山岭重丘区sma沥青路面施工过程质量控制机理及方法研究

'分类号U416单位代码10618密级学号2120120003硕士学位论文山岭重丘区SMA沥青路面施工过程质量控制机理及方法研究研究生姓名：黄丽芳导师姓名及职称：刘昌仁研究员郭小宏教授申请学位类别工学学位授予单位重庆交通大学一级学科名称管理科学与工程论文提交日期2015年6月04日二级学科名称管理科学与工程学位答辩日期2015年5月24日2015年6月4日 ThemechanismandmethodresearchonprocessqualitycontrolofSMAasphaltpavementinMountainousAreaADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuangLifangSupervisor：ResearcherLiuChangrenProf.GuoXiaohongChongqingJiaotongUniversity,Chongqing,China 重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进斤研。究工作所取得的成果除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。■学位论文作者签名；曰期：ＷＳ年月斗曰重庆交通大学学位论文化权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可Ｗ将本学位论文的全部内容编入有关数据库进、行检索，可Ｕ采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。１１学位论文作者签名：指导教师会曰期：別７／５年占月４曰曰期；年占月令曰本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社ＣＮＫＩ系列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕±学位论文全文数据库出版章程》规定孚受相关权益。，学位论文作者签名；指导教师签名７：＾人＾－曰期：＞？／５年月曰曰期；化年＾月伞日４ 摘要SMA沥青路面自从德国开始应用以来就以优良的路用性能闻名于世。目前在我国西部山岭重丘区的应用也越来越广泛，主要集中在交通荷载繁重、政治经济地位突出的路段，使用效果良好。但也出现了一些早期质量病害，经研究发现产生这些质量病害的原因主要是因为施工过程阶段质量控制不严格，采用传统质量检验方法不能保证SMA沥青路面质量的稳定性，有必要研究过程质量控制方法，提高施工管理水平。本论文研究的内容正是建立在此基础之上，通过分析SMA沥青路面施工过程，发现质量控制的重难点为：①施工过程阶段质量控制指标过多，且无重要程度之分；②施工过程中质量控制方法仍然是点点对比的静态控制方法，没有引入过程控制理念，对施工阶段的质量控制进行动态管理。因此，本文首先采用专家调研法和灰色多层次综合评价模型，从施工阶段质量控制的众多指标中选取与SMA沥青路面典型质量病害形成关联度较大的指标（油石比、级配、温度、压实度）作为SMA沥青路面施工过程质量控制的关键指标。然后将过程质量控制方法引入SMA沥青路面施工中，经分析发现SMA沥青路面施工过程属于小批量生产过程，运用小批量质量控制的基本方法，结合《公路沥青路面施工技术规范》中关于动态质量控制的要求，选取有效性较高的“均值—标准差（XS）控制图”作为SMA沥青路面施工阶段过程质量控制的基准方法。再根据“均值—标准差（XS）控制图”在小批量生产环境下使用控制界限的有效性不能得到保证，因此为了使控制界限更加准确合理，本文提出运用贝叶斯理论对控制图进行改进，得到的控制界限可根据样本数量大小进行调整，由此建立具有双重控制界限的“小批量施工控制图”，并以此方法作为SMA沥青路面施工过程质量控制的方法。最后依托工程实例验证“小批量施工控制图”在山岭重丘区SMA沥青路面施工过程中质量控制的适用性和可行性。研究结果表明，针对山岭重丘区特殊的气候条件及交通压力，在铺筑SMA沥青路面施工的过程中应用改进后的“小批量施工控制图”进行质量控制，可以保证施工质量的稳定性，从而减少早期质量病害的产生，增加SMA沥青路面的使用寿命。关键词：SMA路面,施工质量,过程质量控制I ABSTRACTSMAasphaltpavementisfamousforexcellentroadperformancesinceitsfirstappliedinGermany.Inthepresent,itisbecomingandmorewidelyusedinthemountainousofwesternchina,especiallyintheroadofheavytrafficload,politicalandeconomicstatusprominentsections.However,italsohassomediseases.ByanalyzingtheSMAasphaltpavementconstructionprocess,somedifficultpointsforqualitycontrol:constructionphasequalitycontrolindexisovermuch,andnoimportantpoints;intheprocessoftheconstruction,qualitycontrolmethodisstillalittlecomparisonofstaticcontrolmethod,withoutintroducingprocesscontrolconceptfordynamicmanagementoftheconstructionphasequalitycontrol.Therefore,thepaperusingexpertinvestigationmethodandthegraymulti-levelcomprehensiveevaluationmodelchoosefrommanyindexesofformationcorrelationwiththeSMAasphaltpavementqualityoftypicaldiseaselargerindex(oil-stoneratio,grading,temperature,degreeofcompaction)asthekeypartofSMAasphaltpavementconstructionqualitycontrolindex.Then,introducetheprocessqualitycontrolmethodintoSMAasphaltpavementconstruction.RelatedstudieshavefoundthatByusingthebasicmethodofsmallbatchqualitycontrolcansolvetheproblemofasphaltpavementconstructionprocessqualitycontrol.SelectthehighefficiencycontrolchartasthebenchmarkmethodofSMAasphaltpavementconstructionstageoftheprocessqualitycontrol.Buttheeffectivenessofcontrolchartinsmallbatchproductionenvironmentusingcontrollimitisnotguaranteed.Soinordertomakemoreaccurateandreasonablecontrollimit,thepaperputsforwardtheideaofusingthetheoryofBayesiantoimprovethecontrolchart,whichcanbeadjustedaccordingtothevolumeofsamplesize.ThesmallbatchconstructioncontrolchartiscreatedwithdualcontrollimitandusethechartastheSMAasphaltpavementconstructionprocessqualitycontrolmethod.ThenusethecharttovalidationitsfeasibilityandapplicabilityintheprocessoftheSMAasphaltpavementconstructionqualitycontrol.Resultsshow,theuseofthechartwhichhasbeenadjustedinthespecialclimate,conditionsofmountainsareacanmakesurethestabilityofconstructionquality,reduceearlydiseaseofqualityandincreasetheservicelifeoftheSMAasphaltpavement.KEYWORDS:SMApavement,constructionquality,processqualitycontrolII 目录第一章绪论....................................................................................................11.1研究背景及意义.......................................................................................................11.2国内外研究现状.......................................................................................................21.2.1SMA沥青路面研究现状......................................................................................21.2.2过程质量控制研究现状....................................................................................31.3研究方法...................................................................................................................61.4技术路线...................................................................................................................7第二章山岭重丘区SMA沥青路面路用性能特点及质量病害分析...........82.1山岭重丘区公路特点...............................................................................................82.2山岭重丘区SMA沥青路面路用性能特点...............................................................92.3山岭重丘区SMA沥青路面典型质量病害及成因分析.........................................102.4本章小结.................................................................................................................13第三章山岭重丘区SMA沥青路面施工质量要求及质量控制的重难点143.1山岭重丘区SMA沥青路面施工质量要求.............................................................143.1.1SMA混合料对原材料质量要求......................................................................143.1.2SMA混合料配合比设计质量要求..................................................................163.1.3SMA混合料施工质量要求..............................................................................183.2山岭重丘区SMA沥青路面施工质量控制的重难点............................................193.3本章小结.................................................................................................................21第四章SMA沥青路面施工过程质量控制的指标选取研究......................224.1SMA沥青路面施工过程质量控制的指标初选.....................................................224.2灰色多层次综合评价模型....................................................................................254.3SMA沥青路面施工过程质量控制关键指标选取.................................................284.4本章小结.................................................................................................................33第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究..................345.1质量控制理论.........................................................................................................345.2统计过程质量控制.................................................................................................355.3控制图的基本原理和方法.....................................................................................375.3.1控制图的原理..................................................................................................375.3.2控制图的分类..................................................................................................385.3.3控制图的判别规则..........................................................................................395.4控制图的适用性分析.............................................................................................415.4.1大批量生产模式的特点..................................................................................425.4.2小批量生产模式的特点..................................................................................435.4.3小批量生产模式下常规控制图使用的局限性..............................................445.5小批量生产模式下质量控制的基本方法............................................................46III 