水泥處理底層CTBC之設計問題探討

一、前言

水泥處理底層(Cement-Treated Base Courses；簡稱CTBC)，係經常使用於鋪面工程之工法，在美國已使用超過50年，筆者亦於1990年起，陸續設計於台灣地區各類型之鋪面工程中，成效良好。

由於部分設計圖說，嚴重違反了有關CTBC設計準則規定，因而衍生不少的失敗案例。職是之故，本文特就以下幾項設計之錯誤樣態作探討，提供從業人員之參考。

二、問題一：設計厚度及分層錯誤

(一)錯誤樣態：

1.某案設計水泥處理底層厚度為44公分。

2.旨揭44公分厚度，分兩層滾壓。

(二)準則規定：

1.準則依據：參考文獻(1)。

2.準則條款：

(1)大部分的鋪面工程，採用6吋厚度的水泥處理底層。

(2)輕級交通量鋪面工程，可使用4吋及5吋厚度。

(3)重級交通量鋪面工程，可使用7吋及8吋厚度。

(4)水泥處理底層厚度，使用9吋(含)以上者並不多見。

(三)建議事項：

1.依筆者經驗，水泥處理底層厚度之設計值，一般均介於10公分至20公分之間，與參考文獻(1)之規定洽合。

2.水泥處理底層之鋪設工作，以一次滾壓作業完成為主，鮮少分兩層(含)以上之分層鋪設及滾壓。

三、問題二：設計強度錯誤

(一)錯誤樣態：

1.某案設計水泥處理底層之28天材齡抗壓強度值須≥10MPa。

2.同時設計旨揭底層之28天材齡抗彎強度值須≥2MPa。

(二)準則規定：

1.準則依據：參考文獻(1)。28天材齡之抗壓強度值須介於400至900psi之間。

2.準則依據:參考文獻(2)。

(1)7天材齡之抗壓強度值須介於400至800psi之間。

(2)28天材齡之抗壓強度值須≦1000psi。

(三)建議事項：

1.經查各相關準則中，皆無採行抗彎強度值作為水泥處 理底層材料(配比)品質設計及控制品管的項目。

2.設定CTBC抗壓強度值，應以區間值方式為主，輔以訂定上限值。CTBC應具備400psi之基本抗壓強度值，卻又不允許其抗壓強度值超過900psi或1000psi。

其理由乃在於該類底層的抗壓強度值，若大於900psi或是1000psi之後，CTBC本體，將極易衍生裂縫、反射至瀝青混凝土表面之反射裂縫、暨各類型之鋪面表面損壞狀況【詳參考文獻 (3)】。

該參考文獻(3)，稱此項設計為平衡設計(Balanced Design)。

3.某案設計CTBC之抗壓強度值，必須≥10MPa(≧1421psi)，顯然已違反平衡設計之準則。導致完工後之鋪面系統，一定裂縫叢生，並可能損及瀝青混凝土或水泥混凝土鋪面。

4.各設計準則中，皆未將抗彎強度模式納入CTBC之項目，設計工程師應特別注意。

四、問題三：設計水泥用量錯誤

(一)錯誤樣態：

1.某案設計水泥處理底層之水泥用量須≧4%。

2. CTBC強度，須同時符合抗壓強度值≧10MPa、且抗彎強度值須≧2MPa。

(二)準則規定：

1.準則依據：參考文獻(4)。CTBC之水泥用量須<5%。
2.準則依據：參考文獻(5)。

(1)底層材料為A-1-a時，水泥用量為3～5%。

(2)底層材料為A-1-b時，水泥用量為5～8%。

(三)建議事項：

1.依據筆者經驗，當CTBC之拌和材料為碎石級配料時，水泥用量應<5%，CTBC本體才不會衍生裂縫，亦不會產生反射裂縫至瀝青混凝土表面及造成其他鋪面表面損壞狀態。

2.曾有某案設定CTBC之水泥用量須≧4%，且強度必須同時符合抗壓強度值≧10MPa暨抗彎強度值≧2MPa的前提下，施工單位幾經多次拌和，水泥用量必須使用到10%，才能滿足前述條件。以致完工後的鋪面系統損壞叢生。

3.故而水泥用量使用到10%，已不符合參考文獻(3)平衡設計之理念)。

五、結語

水泥處理底層CTBC工法，在土木工程界行之有年，且成效斐然。2008年時，筆者承辦台灣北部地區某機場停機坪大規模整建之設計與監造工程案，底層即採用水泥處理工法設計及施工品管，完工十二年餘，迄今使用狀態良好。

綜上所述，可見確實依照設計準則設計水泥處理底層之厚度、抗壓強度以及水泥用量等各項參數值，絕對可以獲致優良品質的工程結構物，且使用成效良好。

六、參考文獻

1.PCA,"Thickness Design for Soil-Cement Pavements",1970.

2.FAA AC150/5370-10G,"Standards for Specifying Construction of Airports",2014.

3.PCA,"Guide to Cement-Treated Base(CTB)",2006.

4.FHWA NHI-05-037,"Geotechnical Aspects of Pavements",2006.

5.PCA,"Soil-Cement Inspector's Manual",1984.

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