目錄 摘要………………………………………………………………………Ⅰ 誌謝………………………………………………………………………Ⅱ 目錄………………………………………………………………………Ⅲ 表目錄……………………………………………………………………Ⅶ 圖目錄……………………………………………………………………Ⅸ 照片目錄…………………………………………………………………ⅩⅤ 第一章 緒論…………………………………………………………1 1.1研究背景…………………………………………………………1 1.2研究動機…………………………………………………………1 1.3研究目的…………………………………………………………2 1.4研究方法及內容…………………………………………………3 第二章 文獻回顧 …………………………………………………6 2.1夯實土壤…………………………………………………………6 2.1.1夯實之目的……………………………………………………6 2.1.2夯實之基本理論………………………………………………6 2.1.3土壤成分與夯實曲線…………………………………………7 2.2夯實對凝聚性土壤工程性質之影響……………………………9 2.2.1土壤結構………………………………………………………9 2.2.2滲透性…………………………………………………………13 2.2.3壓縮性與膨脹性………………………………………………15 2.2.4強度性質………………………………………………………17 2.2.5濕陷性…………………………………………………………22 2.3夯實對非凝聚性土壤工程性質之影響…………………………25 2.4國內各機關現行之土方夯實規範………………………………27 第三章 四重溪統埔護岸試驗計畫 ………………………………30 3.1四重溪及試區介紹………………………………………………30 3.1.1流域概況………………………………………………………30 3.1.2河川水理特性…………………………………………………32 3.2試驗計畫…………………………………………………………33 3.2.1試區規劃及內容………………………………………………33 3.2.2試驗計畫………………………………………………………42 3.3標準Proctor夯實試驗 …………………………………………46 3.4物理基本性質試驗………………………………………………46 3.5砂錐法工地密度試驗……………………………………………46 3.6核子密度儀土壤密度試驗………………………………………46 3.6.1試驗儀器及設備………………………………………………46 3.6.2試驗原理………………………………………………………47 3.6.3試驗方法………………………………………………………47 3.7三軸壓密不排水試驗（CU-Test） ……………………………50 3.7.1試驗儀器及設備………………………………………………50 3.7.2各試驗區指定試驗土層之試體準備…………………………51 3.7.3試驗方法………………………………………………………53 3.8竣工監測…………………………………………………………54 3.8.1測量儀器及設備………………………………………………54 3.8.2測量方法………………………………………………………55 3.8.3監測機制………………………………………………………55 第四章 試驗結果分析與討論 ……………………………………60 4.1標準Proctor夯實試驗結果 ……………………………………60 4.1.1土壤特性與夯實曲線之關係…………………………………60 4.1.2討論……………………………………………………………61 4.2築堤材料之基本物理性質………………………………………63 4.2.1粒徑分析………………………………………………………64 4.2.2初始（夯實前）含水量………………………………………67 4.2.3綜合討論………………………………………………………73 4.3現場乾密度試驗結果……………………………………………74 4.3.1核子密度儀法密度試驗………………………………………74 4.3.2砂錐法工地密度試驗…………………………………………80 4.3.3綜合討論………………………………………………………83 4.4三軸壓密不排水試驗（CU-Test）結果 ………………………91 4.4.1三軸壓密不排水試驗（一） ……………………………… 91 4.4.2三軸壓密不排水試驗（二） ……………………………… 107 4.4.3綜合討論………………………………………………………127 4.5竣工監測之短期結果……………………………………………129 4.5.1竣工概況描述…………………………………………………132 4.5.2沈陷量（垂直變位）監測……………………………………133 