第二章文獻回顧

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第一章緒論

1.1 研究目的與動機

伴隨著經濟的快速發展與生活的富庶，加以人口不斷成長，老舊建築物已無法再滿足民眾的需求，進而造成公共工程或一般民間新建或改建工程，需不斷配合日益成長需求，致形成營建副產物日趨龐大且難以消化。依據監察院於 1999 年的調查報告，臺灣每年有一千五百萬立方公尺的營建副產物產生；依公共工程委員會報告(2000)，921 震災產生之建築拆除物粗估為二千萬立方公尺。另者，依經濟部礦業司於 1999 年所作的報告中亦指出，近十年來國內每年平均開採的砂石約為八千四百萬立方公尺，其中河川砂石約佔 80%，且有近 50%

之砂石係為盜採所得，並已經嚴重影響水流及河防構造物之安全。

由於營建副產物多為不易腐化或不可燃的物質，處理方式多為掩埋或堆置處理。然而國內現有的掩埋場已有三分之二接近飽和，再加上因 921 地震所產生之建築拆除物在無法即時且有效的處置前，必然隨地堆積在空曠地區、山谷或河川水源地，不但危害到生態環境更會波及民眾生命財產的安全，故有待謀求解決之道或提昇其再利用率。

若能夠再利用此類營建副產物或建築拆除物，不但可解決其處理期間所形成的社會問題，更可以作為土石材料來源替代物，減少對環境與

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生態的衝擊。為此，本研究針對分類自 921 震災建築拆除物之剩餘土石方性質施行系列調查，以闡明其再利用性與價值。

1.2 研究方法

茲將研究方法分採樣、物理性質、工程性質、現地試舖，四項說明之。

一、採樣

因於現地施行試舖需得到工程主辦單位及營造廠商之多方協助方得以施行，故考慮工程性質與工地資源，本研究於「眉溪堤防工程（第三河川局）」及「二高後續計畫快官草屯路段-烏日交流道（國道興建工程局）」兩處，對四種試料施行試舖；所使用之試料為埔里剩餘土石方、埔里河床料、埔里混合料及大里混合料。為於實驗室調查試料之物理、工程性質，需至試舖現地取代表性試料，即由挖土機在試舖試料堆上三處各挖取一斗，將其充分均勻拌合後再挖取一斗當作代表試料袋裝運回實驗室。

二、物理性質

於實驗室，依制式試驗規範調查代表試料之物理性質，俾瞭解其材料品質，並判釋其是否滿足於堤防、道路等土方工程上之品質

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要求或注意點。

三、工程性質

於實驗室，亦是依制式規範調查試料之加州承載比、夯實性質及衝擊加速度等，吾人依其加州承載比來判釋再利用為路堤之承載力，依據其夯實性質來施行現地夯實作業之品質管制，另律定衝擊加速度與加州承載比之關係。

四、現地試舖

於實用面為求慎重尚需於現地施行試舖，分靜態與震動兩種輾壓法對四種試料施行試舖，於試舖進行間觀察其夯實效率，並施行衝擊加速度試驗俾達推測承載力之效。

本研究之進行步驟流程如圖 1.1：

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圖 1.1 研究流程

試驗樣本選定、採樣

試驗結果分析與試料再利用性評估

工程性質試驗 (夯實、衝擊加速度、

加州承載比) 物理性質試驗

(全試料之粒徑分佈、分類及粗料之比重、吸水率、含泥量、磨損率等)

現地試舖試驗

（進料、光滑輥輾壓、工地密度、衝擊加速度）

結論與建議

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1.3 論文架構

本論文分六章，第一章為緒論，旨在說明研究之目的與動機、試料來源及相關研究方法等。於第二章對相關文獻做回顧，分析國內外相關法規，並就再利用及其技術面加以探討。第三章的主要內容為各項試驗方法，如試料粒徑分佈、粗料（粒徑大於 4.75

mm

者）面乾內飽和比重、粗料乾比重、粗料吸水率、粗料乾搗單位重、粗料含泥量、

粗料磨損率、細料比重、試料夯實、工地密度、加州承載比、衝擊加速度等，同時敘述試料於再利用時所需面對的標準與規範。第四章說明試料的物理性質與工程性質。於第五章說明現地試舖之作業程序與夯實效率等，並闡明其注意點。第六章是結論與建議，總結本研究之成果，判釋再利用剩餘土石方之可行性。

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第二章文獻回顧

於此章，茲分法規面、再利用例、技術面，來回顧相關文獻。

2.1 法規面

國外對營建副產物之因應對策如於英國成立公認回收單位，提高掩埋場收費以鼓勵資源化，輔助處理廠用地取得與設備技術發展等。

於加拿大，規定總樓地版面積於 2,000

m

²以上之工程需提出「資源分離計畫」。大部份北歐國家，已在建築法中訂定工程需優先使用回收建材、比例等規定；丹麥更對營建副產物產生量達 1

^ton

以上之工程強制實施分類作業，且對回收再利用之利益不課稅；荷蘭是由政府認可破碎及分類處理場，並付予可施行最終處理之資格。新加坡政府將營建副產物中的可再利用材，無償給予或低價授予營造廠商 [陳紹昀,2000]。日本於 1992 年頒行「再生資源利用促進法」，指導於營造工程，主辦者、承包商、中央及地方公共團體之權責分工原則，以達促進營建副產物的再生利用效益 [(財)先端建設技術? ? ? 一,1992]。

於臺灣地區，最早是依「廢棄物清理法」第二條、第七條，建築物拆除後所遺留者屬一般廢棄物，由原所有人、管理人或使用人清除。為此，內政部於民國 80 年 5 月函頒「營建廢棄土處理方案」，明

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定建築工程、公共工程之廢棄土處理方針及棄土場設置與管理方針，

尚含經費籌措、機關權責分工原則、配合措施等。爾後，各地方政府則依此「營建廢棄土處理方案」訂定「營建廢棄土處理作業暫行規定」，據以執行營建廢棄土處理之查核管理。

公共工程委員會於民國 87 年，依據「營建廢棄土處理方案」第七條配合措施中第四、五、六、七、八、九項及行政院台八十七經字第四四 0 九六號函「擴大國內需求方案」第三條其他配合措施第三項，擬出「公共工程營建剩餘土石方資源回收處理注意事項（草案）」。此法規為補充規定性質，其內容含相關於營建剩餘土石方之發包預

