沥青路面施工的全面质量管理.docx

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沥青路面施工的全面质量管理

沥青路面施工的全面质量管理

张肖宁

（华南理工大学道路工程研究所）

摘要：

沥青路面施工质量与使用寿命是高速公路建设领域中最为重要的技术问题，高速公路沥青路面的早期损害现象可以主要归结为施工工艺与质量管理。

因此，系统开展研究并建立适应我国高速公路沥青路面建设特点的全面质量管理体系，具有十分重要的理论意义和极其广阔的应用前景。

本文重点介绍笔者在将近400公里高速公路沥青路面施工过程中尝试施行全面质量管理的做法与经验并结合高速公路沥青路面建设技术特点，探索了沥青路面施工的全面质量管理模式与可能的技术途径。

关键词:

沥青路面；全面质量管理；检测手段；评价方法

0.前言

沥青路面施工质量与使用寿命是高速公路建设领域中最为重要的技术问题。

十余年来，我国先后开展了半刚性基层沥青路面结构设计理论研究和沥青与沥青混合料路用性能研究，建立了完整的标准规范体系，为高速公路建设提供了技术依托。

为了适应高速公路建设需要，积极引进国外成熟技术，深入研究沥青路面结构，正在成为这一领域的重要研究课题。

另一方面，高速公路沥青路面的早期损害现象可以主要归结为施工工艺与质量管理也得到了普遍认同。

尽管已经引进大量先进设备，但在沥青路面施工的材料、工艺、特别是质量管理等方面存在着显见不足，严重地阻碍了我国高速公路沥青路面技术发展。

工业企业制造的产品必须满足消费者（使用者）的要求，企业实现产品对于使用者要求的适用性是企业质量管理的根本任务，以零差错为目标的全面质量管理是目前产品制造企业的主要管理模式。

高速公路沥青路面施工事实上也是一个复杂的工业产品制造过程，由于其投资主体为国家，服务对象为社会整体，其投资管理、质量管理与产品制造分属不同的行为主体，沥青路面施工又不同于一般产品制造企业，具有“公”的特性。

质量管理是沥青路面施工管理的核心，质量管理主要依赖于技术的管理。

本文重点介绍笔者在将近400公里高速公路沥青路面施工过程中尝试施行全面质量管理的做法与经验。

实践中主要借鉴了产品制造企业施行的全面质量管理模式，结合高速公路沥青路面建设技术特点，探索了沥青路面施工的全面质量管理模式与可能的技术途径。

1．沥青路面施工的全面质量管理

一般产品制造企业的全面质量管理包括在质量方针和质量目标指导下的质量策划、质量控制、质量保证、质量改进四个部分（参照图-1）。

图-1全面质量管理体系框图

Fig.1Thetotalqualitymanagementsystem

与产品制造企业不同，由于高速公路建设普遍采用业主制、代建制，质量策划（QualityPlanning简称QP）必然以业主为主并贯穿于沥青路面建设全部过程。

施工过程的质量控制体系（QualityControl，简称QC）通常由承包人按照业主的质量策划要求通过契约关系实施、监理工程师则同样通过契约关系实施质量保证体系（QualityAssurance，简称QA）。

质量改进（QualityImprovement简称QI）在高速公路沥青路面建设的质量管理过程中具有极为重要的功能，就目前管理现状而言，这一功能目前只能以业主为主组织实施。

美国高速公路沥青路面建设比较普遍地采用质量验证体系（QualityVerification，简称QV）协助业主验证工程质量，补充质量保证体系的不足与欠缺。

借鉴美国的QV体系，结合我国目前以业主制度为基本构架实行工程管理、业主委托监理保证质量惯例做法的不足，有必要在我国实行QV体系，并且QV应该负有更为重要的职责：

1）      协助业主进行沥青路面施工的质量策划；

2）      采用抽检的方式验证承包商与监理在沥青路面施工中QC/QA的执行情况；

3）      提供足够的质量管理手段与方法，协助业主进行沥青路面施工的质量改进。

广东省目前已有部分高速公路项目通过契约关系，聘请具有经验和能力的专业技术机构，全面施行了沥青路面施工的业主质量验证体系QV，取得了良好的效果。

2．沥青路面施工的质量策划与质量改进

在沥青路面施工全面质量管理中质量策划是一项根本的组织活动，贯穿于自设计审查至交工验收的施工全过程，质量策划细化并补充与项目相关的国家或行业技术规范、地方性补充技术条款、工程施工图设计等的执行方案，其内容既包括制定质量目标体系、实施规则、技术要求等预先策划，也包括原材料质量认定、质量检测、中间交验、施工工艺流程审定、质量评定等动态策划，此外还应包括人员培训、技术交流、新工艺与新材料技术研讨等内容。

