TW201800642A - 道路剛性鋪面版塊支承構造 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可快速施工之預鑄預力形式之道路剛性鋪面版塊支承構造，包括公母預鑄版塊、可調式基座、台式基礎、及透水基底層級配料；預鑄版塊採用透水鋪面及透水基底層設計，可使路基土壤具有透水及保水功能，以有效涵養水源，改善熱島效應；可調式基座可依道路鋪面平整度需求隨時靈活調整高度，可滿足路平專案要求，確保用路人權益；及該支承構造根據厚度設計程式及所需設計交通量，可計算提供足夠的鋪面承載力，並經由預鑄預力格柵梁結構傳遞至基座與台式基礎，能確保結構安全。據此，若有任何鋪面損壞僅需吊裝更換預鑄版塊，施工及維修方便快速。

Description

道路剛性鋪面版塊支承構造

本發明係關於一種預鑄形式的道路剛性鋪面版塊支承構造，提供路基土壤具透水性及保水性等涵養水源功能，並可隨時調整鋪面高程以符合鋪面平整度要求，及可因應快速施工及維修更換之需求。

剛性鋪面相對於柔性鋪面承載力較佳，因此一些高流量交通要道包括機場跑道、高速公路的特定路段、橋樑及碼頭等一般都採用剛性鋪面。傳統剛性鋪面均於現場鋪築，施工品質頗受天候影響，且對於路基土壤或基底層級配壓實度要求嚴格。台灣天候潮濕多雨，當路基浸水時必然發生基底層破壞而導致面層混凝土破裂，維修非常不便，且嚴重影響交通流量。

剛性鋪面在厚度設計時需檢核熱漲冷縮造成的中央及邊緣翹曲應力大小，車輛載重作用在板塊中央、中央邊緣、版塊角隅等三處的應力及應變，版塊厚度均一，無法同時兼顧各處不同大小的應力應變強度需求，故以安全考量而增加整體版厚，增加建造成本。

當剛性鋪面於面層混凝土發生局部車轍破壞或版塊接縫破裂時，需使用機器設備以切除損壞版塊， 再重新灌製混凝土，但經常發現維修效果難以持久，除非整體版塊敲除重做，費工耗時。

新建道路即使採用預鑄版塊施工，雖然吊裝快速方便，但路基土壤及基底層施工需時甚久，工期無法縮短。且因傳統剛性版塊及預鑄版塊於鋪設後無法迅速移除，將阻礙地下管溝挖埋作業，且管溝回填後局部剛性之鋪面板塊修復困難，嚴重影響鋪面平整度。

雖然已有道路剛性鋪面的相關文獻被提出，例如台灣發明專利公告第I317772號，該公告案揭露一種剛性鋪面維修工法，其主要在於將維修斷面清除完成之後，利用植筋概念，植入妥適幾何排列之適當補強材，以增加維修材料與混凝土鋪面的結合性，並減少維修材料的裂損等。但該發明無法解決路基土壤、基層及底層材料因浸水軟化而導致剛性面層破壞的根本問題。況且，面層維修仍然需要在現場施工及養護，工期縮短有限，影響道路交通之流暢性。

因鑑於先前技術的問題及缺點，本發明之主要目的在於提供一種道路剛性鋪面版塊支承構造，以預鑄預力形式取代傳統道路剛性鋪面版塊建造工法，並且可以徹底根除道路底層浸水造成之危害。

本發明另一目的在於提供一種道路剛性鋪面版塊支承構造，具有有效縮減道路基底層及面層施工工期之效果，又具有透水保水以改善都市熱島效應之功能，可達到環保耐久，快速維修及不影響交通之重大優點。

本發明又一目的在於提供一種道路剛性鋪面版塊支承構造，針對預鑄版塊公、母單元格柵樑端部之漸變斷面，採用角拱設計以加強抗剪強度，避免發生破壞力學張裂型(Opening mode)裂縫。

本發明再一目的在於提供一種道路剛性鋪面版塊支承構造，預鑄版塊公、母單元端部的接合構造採橫樑上下疊接方式，可以避免一般傳統支承構造物在車輪行經各相鄰單元接縫時對基座及板塊發生的載重不連續現象，減少衝擊力，延長接縫維修年限。

