透水性鋪面指標擬定

透水性鋪面之設置目的在於使雨水能通過鋪面直接滲入地基，達到基地保水 之功能，並且降低熱島效應以達到溫度的舒適化，因此本小節針對新店實驗區進 行透水性鋪面之基地保水及舒適度作評估分析。

一、基地保水評估分析(基地保水指標)

透水鋪面之基底層重要功能為承載上部面層之載重，對於透水鋪面功能性而 言在某地區之降雨強度下需達到透水、保水性能外還必須考慮使用時之承載能 力，在接續子計畫一實驗室模擬現地各基底層之基本性質後，依照氣象局歷年降 雨強度實際於現地觀察其透水及保水狀況，再與實驗室做一比對經數據分析進行 設計鋪面之擬定。試驗之流程如圖3-25 所示：

圖 3-25 試驗流程

1.原土摻配 50％砂篩分析與土壤分類

土壤種類不同，其顆粒大小自不相同，期間孔隙亦隨之而異。土粒大者，孔 隙率反而較小，但孔隙大者，其入滲量自然較快，反之則否，因此透過土壤分類 可得知該土壤相關特性，本實驗區將原土摻配50％砂作為透水底層，並依照土 壤力學土壤三相圖之間關係求得各參數，原土摻配粒徑分佈如表3-13。

表 3-13 原土摻配 50％砂之粒徑分佈

篩號 留篩百分比 (%)

累計通過百分比 (%)

累計留篩百分比 (%)

3/2”(37.5mm) 0 100 0 1”(25.0mm) 4.55 95.45 4.55 3/4”(19mm) 6.13 89.32 10.68 1/2＂(12.5mm) 3.82 85.5 14.5

3/8”(12.5mm) 10.4 75.1 24.9

#4 (4.75mm) 30.1 45 55

#8 (2.36mm) 5.39 39.61 60.39

#16 (1.18mm) 13.61 26 74

#30 (0.6mm) 6 20 80

#50 (0.3mm) 5 15 85

#100 (0.15mm) 4.9 10.1 89.9

#200 (0.075mm) 7.862 2.238 97.762

Bottom 2.238 0 100

圖 3-26 原土摻配 50%砂

由粒徑分佈圖可得到下列參數：

Ｄ10=0.15mm Ｄ30=1.53mm Ｄ60=7mm

曲率係數 Cc=D302/(Ｄ60*Ｄ10)=2.23 1<Cc<3 均勻係數 Cu=Ｄ60/Ｄ10=46.67 Cu>4

依美國統一土壤分類標準(ASTM D-2487)可知級配為級配優良且含礫石之 砂土ＧＷ，另外依美國AASHTO 土壤分類標準可知原土為Ａ-1-a(GI=0)為級配優 良之砂質礫石，為優良之路基材料。圖3-27 為原土與原土摻配後之比較圖。

⎟⎟ ⎠

表 3-15 四斷面之等效水力傳導係數

A 斷面 B 斷面 C 斷面 D 斷面 等效水力傳導

係數 5.13×10^-3 4.76×10^-3 4.33×10^-3 3.19×10^-3 3.CBR、OMC、最大乾密度試驗結果

路基土壤之之設計 CBR 為路基土壤或鋪面粒料之承載力與一種標準優良級 配碎石承載力之百分比，可作為路基及基底層級配料等評估材料強度方法之一。

因各斷面原土層及級配層所使用材料均屬於同一種材料，所以僅有各一組OMC 及CBR 資料。表 3-16 為相關之試驗結果：

表 3-16 級配層及原土層（實驗室相關資料）

級配層 原土層

OMC 最大乾密度 CBR 值 OMC 最大乾密度 CBR 值 8.5％ 2055.79 65 9.5％

9.0％

2012.63 2138.95

42 64 4.工地密度試驗結果(AASHTO T191 砂錐法)

工地密度試驗主要求土壤、級配料及水泥處理土壤等材料之工地單位重為 主，所得之數據將與現地含水量利用土壤力學公式求得孔係率、孔係比。工地密 度如表3-17 所示：

表 3-17 工地密度（kg/cm

²

）

A 斷面 B 斷面 C 斷面 D 斷面 95％乾密度 級配層 1826 1945 1843 1873 1953 原土層 1881 1798 1852 1965 1912、2032 註：D 斷面 95％乾密度

5.現地各層施工時之含水量

表 3-18 現地各層施工時含水量(%)

6.實驗室推估孔隙比(e)

孔係比為土壤三相問題中空隙體積與固體體積之比值，以土壤力學公式：

= −1

d W

G

S

e γ

γ

(3.3)

式中：

γd為工地乾密度 γw為水之單位中 Gs=2.65

表 3-19 孔隙比(e)

