水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層施工質(zhì)量的變異閾限控制研究

胡 勇

（吉安市路橋工程局,江西 吉安 343000）

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石工藝是以級(jí)配碎石作為骨料，以一定量的膠凝料與足量的灰漿充填骨料間隙，按擠嵌原理攤鋪壓實(shí)的路面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層的鋪筑技術(shù)，具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、抗?jié)B漏、抗融凍等一系列技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，因此在我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)中應(yīng)用比較普遍[1]。

由于水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層質(zhì)量控制與施工參數(shù)的變異閾限控制密切相關(guān)，所以為了保證水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層施工質(zhì)量，使施工質(zhì)量控制的依據(jù)更堅(jiān)實(shí)有效，開(kāi)展水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層施工質(zhì)量的變異閾限控制研究非常必要。該研究基于工程應(yīng)用，介紹水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層施工質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)變異閾限控制方法，以為同類(lèi)工程借鑒應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 案例簡(jiǎn)介

華中地區(qū)的一條雙向四車(chē)道高速公路，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h。該公路15標(biāo)段K74+700~K74+900，長(zhǎng)度200 m，路面基礎(chǔ)層采取水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為保證穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層的工程質(zhì)量，施工過(guò)程中，除了采取常規(guī)質(zhì)量管理措施外，又特別加強(qiáng)實(shí)施了基礎(chǔ)層施工質(zhì)量的變異閾限控制。該研究述及的是該工程進(jìn)行基礎(chǔ)層施工質(zhì)量的變異閾限分析控制試驗(yàn)研究中的部分成果。其水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層施工質(zhì)量的變異閾限分析中，混合料采取四檔集料，配合比為0~4.75 mm石屑占比32%，4.75~9.50 mm碎石占比15%，9.50~19.00 mm碎石占比28%，19.00~31.50 mm碎石占比25%。采用的水泥系工程所在區(qū)域某水泥企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)合硅酸鹽P.O.32.5級(jí)水泥，工程應(yīng)用的水泥∶碎石∶水=0.035∶1∶0.046。

2 控制原理與指標(biāo)變異閾限計(jì)算

2.1 指標(biāo)變異閾限控制的基本原理

指標(biāo)變異閾限統(tǒng)計(jì)控制是利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和模型計(jì)算的手段，收集相關(guān)工程數(shù)據(jù)、參數(shù)信息，對(duì)影響生產(chǎn)和工程質(zhì)量的相關(guān)因素進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)專(zhuān)業(yè)工程分析數(shù)理模型開(kāi)展計(jì)算、分析和評(píng)估，對(duì)異常情況適時(shí)發(fā)出預(yù)警，以便采取措施進(jìn)行調(diào)節(jié)，使生產(chǎn)過(guò)程得以安全有效的一種工程質(zhì)量控制和管理手段。

控制圖的編制和應(yīng)用是工程質(zhì)量統(tǒng)計(jì)控制的主要工具和手段[2]。其應(yīng)用過(guò)程：①按照規(guī)定方法或試驗(yàn)檢測(cè)，搜集包括關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)在內(nèi)的相關(guān)工程數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)制成表格。②基于所獲得的數(shù)據(jù)和專(zhuān)業(yè)工程分析數(shù)理模型計(jì)算控制閾限，并基于判別原則，衡量判斷該閾限是否滿足質(zhì)量控制需求。如果滿足需求，則參照使用；如果不能滿足需求，要分析原因并給予必要的修正后再行計(jì)算探索，直到滿足需求并統(tǒng)一匯總成表。③對(duì)控制圖開(kāi)展分析，以確定相關(guān)因素的差異程度，并采取措施控制。

2.2 施工質(zhì)量變異閾限的計(jì)算模型

首先，通過(guò)分析控制指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)特征，包括數(shù)據(jù)樣本、檢測(cè)方法和頻率，確定合適的施工質(zhì)量控制圖的制圖形式。然后，根據(jù)表1中經(jīng)常使用的控制閾限模型，計(jì)算出相應(yīng)控制閾限，再按照一定的檢測(cè)方法和頻率對(duì)控制指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，并記錄和處理檢測(cè)數(shù)據(jù)。最后，形成變異閾限控制圖，并根據(jù)異常分析原則，找到控制指標(biāo)存在異常的位置或時(shí)程，分析原因，采取相應(yīng)措施，及時(shí)控制施工過(guò)程。

