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1、第六屆鋪面材料再生學術研討會正修科技大學 中華民國93年9月30日、10月1日DCP於道路開挖管溝回填夯壓施工檢測之研究林登峰1 黃正忻2 王聰田3 王忠山41義守大學土木與生態工程系副教授 2正修科技大學土木工程系講師3義守大學碩士暨高雄市政府工務局企劃工程處正工程師4瑞榮瀝青公司品管員摘要DCP（Dynamic Cone Penetrometer，動態圓錐貫入儀）是美國明尼蘇達州公路系統用來量測路基土壤之回彈模數的一種儀器，已實施多年。本文主要在探討利用DCP來檢測道路管溝開挖回填夯壓效果之應用情形，研究結果發現由DCP貫入試驗之”貫入深度與累積打擊次數”與 ”貫入深度與貫入比率”關係圖可
2、準確指出分層回填夯壓之層別位置，並由貫入比率PR值可精確評定回填壓實確實與否，當PR值小於6.2之管溝土層，其壓實度可達90% 以上。另外，道路管溝若以每15cm至20cm分層回填，同時採用65跳躍式夯壓機夯實6次，其PR值即可達到5-6 mm/blow，符合高雄市政府規定90壓實度之要求，此種回填夯實方式可做為施工廠商參考採用。就管溝回填壓實驗收作業而言，DCP確實是檢測道路開挖管溝回填夯壓施工品質的一種簡便方法。1、前言隨著國內經濟日益繁榮，人民所得日漸提昇，追求高水準生活之意願相對提高，而公共工程建設為提升生活品質中不可或缺之環，工程品質之良窳更攸關政府形象及人民生命財產，是吾人極為重視
3、的一個課題。近年來道路工程之設計與施工技術快速發展，加上道路主管機關訂定適宜的技術規範，使得道路工程能順利進行，但道路在新闢或拓寬完成後，因埋設、維修、遷移管線等對道路進行挖掘，回填不實造成路面凹凸不平，不但降低原道路設計之服務水準，且對民眾生活形成不便。在管線工程挖掘道路作業中，所產生之問題以回填不實最為嚴重，又因近年來國內陸續推動各項重大工程，大量增加回填級配料之使用，造成路基回填級配料嚴重短缺，而回填基底層級配料品質亦隨之下降。現今一般管線工程挖掘道路回填作業未加嚴格管制，使用未符合規範之級配料作為底層材料，且承商未按規定分層夯實，使得回填壓實度不足，而造成路面下陷、凹凸不平。除此之外，
4、主管機關未能有效抽驗以及重罰成效不彰，惡性循環循環下將導致路面回填品質降低，影響人民生活品質。高雄市每年近5000件申挖量，三年來之管溝回填品質抽驗不合格比率高達75% 1。為剷除承商投機僥倖心態，應加強抽驗效率。目前管溝回填品質都採用傳統的砂錐法檢測，因該法耗費人力及需時約需23天，為不影響交通起見，實在無法對整個回填深度之中底層都進行檢測，因而廠商施工時多僅於接近路面頂層進行夯壓作業，中底層則沒有徹底的壓實，造成完工後經車輛輾壓仍繼續產生沉陷。因此，以傳統砂錐法檢驗管溝壓實度，絕無法提高抽驗成效，所以找出一種準確又快速的檢測方法來取代傳統砂錐法檢驗法是目前亟待解決的問題。DCP (Dyna
5、mic Cone Penetrometer)稱為動態圓錐貫入儀，在1974年已被美國Minnesota 州公路系統應用於量測現地基底層土壤之回彈模數(Modulus)，並將DCP試驗法納入管溝工程驗收規範中2。90年3月初，國內首次以DCP試驗儀器應用於道路量測現地基底層土壤之回彈模數值，DCP儀器圖如圖1所示3，該儀器標準規格由非洲特蘭斯瓦爾公路局所制定，DCP由兩支直徑16mm棒狀體搭配圓盤組成，由圓盤分成上下兩部份。下部棒狀體末端裝有錐頭，此錐頭是貫入之用，錐頭夾角600其長度為4.45cm，直徑2cm。上部棒狀體裝設一顆8kg的落錘，其固定落距為575mm(57.5cm)，上部頂端含一
