《江苏交通科技》２００６年第５期 过程控制技术在江苏省高速公路 沥青路面建设中的应用 黄雪松 于新朱向阳 （连云港高速公路建设指挥部 连云港２２２２００）（江苏省交通科学研究院 南京２１００１７） 摘 要 结合动态控制技术在江苏省高速公路建设中的应用，对其在沥青路面施工过程中的应 用条件和关键技术进行了研究，介绍了动态控制在高速公路建设中的应用流程，并提出了相应的 纠错程序，为动态控制在沥青路面施工过程中的应用提供了参考依据。 关键词 沥青路面统计技术动态控制 ０引 言 ２００３年江苏省在建高速公路相关路段施工过程部 分检｝贝０指标（油石比、孔隙率、ＶＭＡ、马氏压实度、理 论密度压实度等）理想正态分布曲线拟合。从图１ 可以看出，所取各指标数据在施工控制过程中均呈 动态控制技术又称作统计过程控制（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏ１），是现代企业生产过程控制的重要手 段，在各行各业中特别是工业界已经得到了广泛应 用，但在高速公路沥青路面施工过程中应用较少。 ２０世纪７Ｏ年代美国等发达国家开始尝试将动 态控制技术用于沥青路面施工控制，现行的 ｛Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｑｉｐ ９７｝已将动 态控制技术列入正常的施工控制，成为承包商和沥 青拌和厂质量控制的标准。１９９４年，交通部将动态 正态分布。因此，在沥青路面施工控制过程中可以 运用正态分布的相关理论。 薰 一－｛ ：！ Ｉ● 塞蓁 鼎 １５ ０ ｒ ｒ ：！ －● ’・ ！ ‘．－ 。‘ ！ ・｛ ！ ｉ ｒ・： Ｌ． 一！ ．控制技术列入沥青路面施工技术规范附录，要求有 条件的地区优先推广使用，但规范仅局限于原理的 介绍，无具体实施方法和程序，因而在全国范围内并 未真正地开展此项工作。最新的《公路沥青路面施 ． 均值偏差 （ａ】油石比频度及正态拟合图 工技术规范））（ｊＴＪＦ４０—２００４）对沥青路面动态控制方 法高度重视，对控制方法进行了进一步规定，体现了 道路界对动态控制技术的重视。 本文结合动态控制技术在江苏省高速公路中的 应用，对动态控制技术的作用、应用流程及关键技术 进行了探讨。 １动态控制应用的理论基础 罨 赵 骥 ， 二 ： ，’ 、 ，： ・、 ／： ｌ 一 ／＿， ！＼ ・ ｌ Ｌ， 均值偏差 （ｂ）室内空隙率频度拟合曲线 动态控制图的来源是正态分布的著名理论“６ｄ 原理”。沥青路面施工过程的控制指标是否符合正 态分布是动态控制技术能否在沥青路面施工过程中 应用的前提条件。 证明统计数据是否符合正态分布可以采用卡方 检验，也可以采用频度图形象模拟的方法。图１是 （收稿日期、编号：２００６—０５—２９／２０７６） ・善 皤 ！／ ， ／： ，＿一 ／！ ． ｌ、 ；、 ：＼ ｉ 一… ｆ 均值偏差 （ｃ）ＶＭＡ频度及正态拟合图 ６・ 一江苏交通信息ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｊｓ．ｃｎ— 善 —一，、 ‘／ 。＼ 鼎 ， ｒ＾ ／・ —一：＼ 一，ｒ一 一 ・ 一． ． 一． 均值偏差 （ｄ）压实度频度及正态拟合曲线 图１沥青路面施工过程指标分布频度图及拟合图 ２高速公路沥青路面动态控制技术应用流程 ２．１动态控制图的选择 动态控制图种类很多，沥青路面质量动态控制 过程中，最常用的是平均值一标准差控制图、平均值 一极值控制图以及单值一移动平均控制图等。 采用平均值一标准差控制图控制沥青路面施工 过程，对于评价施工单位的施工水平，统一控制沥青 路面质量起到很好的作用，但目前我国沥青路面质 量动态控制尚处于萌芽状态，各行业指标的标准偏 差较难取得。江苏省高速公路应用实践中采用平均 值一极差控制图，同时，为了更好地体现过程控制的 “动态”过程，应用过程中采用“移动质控线”，以前一 阶段的施工状况控制后面的生产过程，既有效地保 证了过程控制的连续性，又充分体现了过程控制的 动态效果。 ２．２动态控制指标的选择及其控制范围的确定 动态控制过程中，指标的选择和控制范围的确 定是关键问题之一。