剛性道面掃紋

機場剛性道面掃紋

李明   2005. 08

道面雨水會使得高速行駛之航空器產生滑水（aquaplaning）現象，導致飛安事故。改善道面紋路、迅速排洩道面雨水可以增加潮濕道面的磨擦及降低滑水現象。商用航空器重量及速度增加迅速，為了確保在潮濕道面上仍能維持一定之磨擦力，傳統的道面掃紋方法已無法滿足今日航空器之安全起降需求，各種加速道面頂部排水、增加磨擦力的方法應運而生。國際民航組織（ICAO）及美國聯邦航空總署（FAA）均對跑道道面紋路之製作與改善有所規定或建議。以下將針對ICAO及FAA對機場道面磨擦係數、剛性道面紋路製作與改善及掃紋深度量測方法等加以彙整與檢討，以供參考。

一、跑道面磨擦性能

機場道面之品質要求包括「足夠之荷重強度、良好的行駛品質」，而跑道面除要求荷重強度與行駛品質外，良好的磨擦性能更甚於前二者。荷重強度與道面結構有關，行駛品質與道面幾何形狀有關，而良好的磨擦性能則與道面的清潔程度及紋路（texture）有關，且後者立即影響到航空器起降的安全，因而顯得特別重要。

跑道面可能因胎屑的聚集、鋪面材料（骨材）的磨光或道面潮濕導致磨擦能力的降低，跑道面聚集的胎屑可用噴砂、化學藥劑或高壓水（水刀）清洗。噴砂易傷害道面，也容易造成空氣污染；化學藥劑有污染環境及地下水之虞；因此國內外大多採用高壓水清洗，惟水壓力仍須控制，以免造成道面之損傷。至於表面磨光則需以加鋪、鋸或刻槽（grooving or scoring）來改善。

道面潮濕影響磨擦能力之大小與航空器在道面上的行駛速度有關，航空器的行進速度影響輪胎-道面所遭受到的動態水壓力（dynamic water pressure）、粘滯壓力（viscous pressure）及輪胎與乾燥道面之接觸面積；航空器在潮濕道面的速度越低，輪胎前面之動態水壓力低，輪胎與乾燥道面之接觸面積大；當航空器在潮濕道面高速行駛時，輪胎前面之動態水壓力增加，擠壓粘滯壓力帶，使得輪胎與乾燥道面之接觸面積變小，導致磨擦係數的降低，改善之道在於設法使得輪胎與道面接觸點沒有水膜留存。

道面排水除應依據ICAO Annex 14或FAA AC 150/5300-13設計與施工外，剛性道面鋪設時之掃紋、塑槽，以及鋪設完成後之鋸或刻槽均屬普遍採用方法，其中尤以塑、鋸或刻槽之效果最佳。一般而言，飛機在滑行道及停機坪上之行進速度緩慢，於道面鋪築完成之同時，以鬃刷、粗麻布、人造草毯掃紋即可；而跑道面最好採用鋼絲刷紋、塑槽、鋸或刻槽，其中尤以塑槽、鋸或刻槽最能減免水膜在道面頂部之停留。

ICAO建議各國訂定潮濕跑道面之磨擦性能等級，並公佈在飛航指南（AIP）中；如跑道面之磨擦性能低於公告等級，建議發佈飛航公告（NOTAM）。ICAO也建議建立維修及最低磨擦性能等級，當跑道面之磨擦性能低於公告之維修等級時，應開始採取改善行動；如低於最低磨擦性能等級，則須立即採取有效之提升行動，不可延誤 [1]。潮濕跑道面之磨擦能力採用連續性磨擦量測設備，該設備應具灑水系統，使得量測能夠在不少於1mm的水膜厚度下進行。ICAO提供之跑道面磨擦性能等級參數如表1，該表係NASA於1989年在Wallops Flight Facility試驗發展出來的。

