高填方路基施工質量控制與評價研究

潘家棟

（四川鼎能路橋工程有限公司，四川 宜賓 644000）

0 引言

我國部分地區處于高寒低溫地帶，寒冷的氣候給公路的施工質量和過程控制帶來很大的影響。加強對高寒低溫地帶高填方路基施工質量的控制，成為業內重點研究的問題。為提高高填方路基的施工質量，李盛等[1]基于彈塑性力學理論和振動壓實原理，對填石路基振動壓實工況進行數值模擬，并提出了壓實工藝的優化方法，從而大大提高了路基壓實的效果；武魁[2]針對路基裂縫、沉降量過大和壓實度不足等質量通病問題，從施工方法、材料選擇、施工工藝等方面提出了防治措施；冷志強[3]針對水泥混凝土路面裂縫、平整度等問題，分析造成這些問題的主要因素，并且制定了有效的質量保護措施。以上研究主要通過定性的方式展開，缺乏對施工質量控制的定量評價。因此，圍繞該問題，本研究嘗試提出一種定量的高填方路基的施工質量評價方法，并針對評價結果，介紹了相應的施工質量控制方法。

1 高填方路基施工質量評價指標體系構建

在路基施工質量控制的研究中，武魁[2]以及關軍軍[4]的研究中將路基施工出現的主要病害問題進行了總結，包括縱向裂縫、沉陷、邊坡滑塌以及凍脹隆起4種，同時還對造成這些病害問題的因素進行了分析。本研究在兩人研究成果的基礎上，建立其高寒地帶高填方路基施工質量評價體系，將造成4種病害問題的原因總結為如圖1中的8種因素，包括含水量、沉降率、溫度、級配、孔隙率、填料強度、級配以及生態保護等。

圖1 高寒地帶高填方路基施工質量評價體系

2 施工質量評價流程

本研究采用灰色多層次綜合評價法對高寒地帶高填方路基施工質量控制進行評價。評價方法的建立包括比較判斷矩陣的建立、權重系數的計算、關聯系數計算與關聯分析、灰色系統建模等幾個方面。

2.1 比較判斷矩陣的建立

判斷矩陣有兩大功能，一是聯系功能，即建立同一系統或層次的元素之間以及不同系統或層次的元素之間的關系；二是對同一個系統或層次中的兩個元素進行重要性比較[5]。研究將針對指標層構建兩兩判斷矩陣，B=(Bij)mn判斷舉證形式如下：

對于指標，需要一個評估系統對其進行評估賦分，可邀請相關專家按TL.Saaty 1～9標準評分。

2.2 權重系數的計算

（1）對判斷矩陣的行元素乘積進行計算：

i與j=1,2,3,...n。

（2）將判斷矩陣取n次方根得到一個值再對該值進行歸一化處理，最后獲得指標權重Wi。

2.3 關聯系數計算與關聯分析

設有兩個數列{Xi(t)},Xj(t) ，在t=k時，灰色關聯度定義為：

其中εij(k)為灰色關聯系數，其計算公式為：

其中Δij(k)表示k時刻兩個數列的絕對差，即：

ρ指分辨系數，滿足0<ρ<1，一般取ρ= 0.5。

通過分析并結合不同的灰色系統之間可通過灰色關聯度聯系起來這一特性進行灰色系統的構建[6]。

2.4 灰色系統建模

進行灰色系統建模前，應注意風險模式由風險參數組成。風險參數構成特征向量，特征向量的個數對應著風險模式個數，而多個特征向量構成一個特征矩陣：

若有P 組待檢數據，同理可以組成待檢數據特征矩陣：

而對于風險的識別也可以將其等同于對待檢數據的模式識別[7]。在灰色識別中，關聯分析為主要識別工具，如圖：

圖2 灰色識別原理圖

待檢模式向量{XT j}與風險模式向量{XR i}(i =1,2,...,k)間的關聯度列表示為：

3 施工質量評價實例

3.1 層次結構圖

建立如圖3的層次結構圖對高寒地帶下高填方路基施工質量控制進行評價分析。

圖3 質量控制因素層次結構模型

3.2 施工質量關鍵控制指標的確定

3.2.1 病害問題影響指標層的權重系數

通過專業人士的評估賦分，利用1～9矩陣標度法進行分值判定，再判斷矩陣的構造，最后得到4種病害問題重要程度的權重[8-9]。

表2 準則層判斷矩陣-目標層權重系數

各項質量病害發生頻率大小排序為：U1>U2>U4>U3。

3.2.2 計算指標層權重系數

通過計算確定在四種病害因素下指標層的權重系數，以確定八個指標對于四種病害問題的出現所起到的作用大小。

3.2.3 病害問題對應的特征矩陣和待檢模式向量

高寒地帶路基施工常見的病害問題包括四種，即n= 4；而與病害問題相關的因素有8個，即m= 8。因此，可得出對應的特征矩陣TK以及重要程度值組成的待檢模式向量XΠ：

