一、前言

軟弱路基土壤(Sub-grade
Soil)如何適當改良,一直為鋪面工程師長年的課題。以筆者從事工程實務近三十年的經驗而言,堪稱感受良深。

近三十年來,可作為軟弱路基土壤改良劑的材料或工法,可謂日新月異、不一而足。然而其分類,不外乎物理性及化學性反應等兩大類,而化學性反應則又可細分為離子系及水泥系兩大類材料。針對不同的材料或工法,設計工程師若能依照設計準則及採購法之規定行事,一般而言,就不會產生任何重大行政瑕疵或是失敗案例;反之,則極可能後患無窮。

近幾年來,台灣地區各縣市政府公務人員及設計工程師,均較為偏好採用水泥處理土壤或是控制性低強度材料(Controlled Low Strength Materials;簡稱CLSM),來進行軟弱路基土壤改良設計及施工之方式。雖是可行的材料與工法,但是,往往卻因疏忽了養護問題,而衍生失敗案例,實在可惜。

職是之故,筆者擬採扼要性方式,予以說明各材料及工法之特性與注意事項,並輔以實際案例佐證。殷盼得以提供業界從業人員之參考。

二、置換工法

針對軟弱的路基土壤材料,採行置換工法,均為物理性反應,係最傳統且後遺症最小的方式。在設計時,一般必須考量以下各事項:

1.黏性土壤且CBR強度值<3%時,可考慮以砂性土壤置換之。

2.黏性土壤之CBR強度值<3%且地下水位偏高時,可考慮以30%碎石級配料混拌70%黏土、或是100%以碎石級配料置換之。

3.置換工法之效益性,一般而言,柔性鋪面明顯優於剛性鋪面。

4.設計工程師須編列廢土挖掘、運棄,以及填土採購、運輸與施工作業等工作項目暨費用。

5.必要時,須加強設計地下排水之功能與設施,以防止或減緩細粒料土壤被水沖刷而流失。

6.一般而言,採行旨揭置換工法之後,軟弱路基土壤之CBR強度值,應可穩定大於10%以上,且土壤之滾壓完成表面,除須避免雨水滲入之外,不需要進行長時間的養護作業,亦即無長時期養護之顧慮。同時,可立即鋪設底層及面層材料。

三、離子型改良劑工法

若擬採用離子型改良劑處理軟弱路基土壤之問題,一般而言,在設計時須考量以下各事項:

1.離子型改良劑若具有專利權,應另行依據採購法之規定,簽由業主之主辦機關核准後,方能納入設計方案。

2.國內至少應有三家(含)以上之代理商,且應考量國內施工單位,是否具備本項材料施工以及作業之能力。

3.早期之材料說明書,皆敘述須由本項材料的供應商提供施工規範。筆者則建議:應由設計工程師於設計階段辦理試拌及試配作業,以期求得離子型改良劑最佳之使用量之後,再行撰寫特定條款。

4.使用本類型材料,筆者建議:『千萬不能採行灌漿(Grouting)之方式,強行灌入土壤中。』

5.本項材料分物理性及化學性反應兩大分類,另據多元框架構造、及吸附性強之效能,具有很強的吸附水、氣能力,以及陽離子交換能力強的作用。屬於離子系化學反應之材料。

6.本項材料改良土壤性質之週期性較短,一般以運用於農業土壤改良者居多。

四、CLSM工法

若擬採用CLSM工法,處理軟弱路基土壤之問題,一般而言,在設計時須考量以下各事項:

1.台灣地區已有參考文獻(1)可供參考使用。屬於水泥系化學反應之工法。

2.路基土壤以CLSM材料灌置,每層以30至50公分為度,且須於CLSM灌置攤平後,養護至少4小時(含)以上,方能繼續底層及面層材料之鋪設與滾壓作業。

3.CLSM之設計抗壓強度值,以90kgf/cm2(含)為上限值(fc'≦90kgf/cm2)較為妥當。

4.設計工程師應特別注意氯化鈣之使用規定。

5.CLSM澆置後,若不予以養護至少4小時即馬上鋪設面層,則日後必定衍生表面水平式波浪紋或反射性裂縫之損壞狀況。故筆者強烈建議:『不應僅為減省4小時之養護時間,而損害到鋪面表層之品質及使用績效。』