6、把手。此儀器整體材質採用不鏽鋼以防止損害，並附上一鋁製直尺，用於讀測DCP貫入深度數據。整組儀器包含落錘約重11.1kg，儀器本身可拆卸分開，攜帶方便，機動性佳，極適合現地回填壓實檢測試驗用。 本文以DCP應用於道路開挖管溝回填壓實檢測為探討方向，首先探討道路道路管溝回填之缺失，再以傳統砂錐法試驗得到之相對壓實度為標準，了解DCP貫入試驗求得之PR值與相對壓實度之相關性；並探討不同分層厚度回填夯壓對DCP之PR值的影響。圖1 DCP儀器圖 圖2路面龜裂或路基沉陷情形2、道路開挖管溝回填缺失探討國內各管線單位為積極擴展自身業務或配合各種建設實施管線地下化，經常向道路主管單位申請挖掘道路，辦理各項
7、管線埋設工程。道路管溝挖掘後，所回填材料不佳或壓實不足，導致路面龜裂或路基沉陷，如圖2所示。依高雄市91至93年道路申挖案件所屬單位做統計，其中以台灣電力公司與自來水公司申挖件數最多。道路開挖管溝回填作業之缺失包含有瀝青厚度、級配料厚度、級配料壓實度、級配料篩分析級配、回填砂深度、埋設深度和管示帶等，其中以級配料壓實度與級配料篩析級配不合格之缺失最多，各佔約64%、72%。上述缺失項目中，瀝青厚度、級配料厚度、回填砂深度、埋設深度和管示帶是屬於現場量測與目視檢查即可改進的，而級配料篩析級配亦是屬於用料檢測控管可解決的，惟有級配料壓實度需就施工與檢測技術層面謀求改進才能達到品質要求之目標。目前有
8、許多執行管溝工程之從業人員常常直接一次回填完成(80cm以上)才於接近路面頂層進行夯壓，中底層則沒有徹底的壓實，如此導致其壓實度由面層之90%驟降至底層3040%會導致其壓實度由面層之90%驟降至底層3040%，如圖3示。此種一次回填80cm以上才夯實與每15 cm分層回填夯實級配料土層之壓實程度有很大之不同，這可由圖4所示之DCP貫入試驗之”貫入深度與貫入比率”關係圖明顯看出，一次回填80cm以上者之PR值較每15 cm分層回填夯實者大很多，亦即是壓實度較差，這也說明開挖管溝發生嚴重沉陷之現象幾乎是未採用適當分層回填夯壓所致，這是目前管溝回填作業最大之缺失。底層中層面層圖3管溝深度之壓實度分
9、佈圖 圖4 不同分層夯實厚度PR值分佈圖3、研究方法本研究利用DCP對管溝開挖回填壓實後進行貫入試驗，由分析得到之”貫入深度與累積打擊次數”與 ”貫入深度與貫入比率”關係圖探討如何判讀回填夯壓土層之層位位置；並於現場開挖管溝依分層回填夯壓方式進行不同壓實程度回填施工，進行砂錐法工地密度試驗求得相對壓實度，並同時做DCP貫入試驗分析得到DCP之PR值，再由Webster4與Powell 5提出的公式CBR = 292/ PR1.12及Mr (MPa)=17.58CBR0.64推算得到CBR值和Mr值，進而瞭解回填材料之強度(壓實程度)，加以探討DCP之PR值與傳統砂錐法壓實度之相關性；最後選擇不
10、同工地，進行15、25、40、80等四種不同回填厚度，以跳躍式夯壓機(65)進行夯壓，探討分層厚度夯實對壓實度之影響。由於回填之砂石級配料性質與含水量對管溝開挖回填壓實效果有絕對性之影響，為使本研究相關之試驗達到準確性及考量符合現場砂石級配料含水量。因此，本研究皆採用符合ASHTO-M147-55規定之回填管溝砂石級配料(高雄市政府工程規範規定)，並對含水量與壓實度之相關性做初步之研究，結果顯示當含水量在5-6之間可得到較高之壓實度，如圖5所示，此與現場道路管溝回填砂石級配料含水量相近，因此本研究均使用一般工地回填砂石級配料及含水量進行試驗。圖 5含水量與壓實度關係圖4、試驗結果與分析利用DC
