台湾海洋大学河海工程学系九十四学

國立台灣海洋大學河海工程學系九十四學年度碩士專班研究成果發表會機場鋪面損害評估暨維護管理之研究裴建強中校副隊長陳俶季國立台灣海洋大學河海工程學系教授摘要機場營運為了維護航機之正常作業，管理單位必須維持及確保機場鋪面功能性、結構性及安全性之健全。經常性之鋪面調查工作以巡場車執行，若發現嚴重鋪面破壞且危及飛安狀況時，於調查後即依破壞情況採取必要之維護措施，以期可對現有破壞進行妥善維修，以達到提高鋪面服務績效、延長道面使用年限之目標。依性質之不同，鋪面調查作業概區分為破壞性及非破壞性兩類，破壞性檢測為利用鑽心取樣等方法取得鋪面樣本後進行實驗室試驗以獲知鋪面結構之完整性、材料之強度（抗壓強度及間接張力強度）、及材料之厚度等資訊，檢測內容以鋪面結構性之功能項目為主。基於鋪面工程學於近二十年發展，鑽心取樣之各項功能已可由非破壞之檢測方法取代之，如撓度檢測、透地雷達等方法，可減少破壞性檢測之數量，於不破壞鋪面前提下，進行大範圍調查，可更確切掌握鋪面詳細狀況，降低破壞性檢測對使用中鋪面之影響。AnAssessmentontheevaluationandmaintenancemanagementofairportpavementdamageChien-ChiangPeiViceteamleader,lieutenantcolonelChu-ChiChenProfessorattheDepartmentofHarborandRiverEngineering,NationalTaiwanOceanUniversityAbstractInordertomaintainnormaloperationofairport,managementdepartmenthastomaintainandensurefunctionalaspect,structuralaspectandsafetyaspectofpavementintheairport.Routinepavementinvestigationworkisdonebyacruisecar.Ifseriouspavementdamageisfoundwhichmightendangerflightsafetyintheinvestigation,necessarymaintenanceactionshavetobetakenaccordingtothedamagesituationsothatthecurrentdamagecanbewellrepaired,finally,pavementserviceperformancecanbeenhancedandpavementuselifetimecanbelengthened.Dependingonitscharacteristics,pavementinvestigationoperationcanbedividedintodestructiveandnon-destructivetests.Fordestructivetest,drillingsamplingmethodisusedtogetthepavementsampleandtoperformlaboratorytestinordertoknowtheinformationsuchas:completeness,materialstrength(Compressionresistantstrengthandindirecttensionstrength)andmaterialthickness,etc.ofthepavementstructure.Thetestcontentsaremainlythefunctionalitemsofpavementstructuralaspect.Duetotherapiddevelopmentinpavementengineeringinrecenttwodecades,allthefunctionaltestitemsofthedrillingandsamplingmethodcannowbereplacedbynon-destructivetestmethods,forexample,theflexibilitytest,ground-permeatingradar,etc.Thiscangreatlyreducethenumberofnon-destructivetest;rightnow,withoutdestroyingthepavement,largeareainvestigationthusbecomespossible.Thedetailedsituationofpavementcanthenbecapturedmorepreciselywhichgreatlyreducestheinfluencefromthenon-destructivetestonthepavementinuse.國立台灣海洋大學河海工程學系九十四學年度碩士專班研究成果發表會一、緒論1.1研究動機與研究目的我國近年，國內機場民航業務迅速發展，機場航運量亦快速擴張幾近飽和狀態。而機場鋪面所涵蓋之跑道、滑行道、停機坪及加溫坪等，因長期受天候、飛機荷重衝擊及磨損等因素之影響，難免產生破損。尤其是飛機起降頻繁之主跑道上的裂損，對飛安影響甚鉅，一旦因損壞停用即將造成機場關閉，在民航機場而言將造成旅客行程上的延誤與不便，航空業者亦將遭受重大損失，對軍用機場而言更直接影響到國防戰備。因此如何在不妨礙機場正常營運狀態下，快速、有效的針對破損鋪面進行維修，實為機場鋪面維護工程單位必須面對的重要課題。1.2研究範圍與研究方法本研究範圍以機場剛性鋪面為研究對象，以機場鋪面資料管理為應用實例，提出一套針對機場鋪面評估問題的解決方案。此方案中將以撓度檢測、透地雷達檢測等方法應用來達成提升機場鋪面管理效率目的；研究方法如下：(一)國內外文獻回顧分析法蒐集與整理國內外關於機場跑道剛性鋪面維護管理、撓度檢測、透地雷達檢測等技術應用與系統分析設計等之相關文獻，以掌握相關資訊於鋪面評估管理應用之動向，並從文獻資料中歸納出建置機場跑道之鋪面管理系統功能架構。(二)專家意見法本研究進行之初期將實地訪談相關之專家與作業人員，彙整出跑道鋪面維護之主要問題、維護資料保存之困難所在以及具體之解決策略與建議。二、文獻回顧2.1機場鋪面2.1.1機場鋪面種類目前國內機場鋪面的型態可分為水泥混凝土(PortlandCementConcrete,PCC)之剛性鋪面及加鋪瀝青混凝土(AsphaltConcrete,AC)鋪面兩大類。1.水泥混凝土剛性鋪面具有耐衝擊、承載力高、使用壽命較長、所需維修頻率較少等優點，較適合機場使用特性。國內機場一般版塊設計尺寸為5m×5m、5m×6m、6m×7m等，面層34cm~45cm厚不等，厚度設計係考慮土壤性質、交通量、材料性質及其他因素如氣溫、雨量等，並依建造時間、機場設施能量等級、最大航機機型之演進而有不同的設計，機場剛性鋪面混凝土材料28天抗彎強度設計強度一般要求在600psi~700psi之間。2.加鋪瀝青混凝土柔性鋪面係於舊有水泥混凝土鋪面上加鋪厚度約25cm之AR-4000瀝青混凝土，其目的為延長鋪面的使用壽命，避免重新鋪築關閉機場，中斷航空運輸，影響交通。2.1.2機場鋪面破壞原因造成鋪面損壞的原因多且複雜，破壞常常由幾種原因互相影響聯合造成的，這些因素包含設計、施工不良、天候的因素、不當的維護、外力超載等。造成鋪面版破壞的主要關鍵因素，大致可以歸納如下：(1)交通載重理論上，鋪面承受設計範圍內的荷重不至於造成損壞，但國內超載情況嚴重，若以公路來說，會造成鋪面破壞的荷重，大多來自於大卡車等重車的超載；此外，混凝土鋪面若承受重複輪軸載重，雖荷重未達破壞應力，但反覆荷重也會使得混凝土產生疲勞現象進而產生破壞。這是因為鋪面在反複荷重情況下，界面黏結狀態逐漸分離，加上應力集中，最後疲勞破壞。