基于管理學原理的瀝青混合料離析影響因素識別分析

譚發茂，李炎保，段曉晨

（1.天津大學，天津 300072；2.中國交通建設股份有限公司，北京 100088；3.石家莊鐵道學院，河北 石家莊 050043）

0 引言

瀝青路面早期破壞現象一直是工程界的一大難題。而瀝青混合料（Hot-mixed-asphalt）離析是路面早期破壞的主要原因[1]。所謂離析，就是組成瀝青混合料的粗、細集料和瀝青含量分布不均勻的現象[2-4]。產生離析的瀝青路面，在車輛和雨水的同時作用下，容易發生路面滲水，加速路面的損壞，嚴重影響道路的使用和行駛安全[5]，同時也帶來巨大的經濟損失。由于離析的產生，路面的預期壽命只有設計壽命的50%[6]。因此，研究離析、找出離析的主要影響因素具有重要的工程意義和經濟價值。

本文的研究目的是運用管理學原理對離析影響因素進行分析，找到影響離析的主要因素，然后在實際工程中加以控制，從而減少路面結構的不均勻性，提高路面的質量和耐久性，防止路面早期破壞的產生。

未被識別的因素是無法加以控制的。離析得不到很好控制，其中的重要原因是缺乏離析影響因素識別，不能區分主要和次要因素，并針對主要因素采取有效的預控措施。因此，研究如何采用科學有效的方法對離析的影響因素進行識別，是路面工程質量控制過程中非常關鍵的內容。

1 影響因素識別分析的方法

在相關文獻中，未見瀝青混合料離析影響因素識別分析的研究資料，本文創造性地引入風險識別的方法，對離析影響因素進行識別分析，以識別主要影響因素并加以控制，達到減少離析和消除離析的最終目的。

風險識別方法主要有以下幾種：專家調查法（specialist）、工作分解結構法（WBS）、頭腦風暴法（brain storm）、德爾菲法（Delphi method）、風險清單法（risk list，RL）、危險與可操作性分析法（hazard and operability study，HAZOP）、危險指數法（risk rank，RR）、故障模式及影響分析（failure mode effects analysis，FMEA）、預先危險分析方法（preliminary hazard analysis，PHA）等。但要找到一個可以完全適合所有系統或操作的風險識別方法是困難的，應在汲取不同風險識別方法優點的基礎上，考慮有效性、經濟性和可操作性，根據所研究的對象和目的采取更有針對性的識別方法。武漢理工大學學者黃明等在有關研究中提出了應用層次分析法分6個步驟建模的方法[7]，對于本文研究的多準則、多目標或無結構特征的復雜問題的決策分析，這一方法也極具適用性[8]。下面應用前述方法和成果進行影響因素的分類、影響程度的劃分和影響度計算。

1.1 影響因素類別分析

學者黃明指出，為了問題的簡化，剔除一些重要性較低、權數較小的指標，有利于避免因指標體系因素過多而引起判斷上的失誤和混亂。指標篩選可采用權數判斷法。根據指標權數的大小決定指標的取舍，具體步驟如下：

設影響因素類別評價指標體系F={f1，f2，…，fn}，其中相應的權數集為：λ ={λ1，λ2，…，λn}，λi∈[0，1]，i=1，2，…，n。

設取舍權數為 λk，λk∈ [0，1]，當 λi< λk時，篩選掉指標fi；當λi>λk時，則保留指標fi。

1.2 影響程度的劃分與計算

學者黃明還提出，以某評價指標的所有評價結果的均值作為理想值，計算所有該指標的評價數據與理想值的差異程度，如果差異性較小，則該指標體系的穩定性和可靠性較高一些。為此，可采用數理統計學中相關系數作為評價指標體系可靠性系數。

設所有指標 xij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，s）的專家組評分的平均數據組為y={y1，y2，…，yn}，則有

