陳遠(yuǎn)軍
(上海先行建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司)
瀝青路面施工質(zhì)量控制與早期損害分析
陳遠(yuǎn)軍
(上海先行建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司)
引起瀝青路面早期損害的因素很多,其中的主要因素是施工技術(shù)水平低和質(zhì)量控制管理薄弱。我國目前瀝青路面施工技術(shù)總體水平有了顯著提高,但施工質(zhì)量控制管理體系還不完善。本文分析瀝青路面施工質(zhì)量控制的現(xiàn)狀和主要問題,結(jié)合瀝青路面施工質(zhì)量控制工程實踐,對瀝青路面施工質(zhì)量控制進(jìn)行了系統(tǒng)研究分析,提出應(yīng)充分考慮影響質(zhì)量的各個因素,從系統(tǒng)、過程、整體的角度進(jìn)行瀝青路面施工質(zhì)量控制,總結(jié)并提出瀝青路面施工質(zhì)量控制主要原則。
瀝青路面;質(zhì)量控制;早期損害
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,道路建設(shè)也得到了快速發(fā)展,新建道路偏重于高等級,而原有道路則不斷升級改造,“十一五”期間,全國公路網(wǎng)總里程新增63.9萬公里。但值得關(guān)注的是,我國多數(shù)低等級公路以及部分高等級公路的瀝青路面出現(xiàn)了使用壽命短、早期損壞嚴(yán)重的現(xiàn)象,從而不得不耗巨資進(jìn)行維修、改造。其中,大多數(shù)高等級公路瀝青面層雖然已經(jīng)使用了優(yōu)質(zhì)的材料,先進(jìn)的施工機(jī)械,但仍無法修出高水平的瀝青面層。我國目前瀝青路面施工技術(shù)總體水平偏低,質(zhì)量保證體系不完善,尤其對施工過程中影響質(zhì)量的各個指標(biāo)認(rèn)識不足,沒有一個完整的控制指標(biāo)體系,對瀝青路面的施工過程控制還缺乏系統(tǒng)、深入的研究。因此,深入分析瀝青路面早期損害原因,加強質(zhì)量控制意識,明確工前控制措施顯得尤其重要。
近年我國道路建設(shè)速度發(fā)展迅速,道路施工的技術(shù)和設(shè)備水平發(fā)展也比較快,部分施工設(shè)備處于國際先進(jìn)水平,應(yīng)該說我國道路施工已經(jīng)具備了良好的硬件基礎(chǔ),但部分道路開通不久出現(xiàn)了不同質(zhì)量問題或病害,出現(xiàn)施工質(zhì)量問題的原因是多方面的,但直接的、主要的原因是施工質(zhì)量控制問題,也是施工技術(shù)管理的問題,需要在施工設(shè)備設(shè)置調(diào)控、原材料控制、施工工藝、檢測評價等方面做好質(zhì)量控制工作,才能進(jìn)一步提高施工質(zhì)量,也就是加強道路施工的軟件環(huán)節(jié)。實踐證明,加強道路施工質(zhì)量控制,不僅可以提高道路質(zhì)量,也有利于提高經(jīng)濟(jì)效益、社會效益。
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,對高等級公路瀝青路面的使用品質(zhì)及行車舒適度和有效使用年限要求越來越高。只有保證瀝青路面的施工質(zhì)量,才能實現(xiàn)良好的使用性能。目前影響瀝青路面施工質(zhì)量的主要技術(shù)問題包括:
1、原材料質(zhì)量不好,質(zhì)量不穩(wěn)定,材料管理不規(guī)范;
2、施工設(shè)備參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng),施工設(shè)備局部存在缺陷;
3、施工過程中對關(guān)鍵工序缺乏有效的控制措施,施工工藝不合理,導(dǎo)致施工過程不穩(wěn)定或勻質(zhì)性較差;
4、存在機(jī)械設(shè)備上投入不足,設(shè)備性能落后的情況;
