第三章 新店實驗區透水鋪面之保水及滲透性之探討
第四節 透水鋪面基本性質實驗結果分析(含基底層) . 59
採用美國AASHTO T305-97的網籠法進行垂流試驗。網籠的篩孔尺寸為6.3mm，在 施工溫度或更高的問度條件下，取1.2kg的混合料均勻放入網籠中，置於170±10
℃烘箱中，保持1小時，量平網籠上黏附的瀝青量，即為瀝青垂流部分。
本試驗以4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％五個含油量進行垂流試驗，分別 量測出瀝青膠泥各含油量之垂流量，並繪製瀝青含油量與垂流量關係曲線圖，由 圖3-17中反曲點之切線交點，決定出本試驗之瀝青最適含油量上限為5.3％。
表3-8 垂流試驗結果
試驗溫度：170℃
含油量％ 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 烤盤重(g)….A 333.8 333.3 334.8 334.6 346.5 烤盤+拌和料重(g)….B 1311.7 1332.1 1344.9 1342.2 1349.4 烤盤上瀝青垂流重量(g)...C 0.7 1.0 1.3 2.3 6.6
垂流率(%)
X=C/(B-A) 0.07 0.10 0.13 0.23 0.66
圖3-17 瀝青混和料垂流試驗圖
b. 飛散損失率試驗(決定含油量下限)
飛散損失率試驗（Cantabria磨耗試驗）以磨耗及衝擊試驗下評估混合料飛 散的潛能，由瀝青膠泥的飛散損失率與瀝青含量間關係曲線圖中之反曲點為最適 瀝青量之下限。係將用馬歇爾夯壓機每面各夯打50下之試體（重量為A），放入 20℃的恆溫水槽中養治20小時，從水槽中取出試體快速放入洛杉磯試驗機滾筒 內，筒內部不放入鋼球，以每分鐘30～33的轉速迴轉300次，轉畢後，取出筒內 之最大塊試體（重量為B），並計算其損失率。
本試驗以4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％五個含油量進行飛散損失率 試驗，分別量測出瀝青膠泥各含油量之飛散損失率，並繪製瀝青含油量與飛散損 失率關係曲線圖，由圖3-18中反曲點之切線交點，決定出本試驗之瀝青最適含油 量下限為4.8％。
表3-9 飛散損失率試驗
試驗溫度：22℃
含油量 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 試樣重(g)..A 984.5 982.9 1016.8 1029.2 1017.3 飛散後試樣重(g)….B 623.9 787.7 873.2 924.7 933.2 飛散損失率(%)
X=(A-B)/A 36.4 19.9 14.1 10.2 8.3
圖3-18 瀝青混和料飛散試驗圖
c. 決定含油量
本試驗由垂流試驗之最適含油量上限為5.3％與飛散損失率試驗之最適含油 量下限為4.8％，所得之最適含油量帶為4.8％～5.3％，以5.3％瀝青含油量為本 多孔性瀝青混凝土之配合設計瀝青含量。
2. 成效試驗
本試驗以5.3％瀝青含油量為配合設計瀝青含量，並進行各成效試驗，包含 馬歇爾穩定值、連續孔隙率、透水係數、飛散損失率試驗等。
a. 馬歇爾穩定值試驗
製作馬歇爾試體含油量為5.3％，進行穩定值試驗，其平均值481.4 Kgf 符 合規範要求350 Kgf以上。
表3-10 穩定值試驗
含油量(%) 試體編號 穩定值(kgf) 穩定值 平均值(kgf) 1 505.7
2 465.2 5.3
3 473.2
481.4
以連續孔隙率試驗來檢驗孔隙率之成效要求，由結果得知其連率孔隙率為 18.3％，符合規範要求15％～20％。
表3-11 連續空隙率試驗
試體編號 1 2 3 試體高度(cm)---A 6.66 6.78 6.80 試體圓面積(cm2)---B 81.23 80.44 81.23 試體空氣中重(g)---C 1009.7 1003.8 1023.0 試體水中重(g)---D 567.6 563.7 570.0 25℃水密度(g/cm3)---E 0.997 0.997 0.997 骨材+獨立孔隙體積(cm3)---F =(C-D)/E 443.43 441.42 454.36 連續孔隙率(%)=100×[(A×B)-F]/(A×B) 18.0 19.1 17.7
