大地工程原理 第六章 土壤夯實.

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1 大地工程原理 第六章 土壤夯實

2 土壤夯實 6.1 概述 6.2 夯實── 基本原理 6.3 標準Proctor 夯實試驗 6.4 影響夯實的因素 6.5 修正Proctor 夯實試驗 6.6 經驗關係 6.7 夯實黏土之構造 6.8 夯實對黏土性質之影響 6.9 工地夯實 第六章 土壤夯實 第151頁

3 土壤夯實 6.10 工地夯實之施工規範 6.11 工地夯實單位重之量測 6.12 有機土與廢棄物之夯實 6.13 土壤做為夯實材料之評估 6.14 特殊夯實技術 6.15 總結與評論 第六章 土壤夯實 第151頁

4 6.1 概述 在構築公路土堤、土壩，以及其他工程結構時，疏鬆的土壤必須夯實以增加其單位重。夯實可以增加土壤強度特性，進而增加建築於其上的基礎承載值。夯實也能夠減少對結構物不利的沉陷量和增加土堤邊坡的穩定度。光滑、羊腳、膠輪和振動輥是工地所常見的土壤夯實機具。振動輥（vibratory rollers）主要用於顆粒性土壤之振實。振動柱（vibroflot）是對深層顆粒性土壤進行夯實之用。這種土壤夯實的方法稱之為震動揚實法（vibroflotation）。本章將詳述室內與工地土壤夯實之原理。 第六章 土壤夯實 第152頁

5 6.2 夯實―基本原理 一般而言，夯實是指將土壤中的空氣移除，來增加其密實度，此一過程需要機械能量。土壤夯實的程度是以其乾單位重來量測。在夯實的過程中加水，做為土壤顆粒之軟化劑。透過顆粒間相互滑動而使得土壤之組構更緊密。夯實後之土壤乾單位重最初會隨著含水量而增加（參見圖6.1）。 第六章 土壤夯實 第152頁

6 6.2 夯實――基本原理 濕 單 位重 ，γ 含水量，w 土壤固體 水 圖6.1 夯實原理 第六章 土壤夯實 第153頁 圖6.1

7 6.3 標準Proctor夯實試驗 直徑 延伸環 落距＝ 304.8mm 夯錘重＝2.5 kg 直徑
圖6.2 標準Proctor 夯實試驗裝置：(a) 夯模；(b) 夯錘 第六章 土壤夯實 第155頁 圖6.2(a)&(b)

8 6.3 標準Proctor夯實試驗 圖6.2 標準Proctor 夯實試驗裝置： (c) 試驗裝置照片（Braja M. Das,Henderson, Nevada 提供） 第六章 土壤夯實 第155頁 圖6.2(c)

9 6.3 標準Proctor夯實試驗 零空氣孔隙曲線 （Gs = 2.69） 乾 單 位 重 ， d （kN/m3） 最大γd 最佳含水量
含水量，w （%） 圖6.3 粉質黏土標準Proctor 夯實試驗結果 第六章 土壤夯實 第156頁 圖6.3

10 6.3 標準Proctor夯實試驗 若已知含水量（w）與飽和度（S），則夯實後土壤之乾單位重可用以下方法計算：根據第3 章（公式(3.17)），對任何土壤而言， 其中Gs＝土壤固體之比重 γw ＝水單位重 e ＝孔隙比 第六章 土壤夯實 第154頁

11 6.3 標準Proctor夯實試驗 而根據公式(3.19)， 或 因此， (6.3) 第六章 土壤夯實 第 頁

12 6.3 標準Proctor夯實試驗 在一固定的含水量下，最大之土壤乾單位重，理論上可以考慮是孔隙中沒有空氣的情況來計算── 也就是說，當飽和度為100% 的時候。所以，在一固定的含水量下，土壤孔隙中沒有空氣時之最大乾單位重可用公式(6.3)，設定S=1 來計算，也就是 其中γzav = 零空氣孔隙（zero-air-void）時土壤之單位重。 (6.4) 第六章 土壤夯實 第 頁