算、處理計畫、資源回收處理場所及環境保護、處理措施管控等。

惟據訪查了解當前廢棄土處理之根本困難與問題癥結如次：

1. 工程單位雖有棄土計畫，但未追蹤查核承包廠商是否依計畫清運處理。

2. 地方政府未嚴格執行棄土承運業者運送憑證之查核管理。

3. 棄土場用地取得不易，導致符合法規棄土場不足。

4. 鼓勵民間設置棄土場誘因不足，私人、團體投資意願不高。

為解決上述困難，內政部復於民國 86 年，依縣市政府及重大公共工程主辦機關等五年來執行情形，赴地方實地訪查及提出之專案報

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告，對實施過程中發生之法令競合、用地取得、獎勵措施等問題加以修訂，函頒「營建廢棄土處理方案」，並以台八六內營字第八六 0 一二一八號函頒行之。之後，為更提昇營建廢棄土的處理效率及再利用率，內政部於民國 89 年再檢討修正「營建廢棄土處理方案」，並將方案名稱變更為「營建剩餘土石方處理方案」，以內政部台八九內營字第八九八三三七三號函頒行之。其修定重點如下：

1. 因「營建廢棄土」易被誤解為無用之垃圾，故將其改為「營建剩餘土石方」。

2. 定義供營建土石方資源暫屯、堆置、破碎、碎解、洗選、篩選、

分類、加工、回收、處理、再生利用功能及機具設備之場所，稱為「土石方資源堆置處理場所」。

3. 原「棄土場」因處理方式多元化而擴大功能，故將其修正為「土石方資源堆置處理場所」，簡稱「土資場」。

4. 訂定各項工作主管機關規劃設置土資場並妥善處理分辨表，落實剩餘土石方多元化處理及再利用政策。

5. 建築工程應由起造人或公共工程之主辦機關確實要求工程承包商，覓妥合法剩餘土石方收容處理場所，於工地實際產生剩餘土石方前取得各該場所出具之實際土方收容處理同意文件，並結合剩餘土石方運送憑證制度，加強剩餘土石方流向及總量管制。

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6. 結合新修正「廢棄物清理法」第十七條規定，加強剩餘土石方運送憑證管理，落實土石方資源流向管制，遏止違規棄置工程剩餘土石方及廢棄物。

7. 為避免直轄市、縣（市）政府或公共工程主辦機關不依規定期限審議土資場（棄土場），該上級主管機關得令其一定期限內為之；

逾期乃不為者，該上級主管機關得依其申請，逕為辦理設置許可審議及相關經營管理事項。

8. 修訂適用範圍為「所指剩餘土石方之種類，包括建築工程、公共工程及建築物拆除工程施工所產生之剩餘泥、土、砂、石、磚、

瓦、混凝土塊；惟不包括施工所附帶產生之金屬屑、玻璃碎片、

塑膠類、木屑、竹片、紙屑、瀝青等廢棄物。至於營建工程產生剩餘之泥、土、砂、石、磚、瓦、混凝土塊，經暫屯、堆置可供回收、分類、加工、轉運、處理、再生利用者，自屬有用之土壤砂石資源」。

民國 88 年 921 震災後，為因應大量棄置或拆除物，依行政院災後重建推動委員會指示，務必於一個月內清運處理完畢。內政部特依據總統 88,9,25 發佈緊急令擬定「因應九二一震災災後營建工程廢棄土處理緊急設置河川新生地土石方資源堆置處理場執行計畫（草

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案）」。其內容為計畫目標、回收再利用方式、執行程序與作法、場地勘選規劃、經營管理方式、計畫經費概估、預其效益、其他配合事項等。

2.2 再利用例

美國於紐約 Fresh Hill 及舊金山國際機場的部份基地是以剩餘土石方填築新生地而成，荷蘭沿湖畔以剩餘土石方填築五塊約佔全國面積 5%之新生地，德國以重大工程所產生之剩餘土石方造山、植林、

覆蓋掩埋場。香港中環一帶約 4,000 公頃地是由剩餘土石方填築而成，新加坡以剩餘土石方填築之土地使國土增加 7%；日本於大阪灣之填埋 Phoenix 計畫，計使用約三千萬方之剩餘土石方，填埋面積達 203 公頃。為提昇剩餘土石方之再利用率需事先擬定處理計畫，日本東京都舊聽舍面積廣達 50,000

m

²，於 1991 年被拆除費時五個多月，並在基地內施行建築拆除物分類處理，其廢混凝土塊全被再利用；事前周詳調查組成含量及再利用途、去處，並徹底分類，至為重要[衫山, 1995; 寺田, 1995]。

再利用剩餘土石方於道路工程方面，英國於底特律以剩餘土石方舖築約 6.5 英哩之路堤；美國密西根州於 1983~1985 年間亦使用剩餘土石方舖築約 400 英哩之路堤，估計每噸再利用材料約可減少 3~5

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美元費用。另剩餘土石方中的粗料可為骨材，是具最高再利用價值者，美國達拉斯、愛荷華州、明尼蘇達州、伊利諾州等將其再利用於混凝土道路上，也建議了再生骨材、砂、水泥、飛灰之配比 [陳紹昀,2000]。

目前國內再利用分類自 921 震災拆除物之剩餘土石方的完成案例是第二高速公路中部快官-草屯段一路段。於 921 震災後，為打通營建副產物之處理通路及提高其使用率，根據行政院 921 震災後重建推動委員會之（89）重建地字 89000468 號文所載「研商 921 震災建築廢棄物處理事宜」會議記錄，論及「國道新建工程局第二區工程處所進行之快官至草屯工程段，於本【八十九】年九月底前可容納 20 萬方有機物含量在 1％以下之震災建築廢棄物」。此再利用例是僅使用粒徑大於 20

^mm

之剩餘土石方，並將其拌以粉土質砂之客土後再夯實於路堤上，其拌合比例是 35%剩餘土石方拌 65%粉土質砂。夯實後，經重水車運行其上觀察車轍痕，發現其承載力不亞於設計使用之土石。

