機場跑道舖築材料分析

一、美國瀝青鋪面協會及水泥混凝土鋪面協會對剛性舖面與柔性鋪面之論戰

柔性鋪面係利用石油衍生品─瀝青，做為粗細骨材之黏結材料舖築而成；剛性鋪面則利用波特蘭水泥，摻水使產生水化熱，作為粗細骨材之黏結材料舖築而成。二者之黏結材質不同，所產生之效能也有所差異

2004年，美國瀝青鋪面協會（APA）發布：路面類型的選擇應該是以道路使用者為導向，而非以業者的立場為導向。它指出，用於選擇路面類型的系統應該是客觀的、站得住腳的、可以理解的，以及根據歷史記載，進行經濟與使用效能之分析與評估。 APA支持，在決策過程中使用生命週期成本分析，並建議以美國聯邦公路管理局（FHWA）的示範計畫115所開發出的方法，採用淨現值（NPV）做比較；建議將初始成本、維護成本及殘值置入生命週期成本分析之中。APA建議以40年期的分析，作為混凝土路面與瀝青路面的比較年期。APA也指​​出，柔性路面之初始成本低、維護成本低、施工具靈活和快速性、處理重負載的能力、使用壽命長，以及完整的可回收性，以之與剛性路面相比較，瀝青路面具有許多優點。

記者紐科姆於2004年中引自俄勒岡州瀝青路面協會的一篇文章中指出：影響路面類型選擇的主要因素包括交通、土壤特性、天氣和施工方面的考慮。紐科姆說，路面類型的選擇過程必須是一個理性的過程，不僅基於財務成本，且關乎性能、鋪面結構成本、施工速度與時間點、安全，以及現實的維護和修復期程。在他看來，與混凝土路面相比，瀝青路面提供了特定的優勢。

2005年，APA提出使用實際成本數據的路面壽命週期成本研究，分析位於堪薩斯州，俄亥俄州和愛荷華州際公路路面，進行了熱拌瀝青（HMA）路面及水泥混凝土（PCC）路面之間的費用比較。使用交通和壽齡相當的路面歷史數據，分析從20~39年的現值成本，但不含使用者成本。根據研究，APA表明HMA路面之初期建設成本和生命週期成本二者比PCC路面省10％至25％。

美國混凝土鋪面協會（ACPA）指出，混凝土路面比瀝青路面更好的選擇是因為它在安全性、耐用性、平滑性、通用性和價值優勢。

l  安全性方面，它提供了更好的可視性，自濕噴混凝土使用以來從沒發生過車轍現象，以及提供最佳的牽引抓地力。

l  耐久性方面，混凝土隨著時間的推移而硬化，平均壽命長達30年以上。在平整度方面，混凝土維持得更長，行駛安全、舒適、燃油節省。

l  通用性方面，混凝土路面可設計10~50年的使用壽命; 可在舊瀝青路面上白色鋪頂(white toping)，以恢復其使用功能；可用於修復磨損的混凝土路面。

l  價值方面，由於其較長的壽命而提供最佳的長期價值，容易修復，可以在鋪築後之12小時內通車(應該是指早強水泥)。

2002年，ACPA發表了使用全壽命成本做為比較替選路面設計的指南。該指南介紹了影響結果因素，包括代理(Agency)成本（初始成本，維護和修復成本，殘值）、使用成本（延誤成本，道路惡化成本和意外碰撞成本）、折現率、修復作業選擇、比較段的選用，以及分析週期長度；現值（PW）和等效每年均勻成本（EUAC）被用來表達生命週期成本分析結果的經濟指標。該指南還摘介紹了密歇根州、明尼蘇達州、愛荷華州、佛羅里達州、田納西州、南達科他州、猶他州、喬治亞州之生命週期的歷史數據和績效研究。根據這些研究，混凝土鋪面歷時比瀝青路段長1.6至2.6倍，並且也比瀝青路面的效用多出14％~250％。