本發明又再一目的在於提供一種道路剛性鋪面版塊支承構造，藉由可調式基座支承在該預鑄版塊公單元和母單元之支撐部的下方，配合鋪面平整度需要可升降調整該預鑄版塊公單元和母單元之高程，以改善公母單元接縫的平整度。

為了達成上述目的及其他目的，根據本發明道路剛性鋪面版塊支承構造，主要包括：預鑄版塊、可調式基座、台式基礎、及基底層級配料；其中，該預鑄版塊包含公單元及母單元，每一公單元及每一母單元由一鋼筋混凝土面層版和一格柵底層版所構成，該面層版截面上設有個透水孔，可將鋪面層表面逕流往下層排放，及藉由該面層版承受車輛輪胎載重並將其傳遞至下方之預鑄版塊。

該預鑄版塊公單元、母單元，分別由具抗彎及抗剪強度之預力混凝土雙向格柵梁所構成；該預鑄版塊公單元之格柵底層版，對應在兩端支撐部的下部，由 縱向格柵樑形成一對凸出的下搭接界面；該預鑄版塊母單元之格柵底層版，對應在兩端支撐部的上部，由橫向格柵樑形成一對凸出的上搭接界面；該下搭接界面與該上搭接界面，彼此互補成一下一上搭接在一起。

再者，該預鑄版塊公單元和母單元之格柵底層版，在縱向兩端端部分別向下方凸出形成一對支撐部，及在兩支撐部之間形成角拱形結構。

該可調式基座包含一版塊及複數組升降機構，支承在該預鑄版塊公單元與母單元之搭接界面的下方，每一組升降機構由一外套管和一內螺桿所構成，該外套管埋設在該基座版塊中預鑄成型，該外套管包含有內螺紋與該螺桿嚙合，可隨著該螺桿旋轉方向上升或下降。

該台式基礎包含一基礎版與一箱型壁體預鑄成型，該基礎版承載在該可調式基座的下方，該箱型壁體隔離在該可調式基座的外側。

該基底層級配料包含透水底層粒料和基層粒料，該透水底層粒料以#3/8~1英吋之粒徑為主，將粒料摻拌水泥漿料充填在該預鑄版塊下方的底層；該基層粒料選用沙、礫石混和摻配料，使粒徑大小維持在4.75~19mm之間，並填實在該預鑄版塊與該透水底層粒料之間。

據此，預鑄版塊採用透水鋪面及透水基底層設計，可使路基土壤具有透水及保水功能，以有效涵養水源，改善熱島效應；可調式基座可依道路鋪面平整度需求隨時靈活調整高度，可滿足路平專案要求，確保用路人權益；及該支承構造根據厚度設計程式及所需設計 交通量，可計算提供足夠的鋪面承載力，並經由預鑄預力格柵梁結構傳遞至基座與台式基礎，能確保結構安全。此外，若有任何鋪面損壞僅需吊裝更換預鑄版塊，施工及維修方便快速。