建築拆除物處理情況的後續追蹤亦甚為重要，行政院環境保護署

（2001）為確保九二一震災建築拆除廢棄物之貯置場，不致對環境生態、鄰近村落及當地居民有二次危害之顧慮，進行追蹤及評鑑了十件復育工程之規劃設計、施工及完工後之工程品質；同時對四件分類工

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程，調查其剩餘土石方之處理控管、分類品質、物理工程性質，俾以建立本土之再生利用模式。

2.3 技術面

將剩餘土石方作為填土料之再利用途雖廣，惟因其含雜物或有機物會劣化長期工程性質之虞，Franklin, Orozco and Semrau (1973)認為有機物含量若超過 8%~10%，則其於最佳狀態之乾單位重

γ

d ,opt會大幅降低，惟缺長期觀察資料。國內楊朝平(2000, 2001, 2002)亦著手研究本土剩餘土石方之物理、工程性質，其研究發現，本土剩餘土石方之

opt

γ

d , 皆會大於 14.7

kN / m

³，非「公共工程施工綱要規範」所認定之「不良土壤」；另因混凝土塊及磚瓦之吸水率甚高(7.3%~8.1%)，故剩餘土石方之夯實性質乃取決於細料（粒徑<4.75

mm

者）之含水量是否適宜。

剩餘土石方中的粗料（粒徑>4.75

mm

者）是具最高再利用價值者，可用於混凝土及瀝清混凝土骨材、構造物基層料，雨水滲透設施料等用途甚廣[Yrjanson, 1989]。再利用廢混凝土塊需將其破碎成再生骨材(Reclaimed Concrete Material, RCM)；與剩餘土石方相比較，有關 RCM 的物理、力學特性之研究文獻較多。

RCM 的物理特性如下[Hansen and Narud, 1983; Hanks and Magni, 1989; ACPA, 1993; Mabin,1993]：

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1. 來自廠鑄混凝土的 RCM 粒徑大於預鑄混凝土者。

2. 來自基礎或建築物樑柱的 RCM 所含有毒物高於曝露者。

3. 與新鮮骨材相較，RCM 之表面多角粗慥。

4. 與新鮮骨材相較，RCM 的比重較低，於粗料約 2.2~2.5，於細料約 2.0~2.3。

5. 與新鮮骨材相較，RCM 為高鹼性 pH>11，於潮濕環境下易銹蝕接觸的鋁材或通電鋼材。

6. 與新鮮骨材相較，RCM 具高吸水性，吸水率於粗料約 2%~6%，

於細料約 4%~8%(新鮮骨材<2%)，特別是粒徑小於 4.75

mm

者其吸水性更顯著。

RCM 的力學特性如下[Hanks and Magni, 1989]：

1. 來自廠鑄混凝土的 RCM，其壓縮強度小於預鑄混凝土者，且變異大。

2. 與新鮮骨材相較，RCM 具高透水性。

3. 與新鮮骨材相較，RCM 具較大之摩擦角約 40^o。

4. 與新鮮骨材相較，RCM 具較大承載力，其加州載重比試驗之 CBR 值為 90~140(相對於破碎 Limestone 骨材)。

5. 為確保 RCM 的強度，其於瀝清混凝土之含量應小於 20%。

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顏聰（2000）嘗試使用水、水泥、爐石、再生骨材、天然砂之混合料製作人工漁礁，發現以再生骨材所做之混凝土漁礁性質（安全性、穩定性）與使用一般骨材者並無太大差異。陳豪吉、廖惇治（2001）

認為吸水率高、含泥量多是再生骨材的主要特性，惟經水洗後可改善此缺陷。康裕明（ 2000）調查 921 震災剩餘土石方粗料之性質及其再利用為道路基底層之可行性；得到之結果為廢混凝土之面乾飽和比重是 2.35、吸水率 7.9%，廢磚塊之面乾飽和比重是 2.05、吸水率 18.8%，

與一般骨材相較其比重偏低（因含具較低比重之水泥砂漿）、吸水率非常大（天然骨材吸水率為 0.8%~3.7%）。磨損率於廢混凝土是 30.9%、於廢磚塊是 47.3%，因其磨損率小於一般道路規範所定之 50%，故認為震災剩餘土石方粗料可再利用為道路基底層。另依詹穎雯（2000）之試驗結果，以再生骨材拌製自充填混凝土，只要配比選擇得當便可獲致良好之充填性能而將其製成紐澤西護欄。依沈得縣

（2000）之研究，使用再生骨材於瀝青混凝土時，其最佳瀝青含量宜高於規範值，強度較低於天然骨材者勿使用於高硫酸鹽侵蝕地區。

營建副產物通路上的關鍵環結是再利用技術及其可供設計上依循之規範，目前臺灣尚在擬訂中，宜多參酌自然環境、社會型態近似臺灣之日本規範。日本相關於營建副產物再利用技術之規範如下：

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1. 建設發生土利用技術手冊。

2. 道路表層再生工法技術指針（案）。

3. 道路再生路盤工法技術指針（案）。

4. 發生土改良工法手冊。

5. 再生建設資材導引等。

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第三章試驗方法

於本研究所施行之試驗含試料粒徑分佈、粗料（粒徑大於 4.75

mm

者）面乾內飽和比重、粗料乾比重、粗料吸水率、粗料乾搗單位重、

粗料含泥量、粗料磨損率、細料比重、試料相對最大乾單位重、試料相對最小乾單位重、試料夯實、工地密度、加州承載比、衝擊加速度，

以下說明之。

3.1 試料粒徑分佈

分析試料之粒徑分佈主要是據以判斷該料之級配情形並據以分類。試料係由不同粒徑之土石混合而成，其粒徑分佈情形直接影響孔隙比，進而支配著土體之承載力、變形、壓縮、夯實、滲透等性質。