5、路面質(zhì)量檢測方式和評價方法滿足不了施工質(zhì)量控制要求;
6、施工質(zhì)量技術(shù)管理上存在薄弱環(huán)節(jié)。
這些問題將導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)早期損壞,反之如果加強和改進(jìn)這些方面的控制,也會顯著提高路面施工質(zhì)量。
隨著新型瀝青路面、新型建筑材料、先進(jìn)的施工機(jī)械應(yīng)用,需要更加科學(xué)的施工質(zhì)量控制技術(shù)和管理方法,施工技術(shù)人員需要不斷更新專業(yè)知識和施工技術(shù)。然而,由于我國修建高等級公路瀝青路面的時間還較短,建設(shè)經(jīng)驗還很欠缺,有經(jīng)驗的施工技術(shù)人員的缺乏是普遍存在的問題,加之近期我國道路建設(shè)速度又很快,需要加強瀝青路面施工的技術(shù)和質(zhì)量控制方面的研究工作,正是在這一工程實際需求的背景下,瀝青路面施工質(zhì)量控制及相關(guān)病害研究的提出顯得尤為重要和迫切。
施工質(zhì)量控制是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工作,瀝青路面施工質(zhì)量控制出現(xiàn)任何薄弱環(huán)節(jié)都可能引起路面早期損壞,如高溫車轍、水損害坑槽等典型早期病害。由此,研究瀝青路面施工質(zhì)量控制的要點、關(guān)鍵環(huán)節(jié)和容易出現(xiàn)的主要問題顯得尤為重要,并進(jìn)一步為實施瀝青路面施工質(zhì)量控制提供參考。
1、高溫穩(wěn)定性病害與施工質(zhì)量控制
高溫穩(wěn)定性車轍病害是瀝青路面一種主要病害形式,尤其近年交通量增加迅速,年均氣溫也逐漸增加,車轍病害己成為瀝青路面的主要病害。瀝青路面出現(xiàn)車轍病害與原材料本身性能、設(shè)計方案、交通荷載等因素有關(guān),但目前較多的非均勻性分布的車轍病害與施工質(zhì)量控制關(guān)系較大。
下圖1為江蘇某高速公路所調(diào)查的三個標(biāo)段車轍分布曲線圖,分布圖表明三個標(biāo)段的車轍情況各有一定特點,C標(biāo)的車轍最大,A標(biāo)次之,B標(biāo)的最小,比較數(shù)據(jù)見表1。三個標(biāo)段路面方案、原材料、交通流量基本相同,通車不久出現(xiàn)車轍病害,但路面車轍病害發(fā)展和分布情況存在較大的差異,車轍分布差異表現(xiàn)為兩個方面,一個方面是三個標(biāo)段的整體差異,即三個標(biāo)段車轍病害整體上表現(xiàn)不同;另一方面差異是每個標(biāo)段自身路段內(nèi)的車轍分布變異性也非常大,相距10m的路面車轍深度差異可能很大。
表1 路況調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計表
通過核查施工記錄和試驗報告發(fā)現(xiàn),車轍病害的差異和間斷性分布與施工中兩個拌和樓的混合料控制有關(guān),即存在油石比和級配差異,這是兩個重要的控制項目,如果控制不好會直接引起早期病害。因此,施工過程穩(wěn)定性控制非常關(guān)鍵,從設(shè)計、原材料、管理、工藝等方面采取系統(tǒng)措施控制好施工的穩(wěn)定性。
2、水損害與施工質(zhì)量控制
瀝青路面的水損害是瀝青路面存在水分的條件下,水分逐步侵入到瀝青與集料的界面上,同時由于水動力的作用,使瀝青膜漸漸從集料表面剝離,并導(dǎo)致集料之間的粘結(jié)力喪失而發(fā)生的路面破壞過程。水損害也是瀝青路面一種主要早期病害,水損害導(dǎo)致路面瀝青混合料松散,并逐漸發(fā)展成為坑槽,對交通安全和路面耐久性影響較大。一般瀝青路面坑槽分布離散性、隨機(jī)性較明顯,這也說明與施工質(zhì)量的均勻性控制有直接關(guān)系。
