近山区高速公路沥青路面GAC-16上面层压实度控制方法研究

梁俊怡

(广东冠粤路桥有限公司， 广东 广州 511450)

中国高速公路路面结构以沥青路面为主，目前沥青路面施工工艺较成熟，但施工控制仍是薄弱环节，尤其是对压实度的施工过程控制，采用的质量控制方法仅停留在控制点与标准指标比对阶段，没有建立系统的压实度控制方法。另外，近山区气候多变，路线线形走向复杂，增加了近山区沥青路面压实度不合格的风险。

1 近山区高速公路特点及沥青路面质量病害特征

1.1 近山区高速公路气候、地形和交通特点

近山区是指地理位置接近海岸线但地形包含绵延起伏的山丘、变化复杂的陡坡、深沟等的地区。以广东省近山区为例，年太阳总辐射量为4 000～5 200 MJ/m2，年最低气温为-2～10 ℃，最高气温为35～40 ℃，年均降雨量为1 800～2 500 mm，降雨极为丰沛。交通组成主要以重载货运为主。综上，近山区高速公路的气候、地形和交通具有高温、路线线形复杂和重载的特点。

1.2 GAC-16上面层的质量病害特征

如图1所示，近山区高速公路的主要病害为车辙、坑槽、透水。造成这些病害的原因很多，其中一个重要原因是施工压实度不足。因此，施工过程中采用合适的控制方法保证压实度满足要求十分重要。

图1 近山区某高速公路路面病害统计

2 GAC-16上面层压实度控制方法的确定

分析各类控制图的适用范围和压实度检测的特点，研究控制图对压实度控制的适用性，确定适用于沥青路面压实度控制的方法。

2.1 控制图类别和适用范围

(1) 累积和控制图。该控制图利用目标值和样本统计量差值的累积和对过程进行检查，利用累积信息反映过程中的微小变动，适用于控制和检测生产过程中的微小变动。

(2) 指数加权移动平均控制图。该控制图利用指数平滑的移动平均值对生产过程进行评估和检查，其主要优点是容易操作和建立，缺点是对正态性假设不敏感，为达到理想效果还需和观测量一同使用，适用于生产过程细小波动的控制。

(3) 模糊控制图。模糊控制图主要利用模糊信息对生产过程进行评估和检查，能解决无法量化的指标质量控制问题，适用于只能给出模糊信息的生产过程控制。

(4) 小批量生产控制图。该控制图采用样本均值和标准差对生产过程进行评估和检查，其主要优点是不需要历史信息且所需样本量较少。目前多品种、小批量的生产模式越来越多，小批量生产模式下的质量控制越来越重要。

2.2 压实度检测特点

(1) GAC-16上面层铺筑厚度为4.5 cm，混合料总量较少，属于小批量生产。压实度检测是破坏性试验，采集的样本数据有限。

(2) 上面层多采用机械化施工，施工速度较快，对GAC-16沥青路面施工进行过程质量控制的方法应具有简单、快捷的实施性和可操作性，达到实时控制的目的。

(3) 压实度控制受气候条件、交通状况等影响较大，各高速公路的控制值大多不一样，其他地区沥青路面施工质量控制参数对近山区GAC-16沥青路面上面层压实度控制没有参考性，即历史参考数据较少。

(4) 上面层施工受制于现场施工条件，一般与中、下面层等交叉施工，每次上面层施工的批量作业规模有限，满足小批量生产的特点；施工中常和其他结构层施工交叉进行，属于多品种生产模式。

3 基于小批量控制图的压实度控制方法

3.1 小批量控制图

UCL=μ+3σ

(1)

CL=μ

(2)

LCL=μ-3σ

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

3.2 压实度控制方法

上述控制方法适用于小批量生产模式。但路面工程压实度控制有着自身的控制标准，按照JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》，压实度代表值存在下限值。结合压实度检测与控制要求，提出如下压实度控制方法：

图2 基于小批量控制图的压实度控制分区

图3 基于小批量控制图的压实度S控制分区

表1 基于小批量控制图的压实度控制评估标准一

表2 基于小批量控制图的压实度控制评估标准二

4 工程应用

4.1 工程概况

大潮高速公路起于梅州市大埔县大麻镇，终于潮州市饶平县钱东镇，地处广东省东北部，属南亚热带季风区。大埔县常年雨水充沛，年日照3 000～4 500 h，年降雨量1 500～2 100 mm，年平均气温21～22 ℃,最低气温在0 ℃以上；最高气温36～40 ℃。该项目沿线大部分为低山、深沟和丘陵地貌，终点饶平县钱东镇附近有部分剥蚀残丘。饶平县位于海洋性热带季风区，海岸线全长136 km，有柘林、高沙、大埕3个较大海湾。项目周边常年重载车辆多，流量大，交通荷载等级为重载交通荷载。综上，大潮高速公路属于典型的近山区高速公路。

该项目主线采用双向四车道高速公路标准，根据不同线形，设计速度分别为100、120 km/h。主线沥青路面结构层总厚度88 cm，上面层采用4.5 cm改性沥青GAC-16。

4.2 压实度控制方法

上面层采用2台13 t双钢轮振动压路机静压1遍(初压)+2台30 t轮胎压路机振压2遍(复压)+1台13 t双钢轮振动压路机静压1遍(终压)的碾压方式，初压速度为2～3 km/h，复压速度为3～4 km/h，终压速度为4～6 km/h。

根据施工检测数据，对压实度数据进行分组分析。由于每天检测的路段长度不等，检测数据的个数也不相等，取2020年11月10—16日之间6个施工日的压实度检测结果(见表3)进行分析，样本数n=6。

表3 大潮高速公路压实度检测结果 %

对表3中数据进行处理，得到表4。

表4 大潮高速公路压实度检测结果分析 %

根据施工规范要求，压实度不得小于98%。运用小批量施工控制图得到的质量控制界限见图4。

图4 压实度控制图

由此计算得到的S控制图见图5。

图5 压实度S控制图

由图4可知：6个施工日中，第2个施工日的压实度偏移较大，超出控制下限LCL，压实度代表值已低于规范要求的最低值98%，处于不合格区，根据表1，应停工检查，对不合格段采取处理措施。但在图5中，第2个施工日的压实度处于正常范围。因此，对第2施工日的施工情况进行检查，发现当天的出料温度偏低，同时遇到粤东山区极端局部气候，施工中出现了局部降雨，气温下降较快，造成摊铺温度较低，影响了压实度控制。施工单位对压实度不合格段进行铣刨重铺处理，并汲取教训，后续施工中提高出料温度，保证后续施工段落压实度合格。

5 结论

(1) 近山区高速公路的主要环境和交通特点为夏季高温、路线线形复杂、交通荷载以重载为主，其主要病害为车辙、坑槽和透水，压实度不足是造成这些病害的重要原因之一。压实度控制是近山区高速公路路面施工的关键控制指标。