瀝青路面品質工程關鍵施工質量控制及管理指標研究

■方德銘 林曉威 劉振清

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

瀝青路面施工質量控制指標中，部分指標屬于事后檢測性指標，如壓實度、厚度、平整度等，這些指標滯后于生產施工過程，從而無法真正意義上實現對路面施工的全過程控制。 同時，施工人員、施工工藝和設備指標中，部分指標屬于靜態指標，在施工過程中相對穩定，也無法合理地解釋生產過程中的質量波動原因。 但是，原材料的質量、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在施工過程中屬于過程性指標，且這類的指標在施工過程中會產生頻繁的波動，且難以事先排除，因此在施工過程中需要對這類指標進行實時的監控管理。本研究在立足國內外研究和工程經驗的基礎上，提出選取動態變化的瀝青路面施工過程性指標作為數字化管理系統的關鍵指標，采用層次分析法建立瀝青路面施工質量數字化管理監控指標體系，并利用灰色關聯度理論得到了影響瀝青路面路用性能的關鍵指標重要度排序。

1 利用層次分析法建立施工過程控制指標

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合的方法解決復雜模糊問題的方法[1]，該方法具有系統、靈活和簡便的優點，適用于因素之間相互聯系的復雜系統。 瀝青路面施工質量管理中各個指標之間缺乏具體的定量關系，因此， 應用AHP 可以將指標中模糊的關系問題用定量的形式進行表達和處理。

1.2 三層遞階層次結構

運用三層結構的AHP 構建瀝青路面施工質量控制指標體系時，應有條理和層次化地將體系按照目標層、準則層和方案層結構進行分析。 其中，目標層反映了瀝青路面施工質量的綜合水平；準則層包含了與瀝青路面施工質量有重要關聯的施工工序；方案層提出了在準則層中動態變化的指標， 通過對這些指標進行監控實現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，它們的性質也直接影響瀝青混合料的路用性能。 因此，將原材料質量、瀝青混合料生產、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量控制指標體系的準則層。 運用三層結構的AHP，建立瀝青路面施工質量控制指標體系的三層遞階層次結構見圖1。

圖1 三層遞階層次分析法

1.3 各層級判斷矩陣的建立

由于不同的指標對準則層的影響程度存在差異，因此，需要構建判斷矩陣來衡量不同指標之間的比重。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 標度法進行取值[2]，當xij>1 時，表示因素xi相對于因素xj而言更加重要；當xij<1 時，表示因素xj相對于因素xi而言更加重要。

表1 重要性標度的含義

確定判斷矩陣的重要性標度后，針對瀝青路面施工原材料質量及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據，準則層見表2。

表2 準則層相對重要性標度

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、 對歸一化結果按行求和、對行求和向量歸一化計算得到的權重系數結果見表3。由表3 可得知，準則層重要度的權重系數大小排序：瀝青混合料生產>原材料質量>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對瀝青路面施工質量控制指標影響最大，其次是原材料質量和瀝青混合料攤鋪。

表3 瀝青路面施工質量控制指標各層級重要度的權重系數

1.5 綜合重要度的計算與檢驗

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

表4 瀝青路面施工質量控制指標綜合重要度的權重系數

2 利用灰色關聯理論建立施工過程控制關鍵指標

利用層次分析法和德爾菲法建立了瀝青路面施工質量控制指標，影響瀝青路面施工質量的主要指標為：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。 為了進一步分析這些主要因素和瀝青路面質量的關系，采用灰色關聯理論，對上述因素與路面取芯檢測結果進行關聯度分析，得到指標與路面性能的關聯度排序。

2.1 灰色關聯理論

灰色關聯理論是對系統內態勢進行量化分析的一種方法[3]，主要用于數據量有限且表面無明顯規律的系統，通過將參考序列和比較序列的曲線進行對比，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聯程度越高；反之，則兩組序列之間的關聯程度越低。

2.2 基于灰色關聯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行鉆芯取樣，獲得試件的壓實度數據見表5。壓實度是瀝青路面施工驗收的重要指標，壓實度不足，意味著面層的空隙率增大，動穩定度下降，受高溫和交通荷載的影響，造成路面產生車轍[4]；在雨水較多的地區，壓實度不足容易導致水進入瀝青面層后對瀝青薄膜進行沖刷， 使得瀝青與集料之間的粘結力降低，導致松散和坑槽等病害[5]。

表5 試驗段檢測數據

試驗路段檢測點的關鍵指標原始數據見表6。為了便于分析，瀝青混合料級配主要分析關鍵篩孔的質量通過率。

表6 監測點指標原始數據

對表5、6 中的壓實度和關鍵指標進行無量綱化處理見表7。 通過計算得到關鍵指標與壓實度之間的灰色關聯度見表8。

表7 數據無量綱處理結果

表8 各指標的灰色關聯度結果

由表8 可知，影響瀝青路面壓實度的關鍵指標灰色關聯度排序結果為： 瀝青用量的關聯程度最大，其次是主要篩孔質量通過率（礦料級配），最小的是攤鋪速度，其結果與層次分析法中的指標重要度排序結果大致相同。 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聯度很高，因此在瀝青路面施工過程中，應對其質量控制情況進行重點監控。

3 瀝青路面施工數字化管理指標體系建立

根據上述瀝青路面施工過程控制指標層次分析法得到高中低的重要度層級， 以及灰色關聯理論得到各指標對壓實度的影響程度，結合《福建省普通國省道路面改造工程省級抽檢暫行規定》（2018 年修訂版）文件要求和國內外工程實踐經驗，建立瀝青路面品質工程施工數字化管理指標體系，見表9～11。

表9 瀝青路面施工原材料質量數字化管理指標

表10 瀝青路面施工后場數字化管理指標

表11 瀝青路面施工前場數字化管理指標

4 結語

針對原材料質量、瀝青混合料生產、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、過程性指標的選取，運用層次分析法對關鍵指標的重要性進行定量分析，得到了瀝青路面施工質量控制指標。 為了進一步分析關鍵指標與路面性能之間的關系，利用灰色關聯理論對瀝青路面壓實度與關鍵指標的關聯程度進行研究分析，瀝青用量對路面壓實度的影響程度最大，灰色關聯度排序結果與層次分析法的重要度排序結果大致相同。因此，需要重點監控上述關鍵指標，嚴格控制指標的變異性，提高瀝青路面施工質量。