工程實務

鋪面工程進行材料調查作業重點須知暨說明

摘  要

鋪面工程所需進行的材料調查作業及範圍相當廣泛，更因使用目的的不同而因應須製定不同的試驗項目或取樣方式等等，均凸顯出材料調查對鋪面工程的重要性。

本文筆者擬針對鋪面工程材料調查的類別、範圍、用途、規劃、項目、方法、試驗與取樣等問題，扼要地陳述和說明，希望藉由理念的澄清及溝通，進而提昇國內鋪面工程之品質與服務水準。

一、前言

本文所謂之「材料調查作業」，僅針對鋪面工程規劃、設計及施工時所需材料之調查工作，諸如：土壤、級配料、水泥混凝土、瀝青混凝土、借棄土區等項目；至於材料取樣和試驗方法，則應依照規範規定之CNS、AASHTO、ASTM或相關之文獻以及政府法令辦理之，俾利取得合格且合法的適用材料。

有關材料調查的項目，應精準、精簡且具備充要性，同時主持材料調查工作之工程師，應有專業素養及豐富的經驗，以因應隨時之變化或突發狀況，並保持本項工作既有之水準和品質。

二、材料調查類別與範圍

(一)材料調查類別

1. 定期性調查

(1)基於國家性或區域性(例如：省、縣市)整體政策或經濟共同體規劃或作為釐訂策略之需要，而定期進行天然資源之調查作業，例如：借土區土壤蘊藏量、山級配調查等項目。

(2)基於各主管機關之需要或執行規範規定條款而定期所作的調查工作。

(3)因商業性之品質要求而進行之調查，可供一般使用者或消費者自由參考、運用者；此類調查作業經常由財團法人或公會等機構(具公信力之單位)進行。

2. 需要性調查

各工程主管機構基於規模較大而重要工程之規劃而進行之調查作業。

3. 實用性調查

工程師已掌握工程規劃或可行性研究報告之材料調查資料，為進行初步或細部設計所必須再進一步著手的材料調查工作。一般而言，此階段之項目較規劃階段詳細且必須足以提供作為設計作業之準則或依據。

4. 確認性調查

工程主管單位或監造單位若對調查結果抱持懷疑，或調查成果本身具有明顯的不合理性時，權責機關或承辦人應有權限要求設計單位、施工單位或另行委請公正立場的第三單位 (機關)進行所謂的確認性調查。

若以工程品質的角度來看此項問題，一般所謂的QA(品質保證)，可以說是確認性調查最常執行的模式之一。惟若欲真正落實QA作業，筆者建議應注重執行面，而非行政程序及文件資料之合理化而已。同時在法理權限內，主其事者亦需具備相當之經驗及素養，可避免徒作虛功或事倍功半。

(二)材料調查範圍

材料調查之範圍應涵蓋路權區域內所有可用材料之使用性，以及借、棄土區之調查、施工便道之規劃與佈設等。另外對於規範規定之採購材料，其各項儲運、處置及試驗作業亦屬材料調查範疇之一。

若以材料而言，則其範圍包括：土壤、岩石、級配料、地下水位及各種施工材料(例如：水泥、瀝青、鋼筋、水泥混凝土及瀝青混凝土….等等)皆屬之。若可能的話，可列出單價及運費等進一步之資料。

