低交通量柔性鋪面設計方法概論(上)

☆ 房性中 ☆

摘要
         低交通量柔性鋪面設計作業為柔性鋪面相當重要的關鍵角色，其原因在於低交通量道路系統未若高速公路及機場道面來得重要且人命關天，故從業人員因而經常忽視或任意假設鋪面結構厚度並導致失敗連連、維修不斷之疵議；唯令人捶胸頓足的事，在於即使歷經多次教訓，仍然未能依照設計準則進行設計工作，職是之故，筆者站在專業技術之立場，不得不強調低交通量柔性鋪面設計觀念的重要性，其理甚明矣！
         本文擬依據國內慣用之設計方法，諸如：AI IS-181、AI MS-1 1956年版、美國加州設計方法及美國陸軍工兵團設計方法等四種，分別予以介紹暨範例說明，可供讀者選擇採用之。

一、前言

         低交通量道路之涵義，迄今各種設計方法眾說紛云，仍然未克統一，故在選用設計方法時，應依照各家之規定辦理，切忌張冠李戴胡亂套用之。
         基於應用時較易區分之考量，原則上以市區巷道、鄉道、產業道路、小型停車場及私人住家道路等類別歸納為低交通量道路，唯設計時仍必須衡量其實際交通量資料予以區分較妥當。
         某些現況之難題，例如：缺乏交通量調查資料，路基土壤試驗設備不足，不必考量高品質鋪面服務水準時，可逕行選用簡易之圖表設計之。雖然名為「簡易」，但仍需符合最小厚度之規定，尤其禁止任意設定各層次之鋪築厚度。

二、低交通量道路涵義

         (一)美國瀝青學會(AI MS-1)設計方法
1.1956年版：每日交通量為25輛客車及小貨車或5輛大貨車以下者。
2.1963及1970年版：設計交通當量DTN值在10以下者。
3.1981及1991年版：設計當量軸次80kN ESAL值在1.0×104以下者。
         (二)美國加州設計方法
1.每日交通量為汽車100輛以下者。
2.交通量指數TI值在6.5以下者。
         (三)TRB Special Report No.160
每日汽車交通量少於400輛、造價低廉且鋪面鋪築瀝青混凝土厚度在5cm以下者。
         (四)TRB 898
行車速率為30∼60 km/hr且路寬在7.2m以下者。
         (五)AASHTO 1993年版設計方法
1.市街或鄉村道路之設計當量軸次80kN ESAL值在50,000∼1,000,000者採用柔性或剛性鋪面時。
2.80kN ESAL值在10,000∼100,000者採用粒料鋪面(Aggregate Surface)時。

三、鋪面設計方法與鋪築結構選定

(一)鋪面設計方法
         本文參酌國內現用情形，列舉AI IS-181、AI MS-1 1956年版、美國加州設計方法及美國陸軍工兵團設計方法等四種方法以供選擇採用。
         另因AASHTO設計方法，不論交通量之多寡，均可依照文獻9.之程序辦理設計作業，且已散見於國內各工程設計報告、專家之論文著述及筆者多項之拙作，故本文擬不再辱佔篇幅贅述之。
(二)鋪築結構
         低交通量道路之鋪面結構及材料選用，宜以就地取材、適用性及經濟性為主要原則，本文所介紹之方法及圖表，仍以級配料(Aggregate)與瀝青混凝土為主。至於瀝青表面處理、單層或雙層灌入式處理、封層、水泥混凝土、水泥處理土壤、水泥處理級配料、土路暨碎石路等等，皆未包括在內。