5.5.1小批量XR控制图......................................................................................475.5.2小批量XS控制图......................................................................................485.5.3小批量生产的Q控制图.................................................................................505.5.4基于贝叶斯分析的小批量控制图..................................................................515.5.5可化为同分布的小批量控制图......................................................................525.6SMA沥青路面施工过程质量控制方法的建立.....................................................545.6.1基准控制方法——均值—标准差控制图......................................................545.6.2改进后控制方法——小批量施工控制图......................................................555.6.3辅助控制方法——过程能力指数..................................................................615.7基于最优质量成本原理的SMA沥青路面施工过程质量控制方法评价.............635.8SMA沥青路面施工过程质量控制的保障措施.....................................................645.9本章小结.................................................................................................................65第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析..................................666.1工程概况.................................................................................................................666.2案例分析................................................................................................................676.2.1压实度的控制..................................................................................................676.2.2级配的控制......................................................................................................716.2.3油石比的控制.................................................................................................776.2.4温度的控制......................................................................................................806.3本章小结................................................................................................................84第七章结论与展望......................................................................................857.1研究结论.................................................................................................................857.2研究展望.................................................................................................................85致谢........................................................................................................87参考文献........................................................................................................88在攻读学位期间取得的研究成果................................................................91附表1.............................................................................................................92IV 第一章绪论第一章绪论1.1研究背景及意义改革开放以来，随着我国对公共基础设施建设投入的不断加大，道路交通事业得到了迅猛发展，截至2014年底，我国的高等级公路通车里程达到了11.18万[1]公里，仅次于美国，位居全世界第二。目前国内的高等级公路大多数建在东部平原、微丘地区，随着经济的发展和人民日常出行的需要，在今后一个较长时期内，高等级公路的建设重点将向西部转移。我国西部地区大多数地形为山岭重丘区，在山区独特的地形、地质、水文、生态等自然环境背景下，高等级公路在山岭重丘区的建设不仅需要承担着安全、快速、经济、舒适的运输功能，而且还应该与山区自然环境和交通特点相适应、相协调。目前在我国高等级公路路面结构形式中，沥青路面占据主导地位，约占已建成高等级公路路面的75%，虽然沥青路面在使用和推广方面已十分成熟，但在施工[2]质量控制和管理方面还相对薄弱，这将严重阻碍沥青路面施工水平的提高。特别是在西部山岭重丘区，高等级公路建设应该重视建设的质量管理，只有保证了公路建设的质量，减少质量病害、增加公路寿命和使用年限，才真正意义上满足沥青路面的使用要求，提高公路的通行能力。同时随着新技术、新材料的发明使用，为了更大程度的满足沥青路面在质量方面的需求，我国大部分地区的高等级公路路面采用了SMA沥青玛蹄脂碎石路面，[3]并在东部平原地区取得了较好的使用效果。由于SMA路面造价昂贵，所以西部山岭重丘区受经济条件的制约，开始使用SMA沥青路面较晚，而且使用的范围也较窄，仅在部分气候特别恶劣、交通特别繁重或者政治地位突出的路段使用，一般用于高等级公路或者城市主干道的上面层，同时对于SMA沥青路面质量控制的要求也更加严格。目前虽然SMA沥青路面在我国高等级公路中应用比较广泛，施工工艺也比较成熟，但质量保证体系仍然不够完善，尤其对影响施工质量的各种因素没有规范的、系统的指标体系来保障,也没有区分各质量因素相对于质量控制的重要程度。同时施工过程中所采用的质量控制方法也仅仅停留在单纯的质量检测阶段和事后的控制点与标准检测指标一一对比阶段，其评价结果没有形成完整性和系统性，从而造成SMA沥青路面质量不达标。因此迫切需要寻找一种动态的质量控制方法，对我国SMA沥青路面施工阶段的质量进行过程控制。本文正是建立在此基础之上，研究山岭重丘区SMA沥青路面施工阶段质量过1 重庆交通大学硕士毕业论文程控制的方法，采用过程质量控制原理SMA沥青路面施工过程中的关键质量指标进行动态控制，建立双重质量控制界限，保证施工质量的稳定性，从而满足山岭重丘区条件下SMA沥青路面的质量要求。1.2国内外研究现状1.2.1SMA沥青路面研究现状沥青玛蹄脂碎石混合料（StoneMatrixAsphalt，简称SMA）是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架[4]间隙而组成的沥青混合料。是二十世纪六十年代最早由德国发明的高性能新型路面材料，至今已有50多年的历史。由于SMA具有良好的路用性能，因此自出现以来就被广泛应用于全世界的重交通荷载及高轮胎压力的道路上。①SMA沥青路面国外发展现状在德国，20世纪60年代人们偶然发现利用纤维作为稳定剂，同时将矿粉的用量增加，并且改用改性沥青，由此组成的混合料可以增加路面的耐久性，提高耐[5]磨度，从而提出世界上最早的SMA沥青玛蹄脂混合料。后来SMA在德国得到飞速的发展，在高温抵抗车辙能力、低温抵抗开裂能力、抗疲劳能力以及水稳定性能力方面都有卓越的表现。到上世纪90年代，SMA沥青路面已经完全取代了传统的密级配沥青混凝土路面，成为德国沥青路面面层结构的主要类型。北欧其他国家借鉴德国的施工技术和经验，也从20世纪80年代开始相继在[6]本国推广应用SMA沥青路面。与此同时，美国的多家道路研究机构也在1990年9月联合派出了大型的考察团，专门到访SMA铺筑技术较好的欧洲国家考察学习施工经验和技术，并对SMA沥青路面后期使用中出现车辙和泛油质量病害高度重视，结合本国的气候特点，对考察的结果进行了改进和提高，并在多个州进行了试验[7]段的铺筑，取得了良好路用性能效果。后来美国国家沥青中心和FHWA机构联合对多个州近105个SMA工程铺筑情况统计分析，提出来相对于美国气候特点和交[8]通状况的《SMA施工技术指南》，并作为了相应的性能评估报告。到目前为止，美国大部分高等级公路的罩面层都选择了SMA面层。②SMA沥青路面国内发展现状1）SMA沥青路面在平原、沿海地区的发展现状1992年，我国首次在北京的首都机场高速公路上面层铺筑由德国引进的SMA沥青路面，后来又逐渐在辽宁、山东、河北、江苏、福建等平原或沿海城市的高[9]速公路和重交通荷载道路上开始铺筑试验段。由于照搬德国的施工经验，很多试验段在铺筑后大多产生了泛油的质量问题，因此引起了交通部的广泛重视。从19972 第一章绪论年开始，交通部委任其下的公路科学研究所对SMA性能指标进行了大量的试验研究，并针对我国的气候特点和交通状况发布了《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》，到2004年我国已正式将该指南列入《公路沥青路面施工技术规范》（JTG[10]F40-2004）中。在新规范的指导下，北京至哈尔滨、北京至上海、北京至珠海三大干线高速在平原地区部分路段铺筑了SMA沥青路面，并取得良好的使用效果；山东泰安和上海浦东在城市主干道上面层也铺筑SMA沥青路面，均呈现优良的路[11]用性能。因此目前该规范是我国铺筑SMA沥青路面的施工标准，也是质量得以保证的基础，同时为SMA沥青路面在全国的大面积推广提供技术支持。2）SMA沥青路面在山岭重丘区的发展现状在我国的山岭重丘区，受地形条件和经济条件的双重限制，推广应用SMA沥青路面较。目前仅在交通繁重的高速公路出口地段，或者政治经济核心地段，以及机场跑道、码头等重载交通的地段使用，再加上SMA沥青路面比普通沥青路面造价昂贵，因此对于西部经济欠发达地区而言，使用也受到限制。但是从路用性能角度来看，SMA沥青路面确实比普通沥青路面在抗车辙和抗滑性能方面表现较好，加之西部山岭重丘区气候条件高温多雨，路面车辙、坑槽等质量病害严重。所以为了保证路面的使用寿命，减少质量病害的发生，降低后期的养护成本，现[12]在西部山岭重丘区高等级路面也开始使用SMA沥青路面了。以重庆为例，夏季气候炎热，沥青路面最高温度可达60多度，再加上山岭重丘地形，山高坡陡，弯道多，所以重庆地区的沥青路面高温车辙质量病害严重，因此需要引入在抵抗车辙方面性能优良的SMA路面。重庆水江至界石高速公路路面上面层就采用SMA-13铺筑，从后期表现来看在高温抗车辙、低温抗裂等方面的使用效果良好。