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研究生: 林正國
Lin, Kevin
論文名稱: 探討薄層混凝土加鋪路面設計方法
Overview of Thin-whitetopping Pavement Overlay Design Guide
指導教授: 郭振銘
Kuo, Chen-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系碩士在職專班
Department of Civil Engineering (on the job class)
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 88
中文關鍵詞: 混凝土加鋪薄層混凝土加鋪鋪面設計節能減碳剛性鋪面
外文關鍵詞: Overlay, Thin-whitetopping, ultra thin-whitetopping, Design
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  • 一般傳統瀝青混凝土路面,倘受高交通量情況下,常有未達服務年期即致破壞之現象,起因為國內交通承重常有超載等超乎設計規劃者之設想狀況發生,瀝青混凝土路面一般無法承受較高之剪力破壞,可藉混凝土剛度及彈性模數較高之性能提升鋪面整體抗彎、抗壓及抗磨損之能力;國外薄層混凝土加鋪已行之有年,藉由複合式鋪面達到預設之交通需求已是未來趨勢,其不但可達到節省建設成本之基本條件,長遠來看加計使用者成本後也可達到節能減碳之目標。本研究探討國外UTW各規範之設計方法之流程,針對加鋪於HMA之最常使用情況,藉由各方法試算之結果,比較各設計方法之差異性及優缺點,提供往後設計者或施工者參考的指標。

    Because of the overloaded driving behavior in our country, the traffic load on the traditional hot mixture asphalt (HMA) pavement is always more than it can bear, and always broken before reaching its design working life. Therefore, hot mixture asphalt (HMA) pavement can bear high shear stress by using whitetopping(WT) resurfacing so that it can enhance the flexural strength highly, resist compressive strength and abrasion strength of hot mixture asphalt pavement.

    WT resurfacing has been used widely in foreign countries for several years. The future trend is use the WT resurfacing technology to satisfy the requirements of large traffic. It can not only save the construction cost, but also reach the target of “Energy Saving and Carbon Reducing”.

    In this research, we follow the standard and design process of UTW by using the four different design procedures to compare the differences, advantages and disadvantages of WT resurfacing. We expect this research can be used for the designers or constructors as an indicator.

