固結速度；並考量 WILL 改良體有局部交合重疊、低塑性煤灰 改良後，固化材可能發生析離(separate out)、沉澱(sediment)等現象，
應於施工前妥善地估算 10%~20%之損失量，如表 4-6 為各改良區之 實際固化材使用量和損失量估算。
表4-4 煤灰改良試作使用之固化材(HSC301 地質改良劑)性質 (中聯資源股份有限公司提供)
檢驗項目(Inspection Item) 中聯規範 (CHC. Certification)
檢驗結果 (Test Result)
物理 試驗
比表面積
(Fineness by Air Permeability test, m2/kg) ≧480 522
#325 篩餘
(Time of Setting)
初凝(Initial Setting, 分) ≧45; ≧420 280
表4-5 煤灰改良試作之設計配比狀況
4-4 現地攪拌改良
4-4-1 中層攪拌改良(第 2 改良區)
由第三章煤灰性質分析和相關大地工程性質試驗結果發現，煤灰 之工程性質和沉泥質土壤非常相似，具有高度液化潛能，且煤灰因為 高溫燃燒產物，其孔隙發達且具易碎性，更為改良施工時應特別留意 之要素。因此，在考量液化防止和改良後之承載力提供等預期效益 後，本研究以格子狀配置(格狀壁體以 WILL 工法進行 8m 深之改良施 工，壁體內則以回填或攪拌方式進行 3m 深之改良施工)方式進行試 作，茲將各階段之施工程序和施工實況說明如下：
1. 處理機和其他附屬設備組裝
同第二章說明，WILL 工法係以配載電腦管理系統和感應器處理 機為主要施工機具，而水槽、發電機組、水泥(固化材)泵浦及流量控 制系統、水泥(固化材)攪拌裝置、水泥(固化材)儲桶…等則為附屬設 備，因此施工前為確認各項機組之操作性能和正常性，研究團隊除針 對日本運送來台之處理機攪拌翼和施工管理系統進行組裝測試外(如 圖4-9~圖 4-12 所示)，為確保整體機組之連結情況和相容性，期間亦 就拌合用水之供水情形、固化材進料情況(含泥漿流量、泵浦運作情 況)…等進行測試(圖 4-13~圖 4-15)。
圖4-9 WILL 處理機之攪拌翼組裝與確認
圖4-10 WILL 處理機組裝完成
貫入臂高 度確認(8 公尺)
感 應 器 長 1.3 公尺
寬 1.3 公尺
改 良 泥 漿 注 入 孔
泥漿注入孔之
噴水測試
圖 4-12 電腦管理系統測試與校正
圖 4-13 供水及灌漿泵浦、固化材泥漿流量控制確認
圖 4-14 固化材泥漿慢速攪拌裝置確認
泥漿注入量
施工時間 貫入臂角度 改良深度
攪拌翼迴轉數
圖 4-15 注入量桶容量紀錄及確認 2. 放樣及改良區域確認
同圖4-7，第 2 改良區分別為 A Block、B Block 及 C Block。其 中，A Block、B Block 之改良壁厚為 1.1m、長 10m、深 8m，而 C Block 則為格框內之淺層改良範圍，因此放樣過程將依格狀改良範圍標訂基 準點(圖 4-16)，並以工業用石灰進行改良區域標示，如圖 4-17 為放樣 完成照片。
圖4-16 第 2 改良區之放樣基準點示意圖
基準點
基準點
圖4-17 第 2 改良區之放樣完成照片 3. 改良配比設定
因WILL 工法係以調配完成之泥漿，由灌漿泵浦將泥漿送至攪拌 翼噴出口注入改良煤灰層中，再以濕拌方式完成施工。因此，施工時 除可藉由電腦管理系統之泥漿注入量來控制改良煤灰之水灰比外，泥 漿調配時應以單位重檢核其是否符合設計標準，如未達到設計單位重 時，則須重新調配，如圖 4-18 及表 4-7 分別為泥漿單位重檢核情況 和泥漿單位重之調配依據。
圖4-18 調配泥漿之單位重檢核情況
表4-7 各改良區域之泥漿調配和檢核依據 改良區域
單位重 A3-1 A3-2 A2-1 A2-2 A1-1 A1-2 設定值 (ton/m3) 1.63 1.63 1.63 1.63 1.6 1.6 實際值 (ton/m3) 1.64 1.64 1.64 1.64 1.6 1.6
改良區域
單位重 B3-1 B3-2 B2-1 B2-2 C1 C2 設定值 (ton/m3) 1.52 1.52 1.42 1.42 1.32 1.32 實際值 (ton/m3) 1.53 1.53 1.43 1.43 1.32 1.32 4. 施工順序和施工情形
依據放樣結果和相關施工規劃，可在施工前將相關設定值(改良 範圍、泥漿注入量、改良深度、攪拌迴轉數數…等)紀綠於電腦管理 系統，並按圖 4-19 之說明順序進行施工，實際施工情況則可參考圖 4-20 和圖 4-21 說明。但當改良完成須進行移位時，處理機操作手應 由管理系統檢核實際施工範圍、實際改良深度和實際泥漿注入量…等 與設定值是否符合，才可進行下一階段的施工(如圖 4-22、4-23 分別 為電腦管理系統之改良範圍紀錄和泥漿注入量紀綠情形)。
Step-1: 處理機定位
Step-2: 固化泥漿噴射，貫入和攪拌
Step-3: 固化泥漿噴射，引拔和攪拌
Step-4: 處理機移動
Step-5: 底盤部攪拌
Step-5: 底盤部攪拌