¶ 柔性鋪面設計規範－第六章 美國加州設計方法
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第六章 美國加州設計方法
6.1簡介
6.1.1簡述美國加州設計方法(以下簡稱加州設計法)係一種半理論設計法(Semi-theoreticalMethod)，該法主要以路面材料之凝聚值(Cohesion)及摩擦值(Friction)為設計依據。前者採用凝聚儀(Cohesiometer)測得，以C 值表示；後者以穩定儀(Stabilometer)測得，並以R 值表示，故國內習慣稱R 值設計法。加州設計法之厚度設計公式係依據鋪面成效調查結果而建立[601]。
¶ 6.1.2 台灣使用美國加州設計方法概況
民國50 年代初期，台灣省交通處公路局(目前改稱交通部公路局)引進使用加州設計方法，中山高速公路新建時部分路段亦曾應用。如今，交通部公路局等單位仍然應用中，惟交通量指數計算方式及各層鋪築材料之礫石當量係數等資料皆已加以修訂。
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¶ 6.2 設計原則
¶ 6.2.1 交通量分析年限
除另有規定外，交通量分析年限需依照3.2.3 節交通量分析年限之規定辦理。
¶ 6.2.2 路基土壤強度
路基土壤之R 值試驗以CNS 12383[602]、AASHTO T190[603]、
ASTM D2844[604]或AI MS-10[605]等規範辦理。
¶ 6.2.3 交通量分析
交通量影響因子以交通量指數(TI)表示。
¶ 6.2.4 鋪築結構當量值
1. 鋪築結構以礫石當量係數表示，礫石之當量係數Gf=1.0。
2. 瀝青混凝土鋪築材料之礫石當量係數(Gf)，因TI 值不同而異。詳如表6.2.(1)[601]。
¶ 6.2.5 分期施工
當TI>10 時，可考量分期施工，並作經濟分析。
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表6.2.(1) 各層鋪築材料Gf值註：①厚度大於150mm 時，DGAC 之Gf亦隨厚度增加而提高。
②標準厚度75mm 及105mm 已足供ATPB 及CTPB 採用。轉換為GE 值後，分別為105mm及180mm。
③DGAC：密級配瀝青混凝土 CTB：水泥處理底層CTPB：水泥處理透水底層 AB：粒料底層ACB ：瀝青混凝土底層 AS：粒料基層LCB：低強度水泥混凝土底層
| 瀝青混凝土(DGAC) | 底層及基層 | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 交通量指數(TI) | ||||||||||||||||||||
| 5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 及以下 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 及以上 | CTPB ACB CTB CTB LCB (CL A) ATPB (CL.B) AB AS | |||||||||||||||||||
| 礫石當量 Gf | ||||||||||||||||||||
| Gf因TI 而變 | Gf固定 | |||||||||||||||||||
| 2.54 2.32 2.14 2.01 1.89 1.79 1.71 1.64 1.57 1.52 1.46 | 1.9 1.7 1.4 1.2 1.1 1.0 | |||||||||||||||||||
| 76 | 70 | 64 | 60 | 57 | 54 | 51 | 49 | 47 | 46 | 44 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| 114 | 104 | 96 | 90 | 85 | 81 | 77 | 74 | 71 | 68 | 66 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| 152 | 139 | 128 | 121 | 113 | 107 | 103 | 98 | 94 | 91 | 88 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| 191 | 174 | 161 | 151 | 142 | 134 | 128 | 123 | 118 | 114 | 110 | -- | -- | 105② | -- | -- | -- | ||||
| 229 | 209 | 193 | 181 | 170 | 161 | 154 | 148 | 141 | 137 | 131 | -- | -- | 126 | -- | -- | -- | ||||
| 267 | 244 | 225 | 211 | 198 | 188 | 180 | 172 | 165 | 160 | 153 | 200 | 180 ② | 147 | 126 | 116 | 105 | ||||
| 305 | 278 | 257 | 241 | 227 | 215 | 205 | 197 | 188 | 182 | 175 | 228 | 204 | 168 | 144 | 132 | 120 | ||||
| 343 | 313 | 289 | 271 | 255 | 242 | 231 | 221 | 212 | 205 | 197 | 257 | 230 | 189 | 162 | 149 | 135 | ||||
| 381 | 348 | 321 | 302 | 284 | 269 | 257 | 246 | 236 | 228 | 219 | 285 | 255 | 210 | 180 | 165 | 150 | ||||
| 421 | 392 | 362 | 338 | 318 | 301 | 287 | 275 | 264 | 254 | 247 | 314 | 281 | 231 | 198 | 182 | 165 | ||||
| 473 | 441 | 407 | 380 | 357 | 338 | 322 | 308 | 296 | 285 | 278 | 342 | 306 | 252 | 216 | 198 | 180 | ||||
| 526 | 490 | 453 | 422 | 397 | 377 | 359 | 343 | 329 | 317 | 309 | 371 | 332 | 273 | 234 | 215 | 195 | ||||