平均連續孔隙率(%) 18.3
多孔性瀝青混凝土，主要在於透水係數之成效要求，由試驗結果得知其透水 係數平均值為0.21 cm/sec，符合規範要求0.1 cm/sec以上。
表3-12 瀝青混凝土透水係數試驗
試 體 編 號 1 2 3
試體厚度(cm)---L 6.66 6.78 6.80 試體斷面積(cm2)--A 81.23 80.44 81.23 水頭(cm)---h 11.87 12.32 11.97 測定時間(s)---t 15 15 15 溢流水量(cm3)----Q 380 455 375 透水係數 (cm/sec)
K =(L/h) ×[Q/(At)] 0.17 0.21 0.17
水溫(℃) 20 20 20
校正係數 1.127 1.127 1.127 校正後透水係數(cm/sec) 0.20 0.23 0.20 透水係數平均值(cm/sec) 0.21
以飛散損失率試驗來檢驗剝脫分離之潛能，由結果得知含油量5.3％之混合 料其飛散損失率為12.6％，符合規範要求25％以下。
表3-13 飛散損失率試驗
試驗溫度：22℃
含油量 5.3
試體編號 1016.2 1012.2 1017.3 試樣重(g)..A 910.3 876.1 875.5 飛散損失後試樣重(g)….B 105.9 136.1 141.8 飛散損失率(%)
X=(A-B)/A 10.4 13.5 14.0
飛散損失率平均值(%) 12.6
二、透水鋪面基底層材料試驗結果分析
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3-19所示：
圖3-19 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3-14。
表3-14 原土摻配50％砂之粒徑分佈
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 設計以降雨強度為50mm/hr，舖面體需要1.0×10-3cm/sec之滲水係數。
0.0
⎟⎟ ⎠
CBR資料。表3-17為相關之試驗結果：
表3-17 級配層、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3-18所示：
表3-18 工地密度（kg/cm2）
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
土壤含水量隨土壤種類不同而異，同一土壤因時間不同期含水量亦異。一般 言之，含水量與滲透量互為消長，尤以降雨初期時為然。
表3-19 現地各層施工時含水量(%)
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
6. 實驗室推估孔隙比(e)
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3-22所示：
表3-22 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3-23，全斷面之總 保水量為表3-24所示：
表3-23 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 原土層 74cm 13.56 原土層 55cm 9.42 碎石層 10cm 1.70 碎石層 10cm 1.72
表3-24 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3-23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。由表3-24全厚度保水量可得知全保水量約在19cm，是理想化之狀態，應 再考慮其他影響因子如蒸發等，使得現地保水量變小，因此需乘上一折減因子，