表1 跑道面磨擦性能

試驗 設備	試驗輪胎		試驗 速度 （km/h）	試驗 水深 （mm）	新道面 設計目標	維修 等級	最低 磨擦力 等級
	型式	胎壓（kPa）
Mu-meter Trailer	A	70	65	1.0	0.72	0.52	0.42
	A	70	95	1.0	0.66	0.38	0.26
Skiddometer Trailer	B	210	65	1.0	0.82	0.60	0.50
	B	210	95	1.0	0.74	0.47	0.34
Surface Friction Test Vehicle	B	210	65	1.0	0.82	0.60	0.50
	B	210	95	1.0	0.74	0.47	0.34
Runway Friction Test Vehicle	B	210	65	1.0	0.82	0.60	0.50
	B	210	95	1.0	0.74	0.54	0.41
TATRA Friction Test Vehicle	B	210	65	1.0	0.76	0.57	0.48
	B	210	95	1.0	0.67	0.52	0.42
GRIPTESTER Trailer	C	140	65	1.0	0.74	0.53	0.43
	C	140	95	1.0	0.64	0.36	0.24

資料來源：ICAO Annex 14, Vol. I “Aerodrome Design and Operation”, ATTA-7, 2004

 

此外，新完成之道面，ICAO建議以3m直尺檢測，其誤差不超過3mm為合格 [1]；FAA則規定以5m直尺檢測，其誤差不超過6mm為合格 [2]。道面使用後也應定時或不定時檢測與評估，就平坦性言，距離在45m以上之孤立凹凸點，其凹凸量2.5cm ~3.0cm為屬於可忍受的範圍 [1]。

二、道面紋路規格

新建道面掃紋之紋路必須均勻，紋路深度ICAO建議不宜小於1.0mm [1]， FAA規定須接近1/16in（2mm）[2]。至於鋸、刻或塑槽，ICAO及FAA兩者之建議（或規定）大同小異，詳表2。如計畫採用之形狀或紋路與表2之基本規格差異大時，建議採用前進行試驗比較，以確保符合需求。

 

表2 道面紋路規格

工法	適用性	寬×深×中心間距		工具
		ICAO（建議）	FAA（規定）
掃紋	可塑狀態之剛性道面	＞1（平均值）	≒ 1/16in（平均值）	鬃刷、掃帚、粗麻拖布、人造草毯
鋸槽	既有或已完成養護之柔性及剛性道面	3mm×3mm×25mm或6mm×6mm×31mm 容差 -線型：22m長為±40mm -寬/深：±1.5mm	1/4in×1/4in×1.5in 容差 -線型：75ft長為±1.5in -寬/深：3/16in~5/16in -中心間距：1-3/8in~1-1/2in	薄片盤狀連枷（Disc flails）、連枷切割器（Flail cutter）或鋸切機（Saw machine）
塑槽	可塑狀態之剛性道面	寬/深：3~9.5mm 中心間距：28~50mm 容差 -線型22m長為±7.5mm	1/4in×1/4in×1.5in 容差 -線型：75ft長為±3in -寬/深：1/8in~3/8in -中心間距：1-1/4in~2in	-
鋼絲刷槽	可塑狀態之剛性道面	3mm×3mm×12mm（平均值）	1/8in×1/8in×1/2in（平均值）	-
刻槽	既有或已完成養護之剛性道面	-	-	鑽石齒輪切割鼓
反射敲擊式 (Reflex percussive )	既有或已完成養護之柔性及剛性道面	剛性：10mm×3mm×27mm 柔性：9mm×3mm×58mm	-	星形或五角形盤狀連枷
多孔性瀝青混凝土	高穩定密級配磨擦層之上（跑道頭不可使用）	-	-	-

資料來源：整理自ICAO Annex 14, Vol. I “Aerodrome Design and Operation”、 Aerodrome Design Manual, Part 3 “Pavements”及FAA AC 150/5370-10A “Standard for Specifying Construction of Airport”。

 

三、道面紋路掃製工具

有關紋路掃製工具部份，ICAO對鋸槽有較具體之交待 [3]，FAA則對掃紋有較明確之交待 [2]，其他並無確切之說明。茲就掃紋及鋸槽之工具、施工注意事項說明如下：

3.1 掃紋（texturing）

剛性道面之掃紋工具包括鬃刷（brush）或掃帚（broom）、粗麻拖布（burlap drag）或人造草毯（artificial turf）等，掃紋工具作業中，不得使道面有撕裂或過度（tear or unduly）粗糙現象產生，掃紋工具所沾粘泥漿須隨時清洗。