調查粒徑分佈之試驗規範依據為 ASTM C136(粗篩網篩分析)、

ASTM D452-85（細篩網篩分析）及 ASTM D422-63（比重計分析），

唯因本研究所用之剩餘土石方其粒徑小於 0.075

mm

之土少於 10%故不做比重計分析。於粗篩網篩分析，其篩網組含 3

in

、2

in

、1

12

in

、 1

in

、

3 4 in

、

1 in 2

、

38

in

、4^#篩網與底盤；於細篩網篩分析，其篩網組含 4^#、10^#、20^#、40^#、100^#、140^#、200^#篩網與底盤。

先依四分法取適量試樣置入粗篩網組，以搖篩機震動約 15 分鐘

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後，分別秤留於各篩網之試樣重量；接著，將過 4^#篩網之試樣再移至細篩網組，亦以搖篩機震動約 15 分鐘後，分別秤留於各篩網之試樣重量。將結果以粒徑為橫座標（對數）、累積通過百分比為縱座標，

繪出試料之粒徑分佈曲線，並計算其均勻係數

c

u、曲率係數

c

c等。

3.2 粗料面乾內飽和比重、乾比重、吸水率

測定剩餘土石方粗料之比重及吸水率，以提供再利用其為骨材時，混凝土配比設計之參考，並據以研判其作為骨材之品質及相關控制參數。

茲說明相關於骨材比重、吸水率之一般性質如下[黃兆龍,1993]：

1. 可根據骨材比重評估其硬度、強度、母岩種類及耐久性等。

2. 一般所言骨材之比重均指面乾內飽和狀態者，骨材比重大者孔隙少、吸水率小、具耐久性、耐凍、結構細密、強度大。

3. 石英岩、花崗岩、硬質砂岩等骨材之比重為 2.5~2.9。

4. 比重於天然細骨材為 2.60~2.70，於天然粗骨材為 2.60~2.80。

5. 若骨材之比重小於 2.60 則強度欠佳。

6. 骨材含水量的多寡將影響混凝土配比上的用水量，因而影響水灰比，混凝土的強度也將跟著有所變動。

7. 骨材由其含水量狀況分絕對乾燥（烘乾至衡重）、氣乾（於空氣中

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骨材表面雖無水份而內稍有水份）、面乾內飽和（骨材表面雖無附著水而內卻飽和）及濕潤（骨材表面、內部均飽含水份）四種狀態。

8. 骨材於面乾內飽和狀態之含水量稱吸水率，天然骨材吸水率為 0.8%~3.7%。

9. 一般顆粒愈粗者其含水量愈小，當骨材之含水量為 4%~10%時單位重將達最小值。

另一方面，相關於比重、吸水率之規定如下 [宮本慶男,1983；劉康成,1995]：

1. 骨材比重小於 2.0 者視為輕質物，不宜使用。

2. 一般要求混凝土用骨材之比重須 2.5 以上，吸水率小於 3.0%。

3. 一般要求粗骨材之比重約為 2.50~2.70，吸水率小於 1.0%。

4. 壩體混凝土用骨材之比重須大於 2.60。

依 ASTM C-127 C-29 規範求粗料之比重及吸水率，其試驗步驟如下：

1. 依四分法取所需的試樣(見表 3.1)，烘乾 24 小時量重

W

₁(本粗料粒徑小於 76.2

mm

，故取 18

kgf

)。

(19)

表 3.1 粗料比重及吸水率試驗所需之重量顆粒最大尺寸(

mm

) 試樣最少重量(

kgf

)

12.5 2

19.0 3

25.0 4

37.5 5

50.0 8

63.0 12

75.0 18

90.0 25

100.0 40

(20)

2. 秤鐵絲籠在水中重

W

₂。

3. 將烘乾試樣置入鐵絲籠一同沒入水量固定之水桶中秤重

W

₃。 4. 將試樣浸水 24 小時（水量需足夠淹沒試樣）。

5. 取出試樣攤開於易吸水布上滾動使呈面乾飽和狀態，秤重

W

₄。 6. 把試樣烘乾秤重

W

(3.3)

3.3 粗料乾搗單位重

測定粗料之乾搗單位重，據以瞭解其組織及級配性質，作為混凝土配比設計骨材用量之參考，依 ASTM C-29 規範施行之。容器尺寸依試料粒徑與搗實容易度而異，最大粒徑為 4

cm

以下採用夯實法、最

(21)

置鐵模於堅實之地面上(如混凝土地面)，每裝一層試料即提起鐵模之一側高約 5cm 後，再驟然自由落下使之震實，如此 25 次後換另一側同樣震實 25 次，共計 50 次。最後一層震實後，其表面用直尺撫平，

如無法很平則使凸出處與凹下處之空隙體積約略相等，稱出鐵模內試料重並除以鐵模體積而得乾搗單位重。

3.4 粗料含泥量

測定剩餘土石方粗料含粘土塊及易碎顆粒之近似含量，以評定其潔淨程度；若其含泥量高會影響混凝土品質，故對於高含泥量之骨材需予以洗淨。當骨材的含泥量大於 2%混凝土或砂漿的強度將顯著下降，若含泥量大於 3.5%時強度將減至 40%以下 [黃兆龍,1993]。一般規範對於骨材含泥量亦有所限制 [劉康成,1989]。

1. CNS 387 規定，建築砌工用砂之泥塊含量須小於 1.0%。

2. CNS 1240 規定，混凝土用細粒料之土塊含量須小於 1.0%。

3. CNS 2466 規定，補強圬工灌漿用骨材之粘土塊含量須小於 1.0%。

(22)

4. CNS 3001 規定，圬工砂漿用天然砂之易碎顆粒含量須小於 1.0%。

5. 日本工程規範規定，容許粘土塊含量於細骨材為 1.0%，於粗骨材為 0.25%。

依 CNS 1171 規範求骨材含泥量，以四分法取樣後烘乾秤重，亦烘乾秤重水洗後之潔淨骨材，再由式(3.4)計算含泥量。

含泥量(%)＝

淨之骨材重烘乾後

- 之骨材重烘乾前未

潔

潔靜 ×100%

(3.4)

3.5 粗料磨損率

測定剩餘土石方粗料之磨損率，以判定其堅硬程度，並作為骨材品質評定之依據。相關於骨材磨損率之說明如下[黃兆龍，1993]：

1. 混凝土面會受力、水流、風化作用而磨損，由於水泥漿對抵抗磨損作用之性能甚弱，故主要係靠骨材表面之耐磨性能來抵抗外力。

2. 由於骨材約佔混凝土體積 50% 左右提供混凝土大部份之強度，故應具某種程度之耐磨性。

3. 安山岩、玄武岩等火成岩為最佳骨材料源；石英岩、花崗岩、硬質砂岩等可為極優良之骨材。

(23)

