沥青路面品质工程关键施工质量控制及管理指标研究

■方德铭 林晓威 刘振清

（1.福建省公路事业发展中心，福州 350004；2.福州市公路事业发展中心，福州 350025；3.北京新路纵横交通科技有限公司，北京 100010）

沥青路面施工质量控制指标中，部分指标属于事后检测性指标，如压实度、厚度、平整度等，这些指标滞后于生产施工过程，从而无法真正意义上实现对路面施工的全过程控制。 同时，施工人员、施工工艺和设备指标中，部分指标属于静态指标，在施工过程中相对稳定，也无法合理地解释生产过程中的质量波动原因。 但是，原材料的质量、混合料中的沥青用量与级配组成、拌和温度、摊铺速度、摊铺温度、压实速度、压实轨迹、压实温度等各项指标在施工过程中属于过程性指标，且这类的指标在施工过程中会产生频繁的波动，且难以事先排除，因此在施工过程中需要对这类指标进行实时的监控管理。本研究在立足国内外研究和工程经验的基础上，提出选取动态变化的沥青路面施工过程性指标作为数字化管理系统的关键指标，采用层次分析法建立沥青路面施工质量数字化管理监控指标体系，并利用灰色关联度理论得到了影响沥青路面路用性能的关键指标重要度排序。

1 利用层次分析法建立施工过程控制指标

1.1 层次分析法

层次分析法（AHP）是由T.L.Saaty 教授提出的一种以定性和定量相结合的方法解决复杂模糊问题的方法[1]，该方法具有系统、灵活和简便的优点，适用于因素之间相互联系的复杂系统。 沥青路面施工质量管理中各个指标之间缺乏具体的定量关系，因此， 应用AHP 可以将指标中模糊的关系问题用定量的形式进行表达和处理。

1.2 三层递阶层次结构

运用三层结构的AHP 构建沥青路面施工质量控制指标体系时，应有条理和层次化地将体系按照目标层、准则层和方案层结构进行分析。 其中，目标层反映了沥青路面施工质量的综合水平；准则层包含了与沥青路面施工质量有重要关联的施工工序；方案层提出了在准则层中动态变化的指标， 通过对这些指标进行监控实现对沥青路面施工的过程控制。

沥青路面施工过程主要包含混合料的拌合、运输、摊铺和压实4 个工序，同时，原材料作为沥青混合料的重要组成部分，它们的性质也直接影响沥青混合料的路用性能。 因此，将原材料质量、沥青混合料生产、沥青混合料运输、沥青混合料摊铺和沥青混合料压实作为沥青路面施工质量控制指标体系的准则层。 运用三层结构的AHP，建立沥青路面施工质量控制指标体系的三层递阶层次结构见图1。

图1 三层递阶层次分析法

1.3 各层级判断矩阵的建立

由于不同的指标对准则层的影响程度存在差异，因此，需要构建判断矩阵来衡量不同指标之间的比重。引入判断矩阵A=(xij)n×n(i,j=1,2,...n)，其中，xij表示xi相对于xj的重要性。xij利用表1 中1～9 标度法进行取值[2]，当xij>1 时，表示因素xi相对于因素xj而言更加重要；当xij<1 时，表示因素xj相对于因素xi而言更加重要。

表1 重要性标度的含义

确定判断矩阵的重要性标度后，针对沥青路面施工原材料质量及4 个工序，采用德尔菲法获取专家对判断矩阵中各因素的重要性的原始数据，准则层见表2。

表2 准则层相对重要性标度

1.4 各层级重要度的计算

采用求和法来计算各层级的重要度，其步骤分为判断矩阵按列归一化、 对归一化结果按行求和、对行求和向量归一化计算得到的权重系数结果见表3。由表3 可得知，准则层重要度的权重系数大小排序：沥青混合料生产>原材料质量>沥青混合料摊铺>沥青混合料压实>沥青混合料运输，说明沥青混合料生产对沥青路面施工质量控制指标影响最大，其次是原材料质量和沥青混合料摊铺。