五、水泥處理土壤工法

若擬採用水泥處理土壤工法,進而解決軟弱路基土壤之問題,一般而言,在設計時須考量以下各事項:

1.台灣地區已有參考文獻(2)可供參考使用。屬於水泥系化學反應之工法。

2.設計工程師應於設計階段,辦理試拌及試配作業,以期求得各類不同土壤之最佳水泥使用量。

3.現場土壤在撒布水泥之前,應保持最佳含水量±2%(砂土)、或±4%(黏土)之施工含水量。亦即若現場土壤之含水量過多或過少,則並不適合選用本工法改良之。

4.水泥之使用量多寡,將因土壤種類之不同,而有極大之差異性;依筆者經驗,一般而言,碎石級配料之水泥用量以≦5%為度,砂土之水泥用量以≦7%~13%為度,至於黏土之水泥用量則須高達9%~16%,甚至於須使用至22%。亦即若黏土使用低於9%之水泥用量,將無法達到土壤改良之成效。有時候,黏性土壤混拌過低的水泥用量,因黏土受到擾動之效應,尚且更有愈加弱化之趨勢。

5.採用本工法,於完成滾壓作業後,一定要養護7天後,方能鋪設底層及面層材料。反之,則無法達到改善之成效;同時,完工後之表層材料,將極易衍生反射裂縫之損壞狀況。

六、石灰處理土壤工法

若擬採用本工法處理軟弱路基土壤之問題,設計時須考量以下各事項:

1.設計工程師應於設計階段,辦理試拌及試配作業,以期求得各類不同土壤之最佳石灰使用量。

2.當現場土壤嚴重泡水時,則適合選用石灰處理土壤之工法。惟其處理後之土壤的最佳含水量值會昇高,且最大乾密度值亦會相對降低。故設計工程師應進一步評估其可行性及利弊得失。

3.採用本工法,土壤完成滾壓後,應養護24小時,始可繼續鋪設底層及面層材料。

4.若路床(Road Bed)土壤遭遇泡水問題,因路床不須設定土壤工程強度值(例如:CBR),則路床土壤層適合使用石灰處理土壤之工法予以改良之。

5.本工法屬於化學反應之類別。

七、結語

1.以上所列各軟弱路基土壤改良工法或材料,均為台灣地區較常使用之類型與方式。惟頗多從業人員,往往只因疏忽了養護作業時間,以及改良劑之添加量不足兩大問題,因而招致改良失敗的案例,甚至於訟案纏身,可謂得不償失,讀者應引以為鑑。

2.以筆者將近三十年之經驗而言,水泥處理土壤之工法,若能恪遵養護7天之規定,且添加正確的水泥使用量,乃為最佳之改善策略,其使用績效,筆者亦有信心保固10年以上(例如:台北市公車專用道工程以及松山機場停機坪改善工程。)。反之,則可能在完工後的短期內,即造成鋪面表層之嚴重損壞狀況。不可不慎!

3.以現階段台灣地區市區道路整建工程而論,基於各路段自開挖至完工的期限均相對緊促,尤其是軟弱路基土壤改良後,並不允許靜置養護7天(含)以上。職是之故,筆者建議旨揭工程,並不適合採用水泥處理工法予以改良軟弱的路基土壤。此時,置換工法(不須養護)或CLSM工法(至少養護4小時),乃為快速且一勞永逸之良策。

參考文獻

1.行政院公共工程委員會施工綱要規範,"第03377章:控制性低強度回填材料",完整第V6.0版,2013年10月30日。

2.行政院公共工程委員會施工綱要規範,"第02715章:水泥處理土壤",完整第V3.0版,2005年11月18日。

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