13 6.4 影響夯實的因素 含水量對土壤能被夯實的程度有很大的影響。除了含水量外，其他能影響夯實的因素包括：土壤類別與夯實能量（單位體積所受之夯實能量）。 第六章 土壤夯實 第157頁

14 土壤類別的影響 土壤類別── 也就是粒徑分布、土粒形狀、土壤固體之比重，以及土壤中所有黏土礦物的類別與數量── 對於土壤之最大乾單位重與最佳含水量都有重大的影響。圖6.4 顯示用四種土壤所得到的典型夯實曲線。這些試驗是根據ASTM 試驗標準序號D-698 程序所執行的。 第六章 土壤夯實 第157頁

15 土壤類別的影響 砂質粉土 粉質黏土 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3） 高塑性黏土 不良級配砂土 含水量，w （%）
圖6.4 四種土壤典型之夯實曲線（ASTM D-698） 第六章 土壤夯實 第158頁 圖6.4

16 土壤類別的影響 A型――鐘型 B型――一個半顛峰 乾單位重 乾單位重 含水量 含水量 圖6.5 土壤夯實曲線型態
圖6.5 土壤夯實曲線型態 第六章 土壤夯實 第159頁 圖6.5(a)&(b)

17 土壤類別的影響 D型――怪異型 C型――雙峰 乾單位重 乾單位重 含水量 含水量 圖6.5 土壤夯實曲線型態
圖6.5 土壤夯實曲線型態 第六章 土壤夯實 第159頁 圖6.5(c)&(d)

18 夯實能量的影響 在6.3 節中所述標準Proctor 夯實試驗對每一單位體積之土壤所施加的夯實能量，可用以下公式來表示： 或使用SI 單位，
(6.5) 第六章 土壤夯實 第 頁

19 夯實能量的影響 第六章 土壤夯實 第160頁 圖6.6 零空氣孔隙曲線（Gs = 2.7） 最佳含水量曲線 4 50打擊 乾 數層 單 位
重 ， γd （kN/m3） 3 30打擊 數／層 2 25打擊 數／層 1 20打擊 數／層 含水量，w(%) 砂質黏土：液性限度 = 31 塑性限度 =26 圖6.6　 夯實能量對砂質黏土之影響 第六章 土壤夯實 第160頁 圖6.6

20 夯實能量的影響 從圖6.6，我們可以看出： 當夯實能量增加時，最大乾單位重也隨著增加。 當夯實能量增加時，最佳含水量會做相當程度的降低。
第六章 土壤夯實 第160頁

21 6.5 修正Proctor夯實試驗 第六章 土壤夯實 第161頁 圖6.7

22 6.5 修正Proctor夯實試驗 第六章 土壤夯實 第162頁 表6.1

23 例題 6.1 下表列舉標準Proctor 夯實試驗結果： 決定夯實土壤之最大乾單位重與最佳含水量。
例題 6.1 下表列舉標準Proctor 夯實試驗結果： 決定夯實土壤之最大乾單位重與最佳含水量。 計算並為飽和度S = 80、90 和100%（也就是γzav ）時畫出對γd含水量之曲線。已知Gs = 2.7。 第六章 土壤夯實 第165頁

24 例題 6.1－解(a) 以下表做解答： 第六章 土壤夯實 第165頁

25 例題 6.1－解(a) 圖6.8 底部顯示γd對w之曲線。根據本圖，我們可以看出最大乾單位重γd (max) = kN/m3，而最佳含水量是14.4%。 第六章 土壤夯實 第166頁

26 例題 6.1－解(a) 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3） 含水量，w(%) 圖6.8 含水量－單位重曲線
圖6.8 含水量－單位重曲線 第六章 土壤夯實 第166頁 圖6.8

