MCI應用於臺灣國道一號鋪面調查之可行性評估｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	王詩瑜 Shih-Yu Wang
論文名稱：	MCI應用於臺灣國道一號鋪面調查之可行性評估 The Preliminary Study of MCI to Inspect Taiwan Freeway No. 1 Pavement Condition
指導教授：	陳世晃 Shih-Huang Chen 林志棟 Jyh-Dong Lin
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 土木工程學系 Department of Civil Engineering
論文出版年：	2019
畢業學年度：	107
語文別：	中文
論文頁數：	119
中文關鍵詞：	高速公路、鋪面維護管理指標、鋪面調查
外文關鍵詞：	Freeway, Maintenance Control Index, Pavement survey
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日本道路協會參考AASHTO鋪面現況服務能力指標(Present Serviceability Index，PSI)之建立模式，結合日本常見鋪面損壞形式，建立日本PSI。1980年代，日本建設省土木研究所以美國及日本之PSI，使用多元迴歸開發維護管理指標(Maintenance Control Index, MCI)，與傳統鋪面狀況指標(Pavement Condition Index, PCI)相比計算更為簡易。研究以中央大學與日本研究團隊共同開發的道路鋪面檢測車調查國道一號南下374.3車道公里，調查項目包含裂縫率、車轍深度及國際糙度指標(IRI)，探討MCI應用於臺灣高速公路鋪面調查之可行性。此外，研究蒐集ETC(Electronic Toll Collection)資料進行交通量分群，中位數檢定結果顯示不同養護工程分局轄區之交通量有差異，且MCI亦有差異，說明交通量為影響鋪面服務品質之因素之一，研究建議管理者於設定管理目標或門檻時應依據不同地區條件有所調整。因目前臺灣未建立MCI相關規範，故研究利用95%信心水準及日本首都高速公路MCI養護目標5.6評估國道一號鋪面現況，結果顯示達95%以上路段鋪面品質符合日本首都高速公路養護目標。最後，研究蒐集國道北區養護工程分局108年整修計畫資料與MCI調查結果比較，整修計畫路段中MCI小於5.6之路段占全轄區MCI小於5.6路段之71%。研究利用MCI0結果計算之移動平均可挑選出鋪面破壞較嚴重之路段，且與目前整修計畫所預計整修路段重合度高。綜合本研究成果，研究認為MCI能夠簡化臺灣高速公路鋪面調查作業，且能夠快速評估鋪面破壞情形，值得進一步研究與採用。

The Japanese PSI was set up by Japan Road Association by means of AASHTO Present Serviceability Index (PSI) as reference. In the 1980s, the Japan Institute of Civil Engineering set up the Maintenance Control Index (MCI) based on multiple regression, MCI made the roads easier to assess than Pavement Condition Index (PCI). This study collect the road conditions of National Freeway No. 1 section 374.3 km-lane south surveyed by vehicle. It is jointly developed by the National Central University and the Japanese research team. The vehicle is capable to survey cracks, rut and International Roughness Index (IRI). Taiwan Electronic Toll Collection (ETC) traffic data for National Freeway No. 1 was collected for clustering purpose. The median test showed that there are differences in traffic volume between freeway branch. MCI also showed the same result. So this study proposes that the authority should set various criteria or thresholds as depends on various conditions. This study used 95% confidence level and Japan Capital Expressway MCI Maintenance standard of 5.6 to evaluate the current freeway conditions of National Freeway No.1. The outcomes demonstrated that over 95% of the pavement quality meets the Japanese standard. The study also analyzed the 2019 renovation plan of the northern branch. The MCI survey found the freeway section with MCI less than 5.6 include 71% of the renovation plan. By using the moving average to select the worse section of highway. It is highly match to the current renovation plan. In summary, this study considered that MCI can simplify the freeway survey in Taiwan and rapidly evaluate the damage of pavements. It is worth to be used and further research.