1‧‧‧預鑄版塊

10‧‧‧公單元

10’‧‧‧母單元

11‧‧‧面層版

110‧‧‧透水孔

12、12’‧‧‧格柵底層版

120、120’‧‧‧縱向格柵樑

121、121’‧‧‧橫向格柵樑

122‧‧‧格子槽

13、13’‧‧‧支撐部

14‧‧‧下搭接界面

14’‧‧‧上搭接界面

2‧‧‧可調式基座

20‧‧‧基座

21‧‧‧高度調整裝置

211‧‧‧外套管

212‧‧‧內螺桿

3‧‧‧台式基礎

31‧‧‧基礎版

32‧‧‧箱型壁體

4‧‧‧基底層級配料

41‧‧‧透水底層粒料

42‧‧‧基層粒料

第1圖為繪示本發明道路剛性鋪面版塊支承構造之一較佳實施立體圖；第2圖為顯示預鑄版塊公單元之分解狀態立體圖；第3圖為顯示預鑄版塊母單元之分解狀態立體圖；第4圖為顯示預鑄版塊公(母)單元之面層版之配筋圖；第5圖為顯示預鑄版塊之格柵底層版之局部剖面立體圖；第5a圖用以表示預鑄版塊公(母)單元格柵底層版之縱向格柵樑之假想圖；第5b圖用以表示預鑄版塊公(母)單元格柵底層版之橫向格柵樑之假想圖；第6圖為顯示可調式基座及台式基礎之分解狀態立體圖；第7圖為顯示基座之配筋圖；第8圖為顯示預鑄版塊支承構造之局部立體圖；第9圖為有限元素分析傳統接縫之S33應力之分布狀態圖，其中顯示：(a)圖為接縫左處載重；(b)圖為接縫中央載重；(c)圖為接縫右處載重； 第10圖為有限元素分析本發明接縫之S33應力之分布狀態圖，其中顯示：(a)圖為接縫左處載重；(b)圖為接縫中央載重；(c)圖為接縫右處載重；第11圖為顯示傳統接縫與本發明支承構造之S33應力比較圖；第12圖為顯示本發明道路剛性鋪面版塊支承構造之實施步驟之流程圖；第13圖為顯示第12圖實施流程之環境分析步驟之細部作業流程圖；第14圖為顯示第12圖實施流程之系統設計步驟之細部作業流程圖；第15圖為顯示第12圖實施流程之系統製造與施工工序規劃分析步驟之細部作業流程圖。

以下將配合實施例對本發明技術特點作進一步地說明，該實施例僅為較佳的範例並非用來限定本發明之實施範圍，謹藉由參考附圖結合下列詳細說明而獲致最好的理解。

首先，用第1至8圖來說明本發明道路剛性鋪面版塊支承構造之一較佳的實施例。如圖所示，主要包括預鑄版塊1、可調式基座2、台式基礎3、及基底層級配料4等。

其中，該預鑄版塊1包括公單元10及母單元10’，每一公單元10及每一母單元10’由一鋼筋混凝土面層版11和一格柵底層版12、12’所構成，及在該面層版11 截面上設有複數個透水孔110。該預鑄版塊1面層版11主要作用在於承受車輛輪胎載重並將其傳遞至下方之格柵底層版12、12’(如第2及3圖所示)。該面層版11之鋼筋設計詳如第4圖所示。

該格柵底層版12(12’)由複數縱向格柵樑120(120’)及複數橫向格柵樑121(121’)，彼此垂直相交構成一格柵結構，且在兩者之間形成有複數個格子槽122對應於該面層版11之複數個透水孔110(如第5圖所示，圖示中僅以公單元之格柵底層版為代表說明，母單元亦同)。

該複數縱向格柵樑120之每一縱向格柵樑120，設有複數個橫向透水孔1201連通該對應的格子槽122；及該複數橫向格柵樑121之每一橫向格柵樑121，設有複數個縱向透水孔1211連通該對應的格子槽122(如第5a及5b圖之假想圖所示)。

再者，該預鑄版塊1公單元10和母單元10’之格柵底層版12、12’，在縱向兩端端部分別向下方凸出形成一對支撐部13、13’，及在兩支撐部13、13’之間形成角拱形結構。又，該預鑄版塊1公單元10之格柵底層版12，對應在兩端支撐部13的下部，形成一對凸出的下搭接界面14；該預鑄版塊1母單元10’之格柵底層版12’，對應在兩端支撐部13’的上部形成一對凸出的上搭接界面14’。

該下搭接界面14與該上搭接界面14’，彼此互補成一下一上搭接在一起。此上下疊接的方式，可以避免一般傳統支承構造物在車輪行經各相鄰單元接縫時對基座及板塊發生的載重不連續的現象，以減少衝擊力並 延長接縫的維修年限。且針對格柵梁端部之漸變斷面，採用角拱設計以加強抗剪強度，避免發生破壞力學張裂型(Mode-1)裂縫。

請一併參閱第6、7及8圖，該可調式基座2支承在該預鑄版塊1公單元10和母單元10’之支撐部13、13’的下方，以承擔該預鑄版塊1公母單元10、10’端部接合構造所傳遞之剪力。該可調式基座2包括一基座20及複數個高度調整裝置21，該複數個高度調整裝置21例如採3點法或4點法配置在基座20上，經由該複數個高度調整裝置21可升降調整該基座20之高程。該基座20之鋼筋及預力鋼腱之設計詳如第7圖所示。