有關(guān)調(diào)查表明,水損害坑槽發(fā)展有如下特點:坑槽破壞發(fā)生在雨季,開始時一般先有一小塊松散,之后脫粒并出現(xiàn)小坑,小坑逐漸擴(kuò)展成較大的坑槽,如下圖所示2。
圖2 瀝青路面坑槽發(fā)展過程圖示
同圖1對車轍檢測的同時,采用核子密度儀對該路段瀝青路面的空隙率進(jìn)行檢測,結(jié)果如圖3所示,空隙率分布表現(xiàn)出顯著的變異性,波動較大,局部位置空隙率過大,超過8%。
圖3 分析路段瀝青路面空隙率分布
而同時進(jìn)行的鉆芯取樣,抽提篩分后發(fā)現(xiàn),部分芯樣0.075mm的通過量高達(dá)20.6%,超出規(guī)范限定的15%,而石料堆場的調(diào)查發(fā)現(xiàn),部分粗集料含泥量過大,超過規(guī)范值1%。9個樣本中有4個小于設(shè)計瀝青用量4.4%,從而減小瀝青膜厚度,進(jìn)而降低了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。
此外,細(xì)集料在露天堆放,造成其含水量過大,為了烘干細(xì)集料,不得不升高溫度進(jìn)行拌和,導(dǎo)致細(xì)集料出現(xiàn)一定程度的脆化,而集料表面溫度較高造成瀝青結(jié)合料出現(xiàn)一定程度的焦化現(xiàn)象,導(dǎo)致瀝青粘結(jié)性能退化,還有瀝青混合料在運輸過程中由于種種原因?qū)е略谀雺簳r料溫過低難以壓實,滲水嚴(yán)重,最終致使瀝青混合料的水穩(wěn)性產(chǎn)生較大的影響。
3、瀝青路面開裂與施工質(zhì)量控制
裂縫是瀝青路面的一種主要破壞形式,且裂縫的出現(xiàn)往往是路面損害急劇增加的開始。瀝青路面產(chǎn)生裂縫的原因很多,裂縫的種類也是多種多樣的,如下表2所列。
表2 我國瀝青路面裂縫分類
由于瀝青路面屬柔性路面,其裂縫的產(chǎn)生和開展受基層和路基的影響較多,典型的破壞如,無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層沒有拌和到底,在底部留有素土夾層,素土夾層成為瀝青路面結(jié)構(gòu)中的軟夾層,它會導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生塊狀裂縫;還有路面的不均勻沉降,會導(dǎo)致路面局部主體斷裂。
4、應(yīng)采取的預(yù)防措施
完善的設(shè)計是確保路面使用性能的前提,嚴(yán)格的施工是確保路面使用性能的關(guān)鍵,施工質(zhì)量是誘發(fā)瀝青路面出現(xiàn)早期破壞的主要因素,所以為防止路面早期損害,要采取一些措施來保證施工質(zhì)量,主要包括以下幾點:
(1)強化施工管理,提高工序控制的科學(xué)性。
(2)保證現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確,杜絕弄虛作假,特別是瀝青材料、砂、石料的試驗數(shù)據(jù)真實,必須做到試驗檢測的過程規(guī)范化操作;保證瀝青路面材料的路用性能,對高路堤、軟基處理、填挖結(jié)合處、結(jié)構(gòu)物兩端填土等重點部位的施工重點監(jiān)控,防止不均勻沉降影響瀝青路面的使用性能。
(3)重視并合理調(diào)整道路瀝青路面的壓實度、均勻度、平整度和構(gòu)造深度等指標(biāo),特別處理好平整度與壓實度的關(guān)系,不能過分追求平整度而犧牲壓實度,而是要在保證壓實度的基礎(chǔ)上追求平整度,否則通車后的路面極易發(fā)生水損壞以及松散、車轍等早期病害。
(4)對于路面基層施工要嚴(yán)格按規(guī)范要求選好合格材料,對于水泥穩(wěn)定類材料,要嚴(yán)格按配合比要求控制水泥劑量及含水量,保證路面基層設(shè)計厚度及頂面標(biāo)高,灑水碾壓至要求密實度,保證基層表面平整度,嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,同時要重視半剛性基層的養(yǎng)護(hù),防止反射裂縫的出現(xiàn)。