27 例題 6.1－解(b) 根據公式(6.3)， 第六章 土壤夯實 第166頁

28 例題 6.1－解(b) 以下表做解答： 圖6.8 也顯示不同飽和度下γd對w之曲線。 第六章 土壤夯實 第166頁

29 例題 6.2 一土壤之特性如下： 使用公式(6.6) 與(6.7)，估算修正Proctor 夯實試驗所得之最大夯實乾密度與最佳含水量。
Gs=2.6 通過40 號篩土壤之液性限度= 20 停留在4 號篩土壤之百分比= 20 使用公式(6.6) 與(6.7)，估算修正Proctor 夯實試驗所得之最大夯實乾密度與最佳含水量。 第六章 土壤夯實 第167頁

30 例題 6.2 －解 根據公式(6.6)， 第六章 土壤夯實 第167頁

31 例題 6.2 －解 根據公式(6.7)， 第六章 土壤夯實 第167頁

32 例題 6.3 一砂土其通過200 號篩細料之含量為4%，估計此砂土使用修正Proctor 夯實試驗可得到之最大相對密度。已知D50=1.4 mm。 第六章 土壤夯實 第167頁

33 例題 6.3 －解 修正Proctor 夯實試驗，E = 2,696 kN-m/m3。 根據公式(6.9)， 從公式(6.10)，
從公式(6.8)， 第六章 土壤夯實 第 頁

34 例題 6.4 一粉土質黏土其LL=43，而PL=18。估計使用修正Proctor 夯實試驗針對此土壤做夯實可得到最大之乾單位重。使用公式(6.14)。 第六章 土壤夯實 第168頁

35 例題 6.4 －解 修正Proctor 夯實試驗，E = 2,696 kN-m/m3。 從公式(6.15) 與(6.16)，
第六章 土壤夯實 第168頁

36 例題 6.4 －解 從公式(6.13)， 從公式(6.14)， 第六章 土壤夯實 第168頁

37 6.7 夯實黏土之構造 高夯實能量 夯實 密 度 低夯實能量 夯實含水量
6.7　夯實黏土之構造 高夯實能量 夯實 密 度 低夯實能量 夯實含水量 圖6.9 夯實對黏土結構之影響（根據Lambe, 1958a 重繪。ASCE 授權） 第六章 土壤夯實 第169頁 圖6.9

38 6.7 夯實黏土之構造 第六章 土壤夯實 第170頁 圖6.10 平行 平行 顆 粒 排 列 （%） 混亂 乾 單 位 重 ， γd
6.7　夯實黏土之構造 平行 平行 顆 粒 排 列 （%） 混亂 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3） 圖6.10 　波士頓藍黏土在不同含水量下顆粒排列方向的變化（根據Lambe, 1958a。ASCE 授權） 夯實含水量（%） 高夯實能量 低夯實能量 第六章 土壤夯實 第170頁 圖6.10

39 6.8 夯實對黏土性質之影響 第六章 土壤夯實 第171頁 圖6.11 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3） 水 力 傳 導 性 ， k
6.8　夯實對黏土性質之影響 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3） 水 力 傳 導 性 ， k （cm/sec） 含水量（%） 含水量（%） 透水的過程中看得出夯實土含水量與單位重之改變 圖6.11 夯實對黏土水力傳導之影響（根據Lambe, 1958b 重繪。ASCE 授權） 第六章 土壤夯實 第171頁 圖6.11

40 6.8 夯實對黏土性質之影響 在乾於最佳含水量下夯實或非擾動試體 在乾於最佳含水量下夯實或非擾動試體 孔 隙 比 ， e 孔 隙 比 ， e
6.8　夯實對黏土性質之影響 在乾於最佳含水量下夯實或非擾動試體 在乾於最佳含水量下夯實或非擾動試體 孔 隙 比 ， e 孔 隙 比 ， e 在濕於最佳含水量下夯實或重模試體 在濕於最佳含水量下夯實 或重模試體 壓力（自然比例） 壓力（對數比例） (a) 低壓力壓密 (b) 高壓力壓密 圖6.12 夯實對黏土單向度壓縮性之影響（根據Lambe, 1958b 重繪。ASCE 授權） 第六章 土壤夯實 第172頁 圖6.12