沥青路面施工过程中的指标很 多，为了增加动态控制在施工过程中的可操作性，根 据国内外研究经验，结合江苏省高速公路建设实际， 在征求省内专家意见的基础上，确定了如下的沥青 路面施工控制指标： 马歇尔试验设计的沥青混合料类型（ＡＣ、ＡＫ和 ＳＭＡ）以体积指标（ｗ、ＶＭＡ）、级配（关键筛孔通过率）、 油石比和现场压实度作为重要指标。Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ沥青混 合料以级配（关键筛孔通过率）、油石比、粉胶比、ＶＭＡ、 ｗ和现场压实度作为过程控制的重要指标。 ２．３采用合理的取样方法 沥青路面动态控制以统计学作为基础，取样是 沥青路面质量控制的第一步。采用Ｘ—Ｒ控制图 时，参数Ａ１、Ｄ３和Ｄ４的确定与样本容量（样本和子 样本大小）有关，而样本和子样本的选择同样属于取 样方法的范畴。 取样应具有代表性，在沥青路面工程施工过程 中，由于材料和施工存在很大的变异性，为加强沥青 路面质量控制，江苏省高速公路沥青路面采用分层 一江苏交通科技ｂｊｂ＠ｔｉ．Ｊｓ．ｃｎ一 《江苏交通科技》２００６年第５期 随机取样方法，根据沥青混合料吨位确定取样频率。 ２．４动态控制程序的编制 沥青路面施工过程动态控制在国内处于刚起步 阶段，为了便于使用，江苏省高速公路建设指挥部会 同科研机构编制了动态控制应用程序，程序采用 Ｄｅｌｐｈｉ语言进行编写，表格处理采用Ｄｂｇｒｉｄ控件，图 表处理采用ＴｅｅＣｈａｒｔ控件，增加了参数的选择界面， 自动化程序更高，界面更加友好。在第一版应用的 基础上，第二版程序质量控制上、下限均采用移动的 控制界限，根据前一个阶段的施工质量来对下一个 施工阶段进行动态控制，以有效地利用历史数据，对 施工过程进行实时监控。 程序中还加入了施工指标的频度图和正态分布 图，以便对施工阶段进行总结，并对不同施工单位、 同一个施工单位不同施工阶段的施工水平进行 比较。 ２．５指标纠错机制的建立 动态控制可以对沥青路面施工过程进行“实时监 控”，判断施工过程是否稳定固然重要，发现施工过程 的异常并及时采取纠错措施，使系统恢复稳定则是统 计过程控制的关键。江苏省高速公路动态控制过程中 编制了重要指标发生异常波动时的纠错流程，施工单 位可以据此迅速的查找原因，恢复施工过程的稳定。 图２是路面压实度不足时的纠错流程。 ３动态控制在高速公路建设中的作用 ３．１动态控制图的几种状态 理想的过程控制中，过程控制的均值和目标值 基本吻合，同时，过程控制的波动极差较小，过程波 动不大，如图３所示。 失控状态在动态控制图上主要表现为３种形 式，一种是过程波动小，但均值偏离目标值，称为“飘 移”；另一种是过程的平均值和目标值基本吻合，但 不够稳定，波动太大，称为“大的离散”；最不理想的 状态是同时具备以上两个特征，称为”完全失控”，这 ３种状态都表明过程控制中出现了一些问题，必须 进行调整。 ３．２动态控制图的作用 动态控制图应用于高速公路沥青路面施工过程 中，其显著的作用有２个：其一，通过过程控制图可 以及时发现施工过程中指标的变化趋势，在尚未出 现大的质量问题时提前采取措施，起到“预控”的目 的。其二，通过动态控制图，可以发现有些指标尽管 满足规范或业主要求，但从施工过程来看，指标与控 制标准相比整体“飘移”，这种情况在动态控制图中 ・７・ 《江苏交通科技》２００６年第５期 亦属于失控范畴，也需要采取措施纠正。 图２压实度偏低时纠错流程图 ．８Ｏ ６０ ４０ ２Ｏ ｏｏ ８Ｏ 一．。 ／极差 质控上限 ｇ ● ．．八 Ｖ ／入 ’目标值 平均值 质控下限 一－．－－ Ｊ —～ ：拿＝＝！ ．．旺 ６０ 恤 蟪 ４０ ．．．２０ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９１０ｌ１ｌ２１３ｌ４ｌ５１６ｌ７ｌ８１９ ２０ 图３理想的控制图 率 控 例如，个别施工单位为了满足路面压实度和渗 水指标，在尽量满足高速公路建设指挥部要求的前 量，而这样的混合料并不是理想的混合料。图４～ 图６是某标段中面层室内空隙率、０．０７５一通过率 以及路面压实度的动态控制图。 ９７ ９６ ” …图 ｒ …ｒ” Ｈ● － ０ ０ ｉ ｌ 提下，减小沥青混合料室内空隙率，并提高细料的含 器９５ ｊ ｌ９４ ｌ ｛ ９３ ２ ４ ６ ８ １Ｏ １２ ｌ４ １６ １８ ２Ｏ ２２２４２６２８ 样本数 图６某标段施工过程路面压实度控制图 ４ 从指标的控制范围来看，这３个指标都满足江苏 省高速公路建设的要求范围（也满足规范要求），属于 … ｉ ｊ ＼ 蒋 州 Ｌ—＿．