影響程度的計算可以采用下列公式：

式中：Ri為影響度；Pi為發生離析的可能性；Ci為離析的危害程度。

2 瀝青混合料離析影響因素的識別分析及實際應用

2.1 工程應用實例

河北某高速公路二期第10合同段，長20.1 km，雙向四車道，設計時速120 km/h，瀝青混凝土路面寬度11.25 m，面層為4 cm SAC-13多碎石瀝青混凝土，中面層和底面層分別為5 cm AC-20型和6 cm AC-25型瀝青混凝土。基層采用國內首次使用的20 cm整體攤鋪瀝青混合料柔性基層。

瀝青混合料拌和采用德國進口4000型大型拌和站，2臺ABG-525大型攤鋪機并機攤鋪，進口重型雙鋼輪雙振壓路機和重型膠輪壓路機壓實。

該項目是國道主干線省重點工程項目，該合同段是省重點科研項目“柔性基層研究”唯一實施示范工程，質量標準高。其中，如何控制瀝青混合料離析避免路面結構不均勻性，特別是如何控制好國內首次采用的20 cm瀝青混合料柔性基層整體攤鋪的瀝青混合料離析（以下簡稱“離析”）是瀝青路面施工質量控制的關鍵。

針對如何控制離析，采用專家咨詢和問卷調查的方式，分別對技術專家、施工管理人員、現場技術人員、操作手等四類人員進行了廣泛調查咨詢。問題主要包括施工過程合理劃分、離析影響因素及其分類、離析的影響程度劃分等幾個方面，離析影響程度按程度的不同分別賦以不同的分值，離析影響因素問題出現的可能性也按程度賦值。調查咨詢結果結合國內外離析影響因素統計資料和現場施工統計資料進行分析，并采用前述方法進行整理篩選分析。

2.2 離析影響因素類別分析

瀝青路面施工的瀝青混合料生產、運輸、鋪筑和碾壓過程系統是一個龐大而復雜的系統。為了分析離析影響因素的類別，將瀝青路面施工劃分為瀝青混合料級配設計、生產、運輸、鋪筑和碾壓5個操作過程。根據前述指標篩選方法，確定影響離析因素分為3類，即拌制過程離析、施工過程離析和溫度離析。并從操作、設備、材料、環境和協調等5個方面對主要因素進行分析，見圖1。因為骨料與瀝青離析只適用于瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）路面，本文未涉及，故不詳細敘述。

圖1 離析的影響因素及其分類

參照喬漢（Challhan）專家分析系統，通過專家咨詢、頭腦風暴和前述計算過程，確定用31個參數反映影響因素對離析的影響，并根據現場和國內外統計資料確定各影響因素影響程度分值如下述表1。

2.3 離析影響程度的劃分與計算

影響程度劃分主要包括影響因素危害程度和離析發生可能性2個方面。根據離析產生后果嚴重程度，將離析危害程度分為不同等級，并根據其程度賦予0～10的分值。

將影響因素問題發生的可能性劃分為4個等級。理論上講不可能發生的等級分值為0。為此，將發生可能性極低的情況分值劃分為0.1～0.3，可預料的情況分值取>10，在這個區間內再分成2個等級，可能性低，分值取1～3，可能性高，分值取6～8。各影響因素可能性分值分別計入表1。

在對影響因素類別和影響程度分析的基礎上，根據專家咨詢、專家問卷調查、施工人員問卷調查的結果，可根據發生離析的可能性及離析的危害程度計算相應的影響度。

表1 影響因素的影響程度分值及影響度計算表

3 離析主要影響因素的識別分析與控制

3.1 顯著性因素和ABC分析

對各種因素進行顯著性因素ABC分析以確定各主要影響因素，以便對主要因素采取重點控制措施，在施工中減弱和消除其對離析的影響。具體方法是將因素數目百分數為5%～15%而權重占用額累計百分數為60%～80%左右的前幾個因素，確定為A類主要因素或稱顯著性因素；將因素數目百分數為20%～30%，而權重占用額累計百分數也為20%～30%的因素，確定為B類；其余為C類，C類情況正和A類相反，其因素數目百分數為60%～80%，而平均權重占用額累計百分數僅為5%～15%。B、C兩類因素也稱非顯著性因素。

