沥青混凝土路面施工质量动态控制技术应用.pdf

公路交通技术 2 0 1 0年 6月 第 3期T e c h n o l o g y o f Hi g h w a y a n d T r a n s p o r t J u n 2 0 1 0 N o 3 沥青混凝土路面施工质量动态控制技术应用 李克德 ，李玉龙 ，刘昌仁 ( 1 重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆4 0 0 0 6 0 ；2 招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆4 0 0 0 6 7 ) 摘要：根据我国沥青混凝土路面施工的实际情况，介绍一种新的质量动态控制技术方法一单值动态控制技术。应 用该技术对在建工程质量进行实时监控，并对历史工程的质量控制水平进行评价。该动态控制技术在沥青混凝土路 面施工质量控 制中具有 良好 的应 用前景。 关键词：沥青混凝土路面；施工质量；动态控制技术 文章编号 ：1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 3 7 0 4 中图分类号 ：U 4 1 6 2 1 7 文献标识码 ：A Ap p l i c a t io n o f Dy n a mi c Co n t r o l Te c h n i q u e f o r Co n s t r u c t i o n Qu a l it y o f As p h a lt Con c r e t e Pa v e me n t L I Ke d e ，LI Yu l o n g ，L I U Cha ng r e n Ab s t r a c t ：Ba s e d O i l t h e p r a c t i c a l s i t u a t i o n s o f c o n s t r u c t i o n o f O ll l n a t i o n a l a s p h a l t c o n c r e t e p a v e me n t s ， t hi s pa pe r i nt r o d uc e s a ne w d y na mi c c o n t r o l t e c h ni q u e f o r q ua l i t y - s i n g l e v a l u e d yn a mi c c o n tro l t e c h ni q u e T h i s t e c h n i q u e i s a p p l i e d f o r r e a l t i me mo n i t o r i n g o f q u a l i ty o f p r o j e c t s u n d e r c o n s t r u c t i o n a n d for e v a l u a t i o n o f q u a l i ty c o n t r o l l e v e l s o f h i s t o r i c a l p r o j e c t s T h i s d yna mi c c o n tr o l t e c h n i q u e e x h i b i t s g o o d a p p l i c a t i o n p e r s p e c t i v e i n c o n s t r u c ti o n q u a l i ty c o n t r o l o f a s p h a l t c o n c r e t e p a v e me n t s Ke y wo r d ： a s p h a l t c o n c r e t e p a v e me n t ； c o n s t r u c t i o n q u a l i ty c o n t r o l ； d y n a mi c c o n tro l t e c h n i q u e 随着我 国经济建设 的快速发展 ，公路作为重大 基础设施和社会经济发展的重要助推器 ，其建设速 度很快 ，截至 2 0 0 8年底 ，中国高速公路总里程已 达 5 5万 k m，1级公路 5 O 1 万 k m。预计 2 0 1 0年 高速公路将达 6 5万 k m。 沥青混凝土路面作为主要的路面结构 ，具有平 整 、吸振 、噪声小等特点，广泛应用于各等级道路 路面的建设【 ” ，在 已建成的高等级公路和在建的高 等级公路中所占比例较大。资料显示囡 ，美国高速 公路约 9 5 为沥青路面 ， 日本高速公路 中沥青路 面约 占 9 4 。 虽然我国沥青路面技术不断进步，但是整体质 量与国外相 比仍存在较大差距 。国外的高速公路可 以使用几十年 ，而我 国的高速公路基本上都是在交 付使用几年后就 出现 了车辙 、推移 、泛油、拥包 、 松散等早期破坏现象，必须进行维修甚至是大修。 