四川省同样对SMA的发展应用较为重视，成南高速成都出口处长约25KM，该出口交通量大，普遍存在重载货车超载或者重载车辆较多的现象，加之四川地区高温多雨，路面车辙损害非常严重，其质量病害既影响行车的舒适度，也增加了维护成本。因此为了尽可能的减少车辙损害，同时全面改善沥青路面的路用性能，[13]出口段设计采用SBS改性沥青SMA，经实际验证使用效果良好。综上所述，目前SMA沥青路面在全世界都得到了较好的应用和发展，它优良的路用性能基本能满足现代道路的使用要求。在当前其施工技术已经比较成熟的情况下，只有加强SMA沥青路面的质量控制，使其较少的出现早期质量病害，从而保证其优良路用性能得以实现，才是目前SMA沥青路面研究的重点。1.2.2过程质量控制研究现状①统计过程质量控制研究现状3 重庆交通大学硕士毕业论文质量控制（QualityControl)是指对产品形成的全过程进行把握，从而排除质[14]量问题产生的可能，最终达到质量管理要求的一种技术手段。质量控制的发展大致可以分为三个阶段，即单纯的质量检验阶段（SQI）、统计质量控制阶段（SQC）和全面质量控制阶段（TQC），具体见表1.1。[15]表1.1质量控制发展三个阶段在统计质量控制这个阶段，最有名的质量控制理论当属20世纪初期由美国质量管理学术带头人休哈特（W.A.Shewhart）博士首次提出的统计过程控制，即SPC[16]（statisticalprocesscontrol）。SPC借助于过程控制工具——控制图将数理统计理论引入质量控制中，使质量管理科学走向成熟，为实现全面质量控制奠定基础。在此之后，许多学者对休哈特的工作进行了改进、提高和完善，先后又提出了许多种针对特定使用需求的控制图，如专门针对微小偏移进行控制的的累积和控制2图（CUSUM）、和对多指标进行同时控制的T控图等等，但这些控制图的作用仅[17]仅停留在事后的反馈控制上面，而没有对控制图做出预测和判断。1982年张公绪教授首次提出控制过程的诊断理论SPCD（StatisticalProcessControlandDiagnosis），通过控制图中样本点的表现形式运用逻辑推理的方法对典型控制情况[18]进行诊断和分析，由此使得统计过程控制理论更加完整。1983年我国颁布了国家标准GB/T4091—1983《常规控制图》；1991年国际标准组织颁布了国际标准ISO8258:1991Shewhartcontrolcharts(休哈特控制图)，到目前为止，休图是全世界应用最广泛的统计过程质量控制工具。但是随着社会的发展，现代生产作业方式由原来的单一生产变为多品种生产，大批量转变为小批量作业，因此原来的统计控制方法已不再适应。因为传统的休哈特控制图的建立需要满足三个条件，第一，变量是大批量（N≥25）且呈正态分布，这与现代化生产模式特点相反；第二，较多数据时检出能力较好，如果样本数据较少，检出能力可能大大减弱；第三，控制图的判断过程需要参考大量的历[19]史数据，而小批量生产条件不满足这样的要求。针对这些问题，国内外许多专[20]家对小批量质量控制的方法进行了研究，主要集中在以下三个方面：4 第一章绪论表1.2小批量质量控制方法比较通过上表可以看出，目前国内外针对小批量质量控制方法的研究还处于发展阶段，研究的成果还没有形成系统性和完整性，也没有针对某一特定的适用环境提出特定种类的小批量过程质量控制方法。因此本论文的研究就是针对山岭重丘区SMA沥青路面的铺筑过程，提出适用于该环境的小批量过程质量控制方法。②路面施工过程质量控制研究现状相比传统的大规模生产流水作业产品的质量控制，SPC方法在公路建设项目施工过程中的质量控制方面应用较少，但是在全世界范围内，欧美国家在施工质量方面提出应用过程控制理论仍然是最早的。20世纪60年代初期，美国首先提出对施工过程中的原材料进行质量控制，并建立了相关的规范手册，后来EdwardR.Oglio等人又将数理统计理论引入施工过程的质量控制评价体系中，对混合料的[21]试验方法、取样程序和材料的变异等方面进行了相应的规范和统一。直到1988年，美国才第一次出现了QC/QA质量控制标准规范，并首次将质量控制图的概念引入到沥青路面的施工质量控制中，从而真正意义上实现施工阶段的过程质量控[22]制。到了21世纪初，美国通过收集、整理、细化近40个州关于公路建设项目的施工质量控制规范，形成了比较系统和完善的质量控制保证体系，从而对沥青[23]路面采用过程质量控制方法的推行起到了很好的促进作用。目前美国大多数州在路面施工阶段进行过程质量控制时，首先要求施工单位提供相应的质量控制计划，在施工的过程中必须严格按照质量控制计划的相关规定来执行，从而保证施工阶段过程质量控制的稳定性。我国对沥青路面质量控制从京津唐高速公路开始，当时取“均值—极差控制图”对连续施工所得到的数据进行整理，然后进行过程质量控制，得了较好的应5 重庆交通大学硕士毕业论文[24]用效果。在对施工质量采用过程控制的方法进行研究方面，江苏省最先开始应用AASHTOR9的先进理念，采用正态分布拟合曲线，对施工中的重要控制指标如空[25]隙率、压实度等进行控制图分析，观察其分布情况，并对质量进行控制。后来华南理工大学首次提出在沥青路面的施工过程中采用全面质量管理理念，并构建了基本的质量控制框架，但是受目前施工管理水平和施工条件的限制，这种过程[26]质量控制方法并没有得到很好的应用和推广。在此之后，同济大学又提出根据沥青路面施工等级和不同指标，采用变异系数来控制施工质量，制定不同的质量[27]标准，并对质量控制进行分级处理。但是针对特殊的沥青路面(比如SMA)，施工质量的动态控制这方面的研究还比较少，因此本文结合SMA路面材料、路用性能以及施工阶段质量控制的特殊性，对传统沥青路面采用的动态质量控制方法进行调整和改进，从而提出适用于SMA路面施工阶段的过程质量控制方法，这也是本论文研究的重点。1.3研究方法①比较分析法系统学习“统计过程控制”理论，掌握各种过程质量控制方法和最常见的控制图法，包括休哈特控制图、累积和（CUSUM）控制图、指数加权移动均值(EWMA)控制图、小批量生产控制图等等，结合山岭重丘区高温多雨的气候条件和SMA沥青路面特点，比较分析各种方法的优缺点和适用性，选择适合特定小批量生产模式下的控制图，并应用到SMA沥青路面施工阶段的质量控制中。②灰色多层次综合评价模型由于SMA沥青路面施工过程质量控制指标较多，而各指标对质量控制目标的权重不同，本论文将层次分析法与灰色理论相结合，运用“灰色多层次综合评价模型”，考虑各指标与准则层的关联系数，运用关联度大小对指标进行排序，选出SMA沥青路面施工过程质量控制的几大关键指标。③案例分析针对本论文提出的方法，在施工过程中选择质量控制的关键指标，将”小批量施工控制图”应用到山岭重丘区SMA沥青路面施工阶段的质量控制中，结合典型的山岭重丘区城市重庆，选择在重庆市某工程公司的公路建设项目——“开迎路”面层铺筑SMA-13为例，对施工质量进行动态控制，结合实际项目验证此方法对SMA沥青路面质量控制提高的意义。6 第一章绪论1.4技术路线图1-1研究技术路线图7 重庆交通大学硕士毕业论文第二章山岭重丘区SMA沥青路面路用性能特点及质量病害分析2.1山岭重丘区公路特点在我国，山岭重丘区面积大约占全国陆地总面积的43%。而所谓的山岭重丘区，是指地面自然坡度大于20度以上的地形，包括绵延起伏的山丘、高大的山脊、变[28]化复杂的陡坡、较深的峡谷、深沟以及较高的分水岭等等。随着西部经济社会的发展和人们日常出行的需要，我国高等级公路的建设重点正逐渐由平原微丘区向山岭重丘区转变。由于山区公路必须克服波浪起伏、高差较大、河谷相间等不利地形条件，再加上独特的地质、水文、生态等自然环境，所以山岭重丘区的公路建设有着自身独特的特点：①路线方案：弯多坡陡受地形条件的限制，山岭重丘区修建公路必然面临陡坡急流、高差悬殊等困难，甚至有些地形错综复杂，所以在这种地形条件下修建的道路大多数线形弯道较多，有些地方甚至连续出现急弯，高差起伏频繁。根据道路选线的要求，在对山岭重丘区道路线形控制时，一方面要考虑建设当地地形、地质、水文、生态等自然条件，另一方面要结合选线的标准，注意控制指标的范围，一般控制点比较分散，转弯半径较小,多采用连续的低指标值，甚至出现连续的反向曲线和纵坡。因此山岭重丘区公路建设路线方案的选定需要进行多方面考虑，首先平曲线、纵坡、视距的取值不仅要符合规范、标准的要求，还要兼顾考虑安全性和特殊地形；其次需要进行多种方案的比较，多方面的论证，选择工程量较小、施工难度较小、造价较低且运营较安全的方案。图2-1典型的山区公路线形8 第二章山岭重丘区SMA沥青路面路用性能特点及质量病害分析②工程方案：土石方和防护工程量大在工程施工方面，山岭重丘区公路建设受高山深壑的阻碍，因此深挖高填土石方工程难以避免，而且常常是挖方工程占据土石方工程的主体，成为影响和制约工程质量和进度的关键。与此同时，有挖方工程就必须做好防护工作，因为山岭重丘区地质结构复杂，挖方破坏了原有的地质天然层结构，受人为和施工的影响更容易发生变形破坏。因此在山岭重丘区修建公路，为了减少日后养护的困难，保证工程质量，所以加大防护工程对边坡的保护显得尤为重要。③环境保护对于山岭重丘区而言，公路建设的环境保护体现在与自然环境和谐相处问题上，建设区域的自然环境需要所有参与建设单位共同主动保护，如果有可能，尽量减少深挖高填，尽量保持山岭重丘区原有的地形地貌，尽量保护植被原有的自然属性，做到公路建设与山区生态环境保护可持续发展。④道路景观山岭重丘区公路建设道路景观的选用，首先应考虑直接将建设当地独特的自然景观作为该公路的道路景观，做到经济与环保两不误。在此基础之上如果不行，再考虑根据建设当地的气候、水文条件种植适宜的道路景观植被，将道路景观与自然景观融为一体，但是这种配合需结合工程量的大小、以及施工的难度和经济性综合考虑。2.2山岭重丘区SMA沥青路面路用性能特点由于山岭重丘区的公路受独特的地理环境限制和恶劣的气候条件影响，再加上部分路段交通荷载特别大，普通的沥青路面已经不能满足其耐久性的需求，很多路面相继出现了大量的早期质量病害，因此现在大部分重载交通的山岭重丘区高等级公路和城市主干道的上面层几乎都开始采用路用性能优良的SMA沥青路面。SMA是最早从德国引进的一种新型间断级配沥青混合料，在SMA混合料中，粗集料构成的骨架体系具有优异的抵抗变形的能力，丰富的沥青玛蹄脂填充料可以提供路面高度的耐久性，粗糙的表面构造使得SMA沥青路面具有优良的抗滑性和[29]低噪声。因此相比普通沥青混凝土路面，山岭重丘区SMA沥青路面具有如下路[30]用性能特点：①山岭重丘区气候条件普遍呈现高温多雨，因此炎热的气候条件考验着路面的高温稳定性。由于碎石与碎石骨料之间间的嵌锁能力，使得SMA路面具有优良的高温稳定性和抵抗车辙的能力。②山区公路受线形的影响，纵坡较陡，因此对路面的抗滑性要求较高，而SMA路面的粗糙构造恰好决定了其具有较好的抗滑性能和降低噪音能力。9 重庆交通大学硕士毕业论文③目前山岭重丘区公路数量有限，交通拥挤，重载、超载现象普遍发生，因此重载车辆的磨耗对路面耐久性要求更高，而SMA中优质的集料以及其较高的含量决定了其具有高度的耐久性。④山岭重丘区高温的气候条件加速了沥青路面的老化，而高含量的结合料和较低的孔隙率改进了SMA的抗老化性能。⑤SMA能全面提高沥青路面的使用性能，虽然初期建设时期造价昂贵，但后期养护费用小，因此从全寿命周期来看费用还是比较低的。2.3山岭重丘区SMA沥青路面典型质量病害及成因分析自面世以来，SMA沥青路面就因为其优良的抵抗车辙、耐高低温和耐磨性等路用性能在全世界得到了广泛应用。我国推广使用SMA沥青路面也有20多年的时间了，在山岭重丘区，由于价格较高，SMA沥青路面一般用于高等级公路和城市主干道的上面层。受西部山岭重丘区高温多雨等恶劣气候条件的影响，再加上SMA沥青路面施工过程质量控制不严格、后期养护不到位等一些列原因，造成了目前大多数山岭重丘区铺筑的SMA沥青路面频繁出现早期质量病害。以典型的山岭重丘区城市——云南省为例，通过收集云南省2010年—2011年部分SMA沥青路面典型[31]质量病害类型，得到结果如下表2.1所示表2.12010—2011云南省部分SMA沥青路面质量病害统计需处理的面积/㎡数量/处序号病害种类主要原因单车道双车道单车道双车道1裂缝087.704洪水导致路基下沉2坑槽87.6296.630105油污所致3车辙92.3345.8512高温及重载所致4透水13.4123.3224裂缝所致5泛油47.898.647高温及施工温度低结合山岭重丘区的交通特点和气候条件，以及近十年来山岭重丘区铺筑SMA沥青路面的施工经验，分析在山岭重丘区铺筑SMA沥青路面产生的典型质量病害主要有：泛油、透水、车辙、坑槽、裂缝等。①泛油在山岭重丘区，受高温气候的影响，铺筑的SMA沥青路面最常见的质量病害就是泛油。泛油是指由于沥青在高温条件下受热体积膨胀，在填满混合料的空隙后，多余的沥青溢出路面，在行车道周围产生的黑色发亮的光面带，可能呈现片状或带状分布。对于新建的SMA路面，通车后遇到的第一个夏季常常是泛油现象最容易出现的时候，尤其是在多天的持续高温后，泛油开始从车辆的痕迹周围进10 第二章山岭重丘区SMA沥青路面路用性能特点及质量病害分析行蔓延，从而产生路面滑溜，影响SMA沥青路面路用性能的实现。泛油产生的原因很多，从原材料的控制、配合比设计、施工工艺的掌握、以及结合山岭重丘区气候条件综合考虑，采用因果图法对泛油产生的原因进行分析，得到的结果如图2-2所示：图2-2泛油产生的原因分析②透水在山岭重丘区，受多雨条件的影响，雨季降雨量充沛，对SMA沥青路面的冲刷严重，再加上间断级配结构的影响，空隙率大，导致渐入路面空隙的水不断加速沥青膜从集料表面剥落，从而在水损坏作用下形成透水现象，一般情况下整个过程自上而下进行，沥青膜受水的作用影响从而失去附着力，从集料表面脱落。因此对于山岭重丘区而言，透水也是SMA沥青路面典型质量病害之一。同样根据因果图分析得到透水产生的原因如图2-3所示：图2-3透水产生的原因分析③车辙山岭重丘区受地理条件限制，道路建设规划数量有限，因此大多数高等级公11 重庆交通大学硕士毕业论文路普遍存在交通压力较大，重载以及超载车辆较多，对面层的磨耗严重，因此山岭重丘区铺筑的SMA沥青路面也非常容易产生车辙质量病害。一般情况下车辙是在车轮碾压处由于行车荷载的反复作用下而产生的明显凹于周边的槽形压缩变形现象，深度在1.5cm左右。同样根据因果图分析得到车辙产生的原因如图2-4所示：图2-4车辙产生的原因分析④坑槽坑槽是指由于面层集料或者基层集料局部脱落而产生的路面坑洞。坑槽在山岭重丘区SMA沥青路面的后期使用中也经常出现，因为山岭重丘区的自然条件和交通压力给坑槽这类质量病害的形成创造了条件。在山区重载交通的压力下，如果面层材料构成不合理、或者施工质量控制不严、或者结合料含量不足等等，都可能造成集料因无法粘结在一起而散开，散开的集料被重载车辆带走，或者被雨水冲离路面，最终在SMA沥青路面上形成大小不一致的凹槽或坑洞。同样根据因果图分析得到坑槽产生的原因如图2-5所示：图2-5坑槽产生的原因分析12 第二章山岭重丘区SMA沥青路面路用性能特点及质量病害分析⑤裂缝裂缝同样是山岭重丘区SMA沥青路面典型质量病害之一。