水泥稳定碎石基础层施工质量的变异阈限控制研究

胡 勇

（吉安市路桥工程局,江西 吉安 343000）

0 引言

水泥稳定碎石工艺是以级配碎石作为骨料，以一定量的胶凝料与足量的灰浆充填骨料间隙，按挤嵌原理摊铺压实的路面基础结构层的铺筑技术，具有强度高、稳定性好、抗渗漏、抗融冻等一系列技术优点，因此在我国高等级公路建设中应用比较普遍[1]。

由于水泥稳定碎石基础层质量控制与施工参数的变异阈限控制密切相关，所以为了保证水泥稳定碎石基础层施工质量，使施工质量控制的依据更坚实有效，开展水泥稳定碎石基础层施工质量的变异阈限控制研究非常必要。该研究基于工程应用，介绍水泥稳定碎石基础层施工质量的关键指标变异阈限控制方法，以为同类工程借鉴应用提供技术参考。

1 案例简介

华中地区的一条双向四车道高速公路，设计时速80 km/h。该公路15标段K74+700~K74+900，长度200 m，路面基础层采取水泥稳定碎石结构设计。为保证稳定碎石基础层的工程质量，施工过程中，除了采取常规质量管理措施外，又特别加强实施了基础层施工质量的变异阈限控制。该研究述及的是该工程进行基础层施工质量的变异阈限分析控制试验研究中的部分成果。其水泥稳定碎石基础层施工质量的变异阈限分析中，混合料采取四档集料，配合比为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区域某水泥企业生产的复合硅酸盐P.O.32.5级水泥，工程应用的水泥∶碎石∶水=0.035∶1∶0.046。

2 控制原理与指标变异阈限计算

2.1 指标变异阈限控制的基本原理

指标变异阈限统计控制是利用数据统计和模型计算的手段，收集相关工程数据、参数信息，对影响生产和工程质量的相关因素进行监控，通过专业工程分析数理模型开展计算、分析和评估，对异常情况适时发出预警，以便采取措施进行调节，使生产过程得以安全有效的一种工程质量控制和管理手段。

控制图的编制和应用是工程质量统计控制的主要工具和手段[2]。其应用过程：①按照规定方法或试验检测，搜集包括关键技术参数在内的相关工程数据，并将数据制成表格。②基于所获得的数据和专业工程分析数理模型计算控制阈限，并基于判别原则，衡量判断该阈限是否满足质量控制需求。如果满足需求，则参照使用；如果不能满足需求，要分析原因并给予必要的修正后再行计算探索，直到满足需求并统一汇总成表。③对控制图开展分析，以确定相关因素的差异程度，并采取措施控制。

2.2 施工质量变异阈限的计算模型

首先，通过分析控制指标的关键技术特征，包括数据样本、检测方法和频率，确定合适的施工质量控制图的制图形式。然后，根据表1中经常使用的控制阈限模型，计算出相应控制阈限，再按照一定的检测方法和频率对控制指标进行测试，并记录和处理检测数据。最后，形成变异阈限控制图，并根据异常分析原则，找到控制指标存在异常的位置或时程，分析原因，采取相应措施，及时控制施工过程。

表1 控制图阈限的常用计算公式

3 水泥稳定碎石基础层质量指标的变异阈限计算与分析

3.1 水泥含量变异阈限计算与分析

通常应用EDTA滴定法测量水泥用量。水泥稳定碎石基础层质量检测规范要求，每2 000 m2应测定6个以上的样品。样品应在搅拌机搅拌后采样，并马上（通常不超过10 min）向工地试验室送检，开展滴定测试。水泥稳定碎石基础层的水泥剂量控制模型见表2所示。

控制图常数是由一组试验结果的试验频次决定的。依托项目水泥用量测试频率为每天6个为1组，则n=6。使用平均值和标准差控制图，通过公式计算控制阈限：

均值图：

标准差图：

水泥含量变异阈限平均值控制图和标准差控制图分别见图1和图2所示。

图2 案例15标段路面基础层水泥用量的标准差控制图

图1显示，水泥用量存在两种异常：第1种是超出控制阈限值，例如点7.25、7.26、8.08、8.11等，其中8.08点过低，其点过高；第2种是从7.28至8.04有一个链条，趋向于平均值以下。其原因有可能是因为搅拌装备的投料控制系统存在不足，造成水泥用量突然变化，也有可能是不规范的试验操作导致的误差。

