鋪面破壞分析

車轍是台灣地區常見的路面破壞，主要原因在於台灣氣候高溫多雨、瀝 青混凝土材料品質不佳、含油量過高、重車超載及車輪反覆輾壓等問題，使 得輪跡處常有凹陷的情形，車轍的成因可概分為三類，說明如下：

甲、磨耗型車轍：

在交通車輛輪胎磨耗和環境條件的綜合作用下，路面磨損，面層內粒料 顆粒逐漸脫落，磨損型車轍會加速發展。

乙、結構型車轍：

主要是基層等路面結構層或路基強度不足，在交通荷載反覆作用下產生 向下的永久變形，作用或反射於路面。

丙、失穩型車轍：

絕大多數車轍是由於在交通荷載產生的剪切應力的作用下，路面層材料 失穩，凹陷和橫向位移形成的。 間單的說就是造成瀝青混凝土曾過度壓密 (consolidation)或橫向推擠(lateral movement)。在高速公路的進、出口，交費站 或一般公路的交叉路口等減速或緩行區，這類車轍也較為嚴重。因為這些地 區車速較低，交通荷載對路面的作用時間較長，易於引起路面材料失穩，橫 向位移和永久變形。

鋪面結構問題常被認為是產生車轍的主要原因，而鋪面依照不同的道路 等級採用特定的車轍值作為破壞的準則，如美國瀝青協會(AI)限制車轍深度不 可超過 12.7mm，而 AASHTO【62】設計準則破壞深度不可超過 1.91 公分，

藉由多位學者之研究成果可知一般車轍深度達 12~25mm 視為破壞。

(b)疲勞龜裂分析

疲勞龜裂【63】可定義為路面因重複載重而造成裂縫的現象稱為疲勞龜 裂，而裂縫由起始程度(initial level)成長至臨界狀態，(critical level)為破壞之 週期時間，而影響鋪面疲勞龜裂主要因素為材料性質、應力狀況及邊界狀況。

台灣鋪面往往因重車超載、材料性質的不確定性等因素使得鋪面在 2~3 年內 即產生疲勞龜裂的現象。一般常見的的疲勞龜裂現象可分兩種，說明如下：

甲、由瀝青面層底部向上延伸(bottom up) ：

此種疲勞龜裂的生成及傳播，與瀝青混凝土面層底部的水平應變有關，

傳統鋪面理論認為此種龜裂現象是造成鋪面表面產生裂縫的主要原因。

乙、由面層開始，往下延伸(top-down cracking) ：

此種現象發生之主要原因有鋪面溫度、荷重形式、材料性質。因溫度會 隨著深度增加而逐漸變化，且日夜溫差大的影響，所以鋪面在是否受到日光 照射下對鋪面表面裂縫生成有很大的影響，在不同形式的輪胎荷重所產生的 張力亦不相同，且因施工的不確定性以及天然粒料在設計上無法準確的估計，

導致材料孔隙過多或是老化失去勁度，均會產生由上而下之裂縫，依規範疲 勞龜裂面積不得超過路面總面積的 20%。

利用結構分析所得之位移與應力的結果進行破壞分析，分析結果與 LTPP 資料庫監測所得車轍與疲勞龜裂觀測值進行比較，圖 3-15 為試驗道路在車輛 荷重下車轍與疲勞龜裂值與觀測值之比較，由圖可知預測值與觀測值十分接 近，為了檢測誤差的合理性，本研究將使用蒙地卡羅法進行隨機取樣分析，

假設取樣樣本數為 1000 組，再利用品質管制方法中的品質管制圖觀念建立車 轍平均數與標準差管制圖(𝑥̅-σ Chart)。將試驗道路量測的績效值繪於圖上，如 果大部分的量測值落在𝑥̅-σ 的範圍內，則表示所發展的模式可合理的預測鋪面 的車轍與疲勞龜裂值。

(a)車轍分析

(b)疲勞龜裂分析

圖 3-15、試驗路段破壞分析之預測值與觀測值比較

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0.00E+00 2.00E+05 4.00E+05 6.00E+05 8.00E+05 1.00E+06

車轍平均值(cm)

車輛荷重次數(N)

觀測值 平均值 平均值+

平均值-

0 5 10 15 20 25 30

0.00E+00 2.00E+05 4.00E+05 6.00E+05 8.00E+05 1.00E+06

疲勞龜裂面積平均值(m2/90m2)

車輛荷重次數(N) 平均值+

平均值 平均值- 觀測值