(5)對于路面面層施工先要嚴(yán)格按規(guī)范要求選好材料及材料的級配,凡發(fā)現(xiàn)瀝青混合料級配不佳,油石比過低;當(dāng)瀝青含量過大時,要及時通知后場對瀝青用量進(jìn)行調(diào)整,調(diào)試現(xiàn)場施工還應(yīng)掌握好瀝青混合料攤鋪厚度,嚴(yán)格按碾壓操作規(guī)程作業(yè),保證瀝青混凝土壓實度及平整度,搞好施工縫、結(jié)構(gòu)物伸縮縫位置施工工藝的選擇和處理,防止路表水下滲,另外對于邊角及有障礙物碾壓不到的部位,要使用熱墩錘,熱烙鐵或平板震動夯實。
(6)為減少路面病害的發(fā)生,在施工過程中如何控制好瀝青混凝土的級配、施工過程中不離析、保證壓實度是施工成敗的關(guān)鍵,而碾壓溫度是控制瀝青面層壓實度的一個關(guān)鍵因素,因此,對于溫度的控制在瀝青路面施工中非常重要。
通常瀝青混凝土拌和站場與攤鋪地點相距較遠(yuǎn),瀝青混凝土運輸時間長,混凝土溫度受外部因素影響較大,因此,控制瀝青拌和料在運輸過程中的運輸時間是溫度控制的最主要的環(huán)節(jié)。運輸過程中導(dǎo)致瀝青拌和料溫度損失主要是大氣環(huán)境溫度和運輸時間兩個主要因素,大氣環(huán)境溫度對瀝青混合料的溫度影響,主要體現(xiàn)在瀝青拌和料的攤鋪-初壓-復(fù)壓-終壓階段,為了保證瀝青拌和料在攤鋪-初壓-復(fù)壓-終壓階段的溫度要求,拌和站出料溫度應(yīng)隨大氣環(huán)境溫度的變化而變化,瀝青拌和料的溫度在運輸過程中損失溫降,通常與自卸車運輸途中的運輸時間成正比關(guān)系,運輸時間越長,溫降越大。
以上分析表明,瀝青路面施工過程復(fù)雜、影響因素環(huán)節(jié)多、變異性大,任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都可能引起早期病害。瀝青路面的質(zhì)量不是簡單的由試驗和檢測實現(xiàn)的,而必須通過執(zhí)行合理設(shè)計的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證計劃來實現(xiàn)。承包人應(yīng)合理設(shè)計質(zhì)量控制計劃,而業(yè)主應(yīng)合理設(shè)計質(zhì)量保證計劃。這些計劃的設(shè)計及執(zhí)行對熱拌瀝青混合料路面的生產(chǎn)、攤鋪及使用性能至關(guān)重要。
1、質(zhì)量管理體系與控制
質(zhì)量管理科學(xué)自產(chǎn)生至今經(jīng)歷了三個階段:質(zhì)量檢驗階段、統(tǒng)計質(zhì)量管理階段與全面質(zhì)量管理階段。
統(tǒng)計質(zhì)量管理階段,從單純依靠質(zhì)量檢驗事后把關(guān),發(fā)展到進(jìn)行工序控制,突出了質(zhì)量的預(yù)防性控制與質(zhì)量檢驗相結(jié)合的管理方式。在此管理階段,強調(diào)“用數(shù)據(jù)說話”和應(yīng)用統(tǒng)計方法進(jìn)行質(zhì)量管理,因此通常將這一階段稱之為統(tǒng)計質(zhì)量管理階段,簡稱為SOC階段。
全面質(zhì)量管理概念的涵蓋較廣泛,其核心是“三全”的管理:全面的質(zhì)量管理、全過程的質(zhì)量管理、全員參與的質(zhì)量管理。
為了實施項目質(zhì)量控制,應(yīng)建立全面質(zhì)量管理體系和控制體系,首先必須確定控制目標(biāo),其次應(yīng)建立控制機(jī)制,同時必須重視和加強信息的傳遞與反饋。