由于山岭重丘区地形复杂，高差大，温差大，桥梁多，纵断面交换频繁，重载车辆和超载车辆较多，车流量较大，因此铺筑的SMA沥青路面产生裂缝质量病害条件是很充分的，也是很常见的。一般情况下，裂缝分为横向裂缝、纵向裂缝、龟裂和网裂缝。而山岭重丘区SMA沥青路面经常看到的是龟裂，又称疲劳裂缝。这种裂缝大多产生于重载交通道路上，因为山岭重丘区繁重的交通荷载加速SMA路面的压力，使路面更容易产生疲劳变形，从而更容易产生龟裂。根据因果图分析得到裂缝产生的原因如图2-6所示：图2-6裂缝产生的原因分析2.4本章小结本章分析了山岭重丘区公路的特点，并结合山区独特的地形、气候条件和交通压力，阐述了山岭重丘区SMA沥青路面优良的路用性能和特点。然后根据山岭重丘区SMA沥青路面实际的建设和使用情况，分析了山岭重丘区铺筑SMA路面经常出现的质量病害，包括泛油、坑槽、车辙、透水、裂缝等，并用因果图（鱼刺图）分析了典型质量病害形成的主要原因，为后续研究山岭重丘区SMA沥青路面的质量控制打下基础。13 重庆交通大学硕士毕业论文第三章山岭重丘区SMA沥青路面施工质量要求及质量控制的重难点3.1山岭重丘区SMA沥青路面施工质量要求虽然SMA沥青路面是一种特殊形式的沥青路面，但其终究是一种沥青路面结构，因此在对其进行过程质量控制研究之前，首先必须保证施工质量满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）中关于SMA路面的质量要求，这是SMA性能指标得以实现的基础。因此本节首先从原材料的质量要求、混合料的生产质量要求以及施工过程质量要求三方面分别阐述规范对SMA沥青路面的质量要求。3.1.1SMA混合料对原材料质量要求SMA对原材料的质量要求比普通沥青混合料较高，如果在施工过程中不重视对原材料的质量控制，将对后续施工过程及成品质量造成严重影响，同时带来不可估量的损失。目前，对于SMA沥青路面原材料的质量控制主要体现在以下方面：①粗集料粗集料在SMA中起到了骨架作用，用量通常情况下占整个原材料比重的75%以上，所以对SMA质量形成的影响也很大，一般情况下使用与沥着粘附性好的玄[32]武岩或辉绿岩等碱性石料。SMA路面用粗集料质量技术要求如表3.1。表3.1SMA路面用粗集料质量技术要求指标单位技术要求试验方法石料压碎值不大于%25T0316洛杉矶磨耗损失不大于%28T03173视密度不小于t/m2.6T0304吸水率不大于%2.0T0304与沥青的粘附性不小于级4T0616坚固性不大于%12T0314针片状颗粒含量不大于%15T0312水洗法<0.075㎜颗粒含量不大于%1T0310软石含量不大于%1T0320石料磨光值不小于BPN42T0321破碎砾石的破碎面积不小于%一个面：100T0327两个面：90注：本表摘自《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)14 第三章山岭重丘区SMA沥青路面施工质量要求及质量控制的重难点对于粗集料的资源性指标（例如：压碎值、磨耗值等）一般都是在调查料源后确定的，所以控制难度不大。控制的重点应放在针片状颗粒含量和含泥量上这两个指标上面。首先，混合料的主要结构强度和稳定性受针片状颗粒含量这个指标影响较大，控制时应高度重视并重点关注。其次集料含泥量过大也是目前影响集料质量的一个普遍现象，由于采石场的场地和拌合场的场地不重视硬化处理，直接将集料放在泥土地上，导致装载机将带泥土的集料一起放在装料车上，因此如果集料中含泥量过大也将影响SMA的质量形成。②细集料由于SMA是间断级配，因此细集料的数量较少，在SMA混合料中也只占有很小的比例，一般情况下不超过10%，但是对SMA而言，对其指标性能的影响同样不小。SMA路面用细集料质量技术要求如下表3.2表3.2SMA路面用细集料质量技术要求指标单位技术要求试验方法3视密度不小于t/m25T0329坚固性不大于%12T0340砂当量不小于%55T0334塑性指数%无T0118粗糙度实测T0345注：本表摘自《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)细集料尽可能使用机制砂，一方面出于环保的要求，我国大部分地区已经开始禁止开采天然砂，取而代之的是使用机制砂，这样不仅环保而且成本也降低了。另一方面机制砂由于是破碎得到，表面的粗糙度很高，那么在马歇尔试验中对于稳定度提高，以及在车辙试验中对于其动稳定度的提高效果都十分明显，对SMA就更加重要。③填料在普通的沥青混合料中，矿粉的数量与沥青的数量比例一般为1.0-1.2,但是在SMA中，其比例最高可以达到2.0，一般情况下为1.8—2.0，因此矿粉对于SMA显得尤为重要。SMA对矿粉质量的技术要求如表3.3表3.3SMA路面对矿粉质量的技术要求指标单位技术要求试验方法3视密度不小于t/m2.5T0329含水量不大于%1烘干法粒度范围<0.6㎜100T0351<0.15㎜%90-10015 重庆交通大学硕士毕业论文75-100外观%无团粒、不结块亲水系数不大于1T0353塑性指数不大于%4T0118注：本表摘自《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)SMA填料尽可能要求使用磨细的石灰石矿粉，这样能达到与沥青具有较好的粘附性，与此同时矿粉在细度方面要求近可能小于0.075mm，且含量不低于80%，最后保证矿粉在储存和使用时干燥不结成团。④纤维由于SMA必须使用稳定剂，因此通常情况下，在实际使用中都采用纤维替代稳定剂。现在几乎所有的SMA中都添加了纤维，因为SMA混合料中含有较多的沥青和矿粉，需要添加纤维去起到加筋和稳定的作用，同时还可以吸附沥青和分散胶团，从而保证SMA结构的稳定。在纤维的使用时需要特别注意防潮，一旦受潮将使纤维的使用量失去控制，从而影响SMA的质量。⑤沥青在SMA沥青混合料中，选用的沥青受玛蹄脂功能的影响，需要比普通沥青粘度高，针入度小一个等级，且数量较多，这是为了充分满足建成后的SMA路面对高温稳定性和低温韧性的需求。后来随着改性沥青的推广使用，在我国某些夏季气候特别炎热、冬季特别寒冷地区，以及承载繁重交通任务的重大工程中，SMA路面大多使用改性沥青。常见的改性沥青主要分为以下三类：1）SBS类改性沥青，这类改性沥青在各种气候条件下使用高温和低温稳定性都好，且弹性恢复能力也相当不错，目前是SMA中使用最广泛的改性沥青；2）SBR类改性沥青，其突出特点主要体现在低温相关性能方面表现优异，比较适合于我国气候条件寒冷的地区使用，目前在山岭重丘区使用较少；3）EVA及PE类改性沥青，这类改性沥青在气候条件比较炎热的地区使用较多，在高温性能方面表现较好。因此在选择改性沥青种类时，有必要根据待改善指标的类型和使用地区的气候条件综合考虑。3.1.2SMA混合料配合比设计质量要求目前SMA混合料的配合比设计依然是按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）中关于热拌沥青混合料配合比设计的要求进行，一般情况下分目标配合比设计、生产配合比设计以及生产配合比验证三个阶段进行，通过系统科学的设计过程，使SMA混合料中矿料级配及沥青最佳用量更加准确，更符合实际施工的需要。16 第三章山岭重丘区SMA沥青路面施工质量要求及质量控制的重难点①目标配合比设计阶段首先根据工程项目建设中实际选用的集料类型，通过计算来初步确定各种集料使用的数量和比例，要求其满足SMA混合料矿料级配范围表3.4。然后再根据此级配配比混合料，并按照表3.5进行相关马歇尔试验，从而确定在这个阶段沥青的最佳用量，并以此配合比和最佳沥青用量作为SMA混合料的目标配合比。表3.4沥青玛蹄脂碎石混合料矿料级配范围通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）级配类型26.519.016.013.29.54.7590~1002.361.180.60.30.150.075SMA-20(%)10090~10072~9262~8240~551850~75~3013~2212~2010~169~148~138~12SMA-16(%)10090~10065~8545~6520~3220~3215~2414~2212~1810~159~148~12SMA-13(%)10090~10050~7520~315~26415~2614~2412~2010~169~158~12SMA-10(%)10090~1002814~24~6020~3214~2612~2210~189~168~1312~20注：本表摘自《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)10~16②生产配合比设计阶段8~15首先选用目标配合比设计阶段的最佳沥青用量值及其左右偏幅0.3%这三个刻8~12度值按照相应的规范要求进行马歇尔试验；然后在间歇式拌和机二次筛分完成后，进入各个热料仓取出样品进行筛分，从而使拌和机控制室掌握各个热料仓的材料比例；最后再多调整几次冷料仓进料比例来保证供料达到均衡，符合生产要求。③生产配合比验证阶段在此阶段主要结合试验段的铺筑情况来对生产配合比进行施工现场验证。首先按生产配合比确定的比例进行混合料的试拌，确定拌合时间、拌合温度等，并同样对混合料进行马歇尔试验，验证矿料级配和沥青最佳用量是否合理。其次对试验段进行摊铺和碾压，确定铺筑过程中的摊铺速度和温度，重点关注碾压过程中的温度、工艺和机械配合类型。最后对试验段钻芯取样并结合马歇尔试验结果，确定生产阶段使用的标准配合比，并以此配合比作为质量控制和检验的依据。表3.5SMA混合料马歇尔试验配合比设计技术要求技术要求试验项目非改性沥青改性沥青马歇尔试件击实次数[1]两面击实50次空隙率VV[2]3%～4%矿料间隙率VMA[2]≥17%粗集料骨架间隙率VAC[3]mix≤VCMDRC沥青饱和度75～85%2.9≥5.5%≥5.7%最小油石比,合成集料毛体相对密度2.8≥5.8%≥6.0%17 重庆交通大学硕士毕业论文2.7≥6.1%≥6.3%稳定值≥5.5KN≥6.2KN流值2mm～4mm2mm～5mm谢伧堡沥青析漏试验的结合料损失≤0.2%≤0.1%肯塔堡飞散试验的混合料损失(20℃)≤25%≤20%注：1.对集料坚硬不易击碎，通行重载交通的路段，也可将击实次数增加为双面75次。2.对高温稳定性要求较高的重交通路段或炎热地区,设计空隙率允许放宽到4.5%，VMA允许放宽到16.5%（SMA-16）或16%（SMA-19），VFA允许放宽到70%3.试验粗集料骨架间隙路率VCA的关键性筛孔，对SMA-19、SMA-16是指4.75mm，对SMA-13、SMA-10是指2.36mm。4.稳定度难以达到要求时，容许放宽到5.0KN（非改性）或5.5KN（改性），但动稳定度检验必须合格。5.本表摘自《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)3.1.3SMA混合料施工质量要求一般情况下，SMA沥青路面施工采用生产能力大约为400t/h拌和设备进行沥青混合料的拌合生产，采用自卸汽车进行运输，摊铺时可以采用两台摊铺机分成梯队前后依次进行作用，也可以采用一台摊铺机进行全幅摊铺，最后用钢轮压路机进行碾压，要求碾压必须及时且紧跟摊铺机之后进行。①SMA混合料的拌制一般情况下采用间歇式拌和设备进行混合料的拌制，同时要求拌合场的生产能力应大于400t/h，拌和时间应经试拌确定。在拌合的过程中质量控制应重点关注三个方面：第一，应首先对集料进行加热，并在未喷入沥青之前先将纤维与热集料进行一段时间的干拌，要求干拌的时间稍微延长。第二，喷入混合料中的沥青须采用导热油进行加热，拌合时间比普通沥青混合料至少增加5秒，具体时间由试拌确定，保证混合料拌合均匀。第三，重点关注拌合时的温度控制，由于SMA混合料中冷矿粉的含量较高，因此应适当提高集料的烘干温度，保证SMA混合料的出料温度达到规范的要求。一般情况下，要求沥青的加热温度控制在160～170℃左右，矿料的加热温度控制在190～200℃，混合料出料温度控制在170～185℃范围内。②SMA混合料的运输鉴于SMA混合料的特殊性，其较多的玛蹄脂可能对运输车辆底部的黏性较大，因此需在运输车辆底部多刷一些油水混合物，但不能沉积在底部。运输的过程中为了防止表面结成硬壳，应该加盖一层蓬布保温、防雨、防尘。混合料到达施工现场时，应首先检查混合料的拌合质量，不仅要留意色泽等外观质量，还需要测定摊铺前SMA混合料的温度是否满足要求，一般不得低于160℃。满足要求后运料18 第三章山岭重丘区SMA沥青路面施工质量要求及质量控制的重难点车就开始卸料，为了减少离析，运料车在每放一斗料便挪动一下位置，保证料斗内混合料的均匀分布。③SMA混合料的摊铺由于SMA混合料的粘度很大，所以相比普通沥青混合料的摊铺，SMA的摊铺必须尽快完成。一般情况下采用两台沥青摊铺机分成梯队作业，前后依次铺筑完成，铺层重叠10-20㎝，松铺系数控制在1.1-1.2。摊铺阶段质量控制的重点体现在摊铺系统与供料车的协同作业，摊铺速度应保持均匀，不随意停顿和变换，摊铺作业尽量连续进行，这在SMA施工技术指南中有明确要求。④SMA混合料的碾压SMA的碾压工艺与传统的热拌沥青混合料碾压没有什么差异，质量控制的重点仍然是保证在高温下进行碾压。一般不采用胶轮压路机，碾压程序跟普通沥青混凝土路面一样，分为初压、复压和终压三个阶段，应尽量避免碾压进行的过程中由于压路机停顿对质量造成的影响。总体而言，SMA路面的碾压可归纳为“紧跟、慢压、高频、低幅”八字方针。即首先让压路机尽可能紧跟在摊铺机后面进行碾压，保证整个碾压过程都在高温下进行；然后采取比较缓慢的速度进行碾压，通常要求碾压的速度不宜超过4-5km/h；最后对SMA沥青面层进行碾压时，考虑到其厚度仅有4㎝左右，属于较薄的沥青面层，建议采用高频、低幅的碾压频率进行，从而保证对中面层的损伤影响较小。⑤接缝处理及开放交通为了保证SMA面层的质量，在施工过程中设置横向接缝时，应考虑到中面层横向接缝的位置，并与其错开至少2m以上，也可以采用平接缝的方法进行施工。至于SMA沥青路面的交通开放，则需要等到铺层的温度自然冷却至60℃以下才可进行。3.2山岭重丘区SMA沥青路面施工质量控制的重难点由于SMA沥青路面具有优良的路用性能，因此目前依然是高等级公路的主要路面结构形式之一。那么如何保证SMA沥青路面的质量，使其在后续的使用中尽量少出现早期质量病害，从而延长路面的使用寿命，是目前对SMA沥青路面进行质量控制研究的重点内容。通过分析山岭重丘区SMA沥青路面施工质量要求和典型质量病害形成原因发现，目前SMA沥青路面施工质量管理过程复杂，施工质量控制阶段众多，包括原材料阶段、沥青混合料生产阶段以及施工阶段等等，每个阶段都需要进行严格的质量管理和检测，保证SMA路面质量达到要求，因此质量控制的成本不断提高，但质量控制的重难点却难于把握。