11、P對道路開挖管溝回填夯壓土層進行貫入試驗，依所得數據撿算分析可得”貫入深度與累積打擊次數”與 ”貫入深度與貫入比率”關係圖，如圖6及圖7所示。圖6與圖7中箭頭指示處為曲線轉折點，顯示不同回填土層介面點，由此印證DCP試驗可準確指出分層回填夯壓之層別位置。圖6之曲線回歸成一次式直線之斜率大小係表示整體回填土層之壓實程度，其斜率大小即是DCP試驗之PR值，該土層之PR值為7.3（0.7272x10），可由該值評定該土層之壓實度。由圖7得知曲線分佈範圍平均在PR值為5至11之間，顯示土層夯實程度均勻，可印證該土層係按分層回填夯壓施工之情況。由此確認DCP可用來檢測管溝回填壓實效果，並可有效地指出回填
12、土層層位之相對位置或不同層位材料之位置。圖6 DCP貫入深度-打擊次數關係圖 圖7 DCP貫入深度-貫入比率關係圖本研究於工地進行砂錐法工地密度試驗與DCP貫入試驗，得到之相對壓實度與貫入比率PR值、CBR值和Mr值如表1所示。由表得知當PR值介於2.6- 3.2間（平均2.9），其壓實度可達95%；介於5.7至6.5間（平均6.2）者，壓實度可達90%；介於8.1至9.3間（平均8.7）者，壓實度可達85%。本試驗PR值、CBR值和Mr值之變異性介於3.807.11間，試驗準確度皆在可接受範圍之內。若現場利用DCP做管溝回填壓實度撿測時，可由DCP貫入試驗所得到之PR值，再參考上述參考值判定
13、壓實程度。不同壓實度與PR、CBR、Mr值之關係如圖8至圖10所示。量測不同壓實度與PR、CBR、Mr值關係產生之標準偏差及變異性如圖11至圖13所示。G7-5表1不同壓實度施測成果土層強度指標測試值(%)測試值標準差變異性(%)123456平均PR(mm/blow)952.902.803.003.202.902.602.900.186.29906.165.806.205.706.506.706.180.355.71858.709.308.308.408.109.308.680.475.42CBR(%)9588.6192.1685.3179.3688.61100.189.036.347.119
14、038.6840.7737.8441.5735.8835.2838.342.316.048526.1024.0327.2926.9328.0524.0326.071.555.96Mr(MPa)95310.0318.0302.6288.9310335.3310.814.134.5590170.1188.6179.9191.0173.8172.0179.28.084.5185141.8134.5145.9144.6148.5134.5141.65.423.82圖8不同壓實度PR值關係圖 圖9不同壓實度CBR值關係圖圖10不同壓實度Mr值關係圖 圖11 不同壓實度PR值差異圖圖12 不同壓實度CBR
15、值差異圖 圖13 不同壓實度Mr值差異圖6圖14不同分層夯實厚度PR值本研究以15cm、 25cm、40cm與80cm回填厚度進行夯實，以DCP進行試驗結果如表2。圖14顯示不同夯實厚度貫入深度與比率關係，15cm、 25cm、40cm與80cm夯實厚度之PR值分別為3-6mm/blow、4-9mm/blow、8-15/blow、13-20/blow之間，因此管溝工程回填材料不同夯實厚度產生不同之PR值。目前有許多執行管溝工程之從業人員常常以一次回填進行夯實(80cm以上)，產生嚴重之夯實不足之問題，足以證明若未分層夯實則路面結構強度不足會產生嚴重下陷。在每15cm、 25cm、40cm與80cm不同夯實厚度之DCP檢測成果，出現不同夯實厚度，其貫入深度與累積夯打次數之比率關係有很大差異，因此使用DCP可以檢測管溝實際分層夯壓之狀況。本研究依15cm厚度夯實者其PR值