表3 沥青路面施工质量控制指标各层级重要度的权重系数

1.5 综合重要度的计算与检验

层次分析法的目标是方案层中的因素xi的综合重要度，通过计算得到方案层各指标综合重要度的权重系数（表4）。方案层综合重要度的权重系数大小排序同准则层， 沥青混合料生产中的合成级配对沥青路面施工质量控制指标影响最大， 其次是沥青混合料的摊铺温度和沥青混合料生产中的沥青用量。

表4 沥青路面施工质量控制指标综合重要度的权重系数

2 利用灰色关联理论建立施工过程控制关键指标

利用层次分析法和德尔菲法建立了沥青路面施工质量控制指标，影响沥青路面施工质量的主要指标为：合成级配、摊铺温度、沥青用量、沥青针入度、出料温度、摊铺速度和压实速度。 为了进一步分析这些主要因素和沥青路面质量的关系，采用灰色关联理论，对上述因素与路面取芯检测结果进行关联度分析，得到指标与路面性能的关联度排序。

2.1 灰色关联理论

灰色关联理论是对系统内态势进行量化分析的一种方法[3]，主要用于数据量有限且表面无明显规律的系统，通过将参考序列和比较序列的曲线进行对比，分析曲线之间的相似程度，若相似程度越高，则两组序列之间的关联程度越高；反之，则两组序列之间的关联程度越低。

2.2 基于灰色关联度的压实度影响因素分析

在福州市福清省道S209“白改黑”项目中铺筑的路段选取检测点进行钻芯取样，获得试件的压实度数据见表5。压实度是沥青路面施工验收的重要指标，压实度不足，意味着面层的空隙率增大，动稳定度下降，受高温和交通荷载的影响，造成路面产生车辙[4]；在雨水较多的地区，压实度不足容易导致水进入沥青面层后对沥青薄膜进行冲刷， 使得沥青与集料之间的粘结力降低，导致松散和坑槽等病害[5]。

表5 试验段检测数据

试验路段检测点的关键指标原始数据见表6。为了便于分析，沥青混合料级配主要分析关键筛孔的质量通过率。

表6 监测点指标原始数据

对表5、6 中的压实度和关键指标进行无量纲化处理见表7。 通过计算得到关键指标与压实度之间的灰色关联度见表8。

表7 数据无量纲处理结果

表8 各指标的灰色关联度结果

由表8 可知，影响沥青路面压实度的关键指标灰色关联度排序结果为： 沥青用量的关联程度最大，其次是主要筛孔质量通过率（矿料级配），最小的是摊铺速度，其结果与层次分析法中的指标重要度排序结果大致相同。 由此可见，沥青和集料级配作为沥青混合料的主要原材料，与沥青路面压实度的关联度很高，因此在沥青路面施工过程中，应对其质量控制情况进行重点监控。

3 沥青路面施工数字化管理指标体系建立

根据上述沥青路面施工过程控制指标层次分析法得到高中低的重要度层级， 以及灰色关联理论得到各指标对压实度的影响程度，结合《福建省普通国省道路面改造工程省级抽检暂行规定》（2018 年修订版）文件要求和国内外工程实践经验，建立沥青路面品质工程施工数字化管理指标体系，见表9～11。

表9 沥青路面施工原材料质量数字化管理指标

表10 沥青路面施工后场数字化管理指标

表11 沥青路面施工前场数字化管理指标

4 结语

针对原材料质量、沥青混合料生产、运输、摊铺和压实工序，提出了基于过程控制理念的沥青路面施工动态、过程性指标的选取，运用层次分析法对关键指标的重要性进行定量分析，得到了沥青路面施工质量控制指标。 为了进一步分析关键指标与路面性能之间的关系，利用灰色关联理论对沥青路面压实度与关键指标的关联程度进行研究分析，沥青用量对路面压实度的影响程度最大，灰色关联度排序结果与层次分析法的重要度排序结果大致相同。因此，需要重点监控上述关键指标，严格控制指标的变异性，提高沥青路面施工质量。