41 6.8 夯實對黏土性質之影響 乾 單 位 重 ， kN/m3 軸 向 應 力 ， kN/m2 含水量（%） 軸向應變（%）
6.8　夯實對黏土性質之影響 乾 單 位 重 ， kN/m3 軸 向 應 力 ， kN/m2 含水量（%） 軸向應變（%） 圖6.13 粉質黏土夯實試體之無圍壓縮試驗 第六章 土壤夯實 第173頁 圖6.13

42 6.8 夯實對黏土性質之影響 受濕潤 而膨脹 因脫水 而收縮 體 乾 積 單 變 位 化 重 (%) 含水量（%） 含水量（%）
6.8　夯實對黏土性質之影響 受濕潤 而膨脹 因脫水 而收縮 體 積 變 化 (%) 乾 單 位 重 含水量（%） 含水量（%） 圖6.14 膨脹性黏土之收縮與膨脹特性 第六章 土壤夯實 第173頁 圖6.14

43 6.9 工地夯實 工地夯實大部分利用輥式機具。最常用的四種輥式機具為： 光滑輥（或光滑圓筒輥）。 氣壓膠輪輥。 羊腳輥。 振動輥。
6.9　工地夯實 工地夯實大部分利用輥式機具。最常用的四種輥式機具為： 光滑輥（或光滑圓筒輥）。 氣壓膠輪輥。 羊腳輥。 振動輥。 第六章 土壤夯實 第172頁

44 6.9　工地夯實 第六章 土壤夯實 第174頁 圖6.15

45 6.9　工地夯實 第六章 土壤夯實 第174頁 圖6.16

46 6.9　工地夯實 第六章 土壤夯實 第175頁 圖6.17

47 6.9　工地夯實 振動器 偏心轉動重錘 偏心轉動重錘 振動器 圖6.18 振動輥之原理 第六章 土壤夯實 第175頁 圖6.18

48 6.9　工地夯實 第六章 土壤夯實 第175頁 圖6.19

49 6.9 工地夯實 含水量= 17.8% 含水量= 11.6% 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3）
6.9　工地夯實 含水量= 17.8% 含水量= 11.6% 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3） 圖6.20 粉質黏土之成長曲線── 乾單位重與84.5 kN 三輪式輥輪夯壓機具通過次數之關係，土壤是在不同含水量下，以每層229 mm 鬆鋪土厚度加以夯實〔取自Highway Research Bulletin 272, Highway Research Board, National Research Council, Washington, D.C., 1960, Figure 15, p. 23，所刊登使用三輪動力夯實機所做現場全尺寸試驗結果（Full-Scale Field Test on 3-Wheel Power Rollers）修改。交通研究委員會授權複製〕 夯壓機通過次數 粉質黏土：液性限度= 43 塑性指數= 19 第六章 土壤夯實 第176頁 圖6.20

50 6.9 工地夯實 夯壓機 通過次數 夯壓機通過 5 次後之夯實 深度(m) 深度(m) 深度(m) 乾單位重，γd(kN/m3)
6.9　工地夯實 夯壓機 通過次數 夯壓機通過 5 次後之夯實 深度(m) 深度(m) 深度(m) 乾單位重，γd(kN/m3) 相對密度，Dr(%) 相對密度，Dr(%) 圖6.21 (a) 砂土之振動夯實── 乾單位重與夯壓機具通過次數之關係；總鋪土厚度= 2.44 m；(b) 以夯壓機具通過5 次達到75% 以上之相對密度來估算鋪土厚度（根據D’Appolonia, Whitman and D’Appolonia, 1969。ASCE 授權） 第六章 土壤夯實 第177頁 圖6.21