摘 要 ................................ ................................ ................................ ................ i
ABSTRACT ................................ ................................ ................................ ..... iii
目 錄 ................................ ................................ ................................ ............... v
圖目錄 ................................ ................................ ................................ ............ viii
表目錄 ................................ ................................ ................................ ............... x
第一章、緒論 一章、緒論 ................................ ................................ ................................ ... 1
1 研究背景與動機 研究背景與動機 研究背景與動機 ................................ ................................ .................... 1
2 研究目的 研究目的 ................................ ................................ ................................ 2
3 研究範圍 研究範圍 ................................ ................................ ................................ 3
4 研究流程 研究流程 ................................ ................................ ................................ 4
第二章、文獻回顧 第二章、文獻回顧 第二章、文獻回顧 ................................ ................................ ........................... 7
1 鋪面服務品質維持及養護管理策略 鋪面服務品質維持及養護管理策略 鋪面服務品質維持及養護管理策略 鋪面服務品質維持及養護管理策略 鋪面服務品質維持及養護管理策略 鋪面服務品質維持及養護管理策略 ................................ .................... 7
1.1 鋪面養護管理概念 鋪面養護管理概念 ................................ ................................ ....... 7
1.2鋪面維護管理策略 鋪面維護管理策略 鋪面維護管理策略 ................................ ................................ ........ 9
2 柔性鋪面破壞因素及類型 柔性鋪面破壞因素及類型 柔性鋪面破壞因素及類型 柔性鋪面破壞因素及類型 ................................ ................................ .. 14
2.1 柔性鋪面破壞原因 柔性鋪面破壞原因 ................................ ................................ ..... 14
2.2 柔性鋪面破壞類型 柔性鋪面破壞類型 ................................ ................................ ..... 16
2.3 破壞隨時間變化之關係 破壞隨時間變化之關係 ................................ ............................. 17
3 各國鋪面服務績效評估方式 各國鋪面服務績效評估方式 各國鋪面服務績效評估方式 各國鋪面服務績效評估方式 各國鋪面服務績效評估方式 ................................ .............................. 19
3.1美國鋪面狀況指標 美國鋪面狀況指標 美國鋪面狀況指標 PCI ................................ .............................. 19
3.2鋪面狀況評級 鋪面狀況評級 PCR ................................ ................................ ..... 20
3.3鋪面現況服務能力指標 鋪面現況服務能力指標 鋪面現況服務能力指標 PSI ................................ ....................... 22
3.4日本鋪面維護管理指標 日本鋪面維護管理指標 日本鋪面維護管理指標 MCI ................................ ..................... 22
3.5美國家鋪面性能指標 美國家鋪面性能指標 美國家鋪面性能指標 ................................ .............................. 23
4 國內外高速公路鋪面調查現況 國內外高速公路鋪面調查現況 國內外高速公路鋪面調查現況 國內外高速公路鋪面調查現況 國內外高速公路鋪面調查現況 ................................ .......................... 24
4.1 臺灣高速公路鋪面調查與檢測 臺灣高速公路鋪面調查與檢測 臺灣高速公路鋪面調查與檢測 ................................ ................. 24
4.2 日本高速公路鋪面調查與檢測 日本高速公路鋪面調查與檢測 日本高速公路鋪面調查與檢測 ................................ ................. 28
4.3 美國高速公路鋪面調查與檢測 美國高速公路鋪面調查與檢測 美國高速公路鋪面調查與檢測 ................................ ................. 30
5 統計分析 統計分析 ................................ ................................ .............................. 32
5.1 集群分析與應用 集群分析與應用 ................................ ................................ ......... 32
5.2 Kolmogorov-Smirnov檢定 ................................ ......................... 34
5.3 Kruskal-Wallis檢定 ................................ ................................ ..... 35
5.4 Spearman Rank相關係數 ................................ ........................... 36
6 小結 ................................ ................................ ................................ ....... 37
第三章、研究 第三章、研究 方法 ................................ ................................ ......................... 39
1 鋪面狀況調查流程與車 鋪面狀況調查流程與車 鋪面狀況調查流程與車 鋪面狀況調查流程與車 鋪面狀況調查流程與車 鋪面狀況調查流程與車 鋪面狀況調查流程與車 ................................ .............. 39