A 斷面 B 斷面 C 斷面 D 斷面

級配層 0.451 0.362 0.438 0.415 原土層 0.409 0.474 0.431 0.349 7.實驗室推估孔隙率(n%)

利用土壤力學公式由孔隙比直接轉換成孔隙率：

e n e

= +

1 ，表為各層孔隙 率，其基本定義為空隙體積與總體積之比值。利用表3-20 孔隙率基本定義可推 得空隙體積。

表 3-20 孔隙率(n%)

A 斷面 B 斷面 C 斷面 D 斷面

級配層 31.1 26.6 30.5 29.3 原土層 29.0 32.2 30.1 25.9

A 斷面 B 斷面 C 斷面 D 斷面 級配層 9.45 9.0 9.23 9.31

原土層 10.2 10.9 9.9 8.7

8.實驗室推估現地實驗區飽和度

飽和度為水之體積與空隙體積之比值，可由以下公式求得各層不同孔隙率下 之飽和度情況：

e S

=

wG

^s

(3.4) 式中

ω：現地含水量 Gs：2.65

此外由飽和度亦可推估保水量，當保水量超量時即需評估是否增加各層之厚 度。各層之飽和度如表3-21 所示：

表 3-21 飽和度(S%)

A 斷面 B 斷面 C 斷面 D 斷面

級配層 55.5 65.9 55.8 58.6

原土層 66.1 60.9 60.9 66.1

9.實驗室推估現地試驗區保水量

結合孔隙率與飽和度之基本定義可求得各斷面之保水量，由各層n%×各層 厚度×各層 S%×0.01 即為各層保水量，各斷面分層之保水量如表 3-22，全斷面之 總保水量為表3-23 所示：

表 3-22 四斷面各層分別保水量

A 斷面 cm B 斷面 cm 面層 5cm 0.71 面層 8cm 1.25 碎石級配層 27cm 4.66 碎石級配層 24cm 4.21 原土層 63cm 12.08 原土層 63cm 12.35 碎石層 10cm 1.73 碎石層 10cm 1.76

C 斷面 cm D 斷面 cm 面層 6cm 0.77 面層 15cm -

碎石級配層 15cm 2.55 碎石級配層 25cm 4.29

表 3-23 保水量(全保水 cm)

A 斷面 B 斷面 C 斷面 D 斷面

全厚度105cm 19.18 19.57 18.58 18.08 在表3-22 可得四斷面之各層分別保水量，可以知摻配砂之原土層由於厚度 較大為主要保水，而面層較大的水力傳導係數(如排水性瀝青混凝土)會延緩涇流 發生時間。

10.現地現地評估透水鋪面面層透水性

由於透水鋪面之面層阻塞情況，對於整個透水鋪面之使用年限有相當大影 響，但如何用一簡易評估透水鋪面之面層之透水率變化情況。而有關透水係數之 計算方式，依實際進行室內透水儀試驗結果得知，採用直接以落水頭試驗

（Falling-Head Test ） 公 式 與 疊 層 土 壤 等 值 滲 透 係 數 （ Equivalent Hydraulic Conductivity in Stratified Soil）公式分析比較結果相當接近，探討其原因乃在於當 滲流方向與土層面垂直時，疊層土壤等值滲透係數係由滲透係數最小之透水層所 控制，而落水頭公式計算整體滲透係數是利用單位時間內之水頭變化，亦由透水 性最差之層面控制，故可以利用落水頭公式簡易推估透水性鋪面之整體滲透係數 K 之值為何。於工地現場評估透水性鋪面面層透水能力，從鋪面上 133cm²左右 之表面積測定鋪面體內400ml 水流下之時間，換算成 15 秒流下的水量為透水量 (ml/15sec)。

而變水頭利用落水頭公式K=aL/AT*ln(h1/h2) (3.5) 求其透水係數K

a:內管截面積 L:面層厚度

A:透水儀底部與面層接觸之截面積 T:時間

h1:開始計算時間水面高度 h2:結束計算時間水面高度

經現地透水儀量測值為如下表3-24，點位測點順序參照圖3-30。

表 3-24 估計面層水力傳導係數

1 2 3 4

透水瀝青量測秒數(秒) 14.1 4.94 74.95 77.32 K值(cm/秒) 0.3352 0.9569 0.0631 0.0611 植草磚量測秒數(秒) 37.31 78.64 50.08 37.25 K值(cm/秒) 0.1267 0.0601 0.0944 0.1269 透水磚量測秒數(秒) 71.8 218.38 131.44 472.63 K值(cm/秒) 0.0527 0.0173 0.0288 0.008 JW工法量測秒數(秒) 5.38 5.82 4.69 4.5 K值(cm/秒) 1.3179 1.2183 1.5118 1.5757

