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1、DCP評估道路基底層壓實度受土壤粗粒料含量之影響黃正忻1 林登峰2 張春和31正修科技大學土木工程系講師 2 義守大學土木與生態工程系副教授3義守大學研究所研究生暨中華顧問工程司正工程師摘要臺灣地區道路基底層壓實度目前都採用傳統的砂錐法工地密度試驗來檢測，此檢驗方式過程繁雜且耗時費力，動態圓錐貫入儀(DCP) 因操作方便且易於攜帶，目前已有採用做為輔助檢測道路基層壓實程度之作法。本文利用DCP對五種不同粗粒料含量之回填土料在三種不同程度壓實之滾壓土層進行檢測，探討粗粒料含量對DCP檢測之PR值的影響。由檢測數據分析發現相同壓實程度之土層，DCP檢測之PR值確實會受到粗粒料含量之不同而影響，於相
2、對壓實度98%之土層，粗粒料含量65%之PR值為含量0%之0.57倍。同時數據也顯示粗粒料含量越高之滾壓土層檢測之PR值的差異度較高，當含量達40%時變異度則超過10%。因此，利用DCP之PR值評估土層壓實程度時應考慮粗粒料含量，其含量應以30%以下者為宜。一、前言臺灣地區道路基底層或土木工程土石方回填施工作業，以土層必須分層回填與滾壓之工作最為費時，有時常因受到天候下雨而造成土層含水量太高而必須重新翻晒才能滾壓完成。道路基底層或土石方填土滾壓施工之壓實度目前都採用傳統的砂錐法工地密度試驗來進行檢測，此種檢驗方式過程繁雜且耗時費力。而且土層分層滾壓後需等候檢測合格後才能進行上一層之填土施工，工
3、程也常因等候檢測而嚴重影響到施工進度，工程界莫不期盼能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以克服此種窘境。目前道路基底層填土滾壓施工都採用傳統的砂錐法檢測其壓實度，此種檢驗方式過程繁雜且耗時費力，土層分層滾壓後需等候檢測合格後才進行上一層之填土施工，工程常因等候檢測而影響到施工進度，工程界莫不期盼能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以克服此種窘境，以提升道路工程回填土滾壓施工品質之控制。動態圓錐貫入儀(Dynamic Cone Penetrometer)簡稱DCP，操作方便、易於攜帶與價格便宜亦是其優勢之處，為舖面檢測技術儀器之一。交通部公路總局第三養護工程處及台
4、北市政府近年分別引進作為檢測道路路基土壤回彈模數及壓實度之輔助工具1，2，也提供檢測道路基底層之壓實度另一種方法。DCP已在美國Minnesota 州公路系統廣泛應用於量測現地基底層土壤回彈模數，同時也將DCP試驗法納入管溝工程驗收規範中3。DCP試驗法可由貫入試驗數據分析檢算成貫入深度-打擊次數與貫入深度-貫入比率(penetration ratio， PR）等關係圖形，由圖形之曲線轉折處明確指出舖面結構層位相對位置或不同層位材料之位置，且依據貫入比率亦可判斷土層材料所屬種類，並了解土層強度性質 4。還有諸多學者利用DCP檢算之PR值推算道路基底層土壤之CBR及回彈模數Mr，作為鋪面厚度設計
5、與養護管理之重要指標5，6，7，8，9。國內也有進行DCP試驗法做為道路管溝回填施工品質之研究10。可見DCP試驗法在土層壓實度之檢測是可以廣泛推廣的一種方法。二、研究動機與目的儘管DCP試驗法在美國已應用於量測現地基底層土壤回彈模數實施多年，並將納入管溝工程驗收規範中2，但有學者提出DCP在使用過程若未保持垂直，貫入棒與孔璧產生摩擦將對DCP試驗數據產生影響11，此種影響情形可於試驗過程給予捨棄重新再做，但一些影響DCP檢測值之因素或適用土層材料應詳加探討，才能讓DCP試驗法更準確應用於路基壓實度之量測上。筆者從以往之DCP貫入試驗操作過程發現，當DCP貫入土層中錐頭打擊到大顆粒石料需經打擊
6、多次方能穿過，此種情形對純細顆粒之土層與含有粗顆粒之級配料土層所得到之數據分析結果有極大之影響，純由DCP貫入試驗數據推算之PR值大小直接判斷壓實程度並不準確，應考量夯壓土層之粗粒料含量多寡的影響。假若能針對不同粗粒料含量之土源，按工程設計要求不同的壓實度模擬工地滾壓施工，由DCP貫入試驗數據分析得到之PR值，建立不同壓實程度下，不同粗粒料含量與PR值之關係圖，則日後可由工地DCP貫入試驗數據得到之PR值及該土層之粗粒料含量百分比查此關係圖，立即得到相對壓實度，如此將可克服因採用傳統砂錐法檢驗壓實度而延誤工程進度之缺點。三、試驗規劃與進行3.1試驗土樣本研究旨在探討道路基底層回填土樣粗粒料含量
7、對DCP之PR值的影響，因此選用五種接近行政院公共工程委員會公佈之一般道路基底層回填土壤級配（如表1）之土樣為研究對象12，其通過No.4篩之重量百分率約介於30%100%，土質分類屬A-2至A-6之間。土壤性質試驗包含粗細粒料篩分析、阿太堡限度、標準夯實試驗、AASHTO土壤分類系統、土壤加州承載比CBR試驗等項目。表1 公共工程委員會公佈之基底層材料之級配12試 驗 篩（）通過方孔試驗篩支重量百分率（%）ABCDEF50.0(2)10010025.0(1)75-951001001001009.5(3/8)30-6040-7550-8560-1004.75（No.4）25-5530-6035