該每一高度調整裝置21包含一外套管211及一內螺桿212，該外套管211具有內螺紋，並在該基座20預鑄時植設在基座20之預定點上，該內螺桿212與該內螺紋螺合，經由該內螺桿212之正逆向旋轉可間接調整該預鑄版塊1公單元10和母單元10’之高程。較佳地，在該內螺桿212上設有例如習知多角形的施力部等，當然不限於此。

該台式基礎3承載在該可調式基座2的下方，該台式基礎3包含一底部基礎版31與一箱型壁體32，該箱型壁體32配置在該基礎版31的上方預鑄成型；該箱型壁體32具有四個面向之側壁，以形成一收容空間對應圍繞基座20四周圍，用以隔離路基土壤、透水粒料，保障基座20可以自由升降。

根據本發明，該基底層級配料4包含一透水底 層粒料41和一基層粒料42，較佳地該透水底層粒料41以#3/8~1英吋之粒徑為主，在重交通量載重狀況下可直接將粒料摻拌水泥漿料，製作透水混凝土以提供足夠承載力；較佳地，該基層粒料42選用沙、礫石混和摻配料，使粒徑大小維持在4.75~19mm之間，並填實在該預鑄版塊1與該透水底層粒料41之間(如第1圖所示)。

較佳地，針對重車載重輪胎觸地壓力9.1kg/cm²時採用之透水基底層各層厚度及楊氏模數如附表1所示，實際粒料摻配後應達表內之數值範圍，基底層粒料可採用透水磚或現場舖築施工，但須符合附表一之規定。

請再參閱第9圖，根據本發明版塊支承構造，經採用有限元素軟體SAP2000驗證上述預鑄版塊接合處，承受重車載重下S33應力之分布狀態，如圖(a)、圖(b)、圖(c)所示，係分別從接縫左處、接縫中央、及接縫右處模擬分析，對照第10圖傳統接縫S33應力之分布狀態，如圖(a)、圖(b)、圖(c)所示；相較之下，本發明構造(Invent joint)之接縫下方支承面產生的垂直向應力均明顯小於傳統接合構造(Conventional ioint)。再如第11圖所示，彙整本發明版塊支承構造與傳統接縫構造之分析比較，證明本發明可以有效達到減少面層接縫造成的不均勻性衝 擊力至少50%以上。並且，本構造各單元尺寸依實際需要而進行設計，並無特別限制。

再者，本發明前述版塊支承構造之實施過程中，係採用建築資訊模型(Building Information Modeling,BIM)軟體進行規劃設計，並連結結構分析軟體進行力學分析與強度檢核，再進行單元製造與工序工期排程及品質檢測等。其中，流程如第12圖所示，包括：(1)環境分析、(2)系統設計、(3)系統製造與施工工序規劃分析、(4)預鑄單元製造、(5)現場施工、(6)現場檢驗與調整等步驟，以下將進一步說明之。

第13圖所示，「環境分析」之細部作業流程包括：排水設施調查、降雨強度分析、鋪面逕流量分析、入滲率及土壤滲透係數分析、及雨水貯留量分析等。

第14圖所示，「系統設計」步驟之細部作業流程包括：BIM軟體3D建模、面層預鑄版塊設計、格柵樑設計、透水基底層設計、高度可調式預鑄基座設計、預鑄台式基礎設計、及預鑄台式基礎施工等。其中，BIM軟體連結3D建築模型到各種分析工具的能力，可以提高精確度，前述各項構件基本上需滿足下列條件：決定設計交通量(18kips ESAL)、決定鋪面載重、結構分析、結構設計、及設計彎矩剪力及扭力鋼筋等。

第15圖所示，「系統製造與施工工序規劃分析」步驟之細部作業流程包括：BIM-3D模型檔案、各類預鑄單元構件及零配件編碼、構件及零配件衝突檢查、系統材料數量清單匯出、系統構件圖及零配件圖匯出、 各工項作業單價分析、及系統成本評估分析等。其中，BIM-3D模型檔案又包括：施工工序規劃分析、建立工項作業、設定作業類型、設定計畫生產率、設定各工項作業前後順序關係、指派各單元構件及零配件給各工項作業、各工項作業工料分析及匯出工期、及系統匯出施工計畫書等各項作業。