表1 控制圖閾限的常用計(jì)算公式

3 水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層質(zhì)量指標(biāo)的變異閾限計(jì)算與分析

3.1 水泥含量變異閾限計(jì)算與分析

通常應(yīng)用EDTA滴定法測(cè)量水泥用量。水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層質(zhì)量檢測(cè)規(guī)范要求，每2 000 m2應(yīng)測(cè)定6個(gè)以上的樣品。樣品應(yīng)在攪拌機(jī)攪拌后采樣，并馬上（通常不超過(guò)10 min）向工地試驗(yàn)室送檢，開(kāi)展滴定測(cè)試。水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層的水泥劑量控制模型見(jiàn)表2所示。

控制圖常數(shù)是由一組試驗(yàn)結(jié)果的試驗(yàn)頻次決定的。依托項(xiàng)目水泥用量測(cè)試頻率為每天6個(gè)為1組，則n=6。使用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差控制圖，通過(guò)公式計(jì)算控制閾限：

均值圖：

標(biāo)準(zhǔn)差圖：

水泥含量變異閾限平均值控制圖和標(biāo)準(zhǔn)差控制圖分別見(jiàn)圖1和圖2所示。

圖2 案例15標(biāo)段路面基礎(chǔ)層水泥用量的標(biāo)準(zhǔn)差控制圖

圖1顯示，水泥用量存在兩種異常：第1種是超出控制閾限值，例如點(diǎn)7.25、7.26、8.08、8.11等，其中8.08點(diǎn)過(guò)低，其點(diǎn)過(guò)高；第2種是從7.28至8.04有一個(gè)鏈條，趨向于平均值以下。其原因有可能是因?yàn)閿嚢柩b備的投料控制系統(tǒng)存在不足，造成水泥用量突然變化，也有可能是不規(guī)范的試驗(yàn)操作導(dǎo)致的誤差。

圖1 案例15標(biāo)段路面基礎(chǔ)層水泥用量的平均值控制圖

3.2 壓實(shí)度變異閾限計(jì)算與分析

水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層質(zhì)量檢測(cè)規(guī)范要求，路基路面基礎(chǔ)層的壓實(shí)度要以重型擊實(shí)為標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)密度應(yīng)平行測(cè)試，取均值作為現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)值。用灌砂法檢測(cè)水泥穩(wěn)定碎石底基礎(chǔ)層的壓實(shí)度，并按要求開(kāi)展壓實(shí)度現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢查，計(jì)算各測(cè)量點(diǎn)的壓實(shí)度K值。

層現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試頻率為車(chē)道每200 m2次，即n=4次。使用平均值和極差型控制圖對(duì)控制閾限進(jìn)行計(jì)算：

均值圖：

壓實(shí)度變異閾限平均值控制圖和極差控制圖分別見(jiàn)圖3和圖4所示。

圖3 案例15標(biāo)段水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層的壓實(shí)度均值控制圖

圖4 案例15標(biāo)段水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層的極差控制圖

控制圖3顯示，基礎(chǔ)層壓實(shí)度異常是，在K75+900、K76+300、K76+500區(qū)域發(fā)生了超出控制閾限的情況。從圖中可以看出，K75+300至K76+100之間的壓實(shí)度一直低于平均水平，并有降低趨勢(shì)，可以推斷有可能是在這個(gè)基礎(chǔ)層的施工過(guò)程中，或者碾壓過(guò)快，或者施工溫度過(guò)高，致使復(fù)合料含水量低，在碾壓速度和方式不變時(shí)，無(wú)法收到理想效果；而在K76+300處，壓實(shí)度突然提高了很多，有可能是采取了相應(yīng)措施，但沒(méi)有充分控制好，因此出現(xiàn)了超出控制上限的異常，后經(jīng)調(diào)節(jié)后才得以正常。控制圖4中還有一個(gè)異常，即K76+100區(qū)域超出控制上限，此處壓實(shí)度變化太大，有可能是此處復(fù)合料級(jí)配存在嚴(yán)重偏差。

