¶ 柔性鋪面設計規範－第五章 美國瀝青學會(AI)設計方法 5.1 簡介
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
第五章 美國瀝青學會(AI)設計方法
5.1 簡介
5.1.1 簡述
1.台灣地區使用美國瀝青學會鋪面設計方法(MS-1)已有數十年，若以路基土壤強度表示方法、交通量分析及設計原則等予以區分，迄今共發布九版，大約可分為1956 年版、1963 年版及1981 年版等三個階段，本章之設計方法係以AI MS-1 1991 年版為藍本。美國瀝青學會在鋪面工程設計上現有之刊物為：
•MS-1 :公路與市街瀝青鋪面設計•MS-17：公路與市街瀝青加鋪設計•MS-23：重型車輛瀝青鋪面設計•IS-181：MS-1 1981 年版簡略版
2.MS-1 1981 年版(第九版)由來：
MS-1 從1954～1970 共計發布八版，設計原則基於AASHO、WASHO 及英國(British)等道路試驗所獲得之經驗公式，惟從1981 年版(第九版)起改以多層彈性理論為基礎，於1966～1977 年間在美國聖地牙哥 (San Diego)試鋪35 個斷面研發而成，其主要研究報告為RR-82-2。
5.1.2 AI-MS-1 1991 年版固定設計圖1991 年版為1981 年第九版之修訂版，其固定設計圖係由AI CP-1 DAMA 程式求得[501]。
¶ 5.1.3 修訂AI 固定設計圖
本手冊將簡介MS-1 設計方法並提出修訂之固定設計圖，同時亦依據AI CP-1 DAMA 程式提出輸入之方法。
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
¶ 5.2 設計原則
¶ 5.2.1 背景
基於多層彈性理論原理，考量各層鋪築材料之彈性模數、波生比及車輛單軸重80 kN 作用於兩個圓周平鈑，其接觸半徑為115mm，胎距(C to C)為345mm，詳圖3.2.(1)，胎壓78psi 等之當量累積數，然後由AI CP-1 DAMA 程式求出其固定設計圖。
¶ 5.2.2 設計基準
1.張應變與壓應變：
車輛行駛過路面時將發生張應變(εt)與壓應變(εc)等兩種應變，如果張應變超過上限時，路面將發生張應變裂縫，如果壓應變超過上限時，路面將發生壓應變永久變形[501]。
路面設計乃選擇適當之鋪築材料與厚度，也就是以DAMA 程式(利用Chevron N-Layer Program)求出考量張應變與壓應變所得之交通量分析年限皆符合設計條件時之各層鋪築材料厚度。
至於εt則產生於瀝青混凝土與基底層級配料接觸面。而εc則產生於路基頂面上。
若採用全厚度鋪築時，張應變與壓應變皆發生在路基頂面上。
(1)瀝青混凝土層容許之張應變(εt)：
(A)
-------------------------------------公式5.2.(1)
公式中 N=設計當量軸次(80 kN ESAL)。
εt=瀝青混凝土之張應變，mm/mm。
a,b=瀝青混凝土疲勞試驗(Fatigue Test)
所得之參數。
公式中 N=設計當量軸次(80 kN ESAL)。
εt=瀝青混凝土之張應變，mm／mm。
C=瀝青體積(Asphalt Volume)及空隙率(Air Voids)之函數。
|E*|=瀝青混凝土彈性模數。
(2)路基土壤容許之壓應變(εc)：
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
公式中 N=設計當量軸次(80kN ESAL)。
εc=容許壓應變(在路基面上)，mm／mm。
其方程式為------------------------公式5.2.(4)
公式5.2.(2)為Shell[502]研究所得，AI MS-1 發展修改為公式5.2.(5)：
N=18.4(C)×[4.325×10-3(εt)-3.291(|E*|-0.854)] --------公式5.2.(5)
其中 C =10M
式中 Vv=空隙率%。
Vb=瀝青體積%。
2.應力損失基準(Distress Criteria)：
DAMA 程式建立之應力損失基準為：
(1)疲勞裂縫基準：全面積之損壞以20～25%為極限。
(2)車轍基準：容許限度為13mm。
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
¶ 5.3 設計考量因子
5.3.1 AI 設計方法(MS-1 1991 年版)考量因子
1.交通量。
2.路基土壤強度。