採用鬃刷或掃帚時，至少必須有15盎斯/平方碼（555克/m²）之重量，以橫向拖曳掃紋，每次拖掃之重疊部份約30cm，採用人造草毯時；必須以鋪築方向全寬縱向拖曳，人造草毯橫邊要牢固地固定到活動橋台的輕質桿子上；當掃紋作業時，至少必須有60cm的人造草毯接觸混凝土面，任何人造草毯必須能拖曳出滿意的紋路，一種已經證實可拖曳出滿意的紋路人造草毯，每平方呎由7,200支接近22mm長的聚乙烯（polyethylene）所織成。

掃紋一般用於滑行道、停機坪等水泥混凝土道面，也用於交通量低或中、小型飛機使用之跑道，交通量高、重型機使用之跑道容易因胎屑聚集及磨耗而失去其磨擦能力。

3.2 鋸槽（sawing of grooving）

剛性或柔性道面之鋸槽工具包括薄片盤狀連枷（Disc flails）、連枷切割器（Flail cutter）或鋸切機（Saw machine）。採用鋸槽之前須評估既有道面狀況，柔性道面表面磨擦層須緻密（dense）、穩定，且有良好之壓實，如表面已受到侵蝕、大骨材裸露，應採用他法或面層重鋪；柔性道面鋸槽之耐久性取決於磨擦層材料性質、天候及交通狀況，一般而言，鋸槽方式並不會增加瀝青道面的破壞。剛性道面鋸槽應檢查評估道面混凝土體是否仍保持堅實、沒有剝裂或工作裂縫等現象，如有不良現象應先改善。

跑道全長橫向鋸切，並鋸切至距跑道邊緣10ft（3m）之內，以提供鋸槽機械足夠之作業空間；而最長之橫向鋸槽長度應不大於40m（FAA）。槽溝距橫向縫不應小於7.5cm；槽溝鋸切可穿過縱向縫，但必須是縱向縫填縫料未填灌或將重灌；槽溝與道面燈具應保持60cm距離，以防鋸槽機與燈具接觸；也應確認鋸切時不會損及埋設在道面上之電纜線。

採用鋸槽（sawing　grooving）之槽溝較能保持均勻之寬、深及線型，道面-輪胎接觸面之排水效果佳，滑動阻抗性也佳。

四、道面紋路深度量測

道面紋路深度量測方法可以分成兩類，一為體積量測法，二為剖面(profile)量測法 [4]，摘述如后：

4.1 體積量測法

體積量測道面紋路深度方法有二，其一為油脂量測法，另一為沙量測法。其原理係以已知體積之油脂或沙鋪布於道面上，以填塞其凹陷槽溝，將體積除以鋪布面積，即可求得凹陷槽溝(道面紋路)之平均深度。上述兩種量測方法說明如下：

1.        油脂量測法

(1)      需求工具

a)        金屬圓筒：體積16,000mm³（約等於1 cu in）、兩端開口之金屬圓筒，適當之尺寸為直徑25.4mm（1in）、長度32.3mm（1.26in）；

b)        油灰刀（putty knife）；

c)        推擠活塞（plunger）：與金屬圓筒內徑相同之活塞，並附擠壓把柄；

d)       橡膠滾輪（squeegee）：鋁或木製滾輪外覆橡膠（rubber）；

e)        遮蓋貼布（masking tape）。

(2)      試驗程序

a)        油脂裝填：首先將油脂（任何可用油脂均可）填入金屬圓筒，並利用油灰刀擠壓油脂，使油脂中空氣溢出，以避免產生孔隙，直到填滿金屬圓筒為止，並以油灰刀刮平；

b)        貼布貼設：將遮蓋貼布平行貼設於道面上，兩相鄰貼布內緣間距10cm（4in），並以垂直於上述兩平行貼布之方向，貼設第三邊；

c)        油脂塗布：利用活塞將金屬圓筒內油脂擠壓塗布於貼布貼設範圍內之道面上，直到油脂全部擠出塗布於貼布貼設範圍內之道面上為止；

d)       油脂攤布：利用橡膠滾輪滾動攤布已塗布在道面上之油脂，將油脂擠入並填滿道面紋路凹槽，並與紋路頂峰齊平；

e)        確認：確認是否已將步驟a)之油脂全部填布於貼布貼設範圍內之道面上，並無遺留於金屬圓筒、活塞，或溢出於貼布上，或存留在橡膠滾輪上；確認已將油脂擠入並填滿道面紋路凹槽，並與紋路頂峰齊平；