4. 軟質砂岩、凝灰岩及質體過於軟弱且易風化碎成薄片之板岩、片岩，將因易斷而增加骨材孔隙率減低混凝土強度，為不良之混凝土骨材。

5. 高強度混凝土骨材之磨損率宜小於 40%，普通強度混凝土骨材之磨損率宜小於 50%。

6. 磨損率是集合磨耗、衝擊、研磨等作用之物理量，可量化骨材強度、硬度及材料內缺陷之程度。

7. 磨損率為測定類似礦物成份骨材之相對品質，但不可直接作為不同來源、不同成份或結構骨材比較用。

另一方面，相關於骨材磨損率之規定如下 [劉康成,1995]：

1. ASTM 規範規定瀝青混凝土路面用料之磨損率於底層應小於 50%，於面層應小於 40%。

2. CNS 6298 規定，瀝青混凝土路面之面層、底層用碎石磨損率應小於 35%。

3. CNS 1240 規定，混凝土用粗粒料（礫石、碎石）之磨損率應小於 50%。

4. CNS 6299 規定，一般混凝土用碎石之磨損率應小於 40%。

5. 日本工程規範規定，舖面混凝土用粗骨材之磨損率應小於 35%，

(24)

巨積混凝土用碎石之磨損率應小於 40%。

依據 CNS 490 骨材磨損試驗-洛杉磯試驗機儀施行試驗，求剩餘土石方粗料之磨損率。將試料清洗淨潔烘乾後篩分析之以決定其屬何種級配，依表 3.2 知曉於本研究之試料宜採 A 法。依規定稱取留篩 1〞

及

3 4

〞各取 1250

±

25

gf

、

1 2

〞及

38〞各取 1250

±

10

gf

，總重

W

_t（約 5000

±

10）

gf

，連同鋼珠置入洛杉磯試驗機內。啟動機器旋穩，其轉速每分鐘 30~33 轉，當轉數到達規定數值 500 轉後即停止轉動，倒出試樣用 12^#篩網(l.7

mm

)篩之，取停留 12^#篩網上者用水洗淨置烘乾秤重

W

_a，依式(3.5)計算磨損率。

磨損率(%) =

t a t

W W

W −

×100% (3.5)

3.6 細料比重

測定剩餘土石方細料（土壤）之比重，除用以表示土壤重量與體積間之關係外，尚能據以計算孔隙比、飽和度、單位重等。土壤比重與母岩礦物關系密切，如砂土的主成份是石英其比重約為 2.6，粘土比重約為 2.7，一般土壤之比重為 2.6~2.8；若其比重小於 2.0 亦視為輕質物，不宜使用。

(25)

表 3.2 粗料磨損試驗-試樣級配、鋼珠數量試樣級配重量

項目 _{A 法}

篩網留置量(

gf

)

B 法篩網留置量

(

gf

)

C 法篩網留置量

(

gf

)

D 法篩網留置量

(

gf

) 112〞篩網 - - - -

fsw fw

s

W W W

W

−

+

(3.6)

3.7 試料夯實

在構築路堤、堤防及回填時，必須將疏鬆的土壤加以夯實以增加其密實度降低沉陷量，亦具提昇土壤抗剪強度增加基礎承載能力及邊坡穩定性之效。含水比對土壤之夯實作用甚具影響，當土壤在適當含水比被夯實時，水對乾土顆粒產生潤滑作用得改變土粒之排列及構造，使土粒位移減少空氣體積增加而增加土壤密實度；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，土被水隔離反會減低其密實度。亦即可藉夯實試驗，以求得土壤於最佳狀態之含水比

w

_opt

(27)

與所對應之夯實最大乾單位重

γ

_d_{( opt}₎。

在大多數的地工規範中，都要求承包商於現地夯實作業上需使現場乾單位重為

_γ

_d_{( opt}₎的 90%~95%，而此

γ

_d_{( opt}₎是以標準 Proctor 試驗或修正夯實試驗求得。若依標準 Proctor 試驗，土壤之

γ

d( opt)、

w

_opt可能範圍如表 3.3。

表 3.3 土壤與其標準 Proctor 試驗之夯實性質[摘自陳文祥等,1986]

統一分類

γ

d( opt)

(

kN / m

³)

w

opt

(%)

γ

_d_{( opt}₎較大、夯實曲線較尖。

γ

_d_{( opt}₎小於 14.7

kN / m

w s

s d

d

G

P G P w

γ γ

γ

2 2 2 1

) 1

) ( 1 (

1

+ +

= −

(3.7)

P

：粒徑大於 38.1

mm

顆粒之混合率

1

γ

d ：夯實試體之乾單位重

w

2：粒徑大於 38.1

mm

顆粒之含水比

G

_s₂：粒徑大於 38.1

mm

顆粒之比重

γ

_w：水單位重

(29)

3.8 工地密度

於工地的土方夯實作業裡需施行工地密度試驗以測其含水比

w

及乾單位重

γ

_d。茲以砂錐法(ASTM D-1556)求工地密度，因試舖土方含粗細料故所挖之洞直徑約 30

cm

、深約 50

cm

；將所挖之洞內填入砂秤其重再換算成洞體積，秤挖出之土重，(土重

÷

洞體積)得單位重；

並鍋炒約 1

kgf

之挖出土求其含水比，進而得其乾單位重

γ

_d。

e e

e D e

d d

d

d d d

r

−

= −

−

= −

γ γ

γ

γ γ

_d_(min)

值之差異應小於 1%。

3.9 加州承載比

加州承載比為貫入桿貫入土壤的應力與貫入標準碎石的應力之比，乃是直接判定土壤承載力之方法，亦經常被使用於檢驗路堤填土

(31)

品質之快速試驗法。加州承載比分試驗室承載比與工地承載比兩種，

其中試驗室承載比是將夯實試體經浸水後施行貫入試驗，其所得之貫入應力與貫入標準碎石應力的比值謂之；而於現地對被滾壓後之土壤施做貫入試驗，其所得之貫入應力與貫入標準碎石應力之比稱為工地承載比。於路堤填土品質之檢驗上，一般要求其工地承載比需大於具 0.95