调查表明，我 国公路沥青混凝土路面 的施工质量存 在诸多问题，严重影响了路面的使用性能及运营效 果 ，其主要问题之一就是各个环节的生产施工质量 不稳定 ，控制不严密。 质量动态控制与管理旨在及时发现影响质量的 收稿 日期 ：2 0 0 9 1 2 1 1 作者简介： 李克德( 1 9 6 6 一 ) ， 男 ， 重庆市人，本科，高工 因素，纠正偏差，提高施工质量的稳定性，减小质 量指标 的变异系数3 。沥青混凝土路面施工质量动 态控制与管理 ，国外工业发达国家早在 2 O 多年前 就普遍采用 。我 国京津塘高速公路在外 国监理的指 导下，自始至终很好地使用了该方法 ，对施工过程 质量管理起到了很好的作用。但遗憾的是，在京津 塘高速公路以后 ，高速公路工程的建设 、施工和监 理单位很少再采用这个方法，这说明我国公路建设 施工过程质量管理措施还不到位 。 1 动态控制技术的核心和作用 产品在制造过程 中，质量特性值总是波动的 ， 分为正常( 随机 ) 质量波动和异常( 系统 ) 质量波动 ， 前者不可避免 ，质量控制的核心在于杜绝异常质量 波动 的发生 。1 9 2 4年 以来 ，美 国贝尔实验室的 休哈特博士、罗米格博士等先后提出了控制图和过 程控制理论以及统计抽样理论，为捕捉过程中的异 常先兆 ，将异常消灭在萌芽状态和过程 中，为预防 不合格产 品的发生提供 了有效的工具3 _ 。 动态 控 制 技术 又 称 统 计 过程 控 制 ( S t a t i s t i c a l P r o c e s s C o n t r o l ，S P C ) ，其核心是借助数理统计方 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 公路交通技术 2 0 1 0丘 法中的过程控制工具 ，绘制统计过程控制图 ，科学 地分析生产过程 中产生异常质量波动 的因素 ，区分 偶然因素与系统因素 ，对生产过程的异常及时告 警，以便及时采取措施，消除异常 ，恢复过程的 稳态。它是现代企业生产过程 中质量控制 的重要 手段 】 。 控制 图有很 多种 ，常用的计 量控制 图有平 均值 一标准差( ) 控制 图、平均值 一极值( 2 - 一 ) 控制 图、中位数 一极差控制 图、单值 一移 动极 差控制 图等。 2 沥青路面施工质量动态控制技术方法 2 1 平均值动态控制技术 休哈特博士提出的过程控制理论( 即动态控制 理论 ) ，控制 图的统计原理就是利用 3倍标准差原 理界定计量值控制 图的上 、下 限。控制 图一般分 为分析用控制图和控制用控制图，要求先收集 2 5 组以上的质量特性统计数据 ，通过 、 或 建立 分析用控制图，分析统计数据 的分布特征 ，求得总 体标准差，从而确定控制用控制图的上、 下限。 J T G F 4 0 - - 2 0 0 4 ( 公路沥青路面施工技术规范 附录中应用控制图 ，介绍 了对沥青路 面施 工质量 进行动态控制的方法6 1 ，通过对施工周期内( 一般 以 57 d为一个周期 ) 的施工参数 ( 包括抽提油石 比、级 配 、马 氏参 数 、压 实度等 ) 检测 数据 进行 整理 、统计 ，分别计算逐 日检测结果 、一个周 期 内逐 日结果 的平均值 ( 期望值 ) 、R、S绘制 成动态控制曲线 ，通过曲线中 的分布分析判断质 量控制的合理性 ，并 以变异系数 分析判断质量 控制的稳定性 。 该方法的特点是以施工 日为监控点 ，要求每个 施工 日的样本数不小于 2 ( 即检测频率不小于 2 ) ，而 在实际工程施工中，设计 、建设和监理单位都是按 照J T G F 4 0 - - 2 0 0 4的检测频率要求实施，一般都是 12次 ，检测频率不小于 2的施工 天数是 比较有 限的；同时，检测频率不小于 2的要求对施工企业 而言还存在成本较高的问题 ，还可能因为非主观原 因 ，施工 日内无法实现 2次或 2次 以上取样 ，因 此 ，该方法对在建工程进行质量控制的实时监控是 有难度的。 2 2 单值动态控制技术 一 种沥青混合料在整个施工过程中，质量控制 的统计数据量很有限。而收集 2 5组 以上的预备数 据 ，对生产过程中质量特性值的分布特征 、稳定性 进行诊断 ，建立控制用动态控制图 ，需要较长的过 程。同时，在施工过程中加大检测频率，以谋求足 够的样本数 ，又是不现实的 。因此 ，在实际工程 中，对沥青路面施工质量进行动态控制 ，采用平均 值动态控制技术是有局限的。 另外 ，实际工程中，为了抢工期 ，一个施工 日 内生产的沥青混合料数量越来越大，产生质量异常 波动是可能存在的 ，无论多大的抽样检测频率 ，以 施工 日内的平均值为代表值 ，还有可能掩盖这些施 工 日内的质量异常波动。 本文根据我国工程的实际情况 ，认为对沥青混 凝土路面施工质量进行动态控制与管理 ，采用单值 动态控制图技术是比较可行 的。 