51 6.10　工地夯實之施工規範 在大部分的土方施工規範中，營造廠所得到的指示，是在工地將土壤夯實到根據室內標準或修正Proctor 夯實試驗所得最大夯實乾密度之90 到95%。這是一種相對密實的施工規範（relative compaction, R），其定義為 其中R = 相對密實。 (6.19) 第六章 土壤夯實 第177頁

52 6.10　工地夯實之施工規範 在夯實顆粒性土壤時，有時是以所要求之相對密度Dr 或相對密實來定規格。相對密度與相對密實不可混為一談。在第3 章中，我們定義 (6.20) 第六章 土壤夯實 第177頁

53 6.10 工地夯實之施工規範 將公式(6.19) 與(6.20) 相比，我們可以看出 其中 (6.21) (6.22)
6.10　工地夯實之施工規範 將公式(6.19) 與(6.20) 相比，我們可以看出 其中 (6.21) (6.22) 第六章 土壤夯實 第178頁

54 6.10 工地夯實之施工規範 最佳含水量曲線 乾 單 位 重 ， γd 含水量，w 圖6.22 最經濟之夯實狀況
6.10　工地夯實之施工規範 最佳含水量曲線 乾 單 位 重 ， γd 含水量，w 圖6.22 最經濟之夯實狀況 第六章 土壤夯實 第178頁 圖6.22

55 6.11 工地夯實單位重之量測 在工地夯實的過程中，知道土壤夯實之單位重是否已達到要求的規格非常有用。工地量測夯實土單位重的標準程序包括：
6.11　工地夯實單位重之量測 在工地夯實的過程中，知道土壤夯實之單位重是否已達到要求的規格非常有用。工地量測夯實土單位重的標準程序包括： 砂錐法（sand cone method）。 橡皮氣球法（rubber balloon method）。 同位素法（nuclear method）。 以下是對這些方法的簡述。 第六章 土壤夯實 第179頁

56 砂錐法（ASTM 標準序號D-1556） 第六章 土壤夯實 第180頁 圖6.23

57 砂錐法（ASTM 標準序號D-1556） 瓶子 渥太華砂土 閥 金屬板 錐斗 填滿渥太華砂土之挖孔 圖6.24 使用砂錐法做工地單位重之量測
圖6.24 使用砂錐法做工地單位重之量測 第六章 土壤夯實 第180頁 圖6.24

58 橡皮氣球法（ASTM 標準序號D-2167） 橡皮氣球法與砂錐法相似；挖一個小洞，然後測得挖出土壤之濕重與含水量。但是，孔洞之體積是將裝水之橡皮氣球從一個體積標定之容器中擠入孔洞，從橡皮氣內水的體積變化來推算孔洞的體積。夯實土壤之乾單位重可用公式(6.27) 來決定。圖6.25 顯示一個與橡皮氣球配合使用，體積標定之容器。 第六章 土壤夯實 第181頁

59 橡皮氣球法（ASTM 標準序號D-2167） 第六章 土壤夯實 第181頁 圖6.25

60 同位素法 同位素密度儀是量測夯實土壤之乾單位重常用的方法。密度儀可以從地表或在鑽孔中使用。它使用一同位素放射源。同位素會發出Gamma 射線，此Gamma 射線穿過夯實土壤而反射至密度儀之感測器。在反射的過程中緊密土壤會比疏鬆土壤吸收更多放射線。因此，同位素密度儀根據所接受到Gamma射線的多寡來決定，單位體積內之濕土重與單位體積內所含之水重。夯實土之乾單位重即是將單位體積內濕土重中減掉所含之水重。圖6.26 顯示一同位素密度儀照片。 第六章 土壤夯實 第182頁