| -- | 541 | 500 | 466 | 439 | 416 | 396 | 379 | 363 | 350 | 341 | 399 | 357 | 252 | 231 | 210 | |||||
| -- | 593 | 548 | 511 | 481 | 456 | 434 | 415 | 399 | 384 | 374 | 428 | 383 | 270 | 248 | 225 | |||||
| -- | 647 | 597 | 557 | 524 | 497 | 473 | 452 | 434 | 418 | 407 | 456 | 408 | 288 | 264 | 240 | |||||
| -- | -- | 647 | 604 | 568 | 538 | 513 | 491 | 471 | 453 | 442 | 485 | 434 | 306 | 281 | 255 | |||||
| -- | -- | 698 | 652 | 613 | 581 | 553 | 529 | 508 | 489 | 477 | 513 | 459 | 324 | 297 | 270 | |||||
| -- | -- | -- | 701 | 659 | 625 | 595 | 569 | 546 | 526 | 512 | 542 | 485 | 342 | 314 | 285 | |||||
| -- | -- | -- | 750 | 706 | 669 | 637 | 609 | 585 | 563 | 548 | 570 | 510 | 360 | 330 | 300 | |||||
| -- | -- | -- | 801 | 753 | 714 | 680 | 650 | 624 | 601 | 585 | 599 | 536 | 378 | 347 | 315 | |||||
| -- | -- | -- | -- | 802 | 759 | 723 | 692 | 664 | 639 | 623 | -- | -- | -- | -- | -- | 330 | ||||
| -- | -- | -- | -- | 851 | 806 | 767 | 734 | 705 | 679 | 661 | -- | -- | -- | -- | -- | 345 | ||||
| -- | -- | -- | -- | 900 | 853 | 812 | 777 | 746 | 718 | 699 | -- | -- | -- | -- | -- | 360 | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | 901 | 858 | 820 | 787 | 758 | 738 | -- | -- | -- | -- | -- | 375 | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | 949 | 904 | 864 | 830 | 799 | 778 | -- | -- | -- | -- | -- | 390 | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | 998 | 950 | 909 | 873 | 840 | 818 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | 997 | 954 | 916 | 882 | 859 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1045 | 1000 | 960 | 924 | 900 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1094 | 1046 | 1004 | 967 | 942 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1093 | 1049 | 1010 | 984 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1140 | 1094 | 1054 | 1026 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1188 | 1140 | 1098 | 1069 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1187 | 1143 | 1113 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1233 | 1188 | 1156 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1280 | 1233 | 1201 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1279 | 1245 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1325 | 1290 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1372 | 1336 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
| -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 1382 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | ||||
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¶ 6.3 設計因子
¶ 6.3.1 美國加州設計方法考量因子
1. 交通量。
2. 路基土壤。
3. 鋪築材料。
4. 瀝青混凝土厚度安全因子。
¶ 6.3.2 交通量分析
1. 交通量分析年限：
依照3.2.3 節內交通量分析年限之規定辦理。
2. 交通量指數(TI)：
交通量指數(TI)計算公式為：
TI=9.0(80 kN ESAL／106)0.119 --------- 公式3.2.(3)
公式中 TI=交通量指數。
ESAL=設計當量軸次。
3. 交通量計算：
依照3.2.9 節範例所示計算程序辦理。
¶ 6.3.3 路基土壤強度
1. 路基土壤之R 值以CNS 12383、AASHTO T190、ASTM D2844 或AI MS-10 等試驗方法求得。
2. R 值試驗值求法：
