第一章 緒論
1.1 研究動機
全球氣候變遷持續，破記錄之豪雨與熱浪不斷發生，台灣淹水問題 不斷擴大。其中，―外水‖或可仰賴河川，而―內水‖則需靠滯洪設施。奈 何，台灣都會區之滯洪空間有限，利用公路或人行道之鋪面透水儲水，
乃成為經濟有效的滯洪方式。
透水舖面(Permeable Pavement)在目前已經日益受到重視，在環保意 識高漲的今天，世界各國無不朝向綠色建築的目標努力，而其中保水性 更是一項重要的指標。透水性舖面能使降雨由地表吸收，減少排水系統 的負荷，並補充地下水，對減低下水道之需求，有很大的幫助。
長期以來，許多不同的高承載或高透水性鋪面工程技術，都被測詴 過。但是，一般而言能夠高承載的道路不能透水，能夠高透水的鋪面不 能高承載，且多無法永續。
混凝土，形成的「結構性透水鋪面」。JW 工法透水鋪面乃強調在 人工鋪面之下鋪設相當厚度的碎石，期以儲水與讓水活化土壤；而在碎 石之上，則鋪設混凝土鋪面，但是採用具備有結構性、導水性的塑膠架 構，取代傳統的鋼筋，強化此混凝土鋪面的抗壓強度與抗彎拉強度(陳瑞 文,2006)。其 JW 透水性鋪面表面約每帄方米就有一百個孔洞，提供雨水 與空 JW 工法透水鋪面既不屬於材料性透水，亦不屬於拼接性透水，而 是運用「空調導水管架構」結合一般不透水氣流通。
JW 工法透水鋪面是以硬式鋪面(混凝土)內裝置垂直透水管方式(如 圖 1.1)，將雨水儲存於鋪面下方之碎石層內。其所蓄存的雨水，經碎石 與地下生態系統過濾後，可再加以利用。此工法兼具承載、透水、透氣、
蓄水、排水、降溫、減碳、生態多樣性等多項功能。
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圖 1.1 JW 工法透水性鋪面完成照
JW 工法係為發明人陳瑞文(Chen Jui-Wen)之名字縮寫，JW 工法雖 屬專利產品，但發明人陳瑞文表示可免費授權台灣各公家機關使用其專 利權。而行政院內政部建築研究所，最近一版綠建築評估規範中有明確 推薦本工法，即是出現於「2012 年版之綠建築評估手冊－基本型」一書 中，第 39 頁內，特別提出之「高承載力的通氣管結構型透水鋪面」。該 手冊僅強調此特殊鋪面對於基地保水的效益，可以達到市售透水磚的六 倍。但其實該鋪面的效益乃遠大於此，此乃本研究所將期望確認者。
1.2 研究目的
欲了解在不同載重下之土壤路基(subgrade)情況下，之結構承載力分 析，及探討在特定土壤及碎石級配厚度下，最經濟之 JW 工法透水鋪面 厚度。
摘自: 汐止市中正社區發展協會,2013.4
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1.3 研究內容
透水鋪面 (Permeable Pavement)在目前已經日益受到重視，長期以 來，許多不同的高承載或高透水性鋪面工程技術，都被測詴過。但是，
經常能夠高承載的道路不能透水，能夠高透水的鋪面不能高承載，且多 無法永續。
採 有 限 元 素 法 研 究 在 不 同 車 輛 或 行 人 載 重 及 不 同 路 基 土 壤 (subgrade)情況下，級配層、鋪面層與土壤彼此之互制行為，包括應力應 變及變形分析。並透過有限元素法之參數分析，提供人行道及公路在不 同載重下，一套最佳鋪面厚度(包括級配層及鋪面層)設計組合。
擬以各式卡車及一般轎車之假設荷重，採用 10cm、15cm、20cm 及 25cm 之 JW 工法透水鋪面混凝土厚度與 10cm、20cm、30cm、40cm 及 50cm 碎石級配，並分別假設路基為砂石、黏土及軟弱黏土層進行交叉分 析其結構穩定。採用有限元素法程式 Plaxis3D 進行分析，以瞭解舖面結 構之在車輛載重下之力學行為(例如：變形、應變、張力、壓力、剪力、
彎矩等分佈情況)。
1.4 研究方法
本研究分成數個步驟進行，其流程依下列圖 1.2，包括對硬式透水鋪 面設計之相關資料蒐集、建立 PLAXIS 鋪面模型、驗証所建立之鋪面模 型、對鋪面模型進行相關分析、建立非線性鋪面模型、以及對非線性鋪 面模型進行相關分析。
1. 收集資料：收集混凝土、碎石及各種土壤之參數資料(如.楊氏模 量(Young's modulus) E 和泊松比(Poisson's ratio）ν ，內聚力 c (Cohesion)和摩擦角 ϕ（Friction angle），以及剪脹角 (Dilatancy angle)E 值及詴驗資料(如混凝土單壓詴驗及土壤壓密詴驗)。
2. 建立幾何模型：以三維空間元素(區塊)模擬地層及實體載重，版 元素(Plate Element)模擬 JW 工法之透水鋪面。
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3. 設定元素屬性：依據收集資料，設定各層元素之屬性與參數資料，
依模擬之條件選定組成率模型，設定其排水狀況。
4. 建立邊界條件：依幾何模型設定邊界，將邊界條件設定為固定式 後、使其自動產生有限元素格網，且將網格全部採用細網格型式，
使其計算精度更為準確。(註:Plaxis 提供最粗、粗、細及極細網 格四種形式，因細及極細計算結果差距甚微，因此本研究採細網 格形式處理。)
5. 輸入各層材料及初始條件：建立分析模型之初始條件，包括地下 水壓及初始應力分佈。
6. 模擬施工程序：以逐階啟動或關閉預置之區塊或結構元素，模擬 施工行為。
7. Plaxis 運算：依模擬之施工程序，逐階完成計算。
8. 是否收斂：若收斂則進行下一步資料成果判讀，若不收斂需檢討 材料性質是否輸入有偏差，或是設定收斂範圍有問題。
9. 結果判讀：進行承載力瞬間總沉陷量、壓力及張力之分析判讀。
10. 完成(另以 Pcase 驗證厚度)
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圖 1.2 研究流程 8 收斂
9.結果判讀
10.完成
材料性質 檢討 設定收斂
範圍
3.設定元素 屬性
4.建立邊界條件
5. 輸入各層材 料及初始條件
6.模擬施工程序
7.Plaxis 運算 1.收集資料
2.建立幾何模型
否 否
是
Pcase 設計
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