潘家棟

（四川鼎能路橋工程有限公司，四川 宜賓 644000）

0 引言

我國部分地區(qū)處于高寒低溫地帶，寒冷的氣候給公路的施工質(zhì)量和過程控制帶來很大的影響。加強(qiáng)對高寒低溫地帶高填方路基施工質(zhì)量的控制，成為業(yè)內(nèi)重點研究的問題。為提高高填方路基的施工質(zhì)量，李盛等[1]基于彈塑性力學(xué)理論和振動壓實原理，對填石路基振動壓實工況進(jìn)行數(shù)值模擬，并提出了壓實工藝的優(yōu)化方法，從而大大提高了路基壓實的效果；武魁[2]針對路基裂縫、沉降量過大和壓實度不足等質(zhì)量通病問題，從施工方法、材料選擇、施工工藝等方面提出了防治措施；冷志強(qiáng)[3]針對水泥混凝土路面裂縫、平整度等問題，分析造成這些問題的主要因素，并且制定了有效的質(zhì)量保護(hù)措施。以上研究主要通過定性的方式展開，缺乏對施工質(zhì)量控制的定量評價。因此，圍繞該問題，本研究嘗試提出一種定量的高填方路基的施工質(zhì)量評價方法，并針對評價結(jié)果，介紹了相應(yīng)的施工質(zhì)量控制方法。

1 高填方路基施工質(zhì)量評價指標(biāo)體系構(gòu)建

在路基施工質(zhì)量控制的研究中，武魁[2]以及關(guān)軍軍[4]的研究中將路基施工出現(xiàn)的主要病害問題進(jìn)行了總結(jié)，包括縱向裂縫、沉陷、邊坡滑塌以及凍脹隆起4種，同時還對造成這些病害問題的因素進(jìn)行了分析。本研究在兩人研究成果的基礎(chǔ)上，建立其高寒地帶高填方路基施工質(zhì)量評價體系，將造成4種病害問題的原因總結(jié)為如圖1中的8種因素，包括含水量、沉降率、溫度、級配、孔隙率、填料強(qiáng)度、級配以及生態(tài)保護(hù)等。

圖1 高寒地帶高填方路基施工質(zhì)量評價體系

2 施工質(zhì)量評價流程

本研究采用灰色多層次綜合評價法對高寒地帶高填方路基施工質(zhì)量控制進(jìn)行評價。評價方法的建立包括比較判斷矩陣的建立、權(quán)重系數(shù)的計算、關(guān)聯(lián)系數(shù)計算與關(guān)聯(lián)分析、灰色系統(tǒng)建模等幾個方面。

2.1 比較判斷矩陣的建立

判斷矩陣有兩大功能，一是聯(lián)系功能，即建立同一系統(tǒng)或?qū)哟蔚脑刂g以及不同系統(tǒng)或?qū)哟蔚脑刂g的關(guān)系；二是對同一個系統(tǒng)或?qū)哟沃械膬蓚€元素進(jìn)行重要性比較[5]。研究將針對指標(biāo)層構(gòu)建兩兩判斷矩陣，B=(Bij)mn判斷舉證形式如下：

對于指標(biāo)，需要一個評估系統(tǒng)對其進(jìn)行評估賦分，可邀請相關(guān)專家按TL.Saaty 1～9標(biāo)準(zhǔn)評分。

2.2 權(quán)重系數(shù)的計算

（1）對判斷矩陣的行元素乘積進(jìn)行計算：

i與j=1,2,3,...n。

（2）將判斷矩陣取n次方根得到一個值再對該值進(jìn)行歸一化處理，最后獲得指標(biāo)權(quán)重Wi。

2.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)計算與關(guān)聯(lián)分析

設(shè)有兩個數(shù)列{Xi(t)},Xj(t) ，在t=k時，灰色關(guān)聯(lián)度定義為：

其中εij(k)為灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，其計算公式為：

其中Δij(k)表示k時刻兩個數(shù)列的絕對差，即：

ρ指分辨系數(shù)，滿足0<ρ<1，一般取ρ= 0.5。

通過分析并結(jié)合不同的灰色系統(tǒng)之間可通過灰色關(guān)聯(lián)度聯(lián)系起來這一特性進(jìn)行灰色系統(tǒng)的構(gòu)建[6]。