现将SMA沥青路面施工质量要求与检测频率汇19 重庆交通大学硕士毕业论文[33]总如下表3.6所示：表3.6SMA施工质量要求与检测频率汇总表指标质量要求检测频率料堆集料级配及比重掌握集料级配及比重的波每1-2集料热料仓集料级配及比重动情况日/次针入度，25℃，0.1㎜普通符合公路沥青路面施工规延度，15℃，㎝沥青范重交通沥青要求软化点，℃沥青针入度，25℃，0.1㎜每日1结合延度，15℃，㎝/次料改性符合公路沥青路面施工规软化点，℃沥青范重交通沥青要求弹性恢复，%PI值出料温度，℃155-180摊铺温度，℃150-165施工温度每日例行压实起始温度，℃145-160压实终结温度，℃≥115≥9.5㎜±5%每日集料级配≤4.75㎜±3%2-3次0.075㎜±2%油石比，%与设计值容许偏差每日厂拌孔隙率，%平均值4±0.5%混合料VMA,%≥17%每日VFA,%70-85%2-3组稳定度，KN≥6理论最大密度实测厂拌温度的析漏损失，%谢伦堡法≤0.2%每日1-2外观检测记录有无麻面位置和尺寸每日例行目标95%，最小94%一段完工后每日压实度（芯样）（按理论最大密度）6-8次竣工路面厚度（芯样），㎜与设计容许值差-10%同上3m平整度标准差≤1.2㎜一段完工后平整度3m直尺最大间距≤3㎜一段完工后渗水系数ml/min实测同芯样密度20 第三章山岭重丘区SMA沥青路面施工质量要求及质量控制的重难点SMA10:0.6-1.0㎜构造深度一段完工后SMA13:0.85-1.50㎜从上表可以看出，目前对于SMA沥青路面的质量管理的重点主要集中在施工阶段所进行的质量控制。那么在山岭重丘区条件下建设SMA沥青路面，受经济条件的限制，我们更希望施工阶段所进行的质量控制主要集中在质量控制重难点上面，这样既可以兼顾质量控制达到质量管理目的，又可以从控制成本的角度出发，节约控制成本的投入，从而取得较高的经济效益。因此对于山岭重丘区SMA沥青路面而言，该阶段质量控制的重难点则应该从以下两方面进行把握：①质量控制指标众多。没有区分各指标对于SMA沥青路面施工质量影响的权重大小，应该选取质量控制的关键性指标，采用动态控制的方法，进行重点把握。但由于动态控制投入较大，因此从控制成本的角度考虑，对于一般指标仍然可以按照现有静态质量检测方法进行控制，满足规范要求即可。采用动静结合的质量控制方法，可以达到质量控制效益的最大化。②质量控制方法过于落后。目前SMA沥青路面质量控制方法仍然全部停留在与规范文件进行点点对比这种传统的控制模式上，对于保证施工质量的稳定性有很大影响。因此如何引入先进的质量控制方法，改变传统静态控制和事后控制的落后模式，对SMA沥青路面施工过程质量控制的关键指标进行动态控制和过程控制，从而更大程度的保证施工阶段质量的稳定性和施工过程质量的时时监控是目前对SMA沥青路面进行质量控制的难点。3.3本章小结本章根据《公路沥青路面施工技术规范》中关于SMA沥青路面的质量要求，从原材料控制、混合料的生产以及施工过程三方面分析了在SMA沥青路面铺筑过程中所需要关注的质量控制要点。并结合目前SMA路面施工质量检测频率和方法，总结得到在山岭重丘区条件下SMA沥青路面施工阶段质量控制的重难点，主要体现在两个方面，第一质量控制指标过多且无重要程度之分；第二质量控制方法落后，同时这两方面也作为本论文研究的重点内容。21 重庆交通大学硕士毕业论文第四章SMA沥青路面施工过程质量控制的指标选取研究4.1SMA沥青路面施工过程质量控制的指标初选由于SMA沥青路面施工过程质量控制指标众多，无法分辨重要指标与一般指标，无法对质量控制的重要指标进行重点控制，因此本节首先从材料、设备、人员和工艺四个方面对施工阶段各质量控制评价指标进行整理和分类，然后利用专家调研法，结合山岭重丘地区多年来铺筑SMA沥青路面的施工经验，确定影响施工质量控制的各类指标的权重大小，运用排列图法对SMA路面施工阶段质量控制的众多指标进行初选，初步确定SMA沥青路面施工过程中质量控制的重要指标。采用专家调研法确定初始权重，即专家通过自身的知识和经验对指标体系进行地主观分析、判断，然后进行打分。设有5位专家对质量控制指标采用0-1法进行赋值打分，即m5。其中这5位专家均来自于沥青路面施工专家库成员，均具有较高水平的专业知识，且具有多年山岭重丘区SMA沥青路面施工经验，因此5位专家的专业水平相当，本论文选取5位专家评分的平均值作为指标初选的依据。首先，5位专家分别对一级目标层中的4个控制指标进行赋值W，然后对其m5求算数平均值WiWm5，其中m1,2,3,4,5，然后得到的Wi进行归一化处理，m1得到一级目标层控制指标的权重U：i4UiWiWi（4.1）i1其中，i1,2,3,4接着，同理再对相应的二级目标层和评价因子层中的各个质量控制指标、因子进行赋值，并分别做归一化处理，得到权重X和Y，其中j1,2,,9，jzz1,2,,26然后，用得到的因子评价层的权重Y同时与其相对应的一级目标层和二级目z标层相乘，以求出质量控制指标的初始综合权重A：bAUXY（4.2）bijz其中，b1,2,,26。最后，再对得到的初始综合权重进行归一化处理，就得到了各质量控制指标的综合权重A：b26AbAbAb（4.3）b122 第四章SMA沥青路面施工过程质量控制的指标选取研究由此得到SMA沥青路面施工过程质量控制指标的初始权重如下表4.1所示：表4.1SMA沥青路面施工过程质量控制指标初始权重一级目标层二级目标层评价因子层综合权重4926AUXYbijz目标层UWWXWWYWWiiijjjzzz26i1j1z1AbAbAbb1压碎值Y1A0.0111集料X1针片状Y2A0.0092含泥量Y3A0.0053材料U1软化点Y4A0.006沥青X42延度Y5A0.0035级配Y6A0.15沥青混合料X63油石比Y7A0.277破碎机类型Y8A0.00248筛分设备X4筛孔设置Y9A0.00419除尘方式Y10A0.001310SMA沥青产量Y11A0.0021路面施11拌合设备X5计量系统Y12A0.002工过程12设备U2除尘系统Y13A0.0013质量控13是否用转运设备Y14A0.0016制指标14摊铺设备X6摊铺机类型Y15A0.008初始权15找平装置Y重16A0.00416吨位Y17A0.002碾压设备X177数量及组合情况Y18A0.00718职称Y19A0.001219学历Y20A0.001人员U关键人员资历X2038工作年限Y21A0.001221熟悉程度Y22A0.001622摊铺温度Y23A0.2123施工工艺及压实度Y24A0.17工艺U244工后抽检X9平整度Y25A0.0425摊铺厚度Y26A0.062623 重庆交通大学硕士毕业论文通过上表我们可以看出，根据专家们的经验，由打分平均值做归一化处理得到综合权重，然后根据权重的大小不等，再利用排列图法来初步对SMA沥青路面施工阶段质量控制指标的重要程度进行排序。排列图法，也称为主次因素分析法，它的核心思想是“关键因素占少数,次要因素占多数”，主要是把众多影响质量控制的因素根据其权重的大小进行排序，然[34]后再利用直方图和折线图来共同表示各指标对质量控制地影响程度。其中，直方图表示按权重大小对各因素进行排列，折线图表示各因素累计权重大小。通常情况下因素按照累计权重大小可以分为三类：A类（主要因素/关键指标，0%-80%），B类（次要因素/重要指标，80%-90%），C类（一般因素/一般指标，90%-100%）。根据表4.1，再运用排列图原理，就可以得到SMA沥青路面施工过程质量控制指标排列图4-1，图中位于左侧的纵坐标表示各评价因子综合权重大小，位于右侧纵坐标表示评价因子累计权重大小，横坐标表示影响因素名称。图4-1SMA沥青路面施工过程质量控制指标排列图从图中可以看出，油石比、级配、压实度、摊铺温度四个指标累计权重在80%以内，属于关键指标；摊铺厚度、平整度两个指标累计权重介于80%-90%之间，属于重要指标；其余指标累计权重在90%-100%之间，属于一般指标。由于SMA沥青路面施工过程的质量控制是一个极其复杂的过程，单靠专家地定性评价并不能全面客观地反应出质量控制过程中的重要指标和关键指标，而且不同重要程度的指标也需要采用不同的控制手段和方法。因此，在指标初选阶段，运用专家调研法和排列图法只能确定油石比、级配、压实度、摊铺温度、摊铺厚度以及平整度六个指标为质量控制过程中的重要指标，其余指标则为一般指标。但是，为了从重要指标中选出关键指标来进一步对施工质量进行控制，就还需考虑SMA沥青路面的质量控制要求，以及典型质量病害与控制指标之间的关联程度，最后再采用定性与定量相结合的方法来对其进行客观地论证和评价。24 第四章SMA沥青路面施工过程质量控制的指标选取研究目前存在很多指标定量分析的评价方法，但是结合SMA沥青路面质量控制指标的特点以及与评价方法的相适应性，最终选用了“灰色多层次综合评价方法”来定量地反映重要控制指标与SMA沥青路面典型质量病害之间的关系，进而找出质量控制过程中的关键指标，再通过对质量关键因素地控制，同时利用过程质量控制的方法进行重点控制，以保证最终质量控制的真实性和稳定性。4.2灰色多层次综合评价模型层次分析法，简称为AHP法，它是一种分析系统中多层次关系的多目标决策方法。灰色关联分析法，简称为GRAP，它多用于纵向数列地分析和处理，是一种将定性指标运用定量的技术进行评价的方法。它不仅可以排除由于人为主观因素的判断对评价指标带来的不客观影响，还可以较好地解决某些评价指标在量化方面模糊和统计方面不足所带来的缺陷，使评价结果能更加客观准确。灰色多层次综合评价模型，是一种通过将层次分析法与灰色关联分析法有效结合起来而建立的综合评估方法，它不仅能对复杂系统的各个子系统先进行单独评估，还可以根据子系统的评估状况，在此基础之上建立对整个系统的综合评估[35]。其基本思路是，首先利用AHP法构建系统层次结构模型，并依据判断矩阵分别计算出准则层和方案层中各因素的相对权重；然后运用准则层中各因素的重要度和方案层中各因素的相对权重组成评价模型的特征矩阵；最后再用GRAP法进行关联度计算，求出方案层中各因素相对于准则层的关联度系数，并对其进行排序。评价模型建立的步骤如下：①建立系统层次结构目标层A准则层B1B1B2方案层C1…….Cn图4-2AHP法系统层次结构图利用AHP法建立系统的结构层次模型，通常情况下系统由目标层（最高层）、准则层（中间层）以及方案层（最低层）三个结构层次组成，具体如图4-2所示。25 重庆交通大学硕士毕业论文②构造判断矩阵判断矩阵A(a)为正互反矩阵,它的作用主要是用来描述n个影响因素ijnn（Xxxx,,,x）进行对比判断后对整个系统影响程度的大小关系。本文采123n用1-9标度方法对判断矩阵进行标度，具体如下表4.2所示：表4.2判断矩阵标度为1-9标度法③单层次排序及一致性检验由线性代数理论可得，正互反矩阵A的特征值的主要作用是衡量和评价同一层次中因子相对于上一层目标的影响比重大小。其中，最大特征值A以及权向量采用“和法”的计算公式如下：nnkjj1j1max（4.4）nk1knakjj1（4.5）knaijij,1式中：k1,2,,n若A不一致时，n，则必须把A的不一致控制在允许的范围内，Saaty对max随机性指标进行如下定义：nmaxRI（4.6）n1那么一般情况下采用比值CRCIRI的大小来评判矩阵的不一致性是否可以接受，唯一的情况就是只有当CR0.1时，认为矩阵的不一致性是可以接受的。④灰色关联系数和灰色关联分析26 第四章SMA沥青路面施工过程质量控制的指标选取研究灰色关联度是一种用来表达两个灰色系统之间相似性的指标，设有两个数列X(t),X(t)，则在tk时刻，其间的灰色关联度定义为：ijn1rijijk（4.7）nk1其中，k为灰色关联系数，计算公式为：ijminmaxijk（4.8）ijkmax式中，k表示时刻两个数列的绝对差，即：ijijkXkiXjk（4.9）而,分别表示各个时刻绝对差的最大值与最小值，一般0；为分maxminmin辨系数，满足0<<1，一般取0.5。⑤灰色系统的建立假设有K种模式，且每种模式都能由几个特征参数而表示成一个特征向量。则可以把这K个特征向量构成一个特征矩阵：XR1XR11XR12XR1nXXR2XR21XR22XR2n（4.10）RXRKXRk1XRk2XRkn同理，假设有T组待检数据，则可建立待检数据特征矩阵：XT1XT11XT12XT1nXXT2XT21XT22XT2n（4.11）TXTKXTk1XTk2XTkn如果把每个特征向量都看作一种典型模式，那么灰色识别系统的原理就在于通过关联度的分析来达到待检模式对典型模式的识别，其基本原理如图4-3所示：图4-3灰色系统模式识别基本原理27 重庆交通大学硕士毕业论文4.3SMA沥青路面施工过程质量控制关键指标选取由前述对SMA沥青路面施工过程质量控制指标地初选，并通过排列图法得到了油石比、级配、压实度、摊铺温度、摊铺厚度、平整度这六个指标为施工过程质量控制的重要指标。现结合山岭重丘区SMA沥青路面常见的质量病害类型与形成原因，同时运用灰色多层次综合评价方法模型对初选出的六个重要指标进行进一步地识别和排序，由重要指标与典型质量病害形成之间的关联程度来最终确定影响质量控制的关键指标，从而加强对关键指标的控制，达到保障SMA沥青路面施工质量目的。结合文章中第二章和第三章地分析，再利用灰色多层次综合评价方法来进一步地分析SMA沥青路面施工过程中影响质量控制的关键指标：①构建SMA沥青路面施工过程质量控制层次结构图，如下图4-4所示：图4-4SMA沥青路面施工过程质量控制关键指标分析层次结构图②计算准则层中影响因素的权重邀请SMA沥青路面质量控制研究方面的专家和施工经验丰富的施工管理人员组成评委委员会，结合山岭重丘区地理环境和气候特点，并根据对目标层地影响程度的大小，把准则层中的5项常见的质量病害进行两两比较，同时对其用1-9矩阵标度进行评分，以计算出准则层中的各影响因素的权重。具体计算结构如下表4.328 第四章SMA沥青路面施工过程质量控制的指标选取研究表4.3准则层质量病害判断矩阵及对目标层的权重系数综合评价泛油B1透水B2坑槽B3车辙B4裂缝B5排序值泛油B1135190.383透水B21/3131/330.143坑槽B31/51/311/510.060车辙B4135170.364裂缝B51/91/311/710.050从表中可以看出来，各项质量病害相对于SMA沥青路面发生的频率及危害性大小的排序依次为：泛油（0.383）、透水（0.143）、坑槽（0.060）、车辙（0.364）、裂缝（0.050）。③计算方案层中各质量病害影响因素的指标权重同理运用准则层各影响因素的指标权重计算方法，分别计算方案层中各影响因素的指标权重，并对其进行排序。