4.5.3位移量（水平變位）監測……………………………………148 4.5.4龜裂範圍量測…………………………………………………155 4.5.5綜合討論………………………………………………………159 4.6現行築堤材料夯實規範之檢討…………………………………163 4.6.1含水量之控制範圍……………………………………………163 4.6.2夯實度之規定…………………………………………………164 4.6.3密度試驗之時機………………………………………………165 4.6.4綜合討論………………………………………………………166 第五章 結論與建議 ………………………………………………167 5.1結論………………………………………………………………167 5.2建議………………………………………………………………169 參考文獻 ……………………………………………………………170 附錄 …………………………………………………………………177 附錄A 基本物理性質試驗結果彙整表、現場乾密度試驗結果 彙整表、現場回填土方之重模試體三軸壓密不排水 試驗結果彙整表……………………………………………177 附錄B 實驗室模擬不同含水量與夯實度之三軸試驗 （二—A﹡法）結果彙整表…………………………………185 附錄C 實驗室模擬原試驗土樣細料含量減少（損失）後之 三軸試驗（二—B﹡法）結果彙整表……………………204 附錄D 竣工監測成果表……………………………………………209 自述 …………………………………………………………………219 表目錄 表2-1 乾側與濕側夯實土壤之性質比較[30] ……………………………20 表2-2各機關現行之土方夯實規範比較表…………………………………29 表3-1 中央氣象局恆春測站歷年各月平均氣象資料統計表[4]…………32 表3-2 各試驗區之試驗目的及內容規劃 …………………………………38 表3-3 四重溪統埔護岸新建工程之試驗監測項目及數量表 ……………44 表3-4 控制點E5之調查表 …………………………………………………56 表3-5 控制點E6之調查表 …………………………………………………57 表3-6 控制點E7之調查表 …………………………………………………58 表3-7 控制點NO.0km+360之調查表 ………………………………………59 表4-1各試驗土層夯實曲線之土樣最大乾密度與最佳含水量及物 理性質…………………………………………………………………61 表4-2各試區之各試驗土層土壤基本物理性質一覽表……………………63 表4-3各試區土壤基本物理性質之彙整總表………………………………64 表4-4各試區試驗土層之現場乾密度試驗值………………………………76 表4-5各試區現場核密法之平均乾密度與平均含水量……………………85 表4-6三軸壓密不排水(CU)試驗(一)結果彙整表…………………………94 表4-7三軸試驗(一)之剪應變(εs)、比體積(v)、體積應變(εv)、 平均有效主應力(p′)及軸差應力(σd′)數值表 …………………95 表4-8三軸壓密不排水(CU)試驗(二)結果彙整表…………………………110 表4-9三軸試驗(二)之剪應變(εs)、比體積(v)、體積應變(εv)、 平均有效主應力(p′)及軸差應力(σd′)數值表 …………………111 表4-10 剪力強度以壓密應力正規化之值…………………………………112 表4-11 竣工監測成果表……………………………………………………131 表4-12相關颱風與豪雨之累計雨量及水庫出流量之統計表 ……………132 表4-13各觀測釘點位之最大沈陷量及堤頂最大差異沉陷量 ……………134 表4-14各觀測釘點位之單月總沈陷量及堤頂最大單月差異沉陷量 ……135 表4-15各觀測釘之點位最大水平位移量 …………………………………148 表4-16堤頂龜裂範圍及修補所需之材料數量表 …………………………158 圖目錄 圖1-1 研究架構流程圖 ……………………………………………………5 圖2-1 室內夯實曲線(Laboratory Compaction curve)[30]……………6 圖2-2 標準與改良式Proctor夯實曲線[30]………………………………7 圖2-3 八種土樣之標準Proctor夯實曲線[30]……………………………8 圖2-4 夯實時含水量對土壤結構的影響[39] ……………………………10 圖2-5 含水量與夯實後土壤顆粒排列型態之關係[30] …………………10 圖2-6 各種含水下夯實後之土壤微觀構造[30] …………………………12 圖2-7 微觀土粒構造示意圖[10] …………………………………………13 圖2-8 夯實土壤之滲透性之關係[30] ……………………………………14 圖2-9 Siburua粘土的夯實滲透性試驗[20]………………………………14 圖2-10 