土壤力學實驗 試驗十二 夯實試驗 楊全成 編著

試驗規範ASTM D698-91， D1557-91， D2168-90 AASHTO T99-94， T180-93， T224-86 試驗十二 夯實試驗 試驗規範ASTM D698-91， D1557-91， D2168-90 AASHTO T99-94， T180-93， T224-86

(一)試驗目的 夯實試驗(Compaction Test)係用以測定土壤含水量與乾土單位重間之關係，進而決定最大乾單位重及最佳含水量作為填土工程之壓實控制之依據。

(二)試驗說明 普諾特夯實理論 土壤之夯實理論為美國普諾特(Proctor)氏於1933年首先提出，確立了填土工程品質管制之施工規範，故土壤之夯實理論稱為普諾特夯實理論，茲介紹如下：

土壤之緊密程度以乾單位重之大小表示之，土壤於不同含水量下，以規定之夯實儀器加以夯實，則可繪製以含水量為橫座標，以乾單位重為縱座標之夯實曲線。

最初含水量較小時乾單位重亦較小，當含水量慢慢增加時乾單位重亦慢慢增加，而達至最大之乾單位重，又稱為最大乾密度(Maximum Dry Density)，而所對之含水量稱為最佳含水量(Optimum Moisture Content)簡稱O.M.C.。最後含水量較大時乾單位重不再增加而慢慢變小。

夯實曲線與無空氣孔隙曲線

如此數點w與γd即可繪製夯實曲線，一般為二次或三次拋物線，進而得到最佳含水量O.M.C.及最大乾單位重或稱最大乾密度(γd)max。 以美國微軟(Microsoft)Office之Excel軟體，二至三次多項式求解極值方法，以夯實試驗之最佳含水量求解為例：

當Gs與γw固定時，無空氣孔隙之乾單位重為含水量之函數：γd'=f(w)此函數曲線稱為無空氣孔隙曲線(Zero Air Void Curve)。無空氣孔隙曲線為一理想之曲線，當夯實曲線含水量較大時，其情況較接近無空氣狀態，夯實曲線與無空氣孔隙曲線較接近。

其中： W=夯實濕土樣重量。 V=夯實試體模體積。 γm=夯實土樣濕單位重。 w =含水量。 γd=夯實土樣乾單位重。 (γd)max=最大乾單位重或稱最大乾密度。 γd'=無空氣孔隙之乾單位重。

夯實作力(Compaction Energy Per Unit Volume)為單位體積之夯實能量，依夯實作力之大小分標準夯實試驗與改良夯實試驗兩種，同一土壤低夯實作力之最佳含水量較高夯實作力為大，低夯實作力之最大乾單位重較高夯實作力為小。

夯實的效用有： 1.增加土壤密度，進而加強土壤的承載力及抗剪強度。 2.夯實後土壤緊密堅實，可以減少水份滲入。 3.土壤孔隙減少，未來填土構造物之含水量變化較小。

夯實的效用有： 4.土壤承載力均勻，不易發生不均勻沉陷量，以免影響 上面的構造物。 5.使土壤的膨脹性、壓縮性及滲透性減少至最低程度。

土壤之夯實特性： 夯實作用在含水量低於O.M.C.下進行者，稱為乾側夯實；含水量高於O.M.C.時則稱濕側夯實。 夯實為最重要的土壤穩定法，隨著夯實能量與夯壓時所加的拌和水量的不同，夯實後的土壤性質亦不相同。

夯實對土壤力學的影響，計有下列各種： (a)夯實對土壤結構的影響 1.用低能量夯實時，含水量與土壤單位重之曲線較平 緩，在相同含水量下，到達O.M.C.之間隔比高能量夯 實大，在施工時容許較低的精確度。 2.乾側的夯實土壤結構，較易變形。

(b)夯實對土壤滲透性的影響 乾側夯實土壤的滲透性大，最大滲透性在O.M.C.附近發生，過了此點以後，滲透性隨著含水量的增加而降低。

(c)夯實對壓縮性與回脹性的影響 1.乾側夯實土壤的壓縮性比濕側小。乾側夯實土壤比濕側 夯實土壤回脹大。 2.乾側夯實土壤的壓密速度比濕側快。

(d)夯實對剪力強度及孔隙壓力的影響 1.乾側夯實土壤剪力強度較濕側夯實土壤大，最大剪力強 度發生於O.M.C.。 2.在濕側揉壓式夯實所得之剪力強度較靜壓式夯實所得者 小，但於乾側則無多大差別。