3.環境因子。
4.鋪築結構材料。
5.鋪面厚度設計圖。
6.分期施工。
7.路肩及人行道設計。
¶ 5.3.2 交通量分析
1.交通量分析年限：依照3.2.3 節規定辦理。
2.設計當量軸次(80 kN ESAL)：交通量分析年限內累積數以單軸重80 kN 為基準，其基數等於1。
3.設計當量軸次(80 kN ESAL)求法
(1)各種車輛開放交通時初期每天雙方向車輛數。
(2)貨車因子 (3.2.5 節)：
平均貨車因子=---公式3.2.(6)
公式中軸重當量因子依據AASHTO 設計方法1993 年版柔性鋪面當SN=5、Pt=2.5時之條件，其值詳見表3.2.(1)。
(3)成長因子，GF(3.2.6 節)：
(A)由交通量分析年限與交通量年成長率等兩種因子可求出其成長因子。
(B)可使用公式3.2.(7)或應用表3.2.(2)。
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
(4)胎壓校正因子，AF(3.2.7 節)：
(A)台灣地區貨車及連結車經常超載，設計時必須針對該地區車輛行駛狀況予以考量。
(B)80 kN ESAL 之胎壓以78psi 為基準，因此超過此值時必須以圖3.2.(2)求出胎壓校正因子。
(5)車道分配率，DL(3.2.8 節)：
雙方向四車道或四車道以上時，車輛行駛所佔之百分率各地區及車輛類型並不一致，鋪面設計工程師應視該地區實況，參考表3.2.(3)予以設計。
(6)計算範例：詳見3.2.9 節。
4.路肩、人行道之交通量：
詳見3.2.10 節。
¶ 5.3.3 路基土壤強度
1.路基土壤強度表示方法：MR(回彈模數)。設計圖必須標明路基土壤強度設計值。
2.MR試驗值求法：
(1)試驗方法：AASHTO T292 或AI MS-10(最新版)。
(2)MR值求法：
(A)應力基準：軸差6psi，圍壓2psi。
(B)乾密度基準：AASHTO T180 所得最大乾密度值的95%。
(C)飽和度基準：依現況調整之。
(D)從材料調查試驗結果之MR與Sr關係曲線求出MR試驗值。
(3)以CBR 或R 值換算MR：
(A)CBR：以公式3.1.(1)或公式3.1.(2)求之。
(B) R 值 ：以公式3.1.(3)或公式3.1.(4)求之。
3.設計值求法：
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
(1)以累積曲線法求之。
(2)每種土壤原則上最少要取6 個樣品。
(3)範例：詳見3.1.5 節之6。
¶ 5.3.4 環境因子
影響鋪面之環境因子以地下水位、降雨量及降雨強度、冰凍及氣溫等為主，若以美國瀝青學會設計方法而言，可分為下列三項：
1.路基土壤強度：飽和度影響路基土壤的MR值頗鉅，而飽和度可由比重、乾密度及含水量等關係式求得。
2.基底層級配料：飽和度影響基底層級配料的MR值程度不大，可用工地含水量求出適用之飽和度。
3.溫度：
(1)瀝青膠泥類別及等級：可依照表5.3.(1)選擇適當之瀝青。
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
表5.3.(1) 選用瀝青膠泥類別及等級註：乳化瀝青SS 可用於底層乳化瀝青混凝土，其陽離子類型之規範為AASHTO M208、ASTMD2397，或陰離子類型之規範為AASHTO M140、ASTM D977。
(2)AI MS-1 修訂固定設計圖以年平均溫度 (MAAT)為基準，AI CP-1 DAMA 程式以月平均溫度 (MMAT)為基準。
¶ 5.3.5 鋪築結構材料
1.鋪築結構材料以密級配瀝青混凝土及碎石級配料為主。
2.決定鋪築結構時鋪面設計工程師可酌量將密級配瀝青混凝土部分改用粗級配瀝青混凝土，同時底層碎石級配料亦可部分使用礫石級配料。
3.瀝青混凝土之|E*|、ν(波生比)、Vb(瀝青體積)、Vv(空隙率)及P200(通過No.200 號篩百分率)：
(1)試驗方法：
(A)馬歇爾配合設計方法：AASHTO T245，AI MS-2。
(B)|E*|試驗：ASTM D4123。
(2)|E*|求法：
(A)求三種級配、三種瀝青含量、三種壓實度及三種溫度等條件下之|E*|。
| 氣 溫 (年平均溫度，°C) | 瀝 青 膠 泥 類 別 | |
|---|---|---|
| ≤7 | AC-5，AR-2000 針入度120-150 | AC-10，AR-4000 針入度85-100 |