2.4 灰色系統(tǒng)建模

進(jìn)行灰色系統(tǒng)建模前，應(yīng)注意風(fēng)險模式由風(fēng)險參數(shù)組成。風(fēng)險參數(shù)構(gòu)成特征向量，特征向量的個數(shù)對應(yīng)著風(fēng)險模式個數(shù)，而多個特征向量構(gòu)成一個特征矩陣：

若有P 組待檢數(shù)據(jù)，同理可以組成待檢數(shù)據(jù)特征矩陣：

而對于風(fēng)險的識別也可以將其等同于對待檢數(shù)據(jù)的模式識別[7]。在灰色識別中，關(guān)聯(lián)分析為主要識別工具，如圖：

圖2 灰色識別原理圖

待檢模式向量{XT j}與風(fēng)險模式向量{XR i}(i =1,2,...,k)間的關(guān)聯(lián)度列表示為：

3 施工質(zhì)量評價實例

3.1 層次結(jié)構(gòu)圖

建立如圖3的層次結(jié)構(gòu)圖對高寒地帶下高填方路基施工質(zhì)量控制進(jìn)行評價分析。

圖3 質(zhì)量控制因素層次結(jié)構(gòu)模型

3.2 施工質(zhì)量關(guān)鍵控制指標(biāo)的確定

3.2.1 病害問題影響指標(biāo)層的權(quán)重系數(shù)

通過專業(yè)人士的評估賦分，利用1～9矩陣標(biāo)度法進(jìn)行分值判定，再判斷矩陣的構(gòu)造，最后得到4種病害問題重要程度的權(quán)重[8-9]。

表2 準(zhǔn)則層判斷矩陣-目標(biāo)層權(quán)重系數(shù)

各項質(zhì)量病害發(fā)生頻率大小排序為：U1>U2>U4>U3。

3.2.2 計算指標(biāo)層權(quán)重系數(shù)

通過計算確定在四種病害因素下指標(biāo)層的權(quán)重系數(shù)，以確定八個指標(biāo)對于四種病害問題的出現(xiàn)所起到的作用大小。

3.2.3 病害問題對應(yīng)的特征矩陣和待檢模式向量

高寒地帶路基施工常見的病害問題包括四種，即n= 4；而與病害問題相關(guān)的因素有8個，即m= 8。因此，可得出對應(yīng)的特征矩陣TK以及重要程度值組成的待檢模式向量XΠ：

3.2.4 關(guān)聯(lián)度的計算

以XΠ作為母元素，Tk i為子元素。

（1）對{XΠ}作初始處理；

（2）求差序列；

（3）求兩級最大差和最小值；

（4）計算關(guān)聯(lián)系數(shù)；

根據(jù)公式

進(jìn)行計算。

5）計算關(guān)聯(lián)度

計算可得關(guān)聯(lián)度如表3所示。

表3 關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

根據(jù)表3可判斷出，前文提到的8項指標(biāo)中，重要程度排序中，填料強(qiáng)度以及生態(tài)保護(hù)排在末尾。因此得出，在研究具體的施工環(huán)境條件下，控制指標(biāo)重要度排序為：孔隙率>沉降率>級配>含水量>溫度>攤鋪厚度>填料強(qiáng)度>生態(tài)保護(hù)。

由此可見，重要指標(biāo)中除填料強(qiáng)度以及生態(tài)保護(hù)外，另外6項重要指標(biāo)是影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵，與專業(yè)人士評估結(jié)果相同。

4 施工質(zhì)量的控制要點

4.1 爆破棄渣的處理

隧道爆破會產(chǎn)生許多棄渣。為避免環(huán)境問題同時考慮施工成本，將部分棄渣作為路基填料，經(jīng)過一定處理后，直接用作高填方路基填料[10]。

4.2 填石料原始級配的控制

整個施工過程中，影響路基壓實的因素有很多，而填石料的粒徑組成是其中一個重要因素。研究證明，填石路基的密實度與填料級配成正比，應(yīng)利用此特性進(jìn)行材料設(shè)計。