所以鋪面在受到重複交通載重下，隨載具總重、輪軸載重組合、胎壓與行駛速率等相關因素的變化下，會造成鋪面不同破壞速率。因此交通載重可以說是鋪面破壞最主要因素之一，所以各國交通法規大多會明定載重限制，以使鋪面正常使用年限達到設計年限。(2)環境因素溫、濕度變化會引起鋪面版塊體積的變化，尤其是溫度的變化。因為台灣地屬亞熱帶，剛性鋪面國立台灣海洋大學河海工程學系九十四學年度碩士專班研究成果發表會常受到高溫的日照，版塊表面的溫度逐漸傳遞至版底形成溫度梯度，造成鋪面版塊上、下緣的溫差，使得鋪面版上拱或下凹，進而使鋪面產生翹曲應力而發生破壞。另剛性鋪面在溫度與乾縮聯合作用所產生的應力，可能達混凝土張力強度的70％甚至80％；至於溼度對剛性鋪面的影響也與溫度影響相似，差異只是程度上的不同而已，所以環境因素所造成的應力，有時可能高於輪荷重產生的應力，因此，對於環境的影響，不可不重視。(3)化學作用由於混凝土是種複合材料，其間包含著複雜的化學反應，一般新拌混凝土的pH值介於12~13，使得混凝土處於高度的鹼性。在這種條件情況下，鋼筋是受到良好保護的，但如果混凝土保護層受到破壞，鋼筋便會逐漸腐蝕，使得混凝土產生微裂縫，進而加速鋪面的破壞；通常造成這鋼筋腐蝕的原因主要為氯離子入侵或混凝土中性化等。由於台灣屬於海島國家，暴露在大氣或海邊的混凝土，氯離子容易經由空氣或水滲入混凝土，當濃度高到一定程度後即會發生鋼筋腐蝕。相關研究指出，當鋼筋保護層與鋼筋直徑比為七且鋼筋腐蝕程度達到4%時，混凝土的表面即會產生裂縫，這會造成剛性鋪面承載能力的降低。此外，鹼骨材反應也是常見的破損原因，若使用具有活性的骨材時，在潮溼的情況下，混凝土中的鹼金屬（來源：可能源自水泥或是外來的）與活性矽質骨材發生鹼骨材反應，產生鹼矽膠體，由於這種反應會伴隨著膨脹，造成張力裂縫，暴露的表面會顯示出地圖狀的裂紋，降低混凝土鋪面的強度及耐久性。(4)基底層的影響剛性鋪面的設計理念為直接將剛性鋪面版鋪築於基層上，或是先鋪基層再鋪築混凝土版。因此，此種鋪面是以其面層抵抗外力荷重，雖不藉下層材料強度分擔之，但基底層的支承狀況對版中應力的產生，亦有極大的影響；若施工前未對填土充分壓實，將可能使基底層土壤產生可壓縮性或膨脹性，造成支承力的不足，日後容易因應力不均而造成鋪面版的破壞。(5)施工問題剛性鋪面在尚未開放交通前，就有可能發生破損，這些破損的原因多是由於施工不當或品質管制不良所引起的，例如：未確實養護造成混凝土龜裂、施工任意加水造成過度泌水或混凝土輸送未按規定程序等。這些因為人為疏失或配比不當等因素，使得混凝土鋪面不符合原設計的需求，未來開放交通後，會更加速其破壞，縮短服務年限；此外，綴縫筋設置位置不當、鋪面接縫寬度不足或鋸縫時機太晚等，都會降低鋪面服務績效。因此，對於這類問題的防治必須依賴嚴密的施工規範和嚴格的品管。2.1.3機場鋪面破壞種類與原因2.1.3.1美國聯邦航空總署(FAA)之研究美國聯邦航空總署(FAA)於1982年即提出機場鋪面維修指導手冊建議報告，針對機場鋪面結構與功能、損壞類型、鋪面調查方式與維修方法等說明，其中將剛性鋪面損壞種類分為13項。2.1.3.2國內機場鋪面狀況本研究整理國內外相關文獻，並參酌國內相關的機場鋪面破損調查，歸納出機場鋪面破損種類及其原因。1.剛性鋪面剛性鋪面常見的破損種類包含有：橫向裂縫、縱向裂縫、角隅裂縫與角隅斷裂、版間落差、版邊崩損、擠壓破損、填縫料損壞、表層損壞、附屬結構物周邊破壞及Ｄ型裂縫等。2.加鋪瀝青混凝土鋪面加鋪瀝青混凝土鋪面，由於鋪面結構和水泥混凝土鋪面不同，所以受外力作用而產生內應力的效應亦不同，其破壞模式則主要有反射裂縫、車轍、波浪變形、坑洞、粒料剝離等五項。2.1.4機場鋪面的維修方法為避免飛航事件及維持機場鋪面服務績效和提升服務年限，平常應注重預防性維護策略，以免日後鋪面發生破壞時，花費更多時間與金錢去維修。目前國內對於機場鋪面維修並無廣被接受的規範，影響維修成效，導致剛性鋪面失去