    第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2研究動機與目的 1 1.3研究流程及步驟 2 第二章 鋪面維修方法之評估 3 2.1路面修復方式之考慮因子 3 2.1.1 HMA鋪面的主要損壞模式 3 2.1.2 方案選擇標準 4 2.1.3 預算分析 5 2.2 剛性鋪面型式 7 2.3 剛性鋪面設計方法 9 2.3.1 PCA剛性路面設計 9 2.3.2 AASHTO剛性路面設計 9 第三章 薄層混凝土加鋪工法 11 3.1 薄層混凝土加鋪理論 11 3.1.1 TWT及UTW緣由及定義 11 3.1.2 TWT及UTW工法介紹 13 3.2國外施工實例及流程 18 3.2.1ILLIONIS實作案例 19 3.2.2 MINNESOTA實作案例 21 3.2.3 COLORADO實作案例 25 3.2.4鋪設流程 27 3.3國內施工實例-中鋼路試鋪案 31 3.3.1 鋪設條件 31 3.3.2 鋪設方式 32 3.3.3鋪設建議事項 34 第四章 薄層混凝土加鋪設計規範 35 4.1科羅拉多州設計程序法 35 4.1.1考慮因子 35 4.1.2發展修正的2004年設計公式 36 4.2 美國混凝土鋪面協會ACPA 設計方法 39 4.2.1考慮因子 39 4.2.2 設計方法 41 4.3紐澤西州設計法 43 4.3.1 有限元素分析 43 4.3.2 設計方法 43 4.4 美國波特蘭水泥協會PCA 設計方法 47 4.4.1考慮因子 47 4.4.2設計方法 47 第五章 薄層混凝土加鋪設計合理性與可行性51 5.1一般鋪面與交通量薄層加鋪設計結果比較52 5.1.1科羅拉多州設計程序法 52 5.1.2APCA的UTW設計法 53 5.1.3紐澤西洲設計法 53 5.1.4PCA設計法 55 5.2路基強度對薄層加鋪設計之影響 58 5.2.1科羅拉多州設計程序法 59 5.2.2APCA的UTW設計法 59 5.2.3紐澤西洲設計法 60 5.2.4PCA設計法 61 5.3交通量對薄層加鋪設計之影響 64 5.3.1科羅拉多州設計程序法 65 5.3.2APCA的UTW設計法 66 5.3.3紐澤西洲設計法 66 5.3.4PCA設計法 67 5.4合理性分析 70 5.5可行性討論 77 第六章 結論與建議 85 6.1結論 85 6.2建議 86 參考文獻 87 表 目 錄 表3-1 美國各州UTW專案數資料表 [18] 19 表3-2 Minnesota各試驗路段基本資料表 [4] 21 表3-3 Colorado各試驗路段基本資料表 [2] 25 表4-1 有限元素回歸參數的組合[2] 38 表4-2少或中等流量卡車交通量版厚表(ACPA) 41 表4-3 高流量卡車交通量版厚表(ACPA) 41 表4-4 研究參數表[13] 43 表5-1 第1組假設參數表 52 表5-2第1組設計結果比較表 56 表5-3第2組假設參數表 58 表5-4 第2組設計結果比較表 62 表5-5第3組假設參數表 65 表5-6第3組設計結果比較表 68 表5-7 各設計方法考慮因子 75 表5-8 各設計方法之優缺點比較表 76 表5-9中鋼路試算條件表 77 表5-10中鋼路設計結果比較表 78 圖 目 錄 圖1-1 本研究架構與流程 2 圖2-1 以LCC分析混凝土覆蓋層厚度範例[1] 6 圖2-2 以LCC分析混凝土接縫間距範例[1] 7 圖2-3 以LCC分析混凝土纖維含量範例[1] 7 圖2-4 接縫式水泥混凝土鋪面[19] 8 圖2-5 接縫式混凝土鋪面(綴縫筋) [19] 8 圖2-6 接縫式鋼筋混凝土鋪面[19] 8 圖2-7 連續式鋼筋混凝土鋪面[19] 8 圖3-1 受載重後加鋪介面黏結型式彎曲變形行為[12] 12 圖3-2 美國UTW專案數[1] 18 圖3-3 美國UTW專案數[18] 19 圖3-4 U.S. 36號公路版塊位移情況[2] 20 圖3-5 U.S. 36號公路角隅開裂[2] 21 圖3-6 cell 93接近外側車輪路徑之角隅開裂[4] 22 圖3-7 cell 93已存在的AC裂縫反射至UTW版塊[4] 22 圖3-8 cell 94接近車輪路徑之角隅開裂[4] 23 圖3-9 cell 95路肩之角隅開裂[4] 23 圖3-10 底部未黏結情況[4] 24 圖3-11路肩底部未黏結情況[4] 24 圖3-12 US85 停止線附近的表面剝離[2] 26 圖3-13 為SH119縱向裂縫情況[2] 26 圖3-14 為US 287縱向裂縫情況[2] 27 圖3-15 使用固定模版方式[1] 28 圖3-16 滑模鋪築機[1] 29 圖3-17白色添加物養護劑[1] 30 圖3-18中鋼路UTW鋪築位置示意圖[12] 32 圖4-1科羅拉多州設計方法流程圖 38 圖4-2 底層為級配層之HMA鋪面頂部K值估計表(ACPA 2002) 39 圖4-3 底層為水泥處理層之HMA鋪面頂部K值估計表(ACPA 2002) 40 圖4-4 ACPA設計方法流程圖 42 圖4-5 New Jerse設計方法流程圖 46 圖4-6 PCA設計方法流程 50 圖5-1 設計結果版厚比較 56 圖5-2 設計結果應力比較 57 圖5-3 設計結果版厚比較 62 圖5-4 設計結果應力比較 63 圖5-5 不同k值之設計結果 64 圖5-6 設計結果版厚比較 69 圖5-7 設計結果應力比較 69 圖5-8 交通量降低後設計結果厚度比較 70 圖5-9 以黏結度區分設計結果比較 74 圖5-10 設計結果版厚比較 78 圖5-11 HMA表面及UTW內之應變計埋設[17] 80 圖5-12模擬實驗機[17] 81 圖5-13 各設計方法建造成本比較圖 84

    [1]Michael S.townes “Thin and Ultra-Thin Whitetopping” National Cooperative Highway Research Program,Synthesis 338,2004.
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    [5]Yang H.Huang,”Pavement Analysis and Design” ,PRENTICE HALL,1993
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    [11]林登峰及王和源「UTW試驗道路設計與鋪築」,第五屆鋪面材料再生學術研討會,2002。
    [12]林登峰及沈永年「九十年度高雄市重車行駛幹道等鋪面材料研究」,2003。
    [13]Nenad Gucunski”Development of a Design Guide for Ultra Thin Whitetopping (UTW)”,NJDOT,1998.
    [14]Lin ,D.F and Wang, H.Y.“Forensic Investigation of Ultra-Thin Whitetopping Failures in Taiwan” ASCE journal of Performance of Constructed Facilities, Vol. 19, No. 2,2005
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    [16]林登峰及王和源等人,「UTW鋪面破壞診斷」第五屆鋪面材料再生研討會,2002年 。
    [17]Randell C. Riley, P.E.” Development of Concrete Overlay Design Procedures in Illinois”, IDOT,American Concrete Pavement Association,2008
    [18]Concrete Pavement Research and Technology” Updated List of UTW Projects through 2001” number 3.04,American Concrete Pavement Association ,may 2002.
    [19]陳金泉,「以現地量測驗證混凝土鋪面靜力分析,雲林斗六工業區取德公司地坪為案例」碩士論文,國立成功大學,2009年

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