具体判断矩阵和各影响因素指标权重系数见表4.4—表4.8：表4.4方案层对泛油质量病害指标的权重系数泛油C1C2C3C4C5C6排序值C11951130.271C21/911/31/91/71/70.025C31/5311/71/31/70.047C41971130.287C51731130.239C61/3771/31/310.1316.35；CI=0.07；RI=1.24；CR=0.056<0.10max表4.5方案层对渗水质量病害指标的权重系数渗水C1C2C3C4C5C6排序值C11591190.296C21/5131/51/550.076C31/91/311/91/91/50.023C41591370.341C51591/3150.223C61/91/551/71/510.0416.59；CI=0.118；RI=1.24；CR=0.095<0.10max29 重庆交通大学硕士毕业论文表4.6方案层对坑槽质量病害指标的权重系数坑槽C1C2C3C4C5C6排序值C11733130.296C21/7111/51/71/70.035C31/3111/31/51/50.050C41/35311/31/30.112C51753130.322C61/37531/310.1856.37；CI=0.074；RI=1.24；CR=0.059<0.10max表4.7方案层对车辙质量病害指标的权重系数车辙C1C2C3C4C5C6排序值C11973110.282C21/9111/71/71/70.031C31/7111/71/91/70.030C41/3771110.187C51791110.235C61791110.2356.11，CI=0.022；RI=1.24；CR=0.017<0.10max表4.8方案层对裂缝质量病害指标的权重系数裂缝C1C2C3C4C5C6排序值C11993130.343C21/9111/71/51/50.034C31/9111/71/71/50.031C41/37711/330.182C51573130.298C61/3551/31/310.1126.29，CI=0.058；RI=1.24；CR=0.046<0.10max④建立典型质量病害特征矩阵和待检模式向量在SMA沥青路面施工过程中，有5个常见的质量病害类型影响施工质量，即n5；而引发其产生这5类质量病害的重要影响因素有6个，即m6。因此，可以建立典型质量病害待检矩阵：30 第四章SMA沥青路面施工过程质量控制的指标选取研究TK10.2710.2960.2960.2820.343T0.0250.0760.0350.0310.343K2T0.0470.0230.0500.0300.031K3TKT0.2870.3410.1120.1870.182K4T0.2390.2230.3220.2350.298K5TK60.1310.0410.1850.2350.112同理，得到典型质量病害权重值构成的待检模式向量：Xeeeee1,2,3,4,50.383,0.143,0.060,0.364,0.050⑤计算关联度以X0.383,0.143,0.060,0.364,0.050为母因素，T(i1,2,3,4,5,6)为子因Ki素。1）对X作初始化处理0.3830.1430.0600.3640.050X,,,,0.3830.3830.3830.3830.3831,0.373,0.157,0.950,0.131TK10.271,0.296,0.296,0.282,0.343TK20.025,0.076,0.035,0.031,0.343TK30.047,0.023,0.050,0.030,0.031TK40.287,0.341,0.112,0.187,0.182TK50.239,0.223,0.322,0.235,0.298TK60.131,0.041,0.185,0.235,0.1122）求序列差KiKX()KTKiKi1,2,3,4,5,6;K1,2,3,4,5(0.729,0.077,0.139,0.668,0.212)K1K20.975,0.297,0.122,0.919,0.212K30.953,0.350,0.107,0.092,0.100K40.713,0.032,0.045,0.763,0.051K50.761,0.150,0.165,0.715,0.1670.869,0.332,0.028,0.715,0.019K63）计算两级最大差和最小值31 重庆交通大学硕士毕业论文maxK()kTk()0.729k1kmaxK()kT()k0.975k2kmaxK()kT()k0.953k3kmaxK()kT()k0.713k4kmaxK()kT()k0.761k5kmaxK()kT()k0.869k6kmaxmaxK()kTk()0.975，0maxkimin4）计算关联系数根据0.975,0，取0.5得关联系数如下表4.9所示。maxmin表4.9关联系数ik=1k=2k=3k=4k=5(k)kii=10.4010.8640.7780.4220.697i=20.3330.6210.8000.3470.697i=30.3380.5820.8200.8410.830i=40.4060.9380.9150.3900.905i=50.3900.7650.7470.4050.745i=60.3590.5950.9460.4050.9625）计算关联度n1由公式rkiki()k可得到表4.10：nk1表4.10关联度rrrrrrk1k2k3k4k5k60.6320.5600.6820.7110.6100.653根据关联度的计算结果进行排序：rrrrrr，即在六k4k3k6k1k5k2项重要控制指标中,相对于典型质量病害的造成程度，油石比>级配>压实度>温度>摊铺厚度>平整度。因此根据排列图原理，由重要程度大小量化排序得到SMA沥青路面施工过程质量控制的关键指标为油石比、级配、压实度和温度，而摊铺厚度和平整度为重要指标。这与采用专家调研法进行定性评价得到的关键指标和重要指标一致，因此采用定量与定性相结合的方法，能更科学、更客观地说明油石比、级配、压实度和温度四个指标是影响SMA沥青路面施工过程质量控制的关键指标。32 第四章SMA沥青路面施工过程质量控制的指标选取研究4.4本章小结本章通过专家调研法和排列图法对SMA沥青路面施工过程中影响质量控制的指标进行初选，选出压实度、油石比、级配、温度、平整度、厚度等一系列指标作为质量控制的重要指标，其余指标为一般指标。再运用灰色多层次综合评价模型对重要指标进行客观地定量评价，选出压实度、油石比、级配、温度这四个与SMA沥青路面典型质量病害的形成关联度较大的重要指标作为施工过程中质量控制的关键指标，并进行重点控制和关注。33 重庆交通大学硕士毕业论文第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究5.1质量控制理论质量控制（Qualitycontrol，简称QC）也称品质控制，隶属于质量管理范畴的一项重要内容，通常指在熟悉和了解控制对象的特点和形成规律的基础上，通过分析质量产品最终的形成过程，从而采取必要的技术和组织措施保证产品的质[36]量特征值维持在合理的范围内，这种调节的过程就称之为质量控制。质量控制理论自二十世纪初最早提出以来，到现在已经发展的比较成熟。目前关于质量控制这方面的研究主要集中在对于产品形成过程阶段所进行的过程质量控制，而不仅仅是单纯对最终产品的检验所进行的质量控制，换句话说，现在大多数产品的质量得以保证，废品较少，都是通过生产过程的控制来实现的，因此过程质量控制已成为现在质量控制理论中的核心思想。①质量控制理论的基本出发点是质量的统计观点。任何产品的质量形成都要受来自各方面因素的影响，因此产品质量的波动是不可避免的，也是客观存在的。一般情况下将影响产品质量形成的因素概况为5M1E，即人（Man）的因素、机器（Machine）的因素、方法（Method）因素、测量（Measure）的因素和环境（Environment）因素。由于质量因素本身存在波动，必然造成质量形成存在波动。通常情况下波动根据其形成过程中影响因素是否可以避免又分为偶然波动和异常波动，受可避免的异常因素影响从而造成的波动称为异常波动，受不可避免的偶然因素的影响从而造成的波动称为偶然波动。根据统计理论的观点，产品质量形成过程中的偶然波动刚好符合统计分布的特点，因此采用统计理论的分布变化可以用来阐述和分析产品质量波动的内在规律，从而区分在造成生产过程中质量波动产生两类不同性质的影响因素，消除生产过程中异常因素，达到控制产品质量的目的。[37]②对产品质量的控制是采用控制过程质量的方式来实现的。随着质量控制理论的演化和发展，以及人们对各种产品质量的需求越来越高，质量控制已经由之前的事后控制逐渐被过程控制所取代，因此形成了一系列过程质量控制的评价标准，最常见的评价标准体现在两方面，一方面要求过程处于稳态，即过程中不存在异常因素；另一方面要求过程能力达到充分，即过程中所控制的质量指标要求其允许波动范围要在规范规定的标准范围之内。综上所述，目前质量控制理论的重点是把握产品形成过程中的质量过程控制，在综合考虑影响产品质量形成的两类因素的基础之上，利用统计学原理，对产品34 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究实现过程质量控制。5.2统计过程质量控制目前最常用的过程质量控制理论就是统计过程控制（即SPC，StatisticalProcessControl）。统计过程控制一种根据系统反馈的信息，借助于数理统计知识对信息进行分析，从而发现系统中异常情况出现的征兆，并积极采取措施消除影响，从而[38]实现对过程进行控制目的。因此SPC也可以看做是一种系统，见图5-1，应用过程中的反馈信息，实现过程控制系统的改善。图5-1统计过程控制原理图根据输入系统的各类因素，分析和判别质量波动形成的原理，如果过程处于受控状态，则说明系统主要受随机因素的影响，属于正常的波动；当过程处于失控状态，则说明系统主要受异常因素的影响，波动不在正常的范围内，应采取措施进行调整。一般情况下，波动是服从具有统计规律性的稳定分布，当出现异常因素时，波动就不具有随机性。因此，统计过程控制理论正是过程受控的情况下，采用随机波动的规律性来过程实现控制和分析的，从而保证产品质量的稳定性，满足产品质量的要求，是目前应用最广泛的过程质量控制工具。[39]统计过程质量控制的基本方法如下：①统计分析法统计分析法就是根据调查项目实际情况，收集和整理数据并用表格进行数据统计和分析的一种方法。表格可以用规范中的模板类型，也可以自己设计。通常在工程项目管理实践中，统计分析法仅用于对数据进行粗略的分析，如果想要达到精确分析效果，往往还需要与其他方法结合使用，以便准确找出问题原因并进行改进。②排列图法排列图法最早是意大利经济学家从社会财富和人口关系呈现的对数现象中发现的，由此提出了所谓“关键的占少数，次要的占多数”理论，后来美国的质量管理学家J.M.Juran将其引入质量控制理论中，用来从许多影响质量的因素中分35 重庆交通大学硕士毕业论文析和找到主要因素。通常情况下因素按照累计权重大小可以分为三类：A类（主要因素，0%-80%），B类（次要因素，80%-90%），C类（一般因素，90%-100%）。本论文在第四章SMA沥青路面施工过程质量控制指标初选中应用了该方法。③因果图法因果分析图，又称鱼刺图或特性要因图，是最早由日本的石川馨于提出用来表示造成质量问题产生的原因图。其基本原理是根据质量问题的结果，从人员、技术、材料、机械、环境等五个方面寻找产生质量问题的原因，以便根据质量原因给出合理化的建议，从而达到质量控制的目的。本论文在第二章山岭重丘区SMA沥青路面典型质量病害成因分析中应用了该方法。④直方图法直方图法一般是将数据先按照大小顺序进行排序，然后分组，最后将质量特性值的频数通过长方形连接图反映在横纵坐标上。通过观察分析直方图呈现的形状，即质量特征值在区间内的分布情况，可以大致了解生产过程是否处于正常状态。直方图还可以用来判断工序生产状况的高低，制定质量波动的范围和标准以及评价生产过程中的管理水平。常见的直方图形状如下图5-2所示图5-2常见的直方图类型⑤控制图法控制图又称管理图，最早是由美国休哈特博士提出来的，用于对生产进行过程中产品质量的优劣状况进行实时监控的一种方法。现已发展成为贯彻SPC理论实施的重要工具，也是目前进行过程质量控制管理的核心方法。控制图是通过样本落点在控制界限内的情况来判定过程是否处于正常。与直方图相比，控制图最大的优点就是引入了时间序列的概率，可以随生产过程的逐步推进来实时记录样本数据的情况，从而有效的反应当前的生产情况。因此，控制图比直方图在质量控制准确性和时效性方面有显著提高，同时改进了过程控制能力。36 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究5.3控制图的基本原理和方法控制图是贯彻应用统计过程控制（SPC）理论的核心工具，可直接用于对过程的控制，是目前应用最多、最广泛的过程质量控制方法。5.3.1控制图的原理控制图的建立以正态性假设理论为基础，首先假定在正常生产过程中质量特2征值X服从正态分布N(,)，那么根据小概率事件，控制点落在3范围内的概率为99.73%，落在3范围外的概率仅为0.135%，因此将正态分布图按照顺时针方向旋转90°，由于上下数值不符合常规要求，再把图上下翻转180°，如图5-3所示，由此得到的控制图的最原始样式，对X设计控制图，则[40]中心线CL，上下控制界限分别为UCL3，LCL3。根据相关统计定量，如果过程处于受控状态，那么样本值一定落在3范围内。图5-3控制图的演变过程控制图的基本样式如图5-4所示。选取样本号或时间作为横坐标，产品质量特征值为纵坐标，图上用三条平行线分别为：CL——中心线，UCL——上控制界限和LCL——下控制界限。通过定时抽取样本点并将其根据样本号描绘在控制图中来反应生产过程是否正常，如果样本点在控制上下限之间随机排列，则说明生产过程正常；如果点超出控制界限或者排列不随机，则需要采取相应的措施，加强生产过程管理，使生产过程恢复正常。图5-4控制图的基本样式37 重庆交通大学硕士毕业论文5.3.2控制图的分类①常规控制图，也称休哈特控制图。根据产品的质量特性不同主要分为两类：计量值控制图和计数值控制图，其中当产品质量特征表现为长度、时间、强度等连续变量时，通常采用计量值控制图；当产品质量特性为不合格品数、不合格品率等离散变量时，通常采用计数值[41]控制图，具有分类情况见表5.1所示。表5.1常规控制图的分类表类型分布控制图名称控制图界限UCLXAR2UCLDR均值-极差控制图4CLXCLR（XR）LCLXAR2LCLDR3UCLXAS3UCLBS4均值-标准差控制图CLXCLS计量（XS）正态LCLXAS3LCLBS3值控分布制图单值-移动极差控制图UCLX2.66RSUCL3.267RSCLXCLRS（XR）SLCLX2.66RSLCL3.267RSUCLXARUCLDR44中位数-极差控制图CLXCLR（XR）LCLXAR4LCLDR3不合格品率控制图（p）UCLP3P(1P)/n二项P计数分布不合格品数控制图（np）UCLnP3nP(1P)P值控单位不合格品数控制图（u）UCLu3un/制图泊松u分布不合格品数控制图（c）UCLc3cc②在常规控制图出现之后，随着统计过程控制理论的发展，为满足特定需求过程质量控制的需要，又出现了多种类型的控制图，常见的有以下几种：1）累积和控制图（cumulativesumcontrolchart,CUSUM）利用样本统计量与目标值的差值的累积和去评估和检察过程的一种控制图，累积和控制图能够利用微弱点子的累积信息，反应过程的微小变动，因此比休哈38 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究特控制图对过程更敏感，适用于需要对过程微小变动进行检测的生产过程。