因變水頭試驗是在一個有邊界量測試體，會有圍束能力使水只有入滲，但少 考慮其邊圍條件會造成水力傳導係數有高估。量測值1、2點位在比較高之一邊，

而點位3、4是在較低另一側量測。在較小孔隙如透水磚和透水瀝青鋪面，因有2%

之坡降原因，在降雨時容易把粉塵留在，加上無高速車輛通行，無法產生自清功 能，在完工一年半後造成阻塞影響其功用，而容易造成表面積水。

圖 3-28 較高處透水磚(良好) 圖 3-29 較低處透水磚(阻塞)

圖 3-30 模擬降雨後表面積水

比較剛施工完成之透水係數(表3-14)與現況鋪面透水系數(表3-24)可得知透 水係數經一年半後之變化情形(表3-25)，鋪面K值下降;判定其鋪面孔隙有阻塞情 形。

表 3-25 完工初期及一年半後透水係數之比較

完工初期之鋪面 完工一年半後之鋪面

透水瀝青K值(cm/s) 0.22 0.0611

透水磚K值(cm/s) 0.014 0.008

二、舒適度分析(舒適度指標)

熱環境是由空氣溫度、空氣濕度、熱輻射和氣流速度等四個參數綜合組成，

它們共同構成影響生物熱感覺的周圍環境，也是建築外殼構造產生熱作用的基本 參數。目前公共建設比較少談於建築物對於人體的舒適程度，目前也沒有相關的

2

3 4

1

法規針對於舒適度去做規定。在氣象學裡有針對環境之舒適程度，由不同的溫 度、風向、溼度、等，作一個評定的分數等級。目前有用到有Wind Chill Temperature Index、酷熱指數 (Heat Index)、不舒適指數(DI)、舒適度指標(CI)等。本研究利 用中央氣象區所計算的舒適度指標評估透水鋪面之舒適指標及利用美國National Weather Service介定了一個酷熱指數(Heat Index)，判別不同鋪面同時間的舒適性 差別。

z 舒適度指標(CI)

計算舒適度指數有各種不同的方法，中央氣象局目前所採用的計算公式，係 僅用溫度和露點溫度（代表濕度）二個變數來計算舒適度值，其公式如下：

(3.6)

式中

CI:舒適度；T:溫度；Td:露點溫度

中央氣象局為了讓一般大眾很快可以瞭解天氣的冷熱情形，參考了國外的經 驗，利用氣溫將天氣舒適度分為六級指數，詳如下表所示。

利用氣溫將天氣分為六級，如下表：

表 3-26 CI 指數分類表

CI 10 以下 11-15 16-19 20-26 27-30 31 以上 舒適度 非常寒冷 寒冷 稍有寒意 舒適 悶熱 易中暑 資料來源 : 中央氣象局

註: 露點溫度:保持空氣中的水氣含量不變，而使之降低溫度，當水氣因降溫而達飽和時之溫 度，即為露點溫度。露點溫度也可用來表示水氣含量的多寡，露點溫度愈高，則表示空氣中水氣 含量愈多。

三、酷熱指數(酷熱指標)

由於持續酷熱及潮濕會對人帶來危險,美國 National Weather Service 介定了

會改變血液循環的速率,增加汗腺分泌，甚至以喘氣的方式排出多餘的熱量。

資料來源 : 美國National Weather Service z 量測結果

新店透水鋪面量測氣象資料，利用量測到不透水鋪面溫度及各種透水性鋪面 了解其舒適指數之差異。其計算為當天白天舒適度，量測間隔為1 分鐘。

表 3-28 不同時間透水鋪面 CI 值

表 3-29 不同時間透水鋪面 HI 值

註：* 為模擬降雨時

由HI 指數來判別透水鋪面和不透水鋪面之舒適度之差異。每次以半小時為 判別。

透水瀝青 植草磚5/17 透水磚 JW 工法 11 點 CI 27.5(悶熱) 27.0(悶熱) 27.5(悶熱) 28.5(悶熱) 12 點 CI 28.5(悶熱) 28.2(悶熱) 27.6(悶熱) 26.7*(舒適) 13 點 CI 28.5(悶熱) 27.3(悶熱) 27.5(悶熱) 27.5*(悶熱) 14 點 CI 28.7(悶熱) 28.1(悶熱) 27.6(悶熱) 28.3(悶熱) 15 點 CI 26.2*(悶熱) 27.7(悶熱) 26.6(舒適) 27.7(悶熱) 16 點 CI 24.8(悶熱) 24.1(舒適) 22.9(舒適) -

