近山區高速公路瀝青路面GAC-16上面層壓實度控制方法研究

梁俊怡

(廣東冠粵路橋有限公司， 廣東 廣州 511450)

中國高速公路路面結構以瀝青路面為主，目前瀝青路面施工工藝較成熟，但施工控制仍是薄弱環節，尤其是對壓實度的施工過程控制，采用的質量控制方法僅停留在控制點與標準指標比對階段，沒有建立系統的壓實度控制方法。另外，近山區氣候多變，路線線形走向復雜，增加了近山區瀝青路面壓實度不合格的風險。

1 近山區高速公路特點及瀝青路面質量病害特征

1.1 近山區高速公路氣候、地形和交通特點

近山區是指地理位置接近海岸線但地形包含綿延起伏的山丘、變化復雜的陡坡、深溝等的地區。以廣東省近山區為例，年太陽總輻射量為4 000～5 200 MJ/m2，年最低氣溫為-2～10 ℃，最高氣溫為35～40 ℃，年均降雨量為1 800～2 500 mm，降雨極為豐沛。交通組成主要以重載貨運為主。綜上，近山區高速公路的氣候、地形和交通具有高溫、路線線形復雜和重載的特點。

1.2 GAC-16上面層的質量病害特征

如圖1所示，近山區高速公路的主要病害為車轍、坑槽、透水。造成這些病害的原因很多，其中一個重要原因是施工壓實度不足。因此，施工過程中采用合適的控制方法保證壓實度滿足要求十分重要。

圖1 近山區某高速公路路面病害統計

2 GAC-16上面層壓實度控制方法的確定

分析各類控制圖的適用范圍和壓實度檢測的特點，研究控制圖對壓實度控制的適用性，確定適用于瀝青路面壓實度控制的方法。

2.1 控制圖類別和適用范圍

(1) 累積和控制圖。該控制圖利用目標值和樣本統計量差值的累積和對過程進行檢查，利用累積信息反映過程中的微小變動，適用于控制和檢測生產過程中的微小變動。

(2) 指數加權移動平均控制圖。該控制圖利用指數平滑的移動平均值對生產過程進行評估和檢查，其主要優點是容易操作和建立，缺點是對正態性假設不敏感，為達到理想效果還需和觀測量一同使用，適用于生產過程細小波動的控制。

(3) 模糊控制圖。模糊控制圖主要利用模糊信息對生產過程進行評估和檢查，能解決無法量化的指標質量控制問題，適用于只能給出模糊信息的生產過程控制。

(4) 小批量生產控制圖。該控制圖采用樣本均值和標準差對生產過程進行評估和檢查，其主要優點是不需要歷史信息且所需樣本量較少。目前多品種、小批量的生產模式越來越多，小批量生產模式下的質量控制越來越重要。

2.2 壓實度檢測特點

(1) GAC-16上面層鋪筑厚度為4.5 cm，混合料總量較少，屬于小批量生產。壓實度檢測是破壞性試驗，采集的樣本數據有限。

(2) 上面層多采用機械化施工，施工速度較快，對GAC-16瀝青路面施工進行過程質量控制的方法應具有簡單、快捷的實施性和可操作性，達到實時控制的目的。

(3) 壓實度控制受氣候條件、交通狀況等影響較大，各高速公路的控制值大多不一樣，其他地區瀝青路面施工質量控制參數對近山區GAC-16瀝青路面上面層壓實度控制沒有參考性，即歷史參考數據較少。

(4) 上面層施工受制于現場施工條件，一般與中、下面層等交叉施工，每次上面層施工的批量作業規模有限，滿足小批量生產的特點；施工中常和其他結構層施工交叉進行，屬于多品種生產模式。

3 基于小批量控制圖的壓實度控制方法

3.1 小批量控制圖

UCL=μ+3σ

(1)

CL=μ

(2)

LCL=μ-3σ

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

3.2 壓實度控制方法

上述控制方法適用于小批量生產模式。但路面工程壓實度控制有著自身的控制標準，按照JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》，壓實度代表值存在下限值。結合壓實度檢測與控制要求，提出如下壓實度控制方法：

圖2 基于小批量控制圖的壓實度控制分區

圖3 基于小批量控制圖的壓實度S控制分區

表1 基于小批量控制圖的壓實度控制評估標準一

表2 基于小批量控制圖的壓實度控制評估標準二

4 工程應用

4.1 工程概況

大潮高速公路起于梅州市大埔縣大麻鎮，終于潮州市饒平縣錢東鎮，地處廣東省東北部，屬南亞熱帶季風區。大埔縣常年雨水充沛，年日照3 000～4 500 h，年降雨量1 500～2 100 mm，年平均氣溫21～22 ℃,最低氣溫在0 ℃以上；最高氣溫36～40 ℃。該項目沿線大部分為低山、深溝和丘陵地貌，終點饒平縣錢東鎮附近有部分剝蝕殘丘。饒平縣位于海洋性熱帶季風區，海岸線全長136 km，有柘林、高沙、大埕3個較大海灣。項目周邊常年重載車輛多，流量大，交通荷載等級為重載交通荷載。綜上，大潮高速公路屬于典型的近山區高速公路。

該項目主線采用雙向四車道高速公路標準，根據不同線形，設計速度分別為100、120 km/h。主線瀝青路面結構層總厚度88 cm，上面層采用4.5 cm改性瀝青GAC-16。

4.2 壓實度控制方法

上面層采用2臺13 t雙鋼輪振動壓路機靜壓1遍(初壓)+2臺30 t輪胎壓路機振壓2遍(復壓)+1臺13 t雙鋼輪振動壓路機靜壓1遍(終壓)的碾壓方式，初壓速度為2～3 km/h，復壓速度為3～4 km/h，終壓速度為4～6 km/h。

根據施工檢測數據，對壓實度數據進行分組分析。由于每天檢測的路段長度不等，檢測數據的個數也不相等，取2020年11月10—16日之間6個施工日的壓實度檢測結果(見表3)進行分析，樣本數n=6。

表3 大潮高速公路壓實度檢測結果 %

對表3中數據進行處理，得到表4。

表4 大潮高速公路壓實度檢測結果分析 %

根據施工規范要求，壓實度不得小于98%。運用小批量施工控制圖得到的質量控制界限見圖4。

圖4 壓實度控制圖

由此計算得到的S控制圖見圖5。

圖5 壓實度S控制圖

由圖4可知：6個施工日中，第2個施工日的壓實度偏移較大，超出控制下限LCL，壓實度代表值已低于規范要求的最低值98%，處于不合格區，根據表1，應停工檢查，對不合格段采取處理措施。但在圖5中，第2個施工日的壓實度處于正常范圍。因此，對第2施工日的施工情況進行檢查，發現當天的出料溫度偏低，同時遇到粵東山區極端局部氣候，施工中出現了局部降雨，氣溫下降較快，造成攤鋪溫度較低，影響了壓實度控制。施工單位對壓實度不合格段進行銑刨重鋪處理，并汲取教訓，后續施工中提高出料溫度，保證后續施工段落壓實度合格。

5 結論

(1) 近山區高速公路的主要環境和交通特點為夏季高溫、路線線形復雜、交通荷載以重載為主，其主要病害為車轍、坑槽和透水，壓實度不足是造成這些病害的重要原因之一。壓實度控制是近山區高速公路路面施工的關鍵控制指標。