61 同位素法 第六章 土壤夯實 第182頁 圖6.26

62 例題 6.5 下表是黏質粉土在實驗室內夯實的結果。 第六章 土壤夯實 第182頁

63 例題 6.5 以下是在工地量測單位重之試驗結果： 決定： 標定所得渥太華砂土之乾單位重= 1,570 kg/m3
例題 6.5 以下是在工地量測單位重之試驗結果： 標定所得渥太華砂土之乾單位重= 1,570 kg/m3 標定所得填滿錐斗所需渥太華砂土之質量= kg 瓶+ 錐斗+ 砂土（使用前）之總重= 7.59 kg 瓶+ 錐斗+ 砂土（使用後）之總重= 4.78 kg 從孔洞中取出土壤之濕重= kg 從孔洞中取出土壤之含水量= 10.2% 決定： 工地夯實土之乾單位重。 工地夯實土之相對密實度。 第六章 土壤夯實 第 頁

64 例題 6.5－解(a) 在工地， 第六章 土壤夯實 第183頁

65 例題 6.5－解(a) 所以， 第六章 土壤夯實 第183頁

66 例題 6.5－解(b) 實驗室夯實試驗曲線之結果顯示於圖6.27。由此圖，我們可以看出d(max) = 19 kN/m3，所以根據公式(6.19)， 第六章 土壤夯實 第 頁

67 例題 6.5－解(b) 圖6.27 實驗室夯實試驗結果曲線 第六章 土壤夯實 第184頁 圖6.27

68 例題 6.6 一土壤，其試驗室夯實試驗結果如下： 第六章 土壤夯實 第184頁

69 例題 6.6 土壤在工地夯實後，在五個不同地點進行砂錐法試驗（控制試驗）。以下是試驗結果： 第六章 土壤夯實 第184頁

70 例題 6.6 施工規範要求： 使用必要之計算來決定控制試驗是否通過施工規範。 d 必須最少0.95d(max)。
例題 6.6 施工規範要求： d 必須最少0.95d(max)。 含水量w應該在wopt 的2% 之內。 使用必要之計算來決定控制試驗是否通過施工規範。 第六章 土壤夯實 第184頁

71 例題 6.6－解 從公式(6.4)， 第六章 土壤夯實 第185頁

72 例題 6.6－解 已知：Gs = 2.72。現在可以列出下表。 第六章 土壤夯實 第185頁

73 例題 6.6－解 圖6.28 展示d 及 zav 與含水量w之關係。從此圖可以看出： 第六章 土壤夯實 第185頁

74 例題 6.6－解 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3） 地點 含水量(%) 圖6.28 第六章 土壤夯實 第185頁 圖6.28

75 例題 6.6－解 根據施工規範， d必須最少0.95d(max) = (0.95)(17.4) = kN/m3，而含水量需在16.8%  2% = 14.8% 至18.8% 之間。此區域展示於圖6.28。為控制試驗，可以列出下表。 第六章 土壤夯實 第186頁

76 例題 6.6－解 控制試驗結果也畫入圖6.28。根據此圖，地點1 與2 之試驗應該符合施工規範。地點3 介於符合施工規範與否之邊界。同時注意地點5 之試驗有錯誤，因為試驗結果落在零空氣孔隙曲線的上面。 第六章 土壤夯實 第186頁

77 6.12 有機土與廢棄物之夯實 第六章 土壤夯實 第187頁 圖6.29 混合試體── 烘乾 天然試體── 烘乾 混合試體── 風乾 最 大
6.12　有機土與廢棄物之夯實 混合試體── 烘乾 天然試體── 烘乾 混合試體── 風乾 最 大 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3） 烘乾 風乾 有機物含量（%） 圖6.29 夯實土最大乾單位重隨有機含量之改變（根據Franklin, Orozco, and Semrau, 1973。ASCE 授權） 第六章 土壤夯實 第187頁 圖6.29

