水泥穩定碎石基礎層施工質量的變異閾限控制研究

胡 勇

（吉安市路橋工程局,江西 吉安 343000）

0 引言

水泥穩定碎石工藝是以級配碎石作為骨料，以一定量的膠凝料與足量的灰漿充填骨料間隙，按擠嵌原理攤鋪壓實的路面基礎結構層的鋪筑技術，具有強度高、穩定性好、抗滲漏、抗融凍等一系列技術優點，因此在我國高等級公路建設中應用比較普遍[1]。

由于水泥穩定碎石基礎層質量控制與施工參數的變異閾限控制密切相關，所以為了保證水泥穩定碎石基礎層施工質量，使施工質量控制的依據更堅實有效，開展水泥穩定碎石基礎層施工質量的變異閾限控制研究非常必要。該研究基于工程應用，介紹水泥穩定碎石基礎層施工質量的關鍵指標變異閾限控制方法，以為同類工程借鑒應用提供技術參考。

1 案例簡介

華中地區的一條雙向四車道高速公路，設計時速80 km/h。該公路15標段K74+700~K74+900，長度200 m，路面基礎層采取水泥穩定碎石結構設計。為保證穩定碎石基礎層的工程質量，施工過程中，除了采取常規質量管理措施外，又特別加強實施了基礎層施工質量的變異閾限控制。該研究述及的是該工程進行基礎層施工質量的變異閾限分析控制試驗研究中的部分成果。其水泥穩定碎石基礎層施工質量的變異閾限分析中，混合料采取四檔集料，配合比為0~4.75 mm石屑占比32%，4.75~9.50 mm碎石占比15%，9.50~19.00 mm碎石占比28%，19.00~31.50 mm碎石占比25%。采用的水泥系工程所在區域某水泥企業生產的復合硅酸鹽P.O.32.5級水泥，工程應用的水泥∶碎石∶水=0.035∶1∶0.046。

2 控制原理與指標變異閾限計算

2.1 指標變異閾限控制的基本原理

指標變異閾限統計控制是利用數據統計和模型計算的手段，收集相關工程數據、參數信息，對影響生產和工程質量的相關因素進行監控，通過專業工程分析數理模型開展計算、分析和評估，對異常情況適時發出預警，以便采取措施進行調節，使生產過程得以安全有效的一種工程質量控制和管理手段。

控制圖的編制和應用是工程質量統計控制的主要工具和手段[2]。其應用過程：①按照規定方法或試驗檢測，搜集包括關鍵技術參數在內的相關工程數據，并將數據制成表格。②基于所獲得的數據和專業工程分析數理模型計算控制閾限，并基于判別原則，衡量判斷該閾限是否滿足質量控制需求。如果滿足需求，則參照使用；如果不能滿足需求，要分析原因并給予必要的修正后再行計算探索，直到滿足需求并統一匯總成表。③對控制圖開展分析，以確定相關因素的差異程度，并采取措施控制。

2.2 施工質量變異閾限的計算模型

首先，通過分析控制指標的關鍵技術特征，包括數據樣本、檢測方法和頻率，確定合適的施工質量控制圖的制圖形式。然后，根據表1中經常使用的控制閾限模型，計算出相應控制閾限，再按照一定的檢測方法和頻率對控制指標進行測試，并記錄和處理檢測數據。最后，形成變異閾限控制圖，并根據異常分析原則，找到控制指標存在異常的位置或時程，分析原因，采取相應措施，及時控制施工過程。

表1 控制圖閾限的常用計算公式

3 水泥穩定碎石基礎層質量指標的變異閾限計算與分析

3.1 水泥含量變異閾限計算與分析

通常應用EDTA滴定法測量水泥用量。水泥穩定碎石基礎層質量檢測規范要求，每2 000 m2應測定6個以上的樣品。樣品應在攪拌機攪拌后采樣，并馬上（通常不超過10 min）向工地試驗室送檢，開展滴定測試。水泥穩定碎石基礎層的水泥劑量控制模型見表2所示。

控制圖常數是由一組試驗結果的試驗頻次決定的。依托項目水泥用量測試頻率為每天6個為1組，則n=6。使用平均值和標準差控制圖，通過公式計算控制閾限：

均值圖：

標準差圖：

水泥含量變異閾限平均值控制圖和標準差控制圖分別見圖1和圖2所示。

圖2 案例15標段路面基礎層水泥用量的標準差控制圖

圖1顯示，水泥用量存在兩種異常：第1種是超出控制閾限值，例如點7.25、7.26、8.08、8.11等，其中8.08點過低，其點過高；第2種是從7.28至8.04有一個鏈條，趨向于平均值以下。其原因有可能是因為攪拌裝備的投料控制系統存在不足，造成水泥用量突然變化，也有可能是不規范的試驗操作導致的誤差。