三、材料調查用途

1. 了解工址或路權範圍內地表下或地面上之土壤、岩石及地下水位等工程資料，俾供下列各項工作之運用：

(1) 因材料種類及特性而選擇挖、填工程或基礎工程設計暨處理之模式。

(2) 開挖或填方之方式和高度，以及邊坡穩定處理分析及施工之方法。

(3) 可決定是否需要進行降低地下水位之措施和方案。

(4) 軟弱土壤地區是否換土或進行改良之依據。

(5) 評估借土區材料之蘊藏量及合格與否。

(6) 評估棄土區環境之影響。

(7) 決定工程之縱、橫斷面及高程之依據。

(8) 路基土壤、路堤工程或路塹工程之處理及排、導水措施。

(9) 地下水資源之規劃及運用。

(10)景觀及自然生態之保護與維持。

2. 了解各種施工材料之來源的穩定性、蘊藏量以及其工程品質之良寙與否。

3. 了解各種工程材料(含施工法及人工等)之單價或儲運費用，俾利編列預算。

4. 了解各種工程材料之強度值，俾利進行應用及設計。

5. 校核規劃或初步設計階段之材質是否符合規範之規定值。

6. 進行QA作業，以確認QC(品質控制)之準確性和施工品質。

四、材料調查流程與規劃

(一)流程

1. 界定材料調查的類別或用途。

2. 執行作業前之規劃與工作安排。

3. 資料收集。

4. 選定料源或位址。

5. 依特性選定調查之方法或規模。

6. 現場踏勘、取樣或訪查、記錄。

7. 進行檢、試驗作業，同時決定試驗項目及數量。

8. 提送報告。

(二)規劃

規劃材料調查之作業，是一件相當重要、繁複且吃重的事情，而且規劃得當與否將直接影響作業時程、精準度及調查費用等。因此，規劃的內容可能需涵蓋：調查方法、工具、人力、取樣事宜、運送、試驗項目以及報告記錄等等，皆需事前作週詳之規劃，方能竟其全功。

同時在規劃之初，建議即應作好應變措施及check list，可防止重要事項之遺漏或發生無可挽回(救)之憾事。

五、材料調查項目

(一)大宗工程材料必須訪價及校核配合設計準則者

1. 水泥混凝土材料

(1) 水泥基本物性及化物。

(2) 水泥之儲存及定期檢驗。

(3) 粒料之級配及材質。

(4) 附加劑、化學摻料及礦物摻料使用前之試驗。

(5) 各等級水泥混凝土強度fc'之每方水泥用量及配比。

(6) 拌和用水之檢驗。

2. 瀝青混凝土材料

(1) 瀝青基本物性及化性。

(2) 瀝青之儲存及定期檢驗。

(3) 粒料之級配及材質。

(4) 附加劑使用前之試驗。

(5) 填充料之級配及材質。

(6) 各等級瀝青混凝土之配比及設計穩定值等。

3. 基底層級配料

(1) 級配及材質之調查。

(2) 取樣及試驗工程強度值，例如：CBR值或M_R值等。

(3) 借料區蘊藏量調查。

(4) 運距規劃及施工便道之佈設。

4. 水泥處理土壤或級配料

(1) 水泥混拌土壤或級配料之用量。

(2) 研擬強度設計值。

(3) 訂定特定條款俾利施工。

(4) 水泥基本物性及化性。

(5) 水泥之儲存及定期檢驗。

(6) 拌和用水之檢驗。

5.其他特殊材料之調查、校核及運用

例如：鋼筋、土壤改良劑、填縫劑、養護劑、反光標記、油漆、鍍鋅、欄杆、防水層、照明設備、消防設備…..等等與鋪面工程有關之施工材料以及施工規範、特定條款或設計圖說中規定之材料者，均需依循調查程序列述調查或試驗之項目(含提送廠商證明書之材料)，以確保工程品質無虞。

(二)借土區材料必須訪價及校核或研訂特定條款者 

1. 使用於路堤、路床或路基土壤之調查

(1)路堤及路床只要能夠施工，且依ASTM D2487規定：不屬於Pt、OH及OL者，即可作為填方之土壤。

(2)路基土壤除路堤及路床之條件外，尚需求出設計強度值並訂定規格。

2. 使用於基底層級配料之調查或特殊處理

(1)材質及強度值均需符合一般規範或特定條款。

(2)特殊處理例如：水泥處理級配料，調查項目同本文前列所述。其他特殊處理或相關規定，除依廠商型錄辦理外，尤須側重校核、經配合設計後始能訂定作業準則。

(三)現場或工址之調查

1. 既有道路或機場跑、滑道及新工定案者之現場土壤與級配料調查。若對鋪面面層強度須進一步了解，亦可鉆心取樣並試驗強度值。

2.橋梁、橋支承或線型走向之邊坡材料的調查。

3.現場水文資料以及挖方材料再利用可能性或可行性之調查(含執行方式之評估與效益) 。若挖方材料已不具使用性，則須進一步研擬棄方或棄土區之執行計畫與相關事宜。少數業界未將棄土或棄土區事宜納入材料調查之項目，在現階段講究回收再利用之政策目標之下，恐有所失之不足。因此，筆者特藉本文，揭櫫此一建議，尚祈引起共鳴。