透水瀝青 植草磚5/17 透水磚 JW 工法 11 點 HI 100.2(極度酷熱) 99.3(不舒適熱) 98.2(不舒適熱) 89.7(溫暖) 12 點 HI 116.1(極度酷熱) 107.6(極度酷熱) 100.3(極度酷熱) 76.1*(舒適) 13 點 HI 116.3(極度酷熱) 111.2(極度酷熱) 106.5(極度酷熱) 77.3*(舒適) 14 點 HI 108.9(極度酷熱) 93.8(不舒適熱) 96.5(不舒適熱) 82.3(溫暖) 15 點 HI 80.1*(溫暖) 94.7(不舒適熱) 90.2(不舒適熱) 78.9(舒適) 16 點 HI 76.8* (舒適) 74.7* (舒適) 73.2* (舒適) -

表 3-30 透水瀝青透水瀝青舒適度(HI)

98.01822 31 2931.369 94.5603 3.382391 109.2611 31 3072.616 99.11666 20.36951

ANOVA

變源 SS 自由度 MS F P-值 臨界值

組間 321.7861 1 321.7861 24.99126 3.30496E-06 4.001191 組內 772.557 60 12.87595

總和 1094.343 61

表 3-32 植草磚舒適度(HI)

時間 植草磚 不透水混凝

土鋪面 時間 植草磚 不透水混凝

04:00 74.7 98.2 04:16 73.2 84.9 土鋪面 04:01 74.6 98.0 04:17 73.0 84.9 04:02 74.6 96.0 04:18 73.2 83.7 04:03 74.6 93.6 04:19 73.0 83.7 04:04 74.7 93.8 04:20 73.0 83.5 04:05 74.7 93.5 04:21 74.9 83.4 04:06 74.6 93.1 04:22 73.0 82.5 04:07 74.6 91.5 04:23 73.0 82.4 04:08 74.7 91.1 04:24 73.0 82.3 04:09 74.7 90.9 04:25 73.0 82.3 04:10 74.8 89.3 04:26 74.8 81.4 04:11 73.0 87.9 04:27 73.2 81.4 04:12 74.8 87.7 04:28 73.0 81.4 04:13 73.0 87.6 04:29 73.2 81.3 04:14 73.0 86.3 04:30 73.0 80.6 04:15 73.0 86.1

表 3-33 植草磚舒適度(HI)變異數分析

摘要

組 個數 總和 平均 變異數

不透水鋪面 31 2706.298 87.29993 29.75839 植草磚 31 2321.685 74.89307 0.039345 ANOVA

變源 SS 自由度 MS F P-值 臨界值

組間 2383.919 1 2383.919 160.1409 1.38E-18 4.001191 組內 893.9321 60 14.89887

總和 3279.851 61

表 3-34 透水磚舒適度(HI)

透水磚 31 2691.26 86.81484 0.008246 不透水鋪面 31 2856.726 92.15246 0.00471

ANOVA

變源 SS 自由度 MS F P-值 臨界值

組間 441.5985 1 441.5985 68167.11 2.17E-93 4.001191 組內 0.388691 60 0.006478

總和 441.9872 61

表 3-36 環保透水混凝土舒適度(HI)

不透水 31 2851.825 91.99436 0.476171 JW 工法 31 2528.692 81.57072 0.551839 ANOVA

變源 SS 自由度 MS F P-值 臨界值

組間 1684.109 1 1684.109 3276.442 4.58E-54 4.001191 組內 30.84033 60 0.514005

總和 1714.949 61

z 數據資料分析

由以上舒適度數值從檢定分析可以看出，四種透水鋪面均能有顯著改善情況 (α=0.05)，雖然還不能大量降低以增其舒適度。但其中透水瀝青由 HI 指數與日照 量看出，當瀝青受日照反射和混凝土鋪面二相比較，造成人體舒適度值偏高如 圖。原因可能瀝青為黑色表面，吸收相當多太陽輻能與灰白色之混凝土比較而 言。由Tsuyoshi Kinouchi 指出利用較白色之鋪面較能減少都市溫熱感。故建議 未來透水鋪青鋪面較適合用於車道上，人行道鋪面主用用植草磚或透水磚為主。

10:50 11:50 12:50 01:50 02:50 03:50 04:50 時間

資料來源 : http://www.coolcommunities.org/cool_pavements.htm

本節之指標包括基地保水指標、舒適度指標及酷熱指標均為初擬，必須靠日 後研究作為佐證。

表 3-38 酷熱指數長期監測單因子變異數分析

單因子變異數分析

單因子變異數分析

在文檔中 建築基地保水滲透技術設計規範與法制化之研究子計畫二：透水鋪面技術規範與法制化之研擬 (頁 82-101)