质量控制是质量管理 的核心 ，是产品合格率 和优质率的保证。从根本上讲，产品质量与满足技 术保证 的能力即过程能力密切相关 ，体现质量控制 的水平。而过程能力指数与质量特性统计数据 的标 准差 、公差范围密切相关8 - 9 1 ，有如下关系式 ： C p = 吉： 。 式 中， 为过程能力 指数 ；T为公差范 围；O-为 总体标准差； 为分布 中心偏离 目标值的偏离量。 在 G B T 4 0 9 1 -2 0 0 1 常规控制图 中l0 1 ，要求 1 3 3 ，而 国际先进 企业则要求 c p1 6 7 。在 对产品过程综合特性能力等级评定中，对于关键质 量特性 ，过程能力指数 1 6 7时I 3 , 羽 才是理想状 态 。 因此 ，在沥青混凝土路面施工质量控制 中，可 以根据设计给定的 和要求的 ，推算质量特性 统计数据要求的 o- ，建立动态控制模型 ，一般是设 定 C p=1 6 7 、 = 0 t t l 。绘制 的单值动态控制图 ，一 般有控制上限 U C L 、控制下限 L C L 、单值曲线 、中 心线 C L 、阶段平均值 5 条线。控制上、下限的确 定以目标值 为中心线 ，根据 3 o 原理进行核算 ： U C L ( 控制上限) =M( 目 标值) + 3 o ， L C L ( 控制下限) = ( 目标值 ) 一3 o ， C L ( 中心线 ) =M( 目标值 ) 。 3 单值动态控制技术应用实例与分析 3 1 单值动态控制技术对在建工程质量的实时监控 运用沥青路面质量单值动态控制技术 ，对重庆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0 年 第3 期 李克德，等：沥青混凝土路面施工质量动态控制技术应用 3 9 一 条在建高速公路 A T B 一 2 5沥青混合料 的级配质量 控制进行 了试点应用。 国内外研究结果表明【 l 2 ，沥青混合料级配质量 控制最重要的是对其关键筛孔通过率的控制。对于 不同种类的沥青混合料 ，所控制的关键筛孔是不同 的 。AC 一 2 5 、A C 一 2 0和 A T B 一 2 5 、A T B 一 2 0等 粗粒 式混合料 ，控制的关键筛孔是 4 7 5 mm。 该工程 A T B 一 2 5沥青混合料关键筛孔 4 7 5 m m 通过率的设计波动范围为 2 2 3 3 4 3 ，目标值 为 2 8 3 。由此可 以得到 T=1 2 ，质量控制的理想 状态就是分布中心无限接近 目标值 ，所 以，可以设 定 8 =0 ， C p=1 6 7 。 那 么 ， 由 C p = 吉 转 换 计 算 标 准 差 ： = ( 1 2 0 ) 61 6 7 =1 2 ， UCL =2 8 3+3 1 2：31 9 LCL=2 8， 33 X 1 2 =2 4 7 CL=28 3。 本文 收集 了该工程某 一个周期 ( 6个施工 日) A T B一2 5沥青混合料关键筛孔 4 7 5 m m通过率 的 检测结果 ，发现第 3和第 5施工 日内的波动很 明 显，然后，利用单值动态控制技术将数据绘制成动 态控制图，见图 1 。 样本编号 +4 7 5 m m筛孔通过率 一目标值 静 控制上 限 一控制下限 十阶段平均值 图 1 某在建工程 A T B - 2 5 关键筛孔通过率动态控制 从图 1可以看出 ， A T B 一 2 5沥青混合料关键筛 孔 4 7 5 m m筛通过率的控制出现异常，有 5 个点超 出了控制范围。因此 ，必须查找产生质量异常波动 的原因，及时消除影响因素 ，把下一阶段生产的 A T B - 2 5 沥青混合料关键筛孔 4 7 5 m m筛的通过率 控制在要求范围内。 在未 改动 原材料 的情况 下 ，出现这 种异 常 ， 显然不是偶然 因素造成 。在检修拌 和楼 时 ，才发 现拌和楼热料进料控制系统出了问题 ，其 中 03 m m仓的控制键异常 ，当连续进料到一定量 时，失 去控制 ，在不需要进料时无法完全关 闭 ，仍 然有 少量的集料入仓 。这样 ，03 m m档 的集料就明 显高出控制值 ，从而导致 A T B 一 2 5沥青混合料的 关键筛孔 4 7 5 mm筛通过率偏高。 设备修复后，为加强对 A T B 一 2 5 沥青混合料关 键筛孔 4 7 5 m m筛通过率 的控制 ，在第 1 、2个施 工 日增加了检测频率，图2 是 5 个施工日内关键筛 孔通过率的控制图。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 l 2 1 3 样本编号 +4 7 5 mm筛孔通过率 一目标值 控制上限 一控制下限 阶段平均值 图2 设备修复后 A T B 一 2 5 关键筛孔通过率动态控制 从图2 可看出，设备修复后，A T B 一 2 5沥青混 合料的关键筛孔 4 7 5 m m筛通过率的控制非常好。 