f)         面積量測：量測並計算被油脂嵌平之道面面積；

g)        道面紋路指數計算：道面紋路指數=油脂體積（mm³）÷攤布面積（mm²）。

採用本試驗方法，於完成試驗後必須徹底清除道面油脂。此外，本方法計算所得之道面紋路指數尚不具明顯之意義，必須與標準之道面紋路指數做比較，建議標準之道面紋路指數利用上述試驗程序，於相同施工方式，並經磨擦試驗合格之道面上試驗求取之。

2.        沙量測法

(1)      需求工具

a)        金屬圓筒：內徑19mm（0.75in），深度86mm（3.4in）；

b)        硬橡膠面木質圓盤：平面木質圓盤直徑64mm（2.5in），黏貼1.5mm（0.06in）厚、直徑64mm硬橡膠圓片，木質圓盤背面提供把柄之用；

c)        乾燥自然沙：通過300微米（micron）篩，存留於150微米篩之乾燥圓顆粒沙

(2)      試驗程序

a)        道面乾燥及清潔：將要進行量測試驗之道面烘乾，並以軟毛刷掃除試驗範圍內之雜物灰塵；

b)        金屬圓筒填沙：將金屬圓筒填滿乾燥之自然沙，並輕敲底部三次以確保筒內之沙密實，之後將筒面多餘之沙刮除；

c)        沙之攤布：將金屬圓筒內之沙倒堆在所要試驗之道面上，並將沙堆攤開；

d)       硬橡膠面木質圓盤運作：將黏貼硬橡膠面之木質圓盤置於攤開之沙堆上，手握木質圓盤背面把柄並做圓形運動，使沙攤布成圓形，並填滿道面紋路凹槽至紋路頂峰齊平；

e)        攤布沙之直徑量測：量測被沙嵌平之道面直徑 “D”，D以接近5mm（0.2in）之尺度讀取，單位為mm；

f)         紋路深度計算：31,000/D²

4.2 剖面量測法

1.    直接量測法：量測道面連續線之真實長度；

 

2.    立體攝影法：特製立體攝影機影，由所得等高線繪製剖面線，以量測其長度；

3.    條棒法（bar method）：一列細薄條棒（針），列長30cm（1ft），兩端支撐於控制架上，當固定夾降低，所有細薄棒之下端與道面頂接觸，而顯示出道面的剖面線，即可量得其剖面線長；

4.    拓印法（replica print）：用硬化材料（plasticine）如塑膠粘土在道面上拓印，硬化後鋸切取出，以量測其剖面長度；

5.    複寫印刷法（carbon print）：採用複寫紙拷貝道面的表面，將道面的表面印製在塗寫紙（scribbling paper）上，從而量取剖面長度；

6.    水流（water-flow）量測法：採用底部平整之圓形筒子，將圓形筒底部置放在道面上，由一定時間之排水量（水頭損失）量測之。

上述數種方法均係採用量得之實際剖面線長÷基準線長，兩者相除所得之商數必須有一比較基準，方能顯示出其意義，而比較基準之建立不易。

建議採用拓印法（replica print）之變通方法，將塑膠粘土鋪布（擠嵌）於道面上，硬化後切割剝離塑膠粘土，直接量測剖面處之紋路深度（須於鋪布塑膠粘土前塗刷止黏劑），並作平均；或於塑膠粘土鋪布硬化後，以鑽取混凝土圓柱試體法，取得表層為塑膠粘土之混凝土斷面，直接在其斷面上量取紋路深度，並作平均。

 

 

 

參考文獻

1.    ICAO Annex 14 To the Convention on International Civil Aviation, Aerodromes, Vol. I “Aerodrome Design and Operations”, July 2004.

2.    FAA AC 150/5370-10A “Standard for Specifying Construction of Airport”, 1990

3.    ICAO Doc 9157-AN/901 Aerodrome Design Manual Part 3 “Pavements”, 1983

4.    ICAO Airport Services Manual Part 2 “Pavement Surface Conditions”, 1977