四、AI IS-181設計方法

(一)背景
         AI IS-181設計方法基於多層彈性理論原理，依據AI MS-1 1981年版設計手冊簡化而得。
(二)設計考量因子
         設計時必須考量下列三項因子：
1.交通量：
         交通量依據設計當量軸次80kN ESAL值、市街道路種類及重型貨車數量等資料，可分為六個等級。
2.路基土壤：
         依據MR、CBR或R值等三種試驗方法之一所決定之設計值，將路基土壤分為「不良(Poor)」、「中等(Medium)」及「良好至優良(Good to Excellent)」等三個等級。
3.鋪築結構材料：
         設計方法內包括：瀝青混凝土、基底層級配料及乳化瀝青混凝土等材料，本文僅列舉前兩項組合之型態。
(三)交通量分析
1.交通量級別：
         依據設計當量軸次80kN ESAL值、重型貨車量及市街或公路類別等資料分為六個等級列於表一中。
2.交通量分析年限：
         依照設計方法之規定為10年。
3.重型貨車：
         重型貨車型別以兩軸、六個輪胎或軸輪數較多者為主，至於小客車、小貨車(四輪)等未包括在內。而表一中之重型貨車量係以交通量分析年限內之累積總數為基準。
(四)路基土壤
1.路基土壤強度分類：
         (1)不良路基土壤：
(a) MR＜30MPa (4500 psi)。
(b) CBR＜3。
(c) R＜6。
         (2)中等路基土壤：
(a) MR＝30∼80MPa (12000 psi)。
(b) CBR＝3∼8。
(c) R＝6∼20。
         (3)良好至優良路基土壤：
(a) MR＞80MPa
(b) CBR＞8。
(c) R＞20。
2.壓實度要求：
         (1)非塑性土壤：
(a) 路基土壤依據AASHTO T180所得最大乾密度的100%(含)以上。
(b) 路基土壤以下之路床土壤依據AASHTO T180所得最大乾密度的95%(含)以上。
         (2)塑性土壤：
(a) 路基土壤依據AASHTO T180所得最大乾密度的95%(含)以上。
(b) 路基土壤以下之路床土壤依據AASHTO T180所得最大乾密度的90%(含)以上。
         (3)檢驗頻率為：每1000m2至少應做一次。
(五)鋪築結構材料
1.面層瀝青混凝土：
         依據AI SS-1最新版或下列之規定：
         (1)級配規格：詳表二及表三。
         (2)配合設計準則及工地拌合公式：詳表四、表五及表六。
         (3)壓實度要求：
(a) 每天室內夯打6只試體，取其平均值作為分母；每天工地鉆取5個樣品，取其平均值作為分子。
(b) 壓實度為（工地密度平均值÷室內夯打平均值）×100≧96%，且任何一個鉆心試體的壓實度值不可低於94%。
2.基底層級配料：
         (1)級配規格：詳表七。
         (2)材質要求：詳表八。試驗頻率每1000m3至少應做一次。。
         (3)壓實度要求：依據AASHTO T180所得最大乾密度再以AASHTO T224校正所得最大乾密度的100%(含)以上，試驗頻率每1000m2至少應做一次。






(六)鋪築結構厚度設計表
         本文提供瀝青混凝土與基底層級配料組合之厚度設計表為表九及表十，若未來具有發展潛力之地區，請選用表十。
         碎石級配料上瀝青混凝土之最小厚度規定值，請詳參表十一所列。
(七)設計範例
1.已知一鄉村道路，預估在交通量分析年限內每天有20輛重型貨車，路基土壤依據附近資料為CBR＝2，試求鋪面結構厚度？
2.設計步驟：
         (1)交通量等級：
(a) 交通量分析年限假設為10年，可得到交通量分析年限內累積之重型貨車為：
20×365×10＝73000
(b) 將73000代入表一中，可得交通量屬於第Ⅲ級。
         (2)路基土壤等級：
因為CBR＝2，故屬於“不良”級。
         (3)鋪築結構厚度：
基於本地區具有發展潛力之考量，因此以表十求出鋪築結構厚度值如下所列：
(a) 瀝青混凝土面層：40mm
(b) 瀝青混凝土底層：85mm
(c) 碎石級配料底層：300mm
(d) 合計總厚度為：425mm
         (4)施工規範要點：
(a) 路基及路床土壤需依照第四章第(四)節之規定辦理，且路基土壤之CBR值要在2(含)以上。
(b) 瀝青混凝土及碎石級配料等鋪築材料要符合第四章第(五)節之規定辦理。



<未完待續>