γ

_{d ,}_opt狀態試體之試驗室承載比。

表 3.4 示出一般土壤之

^CBR

值域；可被接受為道路底層料之

CBR

須大於 85%，基層材料之

^CBR

須大於 35%，路基材料之

^CBR

須大於 15%。

表 3.4 一般土壤之

CBR

值域[摘自陳文祥等，1986]

分類符號工地

CBR

(%) 分類符號工地

CBR

(%)

GW 60~80 ML 5~15

GP 25~60 CL 5~15

GM 20~80 OL 2~4

GC 20~40 MH 4~8

SW 20~40 CH 3~5

SP 10~25 OH 3~5

SM 10~40 Pt -

SC 10~20

值，繪

CBR

與乾單位重關係圖，

即可藉以找出對應於特定乾單位重（如 0.95

γ

d( opt)）之

CBR

值。

3.10 衝擊加速度

因夯實土方之乾單位重、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承載比

CBR

、摩擦角

φ

等，唯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

(33)

簡易的強度試驗儀俾間接的估算其力學量，唯使用上需先律定該試驗儀之量測值與力學量之關係。

於本研究，茲使用「日本建設省近畿地方建設局近畿技術事務所」

所開發之「簡易承載力測定器」，讓重 4.5

kgf

、直徑 5

cm

之衝擊鎚以 45

cm

落距垂直自由落下撞擊土體，來量測夯實試樣或現地試舖土層的衝擊加速度

I

_a，俾間接知曉其力學量。此儀器是由一內藏加速度計之衝擊鎚、含水平氣泡儀之顯示器與支架所組成，其不需反力架、操作簡單方便、儀器搬運輕易、試驗時間短、可立即得到

I

_a值等為其優點[Kinki Engineering Office , 1997]。

使用此簡易承載力測定器之注意事項為：

1. 由水平氣泡儀確定衝擊鎚面無傾斜，以避免鎚面不均等撞擊土體。

2. 擦拭附著於衝擊鎚面之土，以避免鎚面不均等撞擊土體。

3. 土體或現地土層面若呈凹凸，應先整平。

4. 為避免衝擊鎚面直接撞擊較大礫石而顯示出超大

I

_a值，宜避開較大礫石處。

5. 於礫質土，礫石應被土覆蓋在 1

cm

以下處，方適宜測其

I

−

4.945 (3.10)

(35)

第四章試驗結果-試料性質

於現地試舖需卡車、挖土機、推土機、夯實輥等機具，若無工程主辦、施工單位或廠商之善意協助，而僅憑學校之力甚難施行，故考量可利用之現地支援，本研究於「眉溪堤防工程（第三河川局）」及

「二高後續計畫快官草屯路段-烏日交流道（國道興建工程局）」兩處施行試舖。

於眉溪堤防工程之試舖裡，預定再利用為堤防料之剩餘土石方是分類自南投縣埔里鎮 921 震災建築拆除物，另為了考慮剩餘土石方之多樣性使用，並比較其與原預定堤防材料（即河床料）之性質差異，

而擇定埔里河床料、埔里剩餘土石方及其 1:1 拌合的埔里混合料為調查對像。埔里混合料的 1:1 拌合比例是由第三河川局所設定之值。

另於烏日交流道之試舖，已再利用於路堤之剩餘土石方是分類自臺中縣大里市 921 震災建築拆除物，此工程業於 2001 年 5 月完工；

本研究趁施工之便對其所使用之土方施行試舖。唯此土方乃為 35%

剩餘土石方粗料、65%粉土質砂之拌合料，此拌合比例是考量顆粒析離現象、每層夯實厚度及工作度等因素，經實驗室夯實試驗及現地施工機具實作驗證而定之值[國道興建工程局,2002]。

調查上所使用之四種試料為：

(36)

1. 埔里剩餘土石方, Reclaimed by-product materials ( Puli ) 2. 埔里河床料, River bed materials (Puli)

3. 埔里混合料, Mixed materials (Puli) 4. 大里混合料, Mixed materials ( Tali )。

以下，對試料及其物理、工程性質說明之。

4.1 試料描述

一、埔里剩餘土石方

埔里剩餘土石方來自山區城鄉，多拆自毀損之混凝土屋、加強磚造屋、土塊厝等，經本研究調查其未分類破碎前之原拆除物裡含混凝土類 42.89%、磚類 31.42%、土 23.93%。圖 4.1 為其被分類破碎成剩餘土石方之情形，顆粒呈多角而粗糙；圖 4.2 為其粒徑分佈，其粗料含量為 71.5%、級配良，於 USCS 分類系統屬 GW、於 AASHTO 分類系統屬 A-1-a。

另一方面，因為埔里河床料之顆粒明顯呈扁平，外觀形狀甚異於剩餘土石方，故考慮顆粒形狀可能對工程性質的影響，也調查了埔里剩餘土石方之扁平率（顆粒短徑

÷

顆粒厚）與狹長率（顆粒長徑

÷

顆粒短徑）。一般而言，土料顆粒之扁平率及狹長率愈大者，其透水性低、抗剪強度小、壓縮強度大。由圖 4.3、圖 4.4 知曉，於埔里剩餘

(37)

土石方粗料約 50%的顆粒其扁平率小於 1.5，另約 57%的顆粒其狹長率小於 1.5。

圖 4.1 埔里剩餘土石方

Reclaimed by-product materials

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.01 0.1

1 10

100

Particle diameter (mm)

Percent finer (%)

圖 4.2 埔里剩餘土石方之粒徑分佈

(38)

Reclaimed by-product materials(Puli)

0 10 20 30 40 50 60

1.0~1.499 1.5~1.999 2.0~2.499 2.5~2.999 3.0~3.499 3.5~3.999 4.0~4.499 4.5~4.999 5.0~5.499 5.5~5.999 6.0~6.499 6.5~6.999 7.0~7.499 7.5~7.999

Width-thickness rate

Frequency ratio

圖 4.3 埔里剩餘土石方之扁平率

Reclaimed by-product materials(Puli)