业主针对工程项目颁布的《沥青路面施工质量管理手册》是质量策划的文件表现方式，应作为工程招投标文件的主要组成部分，具有与合同条款同等的契约效应。

《沥青路面施工质量管理手册》是对传统质量管理模式的重要补充，包括的主要技术内容有：

1）       针对工程项目的气候、材料、进度、经验特点，详细规定对于承包商人员素质、施工机具、施工组织和监理工程师检测能力与质量保证体系的具体要求；

2）       对于现行规范标准或设计文件中存在的未及修改的条款内容与差错不足、特殊要求、执行国外技术标准的工作内容等，应提出相应的质量要求和技术规定；

3）       规定施工过程的中间交验制度（如基层交验、路面各结构层交验等）与程序，确定关键工序（如沥青混合料的配合比设计、试验段铺筑等）的质量控制标准；

4）       关于沥青路面施工质量管理过程中进行质量改进的原则规定；

5）       与施工质量挂钩的支付条件、支付标准或奖励条件、奖励标准及其实施细则。

尽管质量改进也自始至终贯穿于目前的沥青路面施工质量管理过程中，但惯例的工程管理缺乏对于质量改进的积极发动意识和有效组织行为，缺少适宜的质量改进效果的评价手段与方法，缺少对于维持质量改进效果的激励手段与方法。

实践表明，对于高速公路沥青路面的质量改进活动通常需要包括如下内容：

1）       实施质量改进的判断标准。

通过适当的程序判断是否需要实施质量改进，明确改进什么，如何改进，确定改进目标。

通常需要进行质量改进的内容包括目标配合比设计、沥青混合料生产的稳定性、施工质量的均匀性与离析对策等；

2）       现状评价与质量改进效果评价的手段与方法。

现行技术规范多采用合格判定准则，质量改进则需要采用优良等级评价方法，必须具备适合这些要求的检测手段与方法。

例如为了改进沥青路面离析，不仅需要判定压实度是否合格，还应对施工路段的空隙率或者密度分布进行大样本检测，以评定其质量优劣及改进效果；

3）       实施质量改进必须采取有效的组织行动。

质量改进将涉及到所有技术环节和参与人员，需要通过发动、实施、评价等步骤完成，采用的技术措施必须具有针对性及实效。

特别应该注意针对施工机械配套、运营及机手技术水平等因素的改进措施；

4）       维持质量改进效果的方法与手段。

质量改进过程中取得的实效与技术进展，需要适时地予以认定，以制度方式延续，以支付和奖惩手段维持。

实施以质量策划和质量改进为核心的沥青路面施工全面质量管理，伴随着管理模式的变化，必然带来质量管理观念的变革。

这些变革可能包括：

1）      质量验收由合格判定向优良等级判定转换。

就目前的沥青路面施工质量现状而言，合格判定仅仅是完成契约、实现支付的门槛条件，不适于延伸为工程质量优良等级的评定标准，压实度均值水平与控制离析、减少水损害对策无关即为一个典型案例。