(1) 擠水壓力240psi、280psi 或300psi 時之R 值(台灣地區採用300psi)。
(2) 因膨脹壓力所得之R 值。
(3) 比較擠水壓力與膨脹壓力等所得之R 值，取較小者為試驗值。如果採用膨脹壓力之R 值，求出之
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鋪築厚度不可以因使用AC 或其他材料而減少厚度。
3.試驗數量：每個工程土壤變化不大時最少要取6 個樣品作試驗。
4.設計R 值求法：依累積曲線方法(3.1.5 節)辦理。
¶ 6.3.4 鋪築材料
1. 設計者應考量當地環境條件及經濟因素而決定最適當之鋪築材料。
2. 常用基底層鋪築材料之Gf值及設計R 值如表6.3.(1)[601]所示。
¶ 6.3.5 分期施工
依3.2.11 節之規定辦理。
¶ 6.3.6 路肩設計
依照3.2.10 節之規定辦理。
¶ 6.3.7 結構厚度之安全因子
1. 附有基層或底層之結構，其瀝青混凝土之GE(礫石當量厚度)應額外增加60mm AC，惟總GE 不變。
2. 全厚度瀝青混凝土結構，其瀝青混凝土之GE(礫石當量厚度)應額外增加30mm AC，惟總GE 不變。
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表6.3.(1) 美國加州設計方法鋪築材料Gf值註：(1)NA
(2)各材料規格係依照美國加州標準規範。
(3)加註*者，不在美國加州標準規範內。
| 鋪築材料類別 | 縮 寫 | G 值 f | 設計R 值 |
|---|---|---|---|
| 基層級配料 | 第1 級AS | 1.0 | 60 |
| 第2 級AS | 1.0 | 50 | |
| 第3 級AS | 1.0 | 40 | |
| *第4 級AS | 1.0 | 另行訂定 | |
| *第5 級AS | 1.0 | 另行訂定 | |
| 底層級配料 | 第2 級AB | 1.1 | 78 |
| *第3 級AB | 1.1 | 另行訂定 | |
| 瀝青處理透水底層 | ATPB | 1.4 | NA |
| 水泥處理底層 | A 級CTB | 1.7 | NA |
| B 級CTB | 1.2 | 80 | |
| 水泥處理透水底層 | CTPB | 1.7 | NA |
| 低強度混凝土底層 | LCB | 1.9 | NA |
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¶ 6.4.2 美國加州設計方法設計流程
美國加州1995 年版設計方法之設計流程詳圖6.4.(1)。
圖6.4.(1) 美國加州設計方法設計流程圖
| 路基土壤強度設計 值 (6.3.3 節) | 交通量指數(TI) [先求出80 kN ESAL 再以公式 3.2.(3)求之] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 礫石當量厚度(GE) [公式 6.4.(2)] | |||||
| (1)底層級配料R 值與TI 代入公式 6.4.(2)求出GE(AC) (2)加安全因子60mm，以表6.2.(1)求出實用之AC 厚度 | |
|---|---|
| (1)基層級配料R 值與TI 代入公式6.4.(2)求出GE(AC+AB) (2)加安全因子60mm 代入表6.2.(1)求出實用之AB 厚度 (3)GE(AC+AB)－GE(AC)=GE(AB) | |
| GE(AS)=GE 總厚度－[GE(AC)+GE(AB)] | |
| 決定各層舖築厚度 | |
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¶ 6.5 美國加州設計方法範例
¶ 6.5.1 範例
1. 已知條件：
某一快速公路四車道，交通量分析年限20 年，設計當量軸次(80 kN ESAL)=7.9×107，路基土壤設計R 值 =8，試求鋪面鋪築結構？
2. 解：
(1) 因設計車道之80 kN ESAL=7.9×107，故得：
TI = 9.0× ()0.119= 9.0× ( 7 9× 1076.
)0.119= 15.1
(2) GE = 0.975(TI)(100-R)
= 0.975(15.1)(100-8)
= 1354mm= 135.4cm
(3) 假設底層碎石級配料之R 值=78，則得面層之AC 厚度為：
(A) GE(AC) = 0.975(15.1)(100-78)
= 323.9mm(B)加安全因子60mm，故GE(AC)=323.9+60=384mm(C)由表6.2.(1)可查得實用AC 厚度=240mm 當AC 採用240mm 時，得GE(AC) =407 mm
(4) 假設基層礫石級配料之R 值=50 時，則得GE(AC+AB) 為：
(A)GE(AC+AB) = 0.975(15.1)(100-50)
= 736mm
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(B)加安全因子60mm，故得GE(AC+AB) = 796mm(C)Gf=1.1，故得GE(AB) = (796-407)÷1.1=354mm若用400mm時，得GE(AB) = 440mm
(5) GE(AS)：
GE(AS) = GE-[GE(AC)+GE(AB)]= 1354-(407+440)
= 507≒500mm
(6) 鋪築結構厚度：
(A)密級配瀝青混凝土面層：24 cm(B)碎石級配料底層：40 cm(C)礫石級配料基層：50 cm合計：114 cm
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參考資料[601]California Department of Transportation “Highway DesignManual” Fifth Edition, 1995, P. 600-1.
[602]CNS 12383A 3281，“夯實土壤膨脹壓力及R 值試驗法”，民國77 年8 月。
[603]AASHTO T190,“Standard Specification for Resistance R-Value and Expansion Rressure of Compacted Soils”, 1998.
[604]ASTM D2884,“Standard Test Method for Resistance R-Value and Expansion Pressure of Compacted Soils”, 1998.
[605]AI MS-10,“Soils Manual”, 1993.