滲透係數對壩心孔隙水壓之關係[10] …………………………14 圖2-11 夯實土壤之壓縮性[30] …………………………………………17 圖2-12夯實後土壤乾燥收縮量與夯實型式及含水量之關係[30] ………17 圖2-13 不同夯實能量下含水量與乾密度,強度之關係[30] ……………18 圖2-14 高嶺土夯實試樣的土結構與應力-應變關係對塑時含水量 的影響(a)夯實土樣的應力與應變關係(b)含水量與土粒改 向程度(c)乾密度對含水量[20] …………………………………18 圖2-15 夯實沉泥質粘土強度[20] ………………………………………18 圖2-16 林口紅土在各種含水量下夯實後之無圍壓縮試驗應力-應 變圖[30] …………………………………………………………19 圖2-17 不同含水量下夯實林口紅土之乾-濕循環對強度之影響[30] …19 圖2-18 乾密度對濕陷之影響[13] ………………………………………24 圖2-19 夯實含水量對濕陷性之影響 [13] ………………………………24 圖2-20 夯實土壤在不同含水量同一荷重下飽和濕陷情形[10] ………25 圖2-21 無凝聚力砂與砂質礫石的典型夯實曲線[20] …………………26 圖2-22 砂土內摩擦角與相對密度之關係[36] …………………………26 圖3-1 四重溪流域概況圖[4] ……………………………………………31 圖3-2 四重溪流域地質圖[4] ……………………………………………31 圖3-3 四重溪統埔護岸平面圖 ……………………………………………36 圖3-4 統埔護岸新建工程之試區規劃平面圖 ……………………………37 圖3-5 各試驗區之土方試驗配置圖 ………………………………………39 圖3-6 第一~三試驗區之土方試驗土層斷面圖……………………………40 圖3-7 竣工監測範圍觀測釘之平面布置圖及斷面圖 ……………………41 圖3-8 四重溪統埔護岸工程之三軸壓密不排水試驗流程圖 …………45 圖4-1 各試驗土層土樣之標準夯實曲線 …………………………………61 圖4-2 各試驗土層土樣之最大乾密度分佈 ………………………………62 圖4-3 各試驗土層土樣之最佳含水量分佈… ……………………………62 圖4-4 第一試驗區(BlockⅠ)土樣之粒徑分佈曲線………………………65 圖4-5 第二試驗區(BlockⅡ)土樣之粒徑分佈曲線………………………65 圖4-6 第三試驗區(BlockⅢ)土樣之粒徑分佈曲線 ……………………66 圖4-7 一般試驗區(BlockⅠ′)土樣之粒徑分佈曲線……………………66 圖4-8 試驗土層與初始含水量之關係 ……………………………………68 圖4-9 BlockⅠ初始含水量與河堤斷面之關係 …………………………69 圖4-10 BlockⅡ初始含水量與河堤斷面之關係 …………………………70 圖4-11 BlockⅢ初始含水量與河堤斷面之關係 …………………………71 圖4-12 各試區初始含水量之立體圖比較…………………………………72 圖4-13 第1試驗土層(BlockⅡ、Ⅲ)之核密法測試值……………………77 圖4-14 第4試驗土層(BlockⅡ、Ⅲ)之核密法測試值……………………77 圖4-15 第6試驗土層(BlockⅡ、Ⅲ)之核密法測試值……………………78 圖4-16 第9試驗土層(BlockⅡ、Ⅲ)之核密法測試值……………………78 圖4-17 第11試驗土層(BlockⅡ、Ⅲ)之核密法測試值 …………………79 圖4-18 第14試驗土層(BlockⅡ、Ⅲ)之核密法測試值 …………………79 圖4-19 第1試驗土層(BlockⅠ、Ⅰ′)之砂錐法測試值…………………81 圖4-20 第4試驗土層(BlockⅠ′)之砂錐法測試值………………………81 圖4-21 第6試驗土層(BlockⅠ)之砂錐法測試值…………………………82 圖4-22 第11試驗土層(BlockⅠ)之砂錐法測試值 ………………………82 圖4-23 試驗土層與現場平均乾密度之關係………………………………85 圖4-24 各試區平均乾密度與河堤斷面之關係……………………………86 圖4-25 各試區平均乾密度之立體圖………………………………………87 圖4-26 試驗土層與現場平均含水量之關係………………………………88 圖4-27 各試區平均含水量與河堤斷面之關係……………………………89 圖4-28 各試區平均含水量之立體圖………………………………………90 圖4-29 各試驗土層之土壤顆粒大小分佈曲線[6] ………………………92 圖4-30 各試驗土層土壤夯實曲線及試驗土樣密度與含水量之關係……93 圖4-31 各試驗土層土樣壓密後試體垂直高度變化量與含水量之 關係…………………………………………………………………99 圖4-32 各試驗土層土樣壓密後試體體積變化量與含水量之關係………99 圖4-33 各試驗土層體積應變與含水量之關係……………………………99 