2 鋪面狀況指標 鋪面狀況指標 MCI參數之據蒐集 參數之據蒐集 ................................ ................. 45
2.1 MCI計算 ................................ ................................ ..................... 45
2.2 裂縫率量測與數據蒐集 裂縫率量測與數據蒐集 ................................ ............................. 46
2.3 車轍深度檢測與數據蒐集 車轍深度檢測與數據蒐集 車轍深度檢測與數據蒐集 ................................ ......................... 48
2.4 國際糙度指標 IRI檢測 ................................ ............................. 49
3 國道一號交通量分群 國道一號交通量分群 國道一號交通量分群 國道一號交通量分群 ................................ ................................ .......... 50
3.1 國道一號 ETC交通量資料彙整 交通量資料彙整 ................................ ............... 50
3.2 標準軸重當量轉換 標準軸重當量轉換 ................................ ................................ ..... 51
3.3 國道一號交通量集群分析 國道一號交通量集群分析 國道一號交通量集群分析 ................................ ......................... 53
4 數據統計分析 數據統計分析 ................................ ................................ ...................... 54
4.1 Kolmogorov-Smirnov檢定 ................................ ......................... 54
4.2 中位數檢定 ................................ ................................ ................. 54
4.3 Spearman相關係數 ................................ ................................ ..... 54
4.4 簡單移動平均 簡單移動平均 ................................ ................................ ............. 55
第四章、研究成果分析 第四章、研究成果分析 第四章、研究成果分析 第四章、研究成果分析 ................................ ................................ ................. 57
1 國道一號鋪面狀況數據蒐集 國道一號鋪面狀況數據蒐集 國道一號鋪面狀況數據蒐集 國道一號鋪面狀況數據蒐集 國道一號鋪面狀況數據蒐集 ................................ .............................. 57
2 評估國道一號路現況 評估國道一號路現況 評估國道一號路現況 評估國道一號路現況 ................................ ................................ ...... 59
2.1 國道一號整體鋪面狀況 國道一號整體鋪面狀況 ................................ ............................. 59
2.2 各養護工程分局之交通量析 各養護工程分局之交通量析 各養護工程分局之交通量析 ................................ ................. 63
2.3 交通部高速公路局各養護工程分轄區鋪面狀況 交通部高速公路局各養護工程分轄區鋪面狀況 交通部高速公路局各養護工程分轄區鋪面狀況 交通部高速公路局各養護工程分轄區鋪面狀況 交通部高速公路局各養護工程分轄區鋪面狀況 交通部高速公路局各養護工程分轄區鋪面狀況 ................ 67
3 探討 IRI與鋪面破壞關係 與鋪面破壞關係 ................................ ................................ ... 73
3.1 IRI與 MCI0關係 ................................ ................................ ......... 73
3.2 IRI與鋪面破壞關係 與鋪面破壞關係 ................................ ................................ ... 74
4 以整修計畫探討 以整修計畫探討 以整修計畫探討 MCI0於高速公路適用性 於高速公路適用性 於高速公路適用性 ................................ ....... 77
4.1 2019年北區養護工程分局轄鋪面整修計畫 年北區養護工程分局轄鋪面整修計畫 年北區養護工程分局轄鋪面整修計畫 年北區養護工程分局轄鋪面整修計畫 年北區養護工程分局轄鋪面整修計畫 年北區養護工程分局轄鋪面整修計畫 ........................ 78
4.2 鋪面整修計畫與 鋪面整修計畫與 MCI0 ................................ ............................... 80
4.3 鋪面整修計畫與 鋪面整修計畫與 IRI ................................ ................................ .. 82
5 綜合討論 ................................ ................................ ............................. 84
5.1 國道一號鋪面現況 國道一號鋪面現況 ................................ ................................ ..... 84
5.2 MCI計算參數選擇建議 計算參數選擇建議 ................................ ............................. 84
5.3 各養護工程分局轄區差異 各養護工程分局轄區差異 各養護工程分局轄區差異 ................................ ......................... 85
5.4 整修計畫與 MCI0關係 ................................ .............................. 85
5.5 鋪面維護管理建議 鋪面維護管理建議 ................................ ................................ ..... 86
第五章、結論與建議 第五章、結論與建議 第五章、結論與建議 第五章、結論與建議 ................................ ................................ ..................... 89
1結論 ................................ ................................ ................................ ....... 89
2建議 ................................ ................................ ................................ ....... 91
參考文獻 ................................ ................................ ................................ ......... 93
附錄一 鋪面狀況調查里程與日期 鋪面狀況調查里程與日期 鋪面狀況調查里程與日期 鋪面狀況調查里程與日期 ................................ ................................ I
                                

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