二、  第三跑道面層舖築材料之分析與建議

在美國，瀝青鋪面協會與水泥混凝土鋪面協會對立鮮明，各自標榜；事實上兩種材質各有其利弊，依據美國R.O. Anderson工程顧問公司網站公布二者之差異如表2-1。其中新工成本係美國一般公路路面之建造成本(但在台灣，柔性舖面的新工單價不見得比剛性舖面低)。

表2-1 剛性舖面vs.柔性舖面

比較項目	剛性舖面	柔性舖面
設計使用年限	>30	10-20
新工成本(美元/SF)	6-8	2-3
維護成本	低	高
彎曲應力	高	低
依賴道床強度	低	高
抵抗熱漲冷縮能力	低(需要伸縫)	高(不需要伸縫)
彌合道床瑕疵能力	高	低

資料來源: http://www.roanderson.com/2011/12/22/rigid-versus-flexible-pavement-design/

桃園國際機場第三跑道坐落在桃園台地群之台地礫層上，除表層約1公尺深度部分土質屬於棕黃色粉土質黏土(CL)及棕黃色砂質粉土(ML)之強度較差外，棕黃色粉土質細砂(SM)之強度都還不差，地表1公尺下之卵礫石夾黃棕色中細砂(GM)更佳；由於地勢起伏，可善加規劃挖填，讓道床皆坐落在GM材質之道床上。

就地質條件而言，第三跑道舖面材料採用鋼性或柔性皆宜；然因剛性舖面耐候性較佳、使用年限較長、維護成本較低，雖然初期建置成本較高、維修的靈活性較低，但做為第三跑道的舖面材料而言，仍具有其利基。

本計畫建議考慮剛性材料(波特蘭水泥混凝土)作為第三跑道舖築材料之首選。

當採用剛性道面時，設計使用年限40年與20年之面層水泥混凝土厚度差小於2cm，詳表2-2，建議設計使用年限採用40年。

表2-2 剛性道面設計使用年限40與20年之厚度差

道床強度	設計年限20與40年之面層厚度差異(cm)
CBR/k	P304	P306	P403
4/69	1.45	1.35	1.45
6/95	1.40	1.52	1.68
8/119	1.57	1.47	1.57
10/141	1.45	1.68	1.45
12/163	1.55	1.37	1.70
14/184	1.50	1.63	1.60
16/204	1.60	1.70	1.80

三、  基底層材料

在鋪面設計中採用的基底層材料皆為FAA施工規範(AC 150/5370 Standards for specifying construction of airports)所定材料，包括：

l  P304-水泥處理底層(Cement-Treated Base Course, CTB)

l  P306-經濟型水泥混凝土底層(Lean Concrete Base Course, LCB)

l  P403-熱拌瀝青混凝土(Hot Mix Asphalt, HMA)

在剛性舖面部分，當道床CBR<12時，三種材料以P306(LCB)對面層厚度的貢獻最佳，其次依序為P304(CTB)及P403(HMA) ；但當CBR>12時，P304(CTB) 對面層厚度的貢獻優於P306(LCB)，詳圖3-1及3-2。

圖3-1底層材料與道床強度對面層水泥混凝土厚度之影響-40年

 圖3-2底層材料與道床強度對面層水泥混凝土厚度之影響-20年

柔性舖面部分，面層材料採用P401(HMA)，底層材料皆採用P403(HMA)，基層材料以P306(LCB)所需厚度最薄，其次為P304(CTB)，P403(HBA)殿後，詳圖3-3。

圖3-2不同基層材料與不同道床強度對基層厚度之影響-20年

就上述三種穩定基底層之材質言，P306(LCB)會產生收縮裂縫，需要鋸縫控制，在其上鋪設面層材料時，必須增加抑制反射裂縫的工法與材料，故雖其對鋪面厚度的反應最佳，但不建議使用。

其他兩種基底層材料P304(CTB)及P403(HMA)皆適合使用於本工程，但P304(CTB)對鋪面厚度的反應較佳，建議採用；惟在配比設計及施工時，應控制7天的抗壓強度在400~800psi之間，28天的抗壓強度應小於1,000psi，並防產生收縮裂縫。