0 10 20 30 40 50 60

1.0~1.499 1.5~1.999 2.0~2.499 2.5~2.999 3.0~3.499

Length-width rate

Frequency ratio

圖 4.4 埔里剩餘土石方之狹長率

(39)

二、埔里河床料

埔里盆地多為現代沖積層，其土層組成為砂、礫、石；唯位置於埔里北緣之眉溪則屬硬頁岩區，為僅受輕微變質作用而變硬的頁岩，

其主要由細粒的粉土、粘土物質沉積岩化而成，有葉理性脆緻密，浸水易剝離、抗剪強度低。圖 4.5 為埔里河床料實物，其顆粒呈橢圓扁平狀、表面勻滑不粗糙；圖 4.6 為其粒徑分佈，粗料含量為 66.0%、

級配良，於 USCS 分類系統屬 GW、於 AASHTO 分類系統屬 A-1-a。

另一方面，圖 4.7 顯示埔里河床料粗料之扁平率分佈廣甚異於埔里剩餘土石方者（見圖 4.3），僅約 8%的顆粒其扁平率小於 1.5。而圖 4.8 為其狹長率之分佈情形，約 48%的顆粒其狹長率小於 1.5。比較圖 4.4 與圖 4.8，知曉埔里河床料與埔里剩餘土石方兩者間的粗料狹長率性質相近；惟比較圖 4.3 與圖 4.7，發現此兩種材料的顆粒形狀於扁平率上差異甚大。

三、埔里混合料

埔里混合料之實物示於圖 4.9，其粗料顆粒形狀性質介於埔里剩餘土石方與埔里河床料之間；圖 4.10 為其粒徑分佈，其粗料含量為 57.0%、級配良，於 USCS 分類系統屬 GW、於 AASHTO 分類系統屬 A-1-a。

(40)

圖 4.5 埔里河床料

River bed materials

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.01 0.1

1 10

100

Percent finer (%)

圖 4.6 埔里河床料之粒徑分佈

(41)

River bed materials(Puli)

0 10 20 30 40 50 60

1.0~1.499 1.5~1.999 2.0~2.499 2.5~2.999 3.0~3.499 3.5~3.999 4.0~4.499 4.5~4.999 5.0~5.499 5.5~5.999 6.0~6.499 6.5~6.999 7.0~7.499 7.5~7.999

Width-thickness rate

Frequency ratio

圖 4.7 埔里河床料之扁平率

River bed materials(Puli)

0 10 20 30 40 50 60

1.0~1.499 1.5~1.999 2.0~2.499 2.5~2.999 3.0~3.499 3.5~3.999

Length-width rate

Frequency ratio

圖 4.8 埔里河床料之狹長率

(42)

圖 4.9 埔里混合料

Mixed materials (Puli)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.01 0.1

1 10

100

Percent finer (%)

圖 4.10 埔里混合料之粒徑分佈

(43)

四、大里混合料

大里混合料來自城市化之建築拆除物，多為混凝土屋、加強磚造屋，其原拆除物裡含混凝土類 59.66%、磚類 24.57%、土 14.25%。

圖 4.11 為其被分類破碎成剩餘土石方之情形，顆粒呈多角而粗糙，

其粗料顆粒形狀相似於埔里剩餘土石方。圖 4.12 為其粒徑分佈，其粗料含量為 48.5%、級配良，於 USCS 分類系統屬 GW、於 AASHTO 分類系統屬 A-1-b。

茲將四種試料之粒徑分佈曲線一同示於圖 4.13，知曉其級配良；

其於 USCS 分類系統屬 GW，為透水性材料，於最佳夯實狀態下之壓縮性小、承載力高，且易夯實施工管理；其於 AASHTO 分類系統屬 A-1-a、A-1-b，可為良好路堤材料。

4.2 物理性質

一、粗料面乾內飽和比重

骨材之面乾內飽和比重會因試料潔淨狀態而異，未潔淨者較小。

於本研究，潔淨粗料之面乾內飽和比重於埔里剩餘土石方 2.20、埔里河床料 2.54、埔里混合料 2.41、大里混合料 2.17；而未潔淨粗料之面乾內飽和比重約為潔淨粗料的 0.95 倍。

(44)

圖 4.11 大里混合料

Mixed materials (Tali)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.01 0.1

1 10

100

Percent finer (%)

圖 4.12 大里混合料之粒徑分佈

(45)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.01 0.1

1 10

100

Percent finer (%)

Reclaimed by-product materials (Puli) River bed materials (Puli)

Mixed materials (Puli) Mixed materials (Tali)

圖 4.13 四種試料之粒徑分佈

(46)

二、粗料乾比重

潔淨粗料之乾比重於埔里剩餘土石方 2.45、埔里河床料 2.60、埔里混合料 2.52、大里混合料 2.39；未潔淨粗料之乾比重約為潔淨粗料的 0.985 倍，差異甚微。

三、粗料吸水率

骨材之吸水率受其潔淨狀態影響甚大，未潔淨者比較會吸水。粗料吸水率於埔里剩餘土石方之潔淨者 7.6%、未潔淨者 15.5%，於埔里河床料之潔淨者 2.5%、未潔淨者 3.4%，於埔里混合料之潔淨者 4.9%、未潔淨者 7.5%，於大里混合料之潔淨者 7.5%、未潔淨者 13.5%。

四、粗料含泥量

粗料之含泥量於埔里剩餘土石方 1.5%、埔里河床料 2.8%，埔里混合料 2.1%、大里混合料 1.7%；因河床料為粉土、粘土物質沉積岩化之頁岩，故其含泥量較高。

五、粗料乾搗單位重

粗料之乾搗單位重於埔里剩餘土石方 17.3

kN / m

³、埔里河床料 18.6

kN / m

³，埔里混合料 18.0

kN / m

³、大里混合料 17.0

kN / m

³。埔里河床料的乾搗單位重最大，其原因是比重較大而質地緻密之故。

(47)