圖4-34 各試驗土層比體積與含水量之關係………………………………99 圖4-35 各試驗土層平均有效主應力與含水量之關係……………………100 圖4-36 BlockⅡ、Ⅲ之甲乙兩種土樣軸差應力與剪應變之關係 ………100 圖4-37 各試驗土層土樣軸差應力與剪應變之關係 ……………………101 圖4-38 各試驗土層土樣孔隙水壓力與剪應變之關係 …………………102 圖4-39 各試驗土層軸差應力與含水量之關係……………………………103 圖4-40 各試驗土層試驗完成孔隙比與含水量之關係……………………103 圖4-41 甲曲線各試區土樣之凝聚力與內摩擦角對乾密度之關係………104 圖4-42 乙曲線各試區土樣之凝聚力與內摩擦角對乾密度之關係………104 圖4-43 乙種土樣之各試區土壤凝聚力與河堤斷面之關係………………105 圖4-44 乙種土樣之各試區土壤內摩擦角與河堤斷面之關係……………106 圖4-45 模擬不同夯實度及乾溼側試樣對乾密度與含水量之關係………113 圖4-46 各夯實度之乾濕側土樣壓密後試體垂直高度變化量與含 水量之關係…………………………………………………………113 圖4-47 各夯實度之乾濕側土樣壓密後試體體積變化量與含水量 之關係………………………………………………………………113 圖4-48 各夯實度之乾濕側土樣體積應變與含水量關係…………………114 圖4-49 各夯實度之乾濕側土樣比體積與含水量關係……………………114 圖4-50 各夯實度之乾濕側土樣平均有效主應力與含水量關係…………114 圖4-51 各夯實度之乾濕側土樣軸差應力與剪應變之關係………………115 圖4-52 各夯實度之乾濕側土樣孔隙水壓力與剪應變之關係……………116 圖4-53 各夯實度之乾濕側土樣軸差應力與含水量之關係………………117 圖4-54 各夯實度之乾濕側土樣之凝聚力與內摩擦角對乾密度之 關係…………………………………………………………………117 圖4-55 各夯實度之乾濕側土樣剪力強度(τ)正規化與含水量之 關係…………………………………………………………………118 圖4-56 各夯實度之乾濕側土樣剪力強度(τ′)正規化與含水量之 關係…………………………………………………………………119 圖4-57 土樣細料含量減少後之土壤顆粒大小分佈曲線…………………123 圖4-58 原土樣細料含量減少前後之含水量與乾密度之分佈……………123 圖4-59 原土樣細料含量減少前後之壓密後垂直高度變化量與含 水量之關係…………………………………………………………123 圖4-60 原土樣細料含量減少前後之壓密後試體體積變化量與含 水量之關係…………………………………………………………124 圖4-61 原土樣細料含量減少前後之體積應變與含水量之關係…………124 圖4-62 原土樣細料含量減少前後之比體積與含水量之關係……………124 圖4-63 原土樣細料含量減少前後之平均有效主應力與含水量之 關係…………………………………………………………………125 圖4-64 原土樣細料含量減少前後之軸差應力與剪應變之關係…………125 圖4-65 原土樣細料含量減少前後之孔隙水壓力與剪應變之關係………125 圖4-66 原土樣細料含量減少前後之軸差應力與含水量之關係…………126 圖4-67 原土樣細料含量減少前後之乾濕側土壤凝聚力與內摩擦 角對乾密度之關係…………………………………………………126 圖4-68 三角高程與直接水準之校正曲線…………………………………130 圖4-69 在實際偏乾側（BlockⅠ—OMC-3%≦ω≦OMC+3%）範 圍時之堤身沈陷量變化趨勢圖……………………………………136 圖4-70 在乾側（BlockⅡ—OMC-3%≦ω≦OMC）範圍時之堤身 沈陷量變化趨勢圖…………………………………………………137 圖4-71 在濕側（BlockⅢ—OMC≦ω≦OMC+3%）範圍時之堤身 沈陷量變化趨勢圖…………………………………………………138 圖4-72 在不同試區之堤頂（ａ、ｂ兩點）沈陷量變化趨勢圖…………139 圖4-73 堤頂觀測點（ａ、ｂ點）沈陷量-里程-時間三者之關係曲 線圖…………………………………………………………………140 圖4-74 在不同試區各樁位之ａ點沈陷量與時間之關係曲線圖…………141 圖4-75 在不同試區各樁位之ｂ點沈陷量與時間之關係曲線圖…………142 圖4-76 在實際偏乾側（BlockⅠ—OMC-3%≦ω≦OMC+3%）範 圍時各橫斷面之堤頂沈陷量-時間二者之關係曲線圖 …………143 圖4-77 在乾側（BlockⅡ—OMC-3%≦ω≦OMC）範圍時各橫斷 面之堤頂沈陷量-時間二者之關係曲線圖 ………………………144 圖4-78 在濕側（BlockⅢ—OMC≦ω≦OMC+3%）範圍時各橫斷 面之堤頂沈陷量-時間二者之關係曲線圖 ………………………145 圖4-79 