需要建立评定沥青路面施工质量优良等级的标准体系，确立支付（或奖惩）与质量挂钩的按质支付原则；

2）      施工规范由规定方法型向质量保证型转换。

发达国家陆续以质保合同取代传统的合格支付合同，并相应地弱化了施工过程和工艺方法类的技术规范。

连同按质支付原则，具有技术实力的承包商可以获得更加合理的利润空间得以发展，同时也增强了施工企业的质量保证意识；

3）      由事后判定向过程控制的质量管理模式转换。

事后检验早已被制造业淘汰，囿于工程造价，每工作日铺筑的沥青路面事实上是一件“单件产品”，不适合采取“合格”或“不合格”的判定方式进行质量管理。

发展质量过程控制技术至关重要；

4）      相应地，检验方法必须由破损检验方式向无损检验方式转换。

3．施工质量评价的检测手段

如前所述，改变质量管理的观念需要技术手段的支撑。

现行的施工质量检测手段与评价方法需要作出相应的改进。

现代工业的全面质量管理实践和现代检测技术发展为我们提供了充足的手段与方法。

无破损检测技术最早用于路面管理系统的路面使用状况评价，近年来已经广泛用于沥青路面的施工质量管理。

以沥青面层施工均匀性和离析判定为例，在图-2中给出了美国NCAT采用激光纹理深度仪判断路面离析的示例，将设计沥青混合料的构造深度定义为1，构造深度为0.7-1.1者定义为无离析，次第定义了轻微离析、中度离析、严重离析。

这样的评价手段不仅提供了离析的概率特性，也提供了发生非均匀现象的工艺信息，图-2中的严重离析显然是摊铺机收斗所致。

图-2离析的无损检测评价

Fig.2Theevaluationofnondestructivedetectionmethodonsegregation

类似地，路面雷达（图-3）、王端宜等人发明的利用数码摄像方式经计算机处理获取表面构造深度（图-4）的方法等也可以用来测定施工的均匀性。

图-3路面雷达测定得到的线度密度分布图-4由摄像信息获取的构造深度

Fig.3DistributionoflineardensitytestedbyGPRFig.4TheTDgainedbyphotomessage

最近我国引进的美国产品无核密度仪具有简单快捷、便于应用的特点。

图-5中给出了某工程现场以0.5m见方为单元测定的空隙率分布，其测定结果较图-2更为清晰明了，适合进行统计分析。

类似地，正在开展采用手持式落锤弯沉仪、FWD等无破损检测手段评价沥青路面施工强度均匀性等内容的研究。

图-5无核密度仪检测的路面空隙率分布

Fig.5Distributionofairvoidstestedbynuclear-freedensitygauge

4．质量检测结果的统计分析方法

目前的质量检测评价方法多采用“是/否”类型的合格判定，也常在正态分布的假定条件下考虑均值与保证率做出判断。

事实上，作为全面质量管理的手段，如下的一些评价方法可能更为重要：

概率函数的分布检验。

沥青路面施工质量管理的许多检测量被假定为正态分布，由于规定的多数检测手段难以获取足够的样本量，无法采用直方图进行概率分布检验，因此很少检验这些测量量是否符合正态分布或者符合其他概率分布，也就无法确定其后续的统计评价方法是否适用。

在沥青路面施工的全面质量管理实践中尝试了解决这一问题的途径。

图-6空隙率分布的直方图

Fig.6Distributionofairvoids

在图-5中给出了应用无核密度仪在100米长度内以0.5m见方为单元测定得到的4400个空隙率测定值的直方图，χ2检验和峰度、偏度检验均拒绝正态分布假定。

直方图提供了质量控制的重要信息：

（1）施工中存在的温度离析和机械作业产生的条带状离析与“收斗离析”属于系统误差，应该通过质量改进予以消除；

（2）消除系统误差后空隙率才有可能具有正态分布特征；（3）尽管空隙率大于9%的测点频度较低，不会显著影响均值计算结果和合格判定，但这些空隙率较大的测点处必然容易发生水损害（坑槽）；（4）钻孔取芯通常避开了系统误差产生的离析，因而无法控制施工质量来减少水损害现象。

一致性检验。

沥青路面施工通常由多个承包商划分标段完成，每个标段在工期内逐日完成大致相同的工程内容。

同时，由于机械作业配置原因，即使是同一标段同一工作日铺设的同一路段，在横断面幅度内也可能有所变异。

可以采用一致性检验的方法判定工程质量的一致性，找出组内或者组间存在的质量差异，提出改进对策。

记k为车道内数据一致性统计量，，式中s为一个车道内的单元标准偏差，为车道内数据的标准偏差。

采用临界值kcrit控制一致性统计量k。

k接近或超过kcrit临界值，说明该统计量一致性较差。

kcrit值可根据下式计算得到式中:

p为一致性比较样本组数，F是自由度为f1，f2的F分布函数值，f1=（n-1）,f2=（p-1）（n-1）；n为样本组内样品数量。

图-7应用FWD测定值得到的车道内一致性统计结果

Fig.7ThecoincidenceproofofdatatestedbyFWD

图-7是应用FWD对于4个施工单位基层施工质量均匀性的评价结果，其评价指标为FWD测定结果反算基层模量值。

由图-7可见部分单位部分车道的“车道内数据一致性统计量k”超过其关键值，也有部分车道虽未超过但却很接近其关键值。

非一致性要求有关施工单位对摊铺工艺、自卸车卸料方式，压路机碾压工艺进行自检，采取措施保证施工质量均匀。

类似地，也可以构造车道间一致性统计量来控制路幅内横向的施工质量均匀性。

过程控制。

在施工过程中根据同一检测量产生的大量数据（例如拌合厂每个批次的拌合记录、碎石材料的每批抽检结果、各台班的压实度等）和其统计结果，如均值、极差、均方差等，可以用来判断批次生产产品的质量稳定性与受控状态。

以各批次样本平均值为例，可以绘制控制图，并以三条控制界限和均值在过程中的变化位置区分控制状态。

。

图-8以拌合厂生产记录中的沥青用量为例，将每100个批次的沥青用量平均值作为控制指标绘制过程控制图。

并绘出中心值，上控制线，下控制线（为样本方差）。

当各批次样本均值均匀分布在中线两侧且未超过上下控制线时，各批次的质量处于受控状态。

各批次样本均值分布在中线两侧但若干点超过上下控制线时，质量已经失控，称为稳态失控。

各批次样本均值分布在中线一侧且部分超过上或下控制线时，质量非稳态失控。

非稳态失控对应着沥青计量的工艺错误，必须检修沥青回路和沥青泵，标定沥青流量计予以纠正。

图-8过程控制图和控制状态分类

Fig.8Theprocesscontrolandthecategoryofcontrolsate

按质支付与奖惩。

按质支付和质量奖惩是目前国外用于保证沥青路面建设质量的重要手段，也应该成为业主保证投资质量与投资效益的经济杠杆，常用的方法包括：

合同前规定的支付系数与滞后支付方式，建设过程中规定的奖励与惩罚等。

在图-9和图-10中给出了一些应用实例。

图-9奖惩系数概念图图-10支付系数概念图

Fig.9ConceptofrewardsandpunishmentcoefficientFig.10Conceptofpaymentcoefficient

实行按质支付和质量奖惩制度的关键在于选定合适的控制指标，保证检测手段和评价方法的公正性、一致性与可溯源性。

对于沥青路面而言，控制指标必然包括平整度和压实度（及其均匀性），指标检测则需要选择可以获取大样本并且容易采用适宜的质量管理工具加以评价的无破损检测手段。

5．小结

我国高速公路沥青路面建设工程中已经产生了质量策划和质量改进的强烈需求，许多业主都以各自认为适宜的方式开展这方面的工作。

总结经验，系统开展研究并建立适应我国高速公路沥青路面建设特点的全面质量管理体系，显然具有十分重要的理论意义，也具有极其广阔的应用前景。

目前存在的主要问题是检测手段和评价方法的研究尚十分薄弱，同时，变革规范标准体系中不适应现状要求的技术观念也具有突出的现实意义。

Thetotalqualitymanagementofasphaltpavementconstruction

ZHANGXiao-ning

（RoadEngineeringInstitute,southChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,510641,China）

Abstract:

Qualityandlifeofasphaltpavementconstructionarethemostimportanttechnologyquestionintheexpresswayconstruction.Nearlyallkindsofearlydamageofasphaltpavementresultfromthewrongconstructionmethodorthepoormanagementsystem.Thus,itisveryimportanttodoresearchonthetotalqualitymanagementsystemofasphaltpavementconstruction.Itmusthaveawidefutureanditisalsohelpfultobuildourownexpresswayqualitymanagementsystemofasphaltpavementconstruction.Amethodthatwehavetriedtobuildatotalqualitymanagementsystemofasphaltconstructiononabout400kmexpresswaywasdiscussedinthispaper.Themodelandtheapproachtobuildthetotalqualitymanagementsystemofasphaltconstructionarealsodiscussed.

参考文献

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