六、粗料磨損率

粗料磨損率於埔里剩餘土石方 22.3%、埔里河床料 19.0%，埔里混合料 20.2%、大里混合料 25.1%，剩餘土石方之磨損率大於天然河床料。

七、細料比重

細料（土）之比重於埔里剩餘土石方 2.65、埔里河床料 2.68、埔里混合料 2.67、大里混合料 2.68，與一般土壤相近。

綜合觀察剩餘土石方粗料之物理性質如下：

1. 潔淨料的面乾內飽和比重為 2.17~2.20，非公共工程委員會材料規範所定之輕質物，唯小於天然骨材之 2.60~2.80，質地欠緻密；未潔淨料之面乾內飽和比重約為潔淨料的 0.95 倍。

2. 潔淨料的乾比重為 2.39~2.45，未潔淨料之乾比重約為潔淨料的 0.985 倍。

3. 吸水率受其潔淨狀態影響甚大，潔淨料為 7.5%~7.6%，未潔淨料為 13.5%~15.5%，甚大於天然骨材之 0.8%~3.7%；因為骨材之含水比愈大其單位重會降低，一般要求混凝土用碎石之吸水率宜小

(48)

4. 含泥量為 1.5%~1.7%略大於骨材一般規範要求之 1.0%，故宜洗淨再利用為骨材。

5. 磨損率為 22.3%~ 25.1%，因一般要求混凝土用碎石之磨損率宜小於 40%，故判釋剩餘土石方粗料之硬度佳。

4.3 工程性質

一、夯實

於現地採土料並攜回實驗室對其施行夯實試驗，圖 4.14 為夯實試驗情形。夯打完試體後續量測其衝擊加速度

I

(49)

(a) 夯實試驗 (b) 衝擊加速度量測圖 4.14 夯實試驗與衝擊加速度量測

17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5

6 8 10 12 14 16 18

Moisture content (%)

Dry unit weight (KN/m3 ) Reclaimed by-product materials (Puli)

Ia=21

15 22

29 24

10

圖 4.15 埔里剩餘土石方之夯實曲線

(50)

_a於 10~29 間變化。

I

kN / m

³間變化。埔里混合料於最佳狀態之

I

_a值為 24；

於

w

=6.3%~14.7% 之變化範圍，

I

a於 16~34 間變化。

(51)

17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5

6 8 10 12 14 16 18

Moisture content (%) Dry unit weight (KN/m3 )

Ia=31 27

6 12

16

River bed materials (Puli)

圖 4.16 埔里河床料之夯實曲線

17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5

6 8 10 12 14 16 18

Moisture content (%) Dry unit weight (KN/m3 )

Mixed materials (Puli)

Ia=29

16 24

29 34

圖 4.17 埔里混合料之夯實曲線

(52)

圖 4.18 為大里混合料之夯實性質，其夯實曲線形狀呈鐘型出現明顯尖峰點因而略不同於埔里三種試料，其

w

_opt為 10.2%、

γ

_d_{( opt}₎為

_a值為 32；

於

w

=6.5%~13.7% 之變化範圍，

I

_a於 9~38 間變化。

17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5

6 8 10 12 14 16 18

Dry unit weight (KN/m3 ) mixed materials (Tali)

Ia=31

9 11 38 32

圖 4.18 大里混合料之夯實曲線

將四種試料之夯實曲線一同示於圖 4.19，茲對其特性整理如下：

1. 埔里河床料因其粗料比重為 2.54 較大、吸水率為 3.4%較小，故其夯實曲線位置於最左上方，而過濕會使其

γ

_d快速下降。

2. 於埔里剩餘土石方，因其粗料比重為 2.20 較小、吸水率為 15.5%

甚大，故其夯實曲線位置於最右下方；另也發現細料含水比是支

(53)

配全試料夯實性質的主要因素，因如全試料過濕時其中的剩餘土石方粗料相當會吸水而細料則否，致使試體呈海綿體被壓後會回彈。

3. 依埔里混合料之夯實性質，知曉若將剩餘土石方以 1:1 比例拌以河

床料其

γ

_d_{( opt}₎會增大

w

_opt減小，可增加其密實程度。

4. 於大里混合料之夯實性質，因剩餘土石方粗料只佔 35%故其夯實性質主要受細料填充土之支配，致其夯實曲線比埔里剩餘土石方者位置於左上方（

γ

_d_{( opt}₎增大、

w

_opt減小），即此剩餘土石方之低比重(2.17)、高吸水率(13.5%)特性對全試料夯實性質的支配性相對降低了。

17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5

6 8 10 12 14 16 18

Dry unit weight (KN/m3)

Reclaimed by-product materials (Puli) River bed materials (Puli) Mixed materials (Puli) Mixed materials (Tail)

圖 4.19 四種試料之夯實曲線

(54)

二、加州承載比

圖 4.20 為埔里剩餘土石方之加州承載比試驗結果，圖 4.20(a)為具不同密實程度三種試體之貫入深度與荷重關係，而圖 4.20(b)為此試料之加州承載比

CBR

與乾單位重

γ

_d之關係；在圖 4.20(b)裡亦示出各試體的衝擊加速度

I

_a。於埔里剩餘土石方，式(4.1.a)為其

CBR

與

γ

_d關係，對應於其 0.95

γ

d( opt)試體之

CBR

=20。

圖 4.21、圖 4.22、圖 4.23 分別為埔里河床料、埔里混合料及大里混合料之加州承載比試驗結果，而式(4.1.b)、 (4.1.c)、 (4.1.d)則分別為其

CBR

與

γ

⋅ CBR +

¹⁷^.⁵²⁷

R

²=0.91 (4.1.d)

第二章 文獻回顧

第一章 緒論

mm

第二章 文獻回顧

m

ton

m

mm

γ

γ

kN / m

mm

mm

mm

第三章 試驗方法

mm

mm

in

in

in

in

3 4 in

1 in 2

in

c

c

W

mm

kgf

mm

kgf

W

W

W

W

W W W

W

−

+

W W W

W

−

+

− ×

W W

W

cm

cm

mm

cm

cm

cm

3 4

±

gf

1 2

±

gf

W

±

gf

mm

W

W W

W −

gf

gf

gf

gf

±

3 4

±

1 2

±

±

±

±

±

±

±

第二章文獻回顧

第一章緒論

第二章文獻回顧

^ton

^mm

第三章試驗方法

_γ

^{1 in} ₂