3.2.4 關聯度的計算

以XΠ作為母元素，Tk i為子元素。

（1）對{XΠ}作初始處理；

（2）求差序列；

（3）求兩級最大差和最小值；

（4）計算關聯系數；

根據公式

進行計算。

5）計算關聯度

計算可得關聯度如表3所示。

表3 關聯度計算結果

根據表3可判斷出，前文提到的8項指標中，重要程度排序中，填料強度以及生態保護排在末尾。因此得出，在研究具體的施工環境條件下，控制指標重要度排序為：孔隙率>沉降率>級配>含水量>溫度>攤鋪厚度>填料強度>生態保護。

由此可見，重要指標中除填料強度以及生態保護外，另外6項重要指標是影響施工質量的關鍵，與專業人士評估結果相同。

4 施工質量的控制要點

4.1 爆破棄渣的處理

隧道爆破會產生許多棄渣。為避免環境問題同時考慮施工成本，將部分棄渣作為路基填料，經過一定處理后，直接用作高填方路基填料[10]。

4.2 填石料原始級配的控制

整個施工過程中，影響路基壓實的因素有很多，而填石料的粒徑組成是其中一個重要因素。研究證明，填石路基的密實度與填料級配成正比，應利用此特性進行材料設計。

采用室內篩分試驗測試材料的原始級配，通過采樣、篩選、分析，最后通過計算得出樣本的不均勻系數Cu以及曲率系數Cc[11]。

通過上述實驗，將隧道爆破產生的棄渣作為樣本，最后測得其Cu為15～20，Cc為1～3，符合規范且屬于優良級配，表明爆破棄渣完全可以用作路基填充。

4.3 路基攤鋪和整平控制

進行填石路基攤鋪時，使用混合式攤鋪[12]。而當攤鋪部分存在體積較大的顆粒時，應使用混合攤鋪法，能夠使得攤鋪過程更加平穩，進行材料加工移動時也能夠更加便利，從而提高攤鋪的效率，提高整體施工效率。

填石路基整平則主要依靠填料的準確分布，保證填料根據顆粒大小分布為下大上小，保證壓實表面平整[13]。

4.4 填石路基鋪層的壓實控制

4.4.1 壓實機具性能技術控制

壓實鋪層承受著靜載荷以及動載荷，靜載荷不易受到其他因素的影響，而動載荷卻容易受到各類因素的影響。其中，頻率以及振幅的影響尤為明顯。振幅為無關變量時，壓實度在頻率偏大和偏小時均處于低水平，在25～50Hz時，處于最佳狀態。頻率保持穩定時，振幅越大，壓實深度越深，壓實效果越好，但振幅太高也會存在將石料過分壓碎的情況，因此在壓實施工時，應保持低頻高幅工作模式[15]。

4.4.2 填料狀態控制

材料對于壓實效果的影響是最基礎的，而填石料的粒徑組成直接關系到壓實效果，粒徑組成越合理填石路基的密實度也會越高。

高寒低溫地區填石路基對于含水量較敏感，含水量過大或過少都會影響壓實效果，因此需控制好填石路基的含水量，使含水量保持在最佳值[14]。

由于填石路基的施工方式為分層鋪筑碾壓施工，因此受填料厚度影響較大，與含水量相同，同樣需要將填料鋪層厚度控制在最合適的范圍內，根據各個國家地區的經驗總結，該厚度通?？刂圃?0~70cm內最為合適。

4.4.3 壓實工序組合控制

考慮到攤鋪壓實工序的連續性，進行碾壓工作時應對碾壓速度進行控制，最合適的碾壓速度應控制在3～5km/h之間，這樣既保證了碾壓效果又能兼顧攤鋪壓實工序的連續性。

影響碾壓效果的其他因素也包括壓實遍數以及碾壓方式之間的組合。在進行壓實工作時，如何確定壓實遍數以及碾壓方式應根據實際的壓實效果來確定，當填石路基的壓實度變化受到壓實操作的影響很小時，便證明壓實效果已經達到了較高水平。

5 結束語

本文利用層次分析法和灰色關聯法構建了高寒地帶高填方路基施工質量評價體系；詳細介紹了施工質量的評價流程，主要為比較判斷矩陣的建立、權重系數的計算、關聯系數計算與關聯分析以及灰色系統建模；在研究具體的施工環境條件下，控制指標重要度排序為：孔隙率>沉降率>級配>含水量>溫度>攤鋪厚度>填料強度>生態保護；結合實例進行了施工質量的評價；從爆破棄渣的處理、填石料原始級配的控制等四個方面介紹了施工質量控制的要點，以供相關人員參考。