控制是對被控系統(tǒng)的整體而言的,既要控制被控系統(tǒng)從輸入到輸出的全過程,也要控制被控系統(tǒng)的所有要素。在項目質(zhì)量控制中,根據(jù)被控系統(tǒng)全過程的不同階段,控制可分為三類:①事前控制,又稱為預(yù)先控制或事先控制,即在投入階段所進(jìn)行的控制,實質(zhì)上是一種預(yù)防性控制,如質(zhì)量預(yù)控就屬于事前控制。②過程控制,也稱為事中控制,即在轉(zhuǎn)化階段所進(jìn)行的控制。如工序質(zhì)量控制就屬于過程控制。③事后控制,即在輸出階段所進(jìn)行的控制,如項目交工驗收階段所進(jìn)行的質(zhì)量控制。這種控制實質(zhì)上是一種合格控制?;跒r青路面施工過程特點,對于瀝青路面施工質(zhì)量控制的重點是事前控制和過程控制兩個階段。
2、瀝青路面施工質(zhì)量管理控制特點
對照項目質(zhì)量管理科學(xué)的發(fā)展,我國瀝青路面建設(shè)的質(zhì)量管理基本處于質(zhì)量檢驗階段,目前使用的檢測方法及質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn),在很大程度上屬于事后認(rèn)可。對于需要及時反饋的質(zhì)量控制來說,具有明顯的滯后性與被動性,無法起到動態(tài)控制作用。分析目前瀝青面層施工的質(zhì)量狀況,原材料質(zhì)量、混合料級配、油石比、溫度、厚度等主要技術(shù)要素都存在較大的變異性,可能使路面質(zhì)量產(chǎn)生過大波動,路面局部早期損害嚴(yán)重,使用年限縮短,部分項目通車一、二年后開始大規(guī)模維修,因此在路面施工中進(jìn)行系統(tǒng)質(zhì)量控制,提高施工質(zhì)量控制水平勢在必行。但是目前國內(nèi)外對瀝青路面施工過程控制缺少較為系統(tǒng)和完善的研究成果,前期準(zhǔn)備工作以及施工現(xiàn)場缺少必要的技術(shù)指導(dǎo),從而導(dǎo)致瀝青路面的最終施工質(zhì)量得不到有力的保證。
控制體系是通過對瀝青路面施工中能直接影響工程質(zhì)量的重要檢測指標(biāo),如關(guān)鍵工序、重要工藝參數(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的操作程序等,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并及時分析處理,從而及時判定施工工藝是否得當(dāng),判別施工質(zhì)量的優(yōu)劣程度,變事后控制為有效的過程控制。
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瀝青面層施工質(zhì)量控制是公路工程項目質(zhì)量管理的組成部分,在施工質(zhì)量控制過程中,用系統(tǒng)觀點及控制原理,建立適用的技術(shù)指標(biāo)體系,明確控制目標(biāo),建立統(tǒng)計控制與技術(shù)診斷相結(jié)合的調(diào)控機(jī)制,即動態(tài)質(zhì)量控制方法達(dá)到監(jiān)控、糾偏、改進(jìn)、提高的動態(tài)施工管理過程,最終鋪筑出高質(zhì)量的瀝青路面。
瀝青路面的施工是一個復(fù)雜的過程,對其過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制研究是多方面的,只用一兩個指標(biāo)是不能全面反映施工過程和控制施工質(zhì)量,為此,需要建立一個系統(tǒng)的指標(biāo)控制體系。質(zhì)量管理與控制體系是由許多的有內(nèi)在聯(lián)系的單項指標(biāo)組合而成,在設(shè)計時,既要從總體全面考慮整個體系所應(yīng)包含的內(nèi)容及其框架,也要逐一考慮各個單項指標(biāo)的含義、適用范圍和計算方法等。
3、瀝青路面施工質(zhì)量控制原則與發(fā)展
基于瀝青路面施工特性,瀝青路面施工質(zhì)量控制應(yīng)注意以下原則:
(1)主動控制原則,由于瀝青路面施工具有工程規(guī)模大、投資巨大、控制難度大、變異性大等特點,如果前期準(zhǔn)備出現(xiàn)問題,后續(xù)很難糾正或需付出巨大代價,因此瀝青路面施工中必須做好事前準(zhǔn)備和事前控制,包括設(shè)計審核、原材料準(zhǔn)備、設(shè)備檢驗、工藝管理考核等。