圖1 案例15標段路面基礎層水泥用量的平均值控制圖

3.2 壓實度變異閾限計算與分析

水泥穩定碎石基礎層質量檢測規范要求，路基路面基礎層的壓實度要以重型擊實為標準。標準密度應平行測試，取均值作為現場標準值。用灌砂法檢測水泥穩定碎石底基礎層的壓實度，并按要求開展壓實度現場抽樣檢查，計算各測量點的壓實度K值。

層現場測試頻率為車道每200 m2次，即n=4次。使用平均值和極差型控制圖對控制閾限進行計算：

均值圖：

壓實度變異閾限平均值控制圖和極差控制圖分別見圖3和圖4所示。

圖3 案例15標段水泥穩定碎石基礎層的壓實度均值控制圖

圖4 案例15標段水泥穩定碎石基礎層的極差控制圖

控制圖3顯示，基礎層壓實度異常是，在K75+900、K76+300、K76+500區域發生了超出控制閾限的情況。從圖中可以看出，K75+300至K76+100之間的壓實度一直低于平均水平，并有降低趨勢，可以推斷有可能是在這個基礎層的施工過程中，或者碾壓過快，或者施工溫度過高，致使復合料含水量低，在碾壓速度和方式不變時，無法收到理想效果；而在K76+300處，壓實度突然提高了很多，有可能是采取了相應措施，但沒有充分控制好，因此出現了超出控制上限的異常，后經調節后才得以正常。控制圖4中還有一個異常，即K76+100區域超出控制上限，此處壓實度變化太大，有可能是此處復合料級配存在嚴重偏差。

3.3 無側限抗壓強度變異閾限計算與分析

在規定溫度下，保溫保濕養生6 d齡期、浸水1 d后7 d齡期，表征基礎層強度的重要指標是基礎層無側限抗壓強度。水泥穩定碎石基礎層7 d無側限抗壓控制計算模型具體見表3所示。

表3 水泥穩定碎石基礎層7d無側限抗壓控制模型

案例區段基礎層強度控制中，根據水泥穩定碎石基礎層質量檢測規范要求，每2 000 m2制作一組試件，每組制作9個試件。以標準壓實度壓實，測試7 d齡期后的基礎層強度值，并計算強度均值和標準差。使用平均值和標準差型控制圖計算其控制閾限：

均值圖：

標準差圖：

7 d無側限抗壓強度變異閾限平均值控制圖和標準差控制圖分別見圖5和圖6所示。

圖5 案例15標段基礎層7 d抗壓強度的平均值控制圖

圖6 案例15標段基礎層7 d抗壓強度的標準差控制圖

圖線顯示，案例高速公路15標段水泥穩定碎石基礎層無側限抗壓強度絕大部分保持在控制閾限的區間內，只有兩處發生異常波動，超出了控制閾限。基于兩組曲線的走向可以推斷，第2組試件有可能因為水泥用量較高而導致穩定碎石基礎層抗壓強度普遍較高；導致第9組試件強度偏差的原因，有可能是級配控制不理想或壓實處理不好。因此，施工過程中一定要控制好材料級配和水泥用量。

4 結論

該研究以一條雙向四車道高速公路的基礎層施工質量控制為工程背景，介紹了水泥穩定碎石基礎層施工質量的關鍵指標變異閾限控制技術和應用方法。

（1）工程關鍵指標的變異閾限控制技術是一種利用數據統計、模型計算、控制圖分析應用的工程質量分析、評估和監控技術。

（2）變異閾限控制技術的應用過程：圍繞關鍵技術指標搜集相關工程數據；基于所獲得的數據和專業工程分析數理模型，開展控制閾限計算；形成控制圖開展關鍵指標變異閾限控制應用[3]。

（3）案例水泥穩定碎石基礎層質量指標的變異閾限計算與分析，選擇應用的是水泥含量、壓實度、無側限抗壓強度的等3個關鍵技術指標。文章介紹了圍繞3個指標的變異閾限計算所形成的水泥含量均值—標準差控制圖、壓實度均值—標準差控制圖、無側限抗壓強度均值—標準差控制圖，并給出了相應的指標變異閾限分析成果。

（4）應用分析顯示，工程關鍵指標的變異閾限控制技術是一種基于行業規范、工程應用數據和專業數理模型分析的工程質量科學分析和控制方法，其引入應用會使工程施工質量控制充分數字化和可視化，能夠使施工質量控制的依據更加科學。