8、-6550-8555-10070-1002.00（No.10）15-4020-4525-5040-7040-10055-1000.425（No.40）8-2015-3015-3025-4520-5030-700.075（No200）2-85-205-155-206-208-253.2 試驗工區規劃於道路施工範圍劃分五個區，每區分別鋪築回填不同粗粒料含量之土壤，每區再細分三段作為三種不同壓實程度之滾壓施工土層，共分為15個區段來進行試驗。3.3 鋪築回填與滾壓施工由選定填築土壤之土場載運分層滾壓適量土壤分別傾卸於預定之試驗區段，用刮路機按25公分鬆層厚度整平，依據不同試驗土壤最佳含水量與實際含水
9、量之差值分別灑適當的水量，再依序用震動壓路機與膠輪壓路機來回滾壓，來回滾壓次數係按不同試驗土壤及達到不同標定壓實度之滾壓施工經驗為之，滾壓後之緊密土層厚度約為20公分，依此鋪築回填與滾壓施工重複進行四次，使其回填滾壓土層厚度達80公分。不同試驗土壤使達到不同標定壓實度之滾壓次數及使用機具規劃如表2所示。表2 各種不同試驗土壤及達到不同標定壓實度之滾壓次數及使用機具規劃表壓實程度區分低壓實程度（約90%）中壓實程度（約95%）高壓實程度（約98%）備註土壤類別滾壓機械粗粒料含量（%）粗粒料含量（%）粗粒料含量（%）機械型號033354065033354065033354065震動壓路機33333
10、3333344444(自走式CA25)膠輪壓路機111113333344444(九輪)刮路機222222222233332(12G)灑(運)水車(20TON)3.4 現地試驗為探討不同壓實程度道路基底層用DCP檢測之PR值受粗粒料含量之影響，於土層滾壓妥當後，對現地之標定壓實度採用砂錐法工地密度試驗進行之， PR值係利用DCP進行貫入試驗獲取數據加以分析得之。對十五個試驗區段之每一區段各進行六組工地密度試驗與DCP貫入試驗，試驗點位依兩行三列方式平均分佈在區段內，每個試驗點位之砂錐法工地密度試驗與DCP貫入試驗約相距30公分，如圖1所示。工地密度試驗採用AASHTO T191砂錐法進行之，DC
11、P貫入試驗步驟簡要說明如下： 1.選擇適當試驗點位，並組裝DCP各組件，以螺絲栓緊之。2.將DCP前端套上新錐頭，使垂直豎立於土層面並輕槌讓錐頭稍微進入土層面表面，此時先量測下圓盤至土層面之高度並紀錄之。3.一人握住DCP上部把手，另一人提起落錘達圓桿頂部使之自由落下擊錘下圓盤， 每回擊錘次數視貫入深度而定，打擊3-9下為宜，每回擊錘後紀錄擊錘次數及利用鋁製直尺量測下陷後下圓盤至土層面之高度值。4.重覆步驟3，使錐頭貫入至預定深度，再將DCP桿拔出，完成一個點位貫入試驗。5.貫入試驗過程錐頭遇有大石塊阻擋無法穿越時，則於側旁重新進行之。6.貫入試驗完成後進行分析。 圖1 工地密度試驗與DCP貫
12、入試驗相關位置圖四、試驗結果與分析4.1回填土壤性質分析本研究選取之試驗土壤分別為沉泥質粘土（A-6）、含風化卵礫石之沉泥質黏土（A-4）、含風化卵礫石之黏土質沉泥（A-2-6）及黏土質礫石土壤（A-2-4）；通過 #4篩重量百分比分別為100%、67%、64%、60%、35%，亦即粗粒料含量各為0%、33%、36%、40%、65%等五種土樣；90%、95%及98%最大乾密度之CBR值介於5.5 % 62.5%之間；均屬路基回填工程可用之土樣。其他物理性質如表3所示。土樣篩分析曲線如圖2所示。表3 五種試驗土壤之物理性質性質項目 土壤類別粗粒料含量0 %33 %36 %40 %65 %平均土壤
13、比重Gs2.742.712.742.652.68土壤最大乾密度（g/cm3）1.952.062.041.942.12土壤最佳含水量（%）:12.510.011.111.17.0CBR（%）90%6.35.518.09.522.295%8.512.026.117.545.098%10.618.033.222.062.5過篩重量百分比 （%） 過 1篩100.090.082.095.071.0過3/8篩100.075.069.072.043.0過 #4篩100.067.064.060.035.0過#10篩99.059.059.052.027.0過#40篩96.053.048.144.021.0過#
14、200篩77.646.1.35.631.817.8過#40篩之土料性質液性限度(L.L)36.627.424.740.028.0塑性指數(PI)16.07.94.313.08.6材料主要組成黃黑色沉泥質粘土土壤黃黑色沉泥質黏土與風化卵礫石混合黃色沉泥質黏土與風化卵礫石混合灰黑色黏土質沉泥與卵礫石混合黑色黏土質礫石土壤依試驗結果，判別土樣分類A-6A-4A-4A-2-6A-2-4圖2 五種試驗土壤之篩分析曲線圖4.2 DCP貫入試驗與工地密度試驗之結果 本研究對五種不同粗粒料含量土樣在三種不同壓實程度之每一試驗區各進行六個點位之DCP貫入試驗與工地密度試驗，每個點位貫入試驗深度約在45公分至60公分之間。五種不同粗粒料含量土樣在三種不同壓實程度滾壓施工之工地密度試驗相對壓實度如表4所列，三種不同壓實程度之相對壓實度分別為92%、96%及98%，本文就以92%、96%及98%壓實度代表此三種不同壓