(2)系統(tǒng)平衡原則,瀝青路面施工是一個系統(tǒng)過程,包括前期準(zhǔn)備、施工過程,應(yīng)從系統(tǒng)平衡角度進(jìn)行前期準(zhǔn)備和過程控制,施工過程又可分為拌和、攤鋪、碾壓等工藝過程,也需要從系統(tǒng)平衡角度控制各個工藝過程連續(xù)、平穩(wěn)、有序,從而為保證路面質(zhì)量均勻穩(wěn)定建立基礎(chǔ)。
(3)整體與細(xì)節(jié)原則,瀝青路面施工是一個復(fù)雜過程,既要建立整體過程控制體系,又要保證每個細(xì)節(jié)質(zhì)量控制,只有細(xì)節(jié)的質(zhì)量得到保證,整體工程的質(zhì)量才能得到保證。也就是只有控制好每一車混合料質(zhì)量,才能控制好每lm路面質(zhì)量,進(jìn)而才能保證整條公路路面質(zhì)量,實施全面質(zhì)量管理體系。
(4)過程控制原則,只有通過加強過程監(jiān)控,才能及時發(fā)現(xiàn)影響施工質(zhì)量的問題,以便及時采取措施,保證質(zhì)量穩(wěn)定。
為了提高瀝青路面施工質(zhì)量控制水平,還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善控制方法和體系:
(1)實施全面質(zhì)量管理控制體系,瀝青路面施工是一個復(fù)雜過程,影響因素環(huán)節(jié)眾多,提高施工質(zhì)量控制管理水平是提高瀝青路面質(zhì)量的必要條件,建立全面系統(tǒng)的施工質(zhì)量控制管理體系。
(3)建立基于概率統(tǒng)計的質(zhì)量控制體系,只有建立基于概率統(tǒng)計的控制體系才能客觀全面的檢測評價路面施工質(zhì)量,判別施工過程控制狀態(tài),為施工質(zhì)量控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并為工程驗收和實施按質(zhì)支付提供依據(jù)。
(3)實施按質(zhì)支付的質(zhì)量管理體系,可調(diào)節(jié)支付形成了契約形式激勵機(jī)制,促使承包人提高工程質(zhì)量,明確細(xì)化質(zhì)量管理驗收標(biāo)準(zhǔn),提高業(yè)主質(zhì)量管理的效率和效果,保護(hù)投資人利益。
本文分析了我國瀝青路面施工質(zhì)量控制的現(xiàn)狀和主要問題,結(jié)合瀝青路面施工質(zhì)量控制工程實踐,從設(shè)計、材料、工藝過程、檢測評價等方面系統(tǒng)分析質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)和相應(yīng)技術(shù)措施,具體總結(jié)如下:
1、研究分析了集料、瀝青等原材料對瀝青路面施工質(zhì)量的影響,提出了原材料供應(yīng)、生產(chǎn)、管理等方面的質(zhì)量控制要點和措施;
2、結(jié)合實際工程中瀝青路面典型病害,分析了瀝青路面施工質(zhì)量控制的主要問題及改進(jìn)措施,提出了應(yīng)充分考慮影響質(zhì)量的各個因素,應(yīng)從系統(tǒng)、過程、整體的角度進(jìn)行瀝青路面施工質(zhì)量控制;
3、總結(jié)提出了瀝青路面施工質(zhì)量控制體系的基本原則:系統(tǒng)平衡原則、整體與細(xì)節(jié)原則、過程控制原則。
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TU138
1674-3954(2011)03-0073-03
陳遠(yuǎn)軍 (1975-),男,交通部監(jiān)理工程師,上海先行建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司,上海200070?,F(xiàn)任京福鐵路客專閩贛段監(jiān)理5標(biāo)上海先行監(jiān)理部副總監(jiān)理工程師。