图1 案例15标段路面基础层水泥用量的平均值控制图

3.2 压实度变异阈限计算与分析

水泥稳定碎石基础层质量检测规范要求，路基路面基础层的压实度要以重型击实为标准。标准密度应平行测试，取均值作为现场标准值。用灌砂法检测水泥稳定碎石底基础层的压实度，并按要求开展压实度现场抽样检查，计算各测量点的压实度K值。

层现场测试频率为车道每200 m2次，即n=4次。使用平均值和极差型控制图对控制阈限进行计算：

均值图：

压实度变异阈限平均值控制图和极差控制图分别见图3和图4所示。

图3 案例15标段水泥稳定碎石基础层的压实度均值控制图

图4 案例15标段水泥稳定碎石基础层的极差控制图

控制图3显示，基础层压实度异常是，在K75+900、K76+300、K76+500区域发生了超出控制阈限的情况。从图中可以看出，K75+300至K76+100之间的压实度一直低于平均水平，并有降低趋势，可以推断有可能是在这个基础层的施工过程中，或者碾压过快，或者施工温度过高，致使复合料含水量低，在碾压速度和方式不变时，无法收到理想效果；而在K76+300处，压实度突然提高了很多，有可能是采取了相应措施，但没有充分控制好，因此出现了超出控制上限的异常，后经调节后才得以正常。控制图4中还有一个异常，即K76+100区域超出控制上限，此处压实度变化太大，有可能是此处复合料级配存在严重偏差。

3.3 无侧限抗压强度变异阈限计算与分析

在规定温度下，保温保湿养生6 d龄期、浸水1 d后7 d龄期，表征基础层强度的重要指标是基础层无侧限抗压强度。水泥稳定碎石基础层7 d无侧限抗压控制计算模型具体见表3所示。

表3 水泥稳定碎石基础层7d无侧限抗压控制模型

案例区段基础层强度控制中，根据水泥稳定碎石基础层质量检测规范要求，每2 000 m2制作一组试件，每组制作9个试件。以标准压实度压实，测试7 d龄期后的基础层强度值，并计算强度均值和标准差。使用平均值和标准差型控制图计算其控制阈限：

均值图：

标准差图：

7 d无侧限抗压强度变异阈限平均值控制图和标准差控制图分别见图5和图6所示。

图5 案例15标段基础层7 d抗压强度的平均值控制图

图6 案例15标段基础层7 d抗压强度的标准差控制图

图线显示，案例高速公路15标段水泥稳定碎石基础层无侧限抗压强度绝大部分保持在控制阈限的区间内，只有两处发生异常波动，超出了控制阈限。基于两组曲线的走向可以推断，第2组试件有可能因为水泥用量较高而导致稳定碎石基础层抗压强度普遍较高；导致第9组试件强度偏差的原因，有可能是级配控制不理想或压实处理不好。因此，施工过程中一定要控制好材料级配和水泥用量。

4 结论

该研究以一条双向四车道高速公路的基础层施工质量控制为工程背景，介绍了水泥稳定碎石基础层施工质量的关键指标变异阈限控制技术和应用方法。

（1）工程关键指标的变异阈限控制技术是一种利用数据统计、模型计算、控制图分析应用的工程质量分析、评估和监控技术。

（2）变异阈限控制技术的应用过程：围绕关键技术指标搜集相关工程数据；基于所获得的数据和专业工程分析数理模型，开展控制阈限计算；形成控制图开展关键指标变异阈限控制应用[3]。

（3）案例水泥稳定碎石基础层质量指标的变异阈限计算与分析，选择应用的是水泥含量、压实度、无侧限抗压强度的等3个关键技术指标。文章介绍了围绕3个指标的变异阈限计算所形成的水泥含量均值—标准差控制图、压实度均值—标准差控制图、无侧限抗压强度均值—标准差控制图，并给出了相应的指标变异阈限分析成果。

（4）应用分析显示，工程关键指标的变异阈限控制技术是一种基于行业规范、工程应用数据和专业数理模型分析的工程质量科学分析和控制方法，其引入应用会使工程施工质量控制充分数字化和可视化，能够使施工质量控制的依据更加科学。