3 2单值动态控制技术对历史工程质量控制水平 的评价 单值动态控制技术不仅可以对在建工程质量进 行实时监控 ，还可以对历史工程质量控制水平进行 分析与评价。 某高速公路沥青混凝土路面大修 1 期改造工程 于 2 0 0 8年 5月完工 。其 中一段 近 3 k m的工程 ， 在 开放交通不足一年 ，就因中面层 的 A C 一 2 5沥青 混合料损坏，产生了渗水、拥包、坑槽、掉粒等路 面早期病害而进行了返工 。笔者利用单值动态控制 技术对其级配的控制水平进行了分析与评价。 该工程 AC 一 2 5沥 青混合料关键 筛孔 4 7 5 rai n 筛通过率的设计波动范围为 2 3 9 3 5 9 ，目标 值为 2 9 9 。由此可以得 到 =1 2 ，同样设定 8= 0， = 1 67。 那么 ，由 = = 转换计算 仃 ： o ( ， D ( = ( 1 20 ) 6x 1 6 7=1 2 ， UCL =2 9 9+3 X 1 2= 3 3 5 LCL=2 9 93 X 1 2= 2 6 3 CL：2 9 9。 收集整理该问题路 段 A C 一 2 5沥青混合料级配 检测数据 ，采用单值动态控制技术，将关键筛孔 4 7 5 m m筛通 过率 的检测 结果 ，绘制 成动态 控制 捌 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 0生 试验次数 ( 施工 日) +关键筛孔通过 率一目标值 * _控制上限 U C L 一控制 下限 U C L 十阶段平均值 图 3 问题路段 A C - 2 5 关键筛孔通过率动态控制 图，见图 3 。 从 图 3可 以看 出 ，A C 一 2 5沥青混合 料的关键 筛孔 4 7 5 mm筛通过率的控制出现了非常明显的异 常 ，8 0 的点超 出了动态控制和设计上限，而最大 值超出目 标值 4 0 5 。说明 A C 一 2 5沥青混合料的 级配 明显偏细 ，这是造成渗水、坑槽 、掉粒等早期 病害的根本原因。 4 结束语 单值动态控制技术采用统计学方法将 检测点 绘制在时间序列中 ，通过设置动态控制上 、下限， 将质量特性统计数据绘制成动态控制图 ，根据 图 形趋势，可以更加有效地达到分析原因、控制质 量和开展预控等 目的。同时 ，动态控制 图还可 以 通过对质量特性的统计分 析 ，用来评 价施工单位 的质量控制水平 。 同时，应用该动态控制技术 ，无论是对在建工 程质量进行实时监控 ，还是对历史工程质量控制水 平进行评价 ，其结果对于建设单位和养护单位 ，都 可 以用于分析预测工程可能存在的潜在质量隐患和 可能产生的某些早期病害，从而在运营管理过程中 有针对性地采取预防措施进行养护 ，从技术层面指 导养护决策。 参 考 文 献 【 1 】 沈金安国外 沥青路 面设计方法总汇【 M 】 北京 ： 人 民交 通出版社 ， 2 0 0 4 2 】 刘忠根， 等 沥青路面结构的发展与展望【 J 1 中外公路 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 7 2 【 3 】 王毓芳， 肖诗唐统计过程控制的策划与实施 M 北京 ： 中国经济 出版社 ， 2 0 0 5 4 J 梁锦棠 沥青路面动态控制技术在施工质量控制中的应 用 【 J 广东建材 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 9 9 1 0 3 5 】 刘金辉， 等质量动态管理在沥青混凝土路面施工中的 应用 J 】 公 路 ， 2 0 0 4 ( 1 1 ) ： 1 9 3 1 9 8 6 交通部公路科学研究所J T G F 4 0 - - 2 0 04公路沥青路 面施工技术规范【 s 】 北京 ： 人民交通出版社， 2 0 0 5 7 袁建国， 等 抽样检验原理与应用 M】 北京： 中国计量出 版社 ， 2 0 0 2 【 8 】 张公绪 新编质量管理学【 M】 北京 ： 高等教育通出版社， 1 9 9 8 【 9 】9 张少玲， 李威灵 I S O 9 0 0 1 ： 2 0 0 8 质量管理体系标准图 解教程【 M 广东 ： 广 东经 济出版社 ， 2 0 0 9 【 1 0 】国家技术监督局G B 厂 r 4 0 9 1 -2 0 0 1 常规控制图 s 】 北京 ： 中国标 准出版社 ， 2 0 0 1 【 1 1 】胡兴才基于小批量的统计过程控制研究 J 1 中国制造 业信 息化 ， 2 0 0 6 ， 3 5 ( 1 ) ： 1 4 1 6 n2 】张铁志， 等 沥青混合料级配与沥青用量的动态管理与 控制 J 辽宁交通高专学报 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 1 - 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