六、材料調查方法

(一)依試驗場所分類

1. 室內試驗

凡是可以充分取樣且送至試驗室者，皆可進行指定的室內試驗項目。並可分析其物性、化性或工程強度值。

2. 現場試驗

凡是必須在現場或工址進行試驗者，皆可謂之現場試驗。具代表性者例如：平鈑載重k值試驗、工地CBR試驗(ASTM D4429已於2002年刪除不用)、地下水位觀測….等等項目皆屬之。

(二)依取樣方式分類

1. 人工開挖

試坑調查、土壤及級配料之取樣，一般均採用人工開挖方式辦理，前者尤以卵礫石層或表土較深者為宜，並可視地質情況決定支撐之問題、打樁之可行性…..等。後者則依據ASTM或AASHTO之規定，須於相當之深度採取試驗樣品者，亦可運用人工開挖方式辦理之。

2. 機械開挖

試坑或明挖，適用於沖積層之材料調查。可節省大量之人力及工時。

3. 地質鑽探

適用於基礎之地質調查、邊坡或開闢方法之借土區等，可採取劈管擾動樣品以及薄管不擾動樣品，一般均送回試驗室內試驗分析，而現場記錄之N值資料，屬於現場調查要項之一。每孔完成鉆探作業移機後，可視需要安排該孔進行地下水位之觀測調查事宜。

至於地質鉆探的方式，尚可分類為垂直及水平或具傾斜角度等三種。

4. 螺旋機調查

適用於粘土、沈泥質粘土或砂質沈泥等土壤之調查，試驗方法為ASTM D1452或AASHTO T203。

(三)依規範種類分類

1. AASHTO

2. ASTM

3. BS

4. CNS

5. DIN

6. JIS

7. 其他特殊規範

(四)依破壞與否分類

此乃係針對既有之鋪面系統所進行調查的分類方式，一般分為下列兩種：

1. 破壞式調查

例如：開挖取樣作室內試驗或開挖後逕作現場試驗者皆屬之。

2. 非破壞式調查

利用器材或高科技儀控裝置可逕行調查既有鋪面系統材料之性質者，且對結構不產生破壞者皆屬之。

七、材料調查試驗項目

(一)基本資料

材料調查的某些基本資料相當重要，不容忽視，否則後續之調查作業即失去意義。

至於基本資料包含的項目，屬於重要者如下所列：

1. 取樣地點或試驗位置(含里程)。

2. 取樣時間或試驗期程。

3. 料源記錄。

4. 取樣或試驗人員(有時含陪同取樣之人員) 。

5. 調查方式。

6. 調查之材料的名稱。

7. 業主或指定本次調查之公司名稱。

8. 平面位置及深度之標示。

9. 調查器材或準則、規範之記錄。

10.其他特殊狀況或特殊要求之登錄。

(二)路基土壤材料試驗項目

各種鋪面設計方法對於路基與厚度之定義並不一致，例如：越南慣用15公分即屬特例之一。因此在決定取樣深度時，除須考慮挖方或填方之狀況外，尚需顧及特殊情形。至於路基土壤材料之試驗項目，請詳參表1及表2所列。

(三)路床土壤材料試驗項目

位於路(道)基下之土壤材料，一般稱為路床。試驗項目除可依據表1中之(1)∼(5)、(9)∼(13)或表2中之(1)∼(8)及(11)項辦理之外，若路床屬於高填方，或有沈陷顧慮時，可能需加作下列之土壤強度試驗：