Ｌ ‘理想的控制”，但通过控制图，可以发现混合料 ３ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ ｌ１ １２ ０．０７５ ｍ筛孔通过率明显偏高，室内空隙率明显偏 小，直接导致路面现场空隙率明显偏小。从控制图的 形式来看，０．０７５Ⅱ帅筛孔通过率及室内空隙率明显偏 离目标值，属于“漂移”的失控状态。（下转第２６页） 一样本数 图４某标段施工过程室内空隙率控制图 ・８・ 江苏交通信息ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｊｓ．ｃｎ一 《江苏交通科技》２００６年第５期 由表４分析可知： （１）ＩＩ号钻机纯钻速度（不含损耗时间，下同）、 钻进速度均最快，说明ＩＩ号钻机性能好，钻进方法 适当，操作班组技术熟练。 （２）Ｉ号钻机纯钻速度与ＩＩ号钻机相当，微风化岩 层甚至超过ＩＩ钻机，说明Ｉ号钻机性能优异，尤其钻高 强度岩层性能优异。但钻进速度比ＩＩ号钻机、Ⅲ号钻 机略差，原因为该钻机为新购，班组操作不太熟练，出 现的故障较多，从而影响了整个钻进速度。 （３）ＩＩＩ号钻机纯钻速度比ＩＩ号钻机、Ｉ号钻机 采用气举方式进行二次清孔。 ３．８检孔 成孔后对孔深、倾斜度、孔径、沉淀厚度等进行 检测。孔底高程的检测，以钻杆（包括钻头）长度计 算为准，待钻机移位后，再用钢丝测绳进行孔深测 量，钻杆长度减去测量孔深为沉淀层厚度。孔径、孔 形和倾斜率的检测，采用了ＪＪｃ—Ａ型钻孔灌注桩检 测设备。 ４工期与施工评价 润扬大桥南汉桥南索塔（Ｆｌ标）基础３２根钻孔 略差，微风化岩层钻进缓慢，说明钻机钻高强度岩层 性能差。但总钻进速度快，说明班组操作训练，钻机 性能在钻土层、强风化岩层时性能好。 （４）Ⅳ号钻机纯钻速度、钻进速度均最慢，并且 钻１９＃桩时出现了掉桩情况，较大的影响了钻进时 灌注桩，先后投入４台钻机用于钻孔作业，自２０００ 年１１月１５日开钻到２００１年３月３０日完成，总工期 １３６ ｄ。钻孔桩超声波检测结果全部为Ａ类桩。 ５结论 （１）合理的钻孔施工顺序安排和施工组织，省 去了大口径群桩施工桩机移位必须搭设龙门的工 间。说明Ⅳ号钻机性能较差，钻机操作班组技术水 平较差。 ３．７清孔 序，缩短了工期。 （２）通过采用浅护筒埋置，优质泥浆护壁和合 理的钻孔控制措施，在复杂地基覆盖层中大口径钻 孔灌注桩的施工取得成功，大大节省了成本，缩短了 工期，对以后类似项目的施工具有借鉴意义。 （３）合理选择钻机钻具、钻头和钻进方法，对提 至终孔标高前１５ ｃｍ开始调整泥浆指标，终孔 后提起钻头３Ｏ一５０ ｃｍ采取换浆法清孔。 依靠钻机的气举反循环系统用储备池中的新浆 置换钻孔泥浆。随时测定进、出浆口的泥浆指标，当 出浆口的泥浆指标达到：相对密度１．０５～１．１５，粘度 １７～２０ ｓ，含砂率＜４％，ＰＨ值７ ９，即完成第一次 清孔。 高钻机班组操作水平和钻进效率影响很大。 参考文献 ［１］交通部第一公路工程总公司．公路施工手册一桥涵［Ｍ］． 北京：人民交通出版社，２０００ 待钢筋笼、导管安装后，重新测量孔底沉淀层厚 度，超过５ ｃｍ时，通过导管上端安装的专用混合器 ［２］ＪＴＪ０４１—２０００．公路桥涵施工技术规范［ｓ］． ） 、 （上接第８页） 动态控制程序可以在高速公路建设过程中发现一些 常规方法不能发现的问题，实现事前“预控”，对高速 公路施工控制具有重要的意义。 参考文献 ［１］王毓芳等．过程控制与统计技术［Ｍ］．北京：中国计量出 版社．２００１ 通过控制图不仅可以发现施工过程的异常波 动，还可以发现过程控制中虽满足规范或者指挥部 要求，但仍可以优化的情况，因而动态控制图可以在 施工过程中发挥重要作用。 ４结语 ［２］ＧＢ／Ｔ４０９１—２００１．常规控制图［Ｓ］． ［３］ＧＢ／Ｔ ６３８１—８６．通用控制图［Ｓ］． ［４］ＧＢ／Ｔ １３９８９—２０００．控制图通则和导引［Ｓ］． 动态控制是现代企业生产过程控制的重要手 段，但在沥青路面施工过程中应用较少。实践表明， ・２６・ 一江苏交通信息ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｊｓ．ｃａ—