在實際偏乾側（BlockⅠ—OMC-3%≦ω≦OMC+3%）範 圍時各橫斷面之點位位移量-時間之關係曲線圖 ………………149 圖4-80 在乾側（BlockⅡ—OMC-3%≦ω≦OMC）範圍時各橫斷 面之點位位移量-時間之關係曲線圖 ……………………………150 圖4-81 在濕側（BlockⅢ—OMC≦ω≦OMC+3%）範圍時各橫斷 面之點位位移量-時間之關係曲線圖 ……………………………151 圖4-82 堤頂(ａ,ｂ點)最大水平位移量於不同試區之趨勢比較圖 ……152 圖4-83 上層坡面(ｃ點)最大水平位移量於不同試區之趨勢比較圖 …152 圖4-84 戧台(ｄ,ｅ點)最大水平位移量於不同試區之趨勢比較圖 ……153 圖4-85 下層坡面(ｆ點)最大水平位移量於不同試區之趨勢比較圖 …153 照片目錄 照片3-1 核子密度儀組 ……………………………………………………47 照片3-2 核子密度儀及標準塊 ……………………………………………47 照片3-3 將鑽桿套上助拔器並插立於導板中[28] ………………………48 照片3-4 腳踩在導板上並以鐵鎚敲擊鑽桿打孔[27] ……………………48 照片3-5 鑽桿達預定進度後，停止打擊並抽出鑽桿[27] ………………48 照片3-6 腳踩在導板上並以助拔器旋轉鑽桿，小心抽出並抽出 鑽桿[27] …………………………………………………………48 照片3-7 小心抽出鑽桿，避免發生坍孔[27] ……………………………49 照片3-8 一手置於把手處，將儀器稍微傾斜以利對孔[27] ……………49 照片3-9 將鑽桿伸出約10cm，對準鑽孔並提高儀器使探桿進入 孔內[27] …………………………………………………………49 照片3-10 調整把手使探桿至預定位置後，按"START"鍵，開始 試驗[27] ………………………………………………………49 照片3-11 按"START"鍵後，倒數計時60秒並於其間完成試驗[27] …49 照片3-12 並於其間完成試驗濕密度及含水度(濕度) [27] ……………49 照片3-13 再按"STEP"鍵[27] ……………………………………………49 照片3-14 顯示乾密度及含水百分比(含水量)[27]………………………49 照片3-15 氣壓式靜力三軸試驗儀組………………………………………50 照片3-16 改良式哈佛夯實器及重模用分裂式試體模……………………50 照片3-17 電子垂直變位計、孔隙水壓感應計頭(管)與體積變化 測定儀……………………………………………………………50 照片3-18 數位顯示(讀數)器 ……………………………………………50 照片3-19 甲條曲線土樣顆粒示意圖[5] …………………………………51 照片3-20 乙條曲線土樣顆粒示意圖[5] …………………………………51 照片3-21 利用塗平方法防止帶有礫石試體橡皮膜效應[5] ……………52 照片3-22 全測區光波經緯儀及腳架 ……………………………………54 照片3-23 反光錂鏡及腳架 ………………………………………………54 照片3-24 水準儀及腳架 …………………………………………………54 照片3-25 水準水準箱尺 …………………………………………………54 照片4-1 顯示座標觀測值 …………………………………………………130 照片4-2 顯示高程觀測值 …………………………………………………130 照片4-3 觀測釘 …………………………………………………………130 照片4-4 竣工監測照片 …………………………………………………130 照片4-5 堤頂AC路面龜裂下陷照片(約於No.1km＋930)-92.5.29 ……133 照片4-6 裂縫深度約22㎝之現況(約於No.1km＋930)-92.5.29 ………133 照片4-7 AC路面下陷約9㎝之現況(約於No.1km＋930)-92.5.29 ……133 照片4-8 No.1km＋910處之連鎖磚於92.8.6拍攝之塌陷照片(一) ……133 照片4-9 No.1km＋910處之連鎖磚於92.8.6拍攝之塌陷照片(二) ……133 照片4-10 堤頂AC路面龜裂下陷照片(約於No.1km＋970)-92.8.6………133 照片4-11 No.1km+850~ No.1km+930之堤頂龜裂範圍 …………………156 照片4-12 No.1km+920~ No.1km+980之堤頂龜裂範圍 …………………156 照片4-13 No.1km+980~ No.2km+040之堤頂龜裂範圍 …………………157 照片4-14 堤頂濕陷現象未致使擋土牆之龜裂與影響其穩定性 ………157 照片4-15 含水量過多致地面泥濘而難以滾壓施工 ……………………164 照片4-16 現挖試驗孔 ……………………………………………………166 照片4-17 孔內施作核密法及砂錐法之工地密度試驗 …………………166