瀝青路面品質(zhì)工程關(guān)鍵施工質(zhì)量控制及管理指標(biāo)研究

■方德銘 林曉威 劉振清

（1.福建省公路事業(yè)發(fā)展中心，福州 350004；2.福州市公路事業(yè)發(fā)展中心，福州 350025；3.北京新路縱橫交通科技有限公司，北京 100010）

瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)中，部分指標(biāo)屬于事后檢測性指標(biāo)，如壓實度、厚度、平整度等，這些指標(biāo)滯后于生產(chǎn)施工過程，從而無法真正意義上實現(xiàn)對路面施工的全過程控制。 同時，施工人員、施工工藝和設(shè)備指標(biāo)中，部分指標(biāo)屬于靜態(tài)指標(biāo)，在施工過程中相對穩(wěn)定，也無法合理地解釋生產(chǎn)過程中的質(zhì)量波動原因。 但是，原材料的質(zhì)量、混合料中的瀝青用量與級配組成、拌和溫度、攤鋪速度、攤鋪溫度、壓實速度、壓實軌跡、壓實溫度等各項指標(biāo)在施工過程中屬于過程性指標(biāo)，且這類的指標(biāo)在施工過程中會產(chǎn)生頻繁的波動，且難以事先排除，因此在施工過程中需要對這類指標(biāo)進(jìn)行實時的監(jiān)控管理。本研究在立足國內(nèi)外研究和工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出選取動態(tài)變化的瀝青路面施工過程性指標(biāo)作為數(shù)字化管理系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)，采用層次分析法建立瀝青路面施工質(zhì)量數(shù)字化管理監(jiān)控指標(biāo)體系，并利用灰色關(guān)聯(lián)度理論得到了影響瀝青路面路用性能的關(guān)鍵指標(biāo)重要度排序。

1 利用層次分析法建立施工過程控制指標(biāo)

1.1 層次分析法

層次分析法（AHP）是由T.L.Saaty 教授提出的一種以定性和定量相結(jié)合的方法解決復(fù)雜模糊問題的方法[1]，該方法具有系統(tǒng)、靈活和簡便的優(yōu)點，適用于因素之間相互聯(lián)系的復(fù)雜系統(tǒng)。 瀝青路面施工質(zhì)量管理中各個指標(biāo)之間缺乏具體的定量關(guān)系，因此， 應(yīng)用AHP 可以將指標(biāo)中模糊的關(guān)系問題用定量的形式進(jìn)行表達(dá)和處理。

1.2 三層遞階層次結(jié)構(gòu)

運用三層結(jié)構(gòu)的AHP 構(gòu)建瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)體系時，應(yīng)有條理和層次化地將體系按照目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 其中，目標(biāo)層反映了瀝青路面施工質(zhì)量的綜合水平；準(zhǔn)則層包含了與瀝青路面施工質(zhì)量有重要關(guān)聯(lián)的施工工序；方案層提出了在準(zhǔn)則層中動態(tài)變化的指標(biāo)， 通過對這些指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控實現(xiàn)對瀝青路面施工的過程控制。

瀝青路面施工過程主要包含混合料的拌合、運輸、攤鋪和壓實4 個工序，同時，原材料作為瀝青混合料的重要組成部分，它們的性質(zhì)也直接影響瀝青混合料的路用性能。 因此，將原材料質(zhì)量、瀝青混合料生產(chǎn)、瀝青混合料運輸、瀝青混合料攤鋪和瀝青混合料壓實作為瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層。 運用三層結(jié)構(gòu)的AHP，建立瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)體系的三層遞階層次結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 三層遞階層次分析法

1.3 各層級判斷矩陣的建立

由于不同的指標(biāo)對準(zhǔn)則層的影響程度存在差異，因此，需要構(gòu)建判斷矩陣來衡量不同指標(biāo)之間的比重。引入判斷矩陣A=(xij)n×n(i,j=1,2,...n)，其中，xij表示xi相對于xj的重要性。xij利用表1 中1～9 標(biāo)度法進(jìn)行取值[2]，當(dāng)xij>1 時，表示因素xi相對于因素xj而言更加重要；當(dāng)xij<1 時，表示因素xj相對于因素xi而言更加重要。

表1 重要性標(biāo)度的含義

確定判斷矩陣的重要性標(biāo)度后，針對瀝青路面施工原材料質(zhì)量及4 個工序，采用德爾菲法獲取專家對判斷矩陣中各因素的重要性的原始數(shù)據(jù)，準(zhǔn)則層見表2。

表2 準(zhǔn)則層相對重要性標(biāo)度

1.4 各層級重要度的計算

采用求和法來計算各層級的重要度，其步驟分為判斷矩陣按列歸一化、 對歸一化結(jié)果按行求和、對行求和向量歸一化計算得到的權(quán)重系數(shù)結(jié)果見表3。由表3 可得知，準(zhǔn)則層重要度的權(quán)重系數(shù)大小排序：瀝青混合料生產(chǎn)>原材料質(zhì)量>瀝青混合料攤鋪>瀝青混合料壓實>瀝青混合料運輸，說明瀝青混合料生產(chǎn)對瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)影響最大，其次是原材料質(zhì)量和瀝青混合料攤鋪。

表3 瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)各層級重要度的權(quán)重系數(shù)