3.2 離析影響主要因素的分析識別

下面以拌制過程主要離析影響因素分析為例，簡要介紹應用顯著性因素和ABC分析法。拌制過程離析各影響因素按影響度分值降序排列，并計算出各影響因素的影響度比重和影響度累加值。為了直觀地對各影響因素進行分析，將各影響因素的影響度、影響度比重及影響度比重累加繪制成雷達圖（見圖2）。圖3和圖4分別是影響度比重柱狀圖和影響度累加曲線圖。

圖2 拌制過程離析各影響因素影響度、影響度比重及影響度比重累加雷達圖

圖3 拌制過程離析各影響因素影響度柱狀圖

圖4 拌制過程離析各影響因素影響度比重累加曲線圖

從圖中可看出：集料質量及原產地變化大、集料裝載與計量控制不精確，權重累計百分比在70%～100%之間，可以確定為A類主要影響因素，應針對這2種因素存在問題的原因，制定相應預控措施在施工中減弱和消除2種因素的影響。混合料級配與生產配合比設計不合理（Ⅰ）、冷料篩分及計量控制誤差（Ⅴ）、操作人員技術素質與拌和的施工組織存在問題（Ⅷ），權重累計百分比在20%～70%之間，為B類次要因素，也應認真分析存在問題原因，制定相應預控措施加以解決。其他因素為C類次要因素。

同樣的分析可以得出施工過程和溫度離析的主要影響因素。篇幅所限，不作詳細介紹。

為了從總體上對整個施工過程的離析影響因素進行有效的控制，有必要對整個影響因素進行計算分析。分析表明，影響離析的主要因素在溫度離析和施工過程離析中，應重點控制。拌制過程中的集料質量變異大、集料裝載與計量控制不準確因素，施工過程中的攤鋪機操作人員的技藝水平不高、攤鋪碾壓設備的優選組合不當因素，溫度離析中的碾壓溫度偏低與碾壓時間不合理因素是整個離析影響因素的主要影響因素，這與分類分析識別的結果也是一致的。因此，在路面施工過程中應將整個關注中心集中在這5種主要因素的發展變化和控制上。

3.3 離析影響主要因素的控制及其效果

在本項目的路面施工中，對經過系統分析找到的本文3.2節所列的5項離析控制的主要影響因素進行了有效重點控制，分別制定了具體控制措施，減少了這些因素的影響。對次要影響因素也采取了相應的預控措施，避免了過去施工過程中憑經驗主觀控制的現象。同時，施工中還采用動態管理的方法對所有影響因素進行管理和監控，現場取樣篩分結果均符合施工規范要求。最終結果表明，離析得到有效控制，確保了路面結構的均勻性，該項目工程交工驗收也獲得了省內歷史最高分。

4 結語

影響因素和關鍵因素識別是一個技巧性很高的過程。本文利用類似工程的統計資料和相關記錄，運用管理學和運籌學等方面的理論和方法，根據專家咨詢、頭腦風暴、國內外統計資料和相關計算分析，確定離析的各種影響參數和影響因素，并通過顯著性因素和ABC分析，識別出了各階段影響離析的關鍵因素，施工中根據不同類別的影響因素分別采取不同的措施加以控制，既實施了離析的有效控制，又避免了主次不分而顧此失彼。實踐證明，實際應用效果良好。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[M].北京：人民交通出版社，2001：13-18.

[2]彭余華.瀝青混合料離析特征判別與控制方法的研究[D].西安：長安大學，2006.

[3]M Stroup－Gardiner，E R Brown.Segregation in Hot-Mix Asphalt Pavements[C]//NCHRP Report 441.WashingtonDC：Transportation Research Board National Research Council，2000：1-2.

[4]Kim Gilbert.Thermal Segregation[R].Colorado Department of Transportation Research Branch，2005：1-15.

[5]岳永峰，王玉蘭，劉志華.道路工程中瀝青混合料離析原因探究及控制[J].中國建設教育，2007，10（10）：53-54.

[6]李矗.北美地區瀝青混合料離析問題研究概述[J].河北交通科技，2008，5（3）：13-16.

[7]黃明，嚴新平.三峽庫區水域滾裝船運輸風險識別方法研究[J].武漢理工大學學報，2008，132（5）：458-558.

[8]胡運權.運籌學教程[M].北京：清華大學出版社，1998：389-393.