2）指数加权移动平均控制图（exponentiallyweightedmovingaveragecontrolchart,EWMA）利用指数平滑的移动平均值去评估和检察过程的一种控制图。它同样适用于检出过程的细微波动，相比CUSUM控制图，在特定的情况下使用更容易操作和建立。但是EWMA控制图也有一个缺点，就是对正态性假设很不敏感，因此使用时为了达到理想的检测效果还需要与个别观测量联合使用。3）模糊控制图（fuzzycontrolchart）根据给出的模糊信息去评估与监察控制过程的一种控制图。最早是由陈志强博士提出利用模糊信息来解决某些感官性指标或无法量化的指标的质量控制问题，后来逐渐发展成为一类新型的控制图，常见的如贴近度控制图和基于基于模糊集代表值的控制图。这类控制图的使用范围仅限于某些控制指标不能量化，只能给出模糊信息的情况。4）小批量生产控制图（controlchartsforlowvolumemanufacturing）随着生产多样化发展的需要，现在多品种、小批量的生产模式越来越常见，因此对于小批量生产模式下的质量控制其重要性也逐渐突显出来。目前最常见的小批量生产控制图主要有小批量XR控制图、小批量XS控制图、Q控制图等形式，在样本数量有限或者无历史信息的情况下，小批量生产质量控制图的应用也很广泛。5）选控控制图（cause-selectingcontrolchart）只选择部分因素实施控制的一种新型控制图。与全控图相比，选控控制图由于只针对部分因素加以控制，因此控制的实施更有针对性、控制效率更高，但是选控图又是全控图的一个组成部分，所以由全控图均可以构造出相应需求的选控图。选控控制图的控制原理同样是根据数理变换来实现统计控制的。6）多元控制图（multivariatecontrolchart）可以同时控制多个因素的一种控制图。控制图中的多元情况比一元情况要复杂得多，对于多个指标同时进行控制不仅需要考虑指标之间的相互关联性，而且还要保障其均值向量和多元协方差在控制图中相互独立，从而达到对多个控制指标同时进行控制的效果和目的。5.3.3控制图的判别规则①常规控制图的判断准则控制图是根据正态分布原理建立的，因此由“3准则”可知，控制点在控制界限内的排列应该是随机的，且落在控制界限区间内的概率为99.73%；一般情39 重庆交通大学硕士毕业论文况下，质量特性值排列会表现出遵从正态分布规律且落在控制区间内，当控制图[42]中的控制点出现下列情况之一，则判定生产过程异常。类型1：单个控制点出界类型2：多个控制点排列不随机这里的不随机是指控制点在控制界限内的排列出现了“链（即多个点子连续出现在控制中心线同一侧的现象）”、“趋势或倾向（即多个点子出现连续上升或连续下降的现象）”、“周期性变动（即点子的排列显示周期性规律变化的现象）”、“接近控制界限（即太多的数据点接近控制边界线）”等情况。为了方便检测异常情况的出现，一般在控制图的上、下控制界限之间划分为6个区，从上至下的标号分别为A、B、C、C、B、A，其中相同的两个区分别在中心线两侧，并与中心线对称，如图5-5图5-5控制界限判异分区图根据国家标准GB/T4091-2001《常规控制图》中将异常情况的出现细分为以[43]下八种情况：见判异准则小结表5.2表5.2判异准则小结表②常规控制图的两类错误前面我们已经分析了在生产过程中，质量特征值总是波动的，且分为偶然波动和异常波动，那么在运用控制图对过程进行控制时，可能会遇上这两种波动，如果不能很好的识别和判断这两种波动，可能造成控制图判定出现错误，常见的40 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究两类控制图误判情况如下：1）第一类错误：虚发报警正常生产过程中，控制点有可能因为某些偶然因素出界，那么只要点一出界就判异的话极容易出现第一类错误，即虚发报警。2）第二类错误：漏发报警过程明明已经出现异常，但是由于抽取到的控制点其质量特征值偶然位于控制界限之内，所以仍然判断生产过程正常，这时就会犯第二类错误，即漏发报警。由于控制界限的不固定性，因此两类错误的出现呈现负相关的关系，即增大控制界限会使控制图犯第一类错误的概率减小，但必然导致控制图犯第二类错误的概率增加；缩小控制界限同理。根据休哈特证明，在大批量的稳定生产条件下，由“3准则”建立的控制界限使用效果较好，其最优间距可以保证犯两类错误造成的总损失较小。5.4控制图的适用性分析控制图是根据统计过程控制理论，通过对过程质量特征值的处理，来判断生产过程是否处于稳态或者受控。控制图通过详细的数据分析，不仅可以发现生产过程中的异常情况，及时找出问题，而且还可以起到预防的作用，从而为改进过程和解决问题提供切实可行的方案。一般情况下控制图有如下作用：①提前预防，发现失控趋势及时提出预警，从而减少损失。②提高生产过程效率，降低次品率，从而减少运营费用③运用过程能力指数分析来判断生产过程是否满足充分和稳定的要求④对过程能力检验的结果进行改进，为后续稳定生产提供依据⑤减少检验工作，控制质量成本因此，为了保证控制图作用的良好发挥，在进行过程质量控制之前，根据质量控制环境和控制要求，选用适宜种类的控制图对控制作用的产生起着至关重要的作用。一般情况下控制图的选用原则如下图5-6所示：41 重庆交通大学硕士毕业论文图5-6控制图的选用原则从图中可以看出，不管是常规控制图，还是后来发展的多种类控制图，产生的背景大多数都是大批量的生产环境，它们的作用仅仅是在大样本的情况下展现出优良的控制效果。而目前越来越多的生产过程更趋向于多目标、小批量的生产模式，那么在进行控制图的选用之前，首先应该根据生产过程样本量的大小，确定合适的生产环境作为控制的前提，从而选用适宜的控制图。通常情况下我们将普通的生产环境分为大批量的生产模式和小批量的生产模式，下面分别阐述大批量生产模式和小批量生产模式的特点以及它们之间的适用性。5.4.1大批量生产模式的特点大批量生产模式，又叫重复生产,最早是19世纪末美国在进行大量的产品标42 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究准化生产的基础之上提出来的，这时的生产商不仅关注原材料的质量控制，更关注产品在生产过程呈现的质量特性，通过跟踪和时时记录来保证产品质量的稳定发展。在大批量的生产模式下，选用控制图是基于稳定的生产过程，这时可以获得足够多的样本数据来支撑统计理论应用的假设性前提，因此一般需要从一批稳定的产品中随机抽取25件左右产品作为样本，需要抽检4-6批产品才能做出理想的控制图。大批量生产模式的特点包括:①单一的生产模式，样本数据较多，容易获取稳定连续的大批量样本。②设计工作量小,一次设计可以应用很长时间,生产过程和生产能力充分。③历史数据较多且稳定。因为产品单一,制造过程较稳定,变化因素少，因此重复做一个产品的持续时间可能会很长。④工艺方法持续稳定,质量控制方法容易实现。5.4.2小批量生产模式的特点多品种小批量的生产模式符合人类社会多元化需求的发展方向，现在很多小型企业根据顾客的个性化需求，研发设计单件或者极小批量的产品，而不再是大批量的重复生产。在小批量生产模式中，由于生产的产品数量很少，因此不能满足传统的统计理论对数据的要求，再加上生产过程很短，可能导致作图时间长于生产过程，因此失去了运用统计理论进行过程质量控制的目的。所以在这种情况下，我们首先应该辨别生产过程是否属于小批量生产模式，如果符合条件则应该考虑应用小批量控制图进行质量控制。小批量生产模式有如下特点:①按照客户的个性化需求确定产品质量，既要满足某些产品的个性化需求，又要满足产品最基本的质量要求。②产品的多样化要求很高,因此需要较长时间的生产准备工作,且制造过程中变化和影响因素较多。③单间产品的生产数量有限，控制时抽取的样本数量有限，因此不满足大批量生产模式下的控制图对历史样本数据的需求。④生产过程复杂,工艺方法多样化、工艺参数精细化。质量控制过程中需要把握的因素较多。43 重庆交通大学硕士毕业论文5.4.3小批量生产模式下常规控制图使用的局限性生产模式的辨别是为了更好的选用适宜的控制图进行质量控制，如果在大批量生产条件下，那么可以选择常规控制图或者特定种类的控制图，因为常规控制图使用的前提条件是大样本的情况，即样本数据比较多，可以连续随机抽样，并利用以前的样本数据得到均值和确定的方差。如果在小批量生产模式下，由于样本数据有限，样本使用环境和条件更是多元化，再加上可利用历史数据较少，所以如果仍然按照之前传统的常规控制图进行质量控制，往往存在某些方面的局限性：①常规控制图的适用基础是大样本，而小批量生产条件下无法获得大量的数据，因此控制界限的有效性难以得到保障；而且构图时结果的产生往往慢于生产过程，因此失去了过程控制的意义。②在小批量生产条件下，由于质量特征值的种类繁多，个性化体现特别明显，因此如果都需要建立小批量控制图，那么控制图的数量将非常多，无法达到及时有效的实现生产过程的动态管理③在小批量生产条件下，使用适宜于大批量生产模式的常规控制图进行质量控制将增加控制界限的虚假报警（称为第一类错误），造成无谓的停机检测，从而增加质量控制的成本，浪费资源，对生产不利。下面是对小批量生产条件下使用常规控制图建立控制界限会使控制图犯第一[44]类错误的概率增加的证明：2假设X来自于稳定生产过程的检测数据，X服从于均值为，方差为的正ijij态分布。对于小批量是生产环境，分布参数、通常未知，只能通过样本值进行估计，那么对、的无偏估计分别为X、S，且其中C4m1X=Xi（5.1）mi1Sv（5.2）n22（5.3）C4n1n12m12vSi（5.4）mi1n221SiXijXi（5.5）nj1nXiXij（5.6）j144 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究式中，样本组数i1,2,,m；每组样本的容量j1,2,,n；C4为的无偏估计，满足ESC。i4而传统的x控制图界限建立的方法如下：ˆ3SUCLXCn4CLˆX（5.7）ˆ3SLCLXCn4其中UCLCLLCLˆ、ˆ、ˆ分别为UCLCLLCL、、的估计值。设Xy为来自样本的均值，在假设H0：成立时，显著水平，那么在控0制界限DUCLLCLˆ、ˆ内Xy的概率为1-，即PXyD01（5.8）将UCLLCLˆ、ˆ的计算公式带入可得到：CnXyX4P331（5.9）v122，所以其线性组合同样符合正态分布，因为Xy~N,，X~,mnn即m12XyX~N0,（5.10）mnXyX~N0,1（5.11）m1mnn1S2mi212由2~n1，vSi可得mi1n1m2v~mn1（5.12）2由此可进一步得到：45 重庆交通大学硕士毕业论文XyXm1mnmnXyX~tmn1（5.13）n1mm1vv2mn13mn3mnPtmn11（5.14）Cnm1Cnm1443mntmn1（5.15）Cnm124式（5.15）中tmn1为t分布上的分位点。2由上面一些列的推导计算看出，样本数大小不一样，即不同的m、n值对应的第一类错误（虚假警报）的概率不同，以n=5为例，下表5.3给出了不同的m值下概率：表5.3n=5时不同样本组m时虚假警报的概率从表中可以看出，当m较小时，大大高于理想条件下建立的控制界限的概率值，对于样本组数为5个时，0.011；而当样本组数无穷大时，0.0027，这种情况在生产过程中的表现就是频繁的出现虚假报警，使得无谓的停机检查和调整次数增多，从而降低了生产效率，造成不必要的经济损失。综上所述，在进行质量控制图的选择和使用时，首先应根据样本数据的多少和特定的使用环境，区别到底是大批量生产模式还是小批量生产模式，如果是大批量生产模式，那么可以直接选择常规控制图，或者是有特定需求的其它种类控制图；如果是小批量生产模式，则应选择适应于特定环境的小批量质量控制图。5.5小批量生产模式下质量控制的基本方法本文的研究内容是对SMA沥青路面施工进行过程质量控制，首先根据SMA沥青路面的施工特点和实用性分析，以及施工过程中质量控制的要求，总结得到对SMA沥青路面施工进行过程质量控制有如下特点：①SMA沥青路面质量控制参数的数值大小应根据建设当地的气候、交通状况和荷载要求确定，受气候条件和交通量的大小影响较大，因此各地的控制参数数值46 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究大多不一样，所以本地区铺筑SMA沥青路面对于其他地区铺筑SMA沥青路面施工质量控制的参数数值没有参考性，即没有大量的历史性数据作为参考，因此历史参考数据较少。②由于SMA沥青路面造价昂贵，因此使用范围并不十分广泛，特别是针对山岭重丘区而言，受经济条件的限制，大多数地区仅在高等级公路交通繁重的出口地段或者政治地位突出的市政路面使用，因此使用范围较窄，铺筑的里程较短，所以样本数据较少。③由于SMA沥青路面的铺筑大多是作为沥青路面的上面层使用，铺筑厚度大概在4-6cm左右，因此混合料总量少，不便于随机采取数据。再加上试验数据的采集有些为破坏性试验，因此采集得到的样本数据个数也是有限的。④现在高等级路面的施工作业基本都是机械化的作业模式，施工过程比较快，因此对SMA沥青路面施工进行过程质量控制的方法应尽量具有简单快捷的实施性和可操作性，达到实时控制的目的。综上所述，山岭重丘区SMA沥青路面的施工过程属于典型的小批量生产模式，建议采用小批量的质量控制方法对其进行过程质量控制。同时根据控制图的不同用途，一般情况下常规控制图将用作分析的控制图和用作控制的控制图分开使用，根据样本数据首先建立分析用控制图，对控制过程进行分析，如果发现异因，则消除异因，并逐步改进，最终达到稳态，然后再建立控制用控制图，对后续过程进行控制。但是在小批量生产模式中，由于生产过程较快，分析和调整控制图的时间较短，因此为了达到实时控制的目的，一般情况下两种控制图合并使用，直接建立小批量生产质量控制图。目前常用的小批量生产质量控制图如下：5.5.1小批量XR控制图在小批量生产时，由于样本数据较少，美国的F.S.Hillier提出建议从样本数据[45]的精确分布出发，采用XR控制图。①基本原理：22设样本数据服从N,的标准正态分布，其中,未知，从总体数据中随机抽取kn个初始观测值，将初始观测值平均分为k组，假设随机抽取的每组观测值的样本容量大小为n，则将第i组的平均值表示为X，第i组的极差表示为R，ii而所有初始观测值的总平均值为X，平均极差为R。为了运用控制图检测生产过程是否保持稳定状态，假设规定控制图发生第一类错误的概率为。那么如果过程处于稳定状态，则在控制图上数据落在控制界2限内的概率为：47 重庆交通大学硕士毕业论文**PXARXXAR1（5.16）222根据样本数量的大小，可以通过调整的数值去平衡控制图犯第一类错误和2第二类错误的风险，同时由于样本组数是随着样本数量变化的，因此不需要每次调整样本组数都去重新计算控制界限。