| 7～24 | AC-10，AR-4000 針入度85-100 | AC-20，AR-8000 針入度60-70 |
| ≥24 | AC-20，AR-8000 針入度60-70 | AC-40，AR-8000 針入度40-50 |
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
(B)壓實度：單一試體94%以上時之值(試驗室內馬歇爾夯打之試體為分母)。
(C)溫度：該地區之年平均溫度(MAAT)。
(3)ν (波生比)：依據AI 建議值使用0.35。
(4)Vb(瀝青體積)、Vv(空隙率)及P200(通過No.200 號篩百分率)：從馬歇爾配合設計結果計算而得。
4.碎石級配料之MR、K1及K2：
(1)試驗方法：
(A)土壤含水量與密度關係曲線(夯壓試驗)：AASHTO T180。
(B)MR試驗：AASHTO T292。
(2)K1及K2求法：
(A)求出級配料x及(x± 2S)，或x與(x± ASTM D2940 之容許限度)之MR值，請詳參附錄E[510] 。
(B)壓實度≥100% (AASHTO T180)。
(C)假設飽和度為80～83%。
(D)假設θ=19.5psi，以求MR(MR=K1θK )。
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
¶ 5.3.6 鋪面厚度設計圖
1.固定設計圖由AI CP-1 DAMA 程式製成。
2.輸入資料來源：
(1)依據材料調查結果考量當地氣候等條件，訂定輸入之設計值。
(2)本手冊採用AI MS-1 原則修訂固定設計圖係以台灣地區材料調查資料為主。
(3)交通量資料以設計當量軸次(80 kN ESAL)為基準。
3.修訂AI 固定設計圖種類：
(1)鋪築結構材料以底層碎石級配料固定厚度，求出面層所需之AC 厚度。
(2)修訂AI 固定設計圖種類(MAAT 24°C時)：
(A)30cm碎石級配料上所需之AC 厚度。
(B)40cm碎石級配料上所需之AC 厚度。
(C)60cm碎石級配料上所需之AC 厚度。
¶ 5.3.7 分期施工
1.分期施工優點：
(1)交通量調查資料缺乏者可調整鋪築結構。
(2)該地區仍在開發階段者，較為有利。
(3)預算不夠時可先行執行首期鋪面工程。
2.交通量分析可依照3.2.11 節方法辦理。
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
¶ 5.4 修訂AI 固定設計圖及設計流程
¶ 5.4.1 簡述
修訂AI 固定設計圖以AI CP-1 DAMA 程式所需之資料輸入，並依據台灣地區常用之鋪築結構型態，考量50 年來之年平均溫度等製成年平均溫度24°C之設計圖。
¶ 5.4.2 修訂AI 固定設計圖種類
AC(密級配10cm+粗級配)：
(1)圖5.4.(1) 30cm 碎石級配料上所需AC 厚度
(2)圖5.4.(2) 40cm 碎石級配料上所需AC 厚度
(3)圖5.4.(3) 60cm 碎石級配料上所需AC 厚度
5.4.3 設計流程設計者要規劃路基土壤之取樣數量及試驗項目，並作交通量分析，然後選擇本手冊提供之修訂AI 固定設計圖，或AI 設計方法(MS-1 1991 年版)之設計圖，以求鋪面結構設計厚度。其設計流程詳見圖5.4.
(4)。
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
圖5.4.(1)
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
圖5.4.(2)
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
圖5.4.(3)
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
1.a
1.b
2.
1.c
2.
3. 3.
4.
5.
6.
7.
交通量分析，設計當量軸次(5.3.2 節)
路基土壤強度設計值MR(5.3.3 節)
選定修訂AI固定設計圖決定AC 所需厚度(5.4.2 節及4.4.3 節規定取較大值者〕不分期施工（5.3.7 節）
決定鋪築結構厚度(主車道)
決定路肩鋪築結構厚度校核施工規範，決定是否提出特定條款鋪面設計報告書圖5.4.(4) 修訂AI 固定設計圖之設計流程圖
本頁文字與表格（可複製、可搜尋）
5.5修訂AI MS-1 固定設計圖範例基於路基土壤及設計當量軸次等假設數值不同，提供兩個範例列於附錄C 內。