3.3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變異閾限計(jì)算與分析

在規(guī)定溫度下，保溫保濕養(yǎng)生6 d齡期、浸水1 d后7 d齡期，表征基礎(chǔ)層強(qiáng)度的重要指標(biāo)是基礎(chǔ)層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層7 d無(wú)側(cè)限抗壓控制計(jì)算模型具體見(jiàn)表3所示。

表3 水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層7d無(wú)側(cè)限抗壓控制模型

案例區(qū)段基礎(chǔ)層強(qiáng)度控制中，根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層質(zhì)量檢測(cè)規(guī)范要求，每2 000 m2制作一組試件，每組制作9個(gè)試件。以標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度壓實(shí)，測(cè)試7 d齡期后的基礎(chǔ)層強(qiáng)度值，并計(jì)算強(qiáng)度均值和標(biāo)準(zhǔn)差。使用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差型控制圖計(jì)算其控制閾限：

均值圖：

標(biāo)準(zhǔn)差圖：

7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變異閾限平均值控制圖和標(biāo)準(zhǔn)差控制圖分別見(jiàn)圖5和圖6所示。

圖5 案例15標(biāo)段基礎(chǔ)層7 d抗壓強(qiáng)度的平均值控制圖

圖6 案例15標(biāo)段基礎(chǔ)層7 d抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差控制圖

圖線顯示，案例高速公路15標(biāo)段水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度絕大部分保持在控制閾限的區(qū)間內(nèi)，只有兩處發(fā)生異常波動(dòng)，超出了控制閾限?；趦山M曲線的走向可以推斷，第2組試件有可能因?yàn)樗嘤昧枯^高而導(dǎo)致穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層抗壓強(qiáng)度普遍較高；導(dǎo)致第9組試件強(qiáng)度偏差的原因，有可能是級(jí)配控制不理想或壓實(shí)處理不好。因此，施工過(guò)程中一定要控制好材料級(jí)配和水泥用量。

4 結(jié)論

該研究以一條雙向四車(chē)道高速公路的基礎(chǔ)層施工質(zhì)量控制為工程背景，介紹了水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層施工質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)變異閾限控制技術(shù)和應(yīng)用方法。

（1）工程關(guān)鍵指標(biāo)的變異閾限控制技術(shù)是一種利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、模型計(jì)算、控制圖分析應(yīng)用的工程質(zhì)量分析、評(píng)估和監(jiān)控技術(shù)。

（2）變異閾限控制技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程：圍繞關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)搜集相關(guān)工程數(shù)據(jù)；基于所獲得的數(shù)據(jù)和專(zhuān)業(yè)工程分析數(shù)理模型，開(kāi)展控制閾限計(jì)算；形成控制圖開(kāi)展關(guān)鍵指標(biāo)變異閾限控制應(yīng)用[3]。

（3）案例水泥穩(wěn)定碎石基礎(chǔ)層質(zhì)量指標(biāo)的變異閾限計(jì)算與分析，選擇應(yīng)用的是水泥含量、壓實(shí)度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的等3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。文章介紹了圍繞3個(gè)指標(biāo)的變異閾限計(jì)算所形成的水泥含量均值—標(biāo)準(zhǔn)差控制圖、壓實(shí)度均值—標(biāo)準(zhǔn)差控制圖、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均值—標(biāo)準(zhǔn)差控制圖，并給出了相應(yīng)的指標(biāo)變異閾限分析成果。

（4）應(yīng)用分析顯示，工程關(guān)鍵指標(biāo)的變異閾限控制技術(shù)是一種基于行業(yè)規(guī)范、工程應(yīng)用數(shù)據(jù)和專(zhuān)業(yè)數(shù)理模型分析的工程質(zhì)量科學(xué)分析和控制方法，其引入應(yīng)用會(huì)使工程施工質(zhì)量控制充分?jǐn)?shù)字化和可視化，能夠使施工質(zhì)量控制的依據(jù)更加科學(xué)。