綜上所述，上述預力構造單元，包括預鑄版塊、可調式基座、台式基礎等，均於預鑄廠完成製造後運送至道路施工現場組裝，除了基礎構件需於現場挖埋並配合透水基底層4現場鋪設之外，其餘單元依序吊運組裝即可，作業快速且不受雨天影響，可縮短大量工期。

以上僅為本發明代表說明的較佳實施例，並不侷限於附圖及說明書所揭露的細節，對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言仍得有許多變化，亦即不偏離本發明申請專利範圍所為之均等變化與修飾，應仍屬本發明之涵蓋範圍。

1‧‧‧預鑄版塊

10‧‧‧公單元

10’‧‧‧母單元

11‧‧‧面層版

110‧‧‧透水孔

12、12’‧‧‧格柵底層版

13、13’‧‧‧支撐部

2‧‧‧可調式基座

3‧‧‧台式基礎

31‧‧‧基礎版

32‧‧‧箱型壁體

4‧‧‧基底層級配料

41‧‧‧透水底層粒料

42‧‧‧基層粒料

Claims (7)

1. 一種道路剛性鋪面版塊支承構造，其包括：預鑄版塊、可調式基座、台式基礎、及基底層級配料；其特徵在於：該預鑄版塊包含公單元及母單元，每一公單元及每一母單元由一鋼筋混凝土面層版和一格柵底層版所構成，及在該面層版截面上設有複數個透水孔；該公單元及該母單元兩端各具有一互為對應的搭接界面，彼此一下一上搭接在一起；該可調式基座包含一版塊及複數組升降機構，支承在該預鑄版塊公單元與母單元之搭接界面的下方，每一組升降機構由一外套管和一內螺桿所構成，該外套管埋設在該基座版塊中預鑄成型，該外套管包含有內螺紋與該螺桿嚙合，可隨著該螺桿旋轉方向上升或下降；該台式基礎包含一基礎版與一箱型壁體預鑄成型，該基礎版承載在該可調式基座的下方，該箱型壁體隔離在該可調式基座的外側；及該基底層級配料包含一透水底層粒料和一基層粒料，該透水底層粒料以#3/8~1英吋之粒徑為主，將粒料摻拌水泥漿料充填在該預鑄版塊下方的底層；該基層粒料選用沙、礫石混和摻配料，使粒徑大小維持在4.75~19mm之間，並填實在該預鑄版塊與該透水底層粒料之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述道路剛性鋪面版塊支承構 造，其中該格柵底層版由複數縱向格柵樑及複數橫向格柵樑，彼此垂直相交構成一格柵結構，且在兩者之間形成有複數個格子槽對應於該面層版之複數個透水孔。
3. 如申請專利範圍第2項所述道路剛性鋪面版塊支承構造，其中該複數縱向格柵樑之每一縱向格柵樑，設有複數個橫向透水孔連通該對應的格子槽；及該複數橫向格柵樑之每一橫向格柵樑，設有複數個縱向透水孔連通該對應的格子槽。
4. 如申請專利範圍第1項所述道路剛性鋪面版塊支承構造，其中該預鑄版塊公單元和母單元之格柵底層版，在縱向兩端端部分別向下方凸出形成一對支撐部，及在兩支撐部之間形成角拱形結構。
5. 如申請專利範圍第2項所述道路剛性鋪面版塊支承構造，其中該預鑄版塊公單元之格柵底層版，對應在兩端支撐部的下部形成一對凸出的下搭接界面；該預鑄版塊母單元之格柵底層版，對應在兩端支撐部的上部形成一對凸出的上搭接界面；該下搭接界面與該上搭接界面，彼此互補成一下一上搭接在一起。
6. 如申請專利範圍第5項所述道路剛性鋪面版塊支承構造，其中該可調式基座支承在該預鑄版塊公單元和母單元之支撐部的下方；該可調式基座經由複數個高度調整裝置可升降調整該預鑄版塊公單元和母單元之高程。
7. 如申請專利範圍第6項所述道路剛性鋪面版塊支承構 造，其中該複數個高度調整裝置採3點法或4點法配置在可調式基座上；每一高度調整裝置包含一外套管及一內螺桿，該外套管具有內螺紋並植設在基座之預定點上，該內螺桿與該內螺紋螺合，經由該內螺桿之正逆向旋轉可調整該基座之高程。