78 6.12 有機土與廢棄物之夯實 最 佳 含 水 量 （％） 有機含量（%） 烘乾 風乾
6.12　有機土與廢棄物之夯實 最 佳 含 水 量 （％） 有機含量（%） 烘乾 風乾 圖6.30 夯實土最佳含水量隨有機含量之改變（根據Franklin, Orozco, and Semrau, 1973。ASCE 授權） 第六章 土壤夯實 第188頁 圖6.30

79 6.12 有機土與廢棄物之夯實 最 大 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3） 有機含量（%） 紅棕樹皮 米殼碎屑 汙水泥漿
6.12　有機土與廢棄物之夯實 最 大 乾 單 位 重 ， γd （kN/m3） 有機含量（%） 紅棕樹皮 米殼碎屑 汙水泥漿 圖6.31 土壤與有機材料混合物之最大乾單位重與有機含量之關係。（資料來源：“The Effect of Organic Content on Soil Compaction,” by J. Lancaster, R. Waco, J. Towle, and R. Chaney, In Proceedings, Third International Symposium on Environmental Geotechnology, p. 159。 經作者核准使用） 第六章 土壤夯實 第189頁 圖6.31

80 6.12 有機土與廢棄物之夯實 紅棕樹皮 米殼碎屑 汙水泥漿 有機含量（%） 最 佳 含 水 量 （％）
6.12　有機土與廢棄物之夯實 紅棕樹皮 米殼碎屑 汙水泥漿 有機含量（%） 最 佳 含 水 量 （％） 圖6.32 土壤與有機材料混合物之最佳含水量與有機含量之關係。（資料來源：“The Effect of Organic Content on Soil Compaction,” by J. Lancaster, R. Waco, J. Towle, and R. Chaney, In Proceedings, Third International Symposium on Environmental Geotechnology, p. 159。經作者核准使用） 第六章 土壤夯實 第189頁 圖6.32

81 6.12　有機土與廢棄物之夯實 第六章 土壤夯實 第190頁 表6.2

82 6.13 土壤做為夯實材料之評估 第六章 土壤夯實 第190頁 表6.3

83 6.14　特殊夯實技術 許多為土壤在現場做深層夯實方法已被研發出來，這些方法常用來做大規模的夯實。這些方法中比較常用的有振動揚實法（vibroflotation）、動力夯實法（dynamic compaction）與開炸法（blasting）。以下將詳述這些方法。 第六章 土壤夯實 第191頁

84 振動揚實法 振動揚實法是一種在現地使用，可以將厚層疏鬆之顆粒性土壤夯實的技術。它是在1930 年代於德國發展出來，10 年後首度於美國使用此工法與設備。施工的方法如圖6.33 所示，主要設備是一個約2.1 m 長之震沖棒（Vibroflot）〔也稱之為震動器（vibrating unit）〕。震動器內部裝有一偏心重錘以產生離心力，使得震動器在水平方向震動。震動器為中空，上下都有開口以便安裝噴水器。震動器後方接裝延伸管。 第六章 土壤夯實 第191頁

85 振動揚實法 第六章 土壤夯實 第192頁 圖6.33 供電裝置 水幫浦 延伸管 振動周圍因密度增加而產生的圓柱形空間由地表放料回填 振動裝置
單一震衝棒所造成之圓柱形夯實區域 圖6.33 振動揚實機具（根據Brown, 1977。ASCE 授權） 第六章 土壤夯實 第192頁 圖6.33

86 振動揚實法 振動揚實之施工程序可以分成以下四步驟（圖6.34）： 步驟1：打開震動器下方之噴水器，同時讓震動器慢慢被置入土中。
步驟2：噴水讓土壤液化，震動器因此能持續沉入地下。 步驟3：顆粒性材料由上部開口倒入震動器中。轉將震動器上方之噴水器打開。水將加入之顆粒性材料在震動器中向下沖。 步驟4：將震動器緩慢向上升約0.3 m，然後震動大約30 秒鐘。 第六章 土壤夯實 第191頁