1.5 綜合重要度的計算與檢驗

層次分析法的目標(biāo)是方案層中的因素xi的綜合重要度，通過計算得到方案層各指標(biāo)綜合重要度的權(quán)重系數(shù)（表4）。方案層綜合重要度的權(quán)重系數(shù)大小排序同準(zhǔn)則層， 瀝青混合料生產(chǎn)中的合成級配對瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)影響最大， 其次是瀝青混合料的攤鋪溫度和瀝青混合料生產(chǎn)中的瀝青用量。

表4 瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)綜合重要度的權(quán)重系數(shù)

2 利用灰色關(guān)聯(lián)理論建立施工過程控制關(guān)鍵指標(biāo)

利用層次分析法和德爾菲法建立了瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)，影響瀝青路面施工質(zhì)量的主要指標(biāo)為：合成級配、攤鋪溫度、瀝青用量、瀝青針入度、出料溫度、攤鋪速度和壓實速度。 為了進(jìn)一步分析這些主要因素和瀝青路面質(zhì)量的關(guān)系，采用灰色關(guān)聯(lián)理論，對上述因素與路面取芯檢測結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，得到指標(biāo)與路面性能的關(guān)聯(lián)度排序。

2.1 灰色關(guān)聯(lián)理論

灰色關(guān)聯(lián)理論是對系統(tǒng)內(nèi)態(tài)勢進(jìn)行量化分析的一種方法[3]，主要用于數(shù)據(jù)量有限且表面無明顯規(guī)律的系統(tǒng)，通過將參考序列和比較序列的曲線進(jìn)行對比，分析曲線之間的相似程度，若相似程度越高，則兩組序列之間的關(guān)聯(lián)程度越高；反之，則兩組序列之間的關(guān)聯(lián)程度越低。

2.2 基于灰色關(guān)聯(lián)度的壓實度影響因素分析

在福州市福清省道S209“白改黑”項目中鋪筑的路段選取檢測點進(jìn)行鉆芯取樣，獲得試件的壓實度數(shù)據(jù)見表5。壓實度是瀝青路面施工驗收的重要指標(biāo)，壓實度不足，意味著面層的空隙率增大，動穩(wěn)定度下降，受高溫和交通荷載的影響，造成路面產(chǎn)生車轍[4]；在雨水較多的地區(qū)，壓實度不足容易導(dǎo)致水進(jìn)入瀝青面層后對瀝青薄膜進(jìn)行沖刷， 使得瀝青與集料之間的粘結(jié)力降低，導(dǎo)致松散和坑槽等病害[5]。

表5 試驗段檢測數(shù)據(jù)

試驗路段檢測點的關(guān)鍵指標(biāo)原始數(shù)據(jù)見表6。為了便于分析，瀝青混合料級配主要分析關(guān)鍵篩孔的質(zhì)量通過率。

表6 監(jiān)測點指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

對表5、6 中的壓實度和關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理見表7。 通過計算得到關(guān)鍵指標(biāo)與壓實度之間的灰色關(guān)聯(lián)度見表8。

表7 數(shù)據(jù)無量綱處理結(jié)果

表8 各指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)果

由表8 可知，影響瀝青路面壓實度的關(guān)鍵指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果為： 瀝青用量的關(guān)聯(lián)程度最大，其次是主要篩孔質(zhì)量通過率（礦料級配），最小的是攤鋪速度，其結(jié)果與層次分析法中的指標(biāo)重要度排序結(jié)果大致相同。 由此可見，瀝青和集料級配作為瀝青混合料的主要原材料，與瀝青路面壓實度的關(guān)聯(lián)度很高，因此在瀝青路面施工過程中，應(yīng)對其質(zhì)量控制情況進(jìn)行重點監(jiān)控。

3 瀝青路面施工數(shù)字化管理指標(biāo)體系建立

根據(jù)上述瀝青路面施工過程控制指標(biāo)層次分析法得到高中低的重要度層級， 以及灰色關(guān)聯(lián)理論得到各指標(biāo)對壓實度的影響程度，結(jié)合《福建省普通國省道路面改造工程省級抽檢暫行規(guī)定》（2018 年修訂版）文件要求和國內(nèi)外工程實踐經(jīng)驗，建立瀝青路面品質(zhì)工程施工數(shù)字化管理指標(biāo)體系，見表9～11。

表9 瀝青路面施工原材料質(zhì)量數(shù)字化管理指標(biāo)

表10 瀝青路面施工后場數(shù)字化管理指標(biāo)

表11 瀝青路面施工前場數(shù)字化管理指標(biāo)

4 結(jié)語

針對原材料質(zhì)量、瀝青混合料生產(chǎn)、運輸、攤鋪和壓實工序，提出了基于過程控制理念的瀝青路面施工動態(tài)、過程性指標(biāo)的選取，運用層次分析法對關(guān)鍵指標(biāo)的重要性進(jìn)行定量分析，得到了瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)。 為了進(jìn)一步分析關(guān)鍵指標(biāo)與路面性能之間的關(guān)系，利用灰色關(guān)聯(lián)理論對瀝青路面壓實度與關(guān)鍵指標(biāo)的關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行研究分析，瀝青用量對路面壓實度的影響程度最大，灰色關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果與層次分析法的重要度排序結(jié)果大致相同。因此，需要重點監(jiān)控上述關(guān)鍵指標(biāo)，嚴(yán)格控制指標(biāo)的變異性，提高瀝青路面施工質(zhì)量。