使得估算保水量較為客觀。
三、新店實驗區現地透水試驗流程 1. 試驗流程介紹
新店實驗區於上一年度製作了四種形式的透水鋪面，因其擁有大型模雨計設 備、以及整套的透水鋪面觀測設備，因此本年度預定藉此實驗區研究降雨與透水 性能之間的關係，考慮在設計雨型之最大降雨強度(自變數)與不同降雨延時（自 變數）下，四種不同透水鋪面其透水性之能力，並觀測在歷經多久時間降雨之後 將達飽和狀態，也藉此實驗區瞭解不同鋪面在降雨過後其保水的性能（應變數）
與時間變化情形。
此外，本現地試驗之保水量將與實驗室土壤三相圖基本觀念由孔隙率與飽和 度推估保水量及實際測得之逕流量推得之Φ入滲指數與入滲容量之觀念進而求 得之保水量做一比對進行結果分析討論。此實驗區亦可長期觀測透水鋪面隨時間 其透水性及保水性能變化的情形，可對透水鋪面其使用的服務年限作一探討。本 實驗區現地透水試驗規劃流程圖如下：
圖3-22 實驗區現地透水試驗規劃流程圖
2. Φ入滲指數介紹
本現地透水實驗比對部分之Φ入滲指數(Infiltration indices)為某降雨時 所求得之平均入滲率(水力傳導係數)，即在雨量強度-時間的曲線上，繪一條水 平線，使該線以上的超滲雨量體積恰好等於地表逕流的體積。因四種鋪面面積為 一定值，故只要繪一條水平線，使該線以上的超滲雨量的水深恰好等於地表逕流 的水深，即可求得Φ指數。而Φ指數水平線以下的雨量皆會滲透指基底層，只有 水平線以上的雨量才會在地表面上流動，這一段時間稱為有效降雨延時。因此本 實驗可以以此水文指數作為新店實驗區現地透水試驗之比對。Φ指數之示意圖如 圖所示：
圖3-23 Φ指數示意圖
3. 現地入滲觀測
入滲為一重要之水文現象，可利用實測估算某地區地表及土壤特性，為防 洪、給水之規劃設計者所必須，因此入滲量之觀測為水利工程不可或缺之重要數 值。本實驗區採以人工模雨計法觀測入滲，茲敘述如下：
模雨計法(Rainfall simulator)：
模雨計為利用人造之噴水裝置，使其類似降雨，並能改變其降雨強度之大 小，打擊透水鋪面，所求得之入滲率更可合乎實際情形。模雨計使用於地面較廣，
由一至數平方公尺。其施測地點，應選擇代表全地區降雨代表性之雨量與延時。
模雨計有F及FA型兩種，本實驗區採F型。F型觀測面積為(2×4)平方公尺，可模擬 45、90、135公厘降雨強度之降雨，其噴水管分兩排安裝於長邊，噴水高度約為2 公尺。FA型模雨計之觀測面積較小，僅(30×75)平方公分，其噴水管安裝位置如F 型，但採用低水壓式，其降雨強度為每小時38公厘或其倍數。
觀測前，於選妥之地面四周築低堰，然後固定噴水頭，由供水處給已知水量，
降水
Φ Φ
時間 逕流
降 雨強 度
滲透
由噴水頭管均勻噴出，所噴出之降雨強度大小與實際雨相似。
此外，於實驗區地點各鋪面較低一側修挖槽溝，以截取未能入滲之逕流，並 於槽溝出口處設堰口量測水量。則供應水量減去逕流量即得入滲量。現地入滲試 驗步驟如圖3-24所示：
入滲率f(t)為:
f(t)=i-q(t) (3.4) 式中
i為人工模擬降雨強度 q(t)為單位面積地表逕流量
圖3-24 現地入滲試驗步驟
圖3-25 模擬降雨示意圖
由中央氣象局所公布最新降雨強度之分類如表。將進行這四種不同之降雨等 級進行試驗，比較其逕流和保水特性，圖3-26為新店試驗區模擬降雨強度與逕流 關係圖。
表3-25 交通部中央氣象局新修訂之「大雨」及「豪雨」定義
大雨 指二十四小時累積雨量達五十毫米以上，且其中至少有一小時 雨量達十五毫米以上之降雨現象。
豪雨 指二十四小時累積雨量達一三０毫米以上之降雨現象。
大豪雨 若二十四小時累積雨量達二００毫米以上稱之為特大 超大豪雨 二十四小時累積雨量達三五０毫米以上稱之為超大豪雨。
圖3-26 強雨強度及逕流關係圖
第五節 透水鋪面效益
目前針對透水鋪面之預期效益，有保水性和減少熱島效應。針對這二點進行
目前針對透水鋪面之預期效益，有保水性和減少熱島效應。針對這二點進行