1. 無圍壓縮試驗：ASTM D2166、AASHTO T208。

2. 直接剪力試驗：ASTM D3080、AASHTO T236。

3. 壓密試驗：ASTM D2435、AASHTO T216。

4. 三軸試驗：

(1) UU：ASTM 2850或Bishop & Henkel。

(2) CU：ASTM D4767或Bishop & Henkel。

(3) CD：Bishop & Henkel。

(四)基底層級配料試驗項目

詳表3所列述。

(五)瀝青混凝土材料試驗項目

詳表4所列述。

(六)水泥混凝土材料試驗項目

詳表5及表6所列述。

(七)水泥處理工法試驗項目

詳表7所列述。

(八)瀝青處理工法試驗項目

詳表8所列述。

(九)岩石材料試驗項目

1. 一般物理性質試驗：ISRM。

2. 單軸岩石抗壓試驗：ISRM。

3. 直剪及點荷重試驗：ISRM。

4. 消散試驗：ASTM D4644或ISRM。

5. 篩分析：ASTM C136、AASHTO T27。

6. 粒料單位重：ASTM C29、AASHTO T19。

7. 比重及吸水率：ASTM C127、C128、AASHTO T85、T84。

8. 磨損試驗：ASTM C131、AASHTO T96。

9. 健度試驗：ASTM C88、AASHTO T104。

10.有機物含量：ASTM C40、AASHTO T21。

11.抗張力試驗：ISRM。

12.膨脹試驗：ISRM。

13.三軸試驗：ISRM。

14.靜彈性模數試驗：ISRM。

15.動彈性模數試驗：ISRM。

16.潛變試驗：ISRM。

八、建議與結論

1. 材料調查作業是一份千頭萬緒的任務與技術，未具經驗或粗心大意者皆極易造成重大偏差之結果或失敗。因此，此項工作應以嚴肅而正確的理念來進行，方可達到調查作業之本意與目標。

2. 少數工程師曾提及：「500公里或1000公里長的公路工程，做一組CBR試驗即可。」其理論合適否？相信讀者心中自有評斷，不遑再論。

3.「多一分防颱準備，少一分財產損失。」防颱工作如此，材料調查工作又何嘗不是呢?

4. 進行材料調查之前，應詳細規劃其範圍、項目、數量與精準程度、適用性以及成本支出等要點。否則，不是牛頭不對馬嘴，就是偏差過大或因經費不足而中途停擺，這樣就失去調查的意義了。

5. 調查作業進行中，仍需隨時校核或修正偏離現象，以免得到錯誤成果而前功盡棄。例如：過程中的拍照存證、收集透明罐樣本封存以及試驗后多餘樣品保留一段時日備驗，或準備補作試驗點等等措施，均是萬全準備之良策，從業人員千萬不可嫌麻煩而漠視之。

6. 因材料調查工作所衍生之運距、單價預算概估或百姓抗爭等問題，均須一併列入考量，否則無法順利推動工程進度。曾有一鉆探工作，只因居民抗爭而須出動百名警察長期站崗才能完成調查作業。

7. 古有名訓：「不在其位，不謀其政」亦云：「術業有專攻」等等，因此，進行材料調查工作，應釐清權責與專業分工，切忌存有本位主義或文人相輕之心態，若此，則將事倍功半。

8. 從事材料調查作業人員，除應力求成果報告的準確度之外，尤須加強統計分析與不確定度量測之理念和能力，尤其近年來政府大力推動CNLA認證體系，未標示「不確定度量測值」之校正報告或測試(試驗)報告有塗改、偽造等情形者，將會被判定重大瑕疵；嚴重者甚至可能中止或取消試驗室CNLA認證核可之資格，從業人員不可不慎。

9. 從業人員應加強在職訓練或講習、心得交換，可達經驗汲取、事半功倍之成效。

10.凡事按部就班，不要老是希冀一蹴可及或抄捷徑，更忌憑經驗來假定試驗值。

參考文獻

(1) 房性中，“材料暨鋪面工程實務問答集”，文笙書局，1998年10月。

(2) 吳學禮，“鋪面、材料工程實務”，1996年5月。

(3) 吳繼伯，“材料調查”，中華顧問工程司路面工程手冊，1989年11月。

(4) 吳學禮，“試驗新知(之二)：中華顧問工程司P/M工程師常用之試驗、檢驗項目”，中華技術

      第二十六期，1995年4月。

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