以爐石為基底層材料工程用震動壓路機滾壓，以爐石為基底層材料需注意日後施工之膨脹破壞，此問題尚待研究解決。

土壤之標準夯實試驗 註：AASHTO C、D法及ASTM D法，需置換大於19mm至50mm之粗料成4.75mm至19mm之細礫石料。

土壤之改良夯實試驗 註：AASHTO C、D法及ASTM D法，需置換大於19mm至50mm之粗料成4.75mm至19mm之細礫石料。

(三)試驗儀器 夯 實 模：金屬製之空心圓柱體，其上有一可與之裝御之 套模，其下有固定之底鈑，有直徑10及15cm兩 種。 夯 錘：係金屬製直徑50mm之圓柱形鐵錘。 磅 秤：秤量12kg，精度2g及秤量100g，精度0.01g各一。 (三)試驗儀器

烘 箱：能自動控制溫度110±5ºC之恆溫烘箱。 三 角 鐵：長度至少25cm，用以刮修夯實模之頂面土樣。

篩 ：3/4吋(19.0mm)及#4篩(4.75mm)各一。 拌和器具：利用人工拌和或拌和機。 噴 水 器：用以噴灑水份於土樣以供拌和。

筒模及夯錘

土壤拌和機

恆溫烘箱

筒模及夯錘

自動夯打機

精度0.01g之電子秤_稱濕土重

秤夯實土重之之電子秤_精度1g

電子秤

夯實設備

夯實儀器

土壤拌和機

夯實儀器

夯實試驗之標準普諾特夯實試驗I法與為改良諾特夯實試驗II法。 標準普諾特夯實試驗與為改良諾特夯實試驗

夯實試驗之土樣依土壤種類之不同，於夯打前先作濕潤之準備工作，其濕潤停放時間，如下表所示。[CNS 11777(A3252)] 土壤之夯實土樣濕潤停放時間

(四)試驗步驟 夯實試驗流程圖

夯實試驗流程圖

土樣加水6、9、12、15、18%

加水拌和試體

土壤夯實中

土壤夯實中(夯鎚落距45公分)

求平均含水量及乾單位重

夯實試驗試驗影片

土粒比重、孔隙比、孔隙率及飽和度試驗 有塞比重瓶，50cm3及100cm3兩種：適合土粒小於#4篩以下者，瓶塞中央穿孔以利空氣與水之排出，50cm3比重瓶取土樣10g，100cm3比重瓶取樣25g。

土粒比重、孔隙比、孔隙率及飽和度試驗 比重試驗示圖

(五)試驗用表及結果整理範例 夯實試驗實例 例題 某土樣之標準普諾特(Proctor)夯實試驗之數據如下表所示，試繪製夯實曲線，並求出最佳含水量O.M.C.及最大乾單位重。若該土壤之土粒比重為2.65，試繪製無空氣孔隙曲線。

夯實試驗含水量與乾單位重密度

【解答】 以Excel計算最佳含水量(OMC)等分析工作時，儘量以三次方程式做迴歸分析且小數點五位，可使最佳含水量與最大乾單位重結果在99%以上之精確度。

夯實曲線

Test12.xls應用說明:

Test12.xls應用說明: =(-L15-SQRT(L15*L15-4*I15*O15))/2/I15 單位重計算 y = 3E-05x3 - 0.0037x2 + 0.0747x + 1.4009 y= 3.00E-05 x 3 -0.0037 2 0.0747 1 1.4009 y'= 0.00009 -0.0074 x= 11.78 ymax= 1.816 =(-L15-SQRT(L15*L15-4*I15*O15))/2/I15 =I14*POWER(I16,3)+L14*POWER(I16,2)+O14*I16+R14

注意安全_拌到手掌?

(六)試驗問題

(七)試驗討論問題 1.夯實試驗如何求得最佳含水量? 此最佳含水量如何應用?( 工地及CBR試驗) 1.夯實試驗如何求得最佳含水量? 此最佳含水量如何應用?( 工地及CBR試驗) 2.夯實試驗如何求最大乾單位重? 此最大乾單位重如何應用? 3.計算無空氣乾單位重需土粒比重， 該數據如何得知? 4.用Excel繪夯實曲線如何正確求出最加含水量及最大乾單位 重? 5.如何用Excel軟體將夯實曲線及無空氣孔隙乾單位重曲線繪 於同一張圖上?

敬請指教