采用室內(nèi)篩分試驗測試材料的原始級配，通過采樣、篩選、分析，最后通過計算得出樣本的不均勻系數(shù)Cu以及曲率系數(shù)Cc[11]。

通過上述實驗，將隧道爆破產(chǎn)生的棄渣作為樣本，最后測得其Cu為15～20，Cc為1～3，符合規(guī)范且屬于優(yōu)良級配，表明爆破棄渣完全可以用作路基填充。

4.3 路基攤鋪和整平控制

進(jìn)行填石路基攤鋪時，使用混合式攤鋪[12]。而當(dāng)攤鋪部分存在體積較大的顆粒時，應(yīng)使用混合攤鋪法，能夠使得攤鋪過程更加平穩(wěn)，進(jìn)行材料加工移動時也能夠更加便利，從而提高攤鋪的效率，提高整體施工效率。

填石路基整平則主要依靠填料的準(zhǔn)確分布，保證填料根據(jù)顆粒大小分布為下大上小，保證壓實表面平整[13]。

4.4 填石路基鋪層的壓實控制

4.4.1 壓實機(jī)具性能技術(shù)控制

壓實鋪層承受著靜載荷以及動載荷，靜載荷不易受到其他因素的影響，而動載荷卻容易受到各類因素的影響。其中，頻率以及振幅的影響尤為明顯。振幅為無關(guān)變量時，壓實度在頻率偏大和偏小時均處于低水平，在25～50Hz時，處于最佳狀態(tài)。頻率保持穩(wěn)定時，振幅越大，壓實深度越深，壓實效果越好，但振幅太高也會存在將石料過分壓碎的情況，因此在壓實施工時，應(yīng)保持低頻高幅工作模式[15]。

4.4.2 填料狀態(tài)控制

材料對于壓實效果的影響是最基礎(chǔ)的，而填石料的粒徑組成直接關(guān)系到壓實效果，粒徑組成越合理填石路基的密實度也會越高。

高寒低溫地區(qū)填石路基對于含水量較敏感，含水量過大或過少都會影響壓實效果，因此需控制好填石路基的含水量，使含水量保持在最佳值[14]。

由于填石路基的施工方式為分層鋪筑碾壓施工，因此受填料厚度影響較大，與含水量相同，同樣需要將填料鋪層厚度控制在最合適的范圍內(nèi)，根據(jù)各個國家地區(qū)的經(jīng)驗總結(jié)，該厚度通?？刂圃?0~70cm內(nèi)最為合適。

4.4.3 壓實工序組合控制

考慮到攤鋪壓實工序的連續(xù)性，進(jìn)行碾壓工作時應(yīng)對碾壓速度進(jìn)行控制，最合適的碾壓速度應(yīng)控制在3～5km/h之間，這樣既保證了碾壓效果又能兼顧攤鋪壓實工序的連續(xù)性。

影響碾壓效果的其他因素也包括壓實遍數(shù)以及碾壓方式之間的組合。在進(jìn)行壓實工作時，如何確定壓實遍數(shù)以及碾壓方式應(yīng)根據(jù)實際的壓實效果來確定，當(dāng)填石路基的壓實度變化受到壓實操作的影響很小時，便證明壓實效果已經(jīng)達(dá)到了較高水平。

5 結(jié)束語

本文利用層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)法構(gòu)建了高寒地帶高填方路基施工質(zhì)量評價體系；詳細(xì)介紹了施工質(zhì)量的評價流程，主要為比較判斷矩陣的建立、權(quán)重系數(shù)的計算、關(guān)聯(lián)系數(shù)計算與關(guān)聯(lián)分析以及灰色系統(tǒng)建模；在研究具體的施工環(huán)境條件下，控制指標(biāo)重要度排序為：孔隙率>沉降率>級配>含水量>溫度>攤鋪厚度>填料強(qiáng)度>生態(tài)保護(hù)；結(jié)合實例進(jìn)行了施工質(zhì)量的評價；從爆破棄渣的處理、填石料原始級配的控制等四個方面介紹了施工質(zhì)量控制的要點，以供相關(guān)人員參考。