87 振動揚實法 步驟1 步驟2 步驟3 步驟4 圖6.34 振動揚實施工程序（根據Brown, 1977。ASCE 授權）
第六章 土壤夯實 第193頁 圖6.34

88 振動揚實法 第六章 土壤夯實 第193頁 表6.4

89 振動揚實法 圖6.35 針對支柱基礎（(a)、(b)、(c) 及(d)）及大面積(e) 土壤做振動揚實時典型震動器間距之排列
第六章 土壤夯實 第194頁 圖6.35

90 振動揚實法 統一土壤分類系統 礫石 粗砂 細砂 粉土與黏土 通 過 百 分 比 第三區 第一區 第二區 粒徑(mm)
圖6.36 適用振動揚實法之土壤粒徑分布範圍 第六章 土壤夯實 第194頁 圖6.36

91 振動揚實法 上拉震動器時回填料之粒徑分布，是控制密實效率之重要因素。Brown（1977）為評比回填料之等級，而提出適當數（suitability number）的觀念： 其中D50、D20 與D10 分別是50%、20% 和10% 材料會通過之篩孔直徑（mm）。 (6.28) 第六章 土壤夯實 第 頁

92 振動揚實法 SN 愈小就愈適合做回填料。以下是Brown 所提出之回填料評比系統。 第六章 土壤夯實 第 頁

93 動力夯實法 土壤能夠被夯實的程度受以下三個因素所控制： 1. 重錘的重量。 2. 重錘的掉落高度。 3. 重錘掉落點的間距。
第六章 土壤夯實 第195頁

94 動力夯實法 圖6.37 (a) 進行中之動力夯實；(b) 動力夯實完成後之現場狀況（Khaled Sobhan, Florida Atlantic University, Boca Raton, Floria 提供） 第六章 土壤夯實 第196頁 圖6.37

95 動力夯實法 上視 側視 大約形狀 圖6.38 動力夯實所造成夯實區域之約略形狀 第六章 土壤夯實 第197頁 圖6.38

96 動力夯實法 平均 平均 圖6.39 Poran 與Rodriguez 關於a/D 及b/D 對NWHh/Ab 之圖表 第六章 土壤夯實 第197頁 圖6.39

97 動力夯實法 圖6.40 動力夯實之約略格距 第六章 土壤夯實 第198頁 圖6.40

98 動力夯實法 指標號碼 試驗號碼 沉 陷 （m） 爆炸次數 圖6.41 地表沉陷與使用炸藥數目之關係 第六章 土壤夯實 第198頁 圖6.41

99 例題 6.7 下表是振動揚實法工程中所使用的回填料特性： 決定本回填料之適當數SN。本回填料之評比為何？ D10 = 0.36 mm
例題 6.7 下表是振動揚實法工程中所使用的回填料特性： D10 = 0.36 mm D20 = 0.52 mm D50 = 1.42 mm 決定本回填料之適當數SN。本回填料之評比為何？ 第六章 土壤夯實 第199頁

100 例題 6.7－解 根據公式(6.28)， 評比：優良 第六章 土壤夯實 第199頁

101 6.15　總結與評論 本章所述實驗室內之標準或修正Proctor 夯實試驗，實際上是對土壤做衝擊或動力式的夯實；但是，在實驗室中也可以用靜力和搓揉的方法來夯實土壤。重要的是，必須了解在工地使用輥桶夯實黏質土壤實際上是一種搓揉夯實。動力與搓揉夯實所產生的乾單位重（d）與含水量（w）間之關係是不同的。實驗室內所得Proctor 夯實試驗結果之主要功能是，確定工地使用之輥桶夯實是否恰當。在相似的乾單位重下動力與搓揉夯實之黏土結構可能不同。這些差異導致其他物理性質，如透水性、壓縮性和強度的不同。 第六章 土壤夯實 第200頁

102 6.15　總結與評論 在大多數的填土工程中，取土區之選取決定於土壤類別、開挖與運送之成本。 第六章 土壤夯實 第200頁