同理，对于R图的说明完全与上述类似，因此小批量XR控制图的控制界限为：X图：*UCLXAR2CLX（5.17）*LCLXAR2R图：*UCLDR4CLR（5.18）*LCLDR3cXiX*其中近似服从t，这里的c,是kn,的函数，由此可得A，同理2R**也可以得到D和D。34②适用性分析在XR控制图中，样本数据的使用从精确分布角度出发，而不受限于样本组数多少。XR控制图的突出特点是回避了参数估计，适用于样本数据有限但仍然需要做控制图进行检测，且对检测准确度要求不高的情况。由于SMA路面造价昂贵，因此需要采用准确的检测方法来降低质量不合格而造成的返工损失，所以此方法不适用于对SMA沥青路面施工过程进行质量控制。5.5.2小批量XS控制图为了充分利用样本数据的信息，同时在控制界限的有效性方面增强，小批量[46]质量控制较多时候也可以采用XS控制图。①基本原理：2假设X,X(n1,2,3,k)为来自总体N(,)的样本，记为：i1inn1XiXiij,1,2,3,k（5.19）nj148 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究n1XXi（5.20）kj1n221SiXijXi,i1,2,3,k（5.21）nj1k12vSi（5.22）ki11kn22SXijX（5.23）kni1j12knXX(k1)Si可以证明：~((tkn1))，~Fn(1,(k1)(n1)2k1vkvSi对于新样本组而言，如果过程处于稳定状态，则可以根据给定,,：123**PXASXXAS1（5.24）3i312*PSiBS312（5.25）2*PSiBS413（5.26）1*K12可得：At((kn1))3a1kn2kF(n1,(k1)(n1))*12B3k1F1n1,(k1)(n1)2kF(n1,(k1)(n1))*3B4k1Fn1,(k1)(n1)3其中：是X发生第一类错误的概率2是R图相对于控制下限发生第一类错误的概率3是R图相对于控制上限发生第一类错误的概率4通常取=0.0027、=0、=0.0046，则小批量XS控制界限为234X图：*UCLXAS3CLX（5.27）*LCLXAS3S图：49 重庆交通大学硕士毕业论文*UCLBS4CLS（5.28）*LCLBS3②适用性分析XS控制图比XR控制图计算较为复杂，增加了手工计算的难度，但是控制的有效性较好，因此借助于现代计算机而言，仍然比较容易实现。但XS控制图和XR控制图一样，都规避了参数的估计，在样本数量有限的情况下同样能做控制图，并对生产过程质量控制的稳定性进行检验，但对异常情况的检测能力低于常规控制图，因此也不适用于对SMA沥青路面施工过程进行质量控制。5.5.3小批量生产的Q控制图针对某些极其特殊情况，，比如贵重产品的破坏性试验、抽样成本太高的小批量生产过程，此时获得的抽样数据极其有限，这种情况下使用小批量生产——[47]C.P.Quesenberry的Q控制图。①基本原理：1记连续随机变量X的分布函数为KX(),则随机变量TKX()，T服从标准正态分布。22假设X,X为来自总体N,,未知的样本，有：1ki1XXij,123、、（5.29）ij11221SiXjXi,RiXiXi1,i123、、（5.30）i1j1令：112i2XX1QXii,i3,4,（5.31）iii2i1Si12Ri1jQRiiF1,r222,i4,6,,1（5.32）RRR224i2可以看出：QX是由样本X变换而来的，QR是由极差R变换来的。所iiiiii以根据式（5.31）和式（5.32）产生的控制图与常规控制图相比可以达到几乎相同的控制效果。由此可得控制图的控制界限为：Q(X)图：50 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究UCL3CL0（5.33）LCL3其中打点的样本为QX(i1,2,3,)iiQ(R)图:UCLza3CL0（5.34）LCLza3其中打点的样本为QR(i4,6)，=0、=0.0046，z为正态分布函数ii34a上的分位点。②适用性分析小批量生产的Q控制图利用变容抽样和单个典型样本的检验来达到控制效果，但它也具有XS控制图和XR控制图的通用缺点，即回避参数估计，从而使得检出能力大大降低，特别对于第二类错误即漏判的检验能力不能保证。由于SMA路面施工过程不属于此类特殊情况，因此一般情况下也不建议采用Q控制图。5.5.4基于贝叶斯分析的小批量控制图贝叶斯分析方法以贝叶斯理论为依据，最早是北京航空航天大学博士提出的，在充分利用历史批信息和当前生产的小样本的前提条件下，利用参数的先验分布2[48]和估计的损失函数，寻找跟当前样本数据类似的条件下的均值和参数。①基本原理：21）参数优良估计2假设先验分布为逆分布，1/~(,)ab，由工程法估计可得ab,的值。设从有历史数据作为参考的生产过程中随机抽取的m批样本进行检验，则设抽取的m批样本分别为X,,X,X,,X，其中：111mm1mm2Xij~N,i,j1,,;ni1,,(mm10,ni20)（5.35）n2mm1i11224设SiXijXi,M1SMi,2Si,由此可以得到ab,的估n1j1mi1mi1计值如下：MMMaˆ12,bˆ12（5.36）22MMMM21212对于损失函数，取得当前的一组样本X(X,X)后，记()X的的估1n51 重庆交通大学硕士毕业论文222计，取二次函数L(),Xh(()X)为参数真值是、估计值是()X的22损失。现在给出的贝叶斯估计。设已经获得的样本为X,,X,，由于S是的1n充分估计量，所以根据二次损失下参数的后验均值是其贝叶斯估计为：22S2bBES（5.37）2a(n3)2）均值的优良估计22设有某批产品的S批样本：X,,X,,X,,X设X~N(,)，其中111rr1srsijii可用前面的方法求出。假设前面的样本数据较多，令1ri1S1S2XiXKij;1XKi;2Xik1（5.38）rij1Si1S1i1则KK,便是c、d的矩估计。当yX时由此可以得到均值的贝叶斯估计为：1222BEyrdyc/rd（5.39）3）控制界限2UCL3BBCL（5.40）B2LCL3BB②适用性分析2贝叶斯理论引入了参数的估计方法，通过先验分布对参数和均值进行优良估计，使得控制图的检验能力大大提高，对错误的预警机制提高。由于贝叶斯理论计算繁琐，需要借助计算机才能实现，因此在小批量控制图中能达到快速、准确的检验和预警，可以考虑运用此原理对SMA沥青路面施工这种小批量作业模式进行过程质量控制。5.5.5可化为同分布的小批量控制图为了达到大样本数据使用条件，可化为同分布的小批量控制图可以通过数据的处理，实现小样本到大样本的转换。将质量参数类似、加工过程类似的加工工序的产品数据通过无量纲处理转换成可统一使用的数据，这样就满足大样本的使[49]用条件，可以间接利用传统的控制图进行质量控制。①基本原理：为了充分利用控制对象的历史数据，在小批量控制图里面常用的方法就是同分布小批量控制图，假设得到的m批相似工序生产的产品，从第i批到第m批的2产品质量参数服从正态分布N(,)，i1,2,,m。通过数据的标准化可得：ixiiyii（5.41）52 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究对此可以得到大批量的类似数据，运用常规控制图直接进行质量控制。如果i和未知，也可以采用公差百分比率进行控制。其原理类似，假设某产品有双侧i公差，那么换算成公差百分率得到：DDPlGP100%（5.42）T其中：GP——公差百分率D——实测偏差PD——标准规格下偏差lT——公差范围由此可以得到公差百分率控制图的控制界限为：UCL85%CL50%（5.43）LCL15%②适用性分析拥有相似工序的生产条件是采用可化为同分布的小批量质量控制图的使用前提。在实际的小批量生产条件中，这种情况需要满足的条件比较苛刻，因此该方法使用受到很大限制。同时由于无量纲处理会对数据产生偏差，因此得到的控制图准确性也有待商榷，所以可化为同分布的小批量控制图应用较少，同样也不适用于对SMA路面施工过程进行质量控制。综上所述，以上各种小批量控制图基本方法均有各自的优缺点和适用性范围，在使用的时候应根据实际情况加以考虑。总结上面几种基本的小批量控制图类型和目前国内外关于小批量控制图的研究方向，得到采用小批量控制图进行质量控制主要思想集中在以下两个方面：第一，通过调整和优化控制图的控制界限，使小批量数据构造更加合理，从而使控制图犯第一类错误（漏报）的概率减小。第二，为了克服小批量条件下数据的有限性，部分研究者将相似生产过程的数据共享整合在一起，从而构造满足大样本的数据条件，直接使用常规控制图。本论文的研究以山岭重丘区SMA沥青路面施工过程质量控制为背景，前面我们已经分析得到SMA路面施工过程属于小批量的生产过程，因此需采用小批量的质量控制方法进行过程质量控制。由于SMA沥青路面铺筑受地区的气候条件和交通荷载影响较大，不同地区的质量标准和关键控制指标可能不同，因此通过相似施工过程质量控制指标数据的共享来构造大样本，不适用于SMA沥青路面施工过程质量控制。因此本论文的研究仍然是通过进一步调整和优化控制界限来实现小批量控制图对SMA沥青路面施工过程的质量控制。53 重庆交通大学硕士毕业论文5.6SMA沥青路面施工过程质量控制方法的建立通过前面的分析，我们已经得到对SMA沥青路面施工进行过程质量控制宜采用小批量的质量控制方法。但是因为SMA沥青路面仍然是一种特殊的沥青路面，其质量控制的基础和前提是必须符合目前《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）对其的质量要求。因此本节首先根据规范中关于沥青路面动态控制的要求，选取“均值——标准差控制图”作为SMA沥青路面施工过程质量控制的基准方法，然后再根据“均值—标准差控制图”在小批量环境下使用的缺陷，引入贝叶斯统计推断方法对控制图进行改进，得到可根据样本大小进行控制界限调整的“小批量施工控制图”，从而确保SMA沥青路面施工过程质量的稳定性。5.6.1基准控制方法——均值—标准差控制图根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中关于动态质量控制的要求，在高等级公路施工过程中，宜采用“平均值-极差控制图”进行施工质量的动态控制。但是考虑到“均值—标准差控制图”在控制有效性方面比“均值—极差控制图”高，同时伴随着现代计算机的大量普及应用，“均值—标准差控制图”计算的复杂和繁琐程度已经大为降低，可操作性得到大幅增强。故本论文首先选取“均值—标准差控制图”作为SMA沥青路面施工进行过程质量控制的基准方法。在均值—标准差（XS）控制图中，控制中心线CL用试验样本平均值表示，而控制上限UCL和控制下限LCL表示施工过程中允许的正常波动范围。当有试验数据超出控制界限，或者试验数据在控制图上的排列出现异常情况，视为施工异常或试验数据异常，应及时检查施工中存在的异常因素或者偶然因素，若是异常因素，应及时采取纠偏措施，使系统恢复平静，避免出现更大的质量问题。2在均值—标准差（XS）控制图中，样本服从(,)的正态分布，根据3原则建立X图控制限为：UCL3CL（5.44）LCL3由于参数和一般都是未知的，因此在实际应用中普遍用样本均值X和S估计值代替，则X图控制限转化为54 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究SUCLX3Cn4CLX（5.45）SLCLX3Cn4同理，对于S图根据数理统计原理和“3”准则得：CC55UCLS3S(13)SCC44CLS（5.46）CC55LCLS3S(13)SCC443CC55若令A，B13，B13，则由式（5.45）和式（5.46）343C4nC4C4可以得到XS控制图的控制界限为：X图UCLXAS3CLX（5.47）LCLXAS3S图UCLBS4CLS（5.48）LCLBS3其中：CL——Xs控制图中的中心限（期望值）；UCL——Xs控制图中的控制上限；LCL——Xs控制图中的控制下限；X——各组检测结果平均值的平均值；S——各组检测结果的标准差的平均值；ABB,,——根据n的大小决定的计量值控制图系数，其值可通过查阅计量334值控制图系数表（附表1）求得。5.6.2改进后控制方法——小批量施工控制图由于SMA沥青路面施工本身属于小批量的生产过程，因此适合采用小批量质量控制方法对其进行过程质量控制，再加上通过前面5.4.3小节的证明，发现“均55 重庆交通大学硕士毕业论文值—标准差（XS）控制图”在小批量生产环境中使用控制界限的有效性不能得到保障，因此如果在SMA沥青路面施工过程中仅仅采用“均值—标准差（XS）控制图”进行质量控制，往往存在以下方面的不足：第一，根据SMA沥青路面施工特点，运用“均值—标准差（XS）控制图”进行质量控制往往存在样本数量不足的问题，或者说无法获得足够的数据对施工过程进行参数估计，从而无法建立可靠的控制界限。第二，SMA沥青路面施工过程本身受环境影响较大，不同气候环境地区铺筑的SMA沥青路面质量指标参数的数值不一样，且具有一定的变异性，所以历史数据不具有可利用性。第三，前面5.4.3小节已经证明了在小批量的生产条件下使用常规控制图建立的控制界限可能导致控制图犯第一类错误的概率无法控制，控制过程中可能频繁出现虚报的情况，造成控制成本的提高。再加上SMA沥青路面本身造价昂贵，如果无谓的增大控制成本，可能导致过程质量控制（控制图）这种方法在SMA沥青路面施工过程的质量控制中不能得到很好的应用。因此，在“均值—标准差（XS）控制图”作为SMA沥青路面施工中过程质量控制的基准方法的基础之上，应考虑运用小批量质量控制的思想进行改进，根据改进后的控制图和基准控制图建立双重控制界限，从而实现对SMA沥青路面施工过程质量进行更合理、更科学的控制。在SMA沥青路面施工过程质量控制时，由于参数具有随机波动的特征，可以考虑将贝叶斯理论引入质量控制图中。根据贝叶斯理论的核心将分布参数视为随机波动的变量，假设分析指标的分布参数中含有先验分布，利用先验分布和当前的样本对参数进行统计推断来实现对控制界限的约束，提出根据样本的数量来调整和优化控制界限的方法，从而满足小批量生产条件下样本数据较少的情况，实现对控制图的改进，最终构建具有双重控制界限的“小批量施工控制图”,具体证[50]明如下：①在一元正态线性回归模型中，用y代表因变量，X代表自变量，得到如下关系式：yX,i1,2,,n（5.49）i01ii其中，y表示因变量的第i个观测值；X表示自变量的第i个观测值；为随iii机扰动项的第i个观测值，,i1,2,,n是正态分布，且相互独立，均值为0，具i2有共同的方差。那么当X取值为0时，iy,i1,2,,n（5.50）ii其中可视为期望值，假设目前有一个质量指标的样本：yy,,,y，相应12n56 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究2的误差项为：,,,，设~N0,，则它们之间有如下关系：12ni[y1y2yn]12n（5.51）n记为y0yi，则其似然函数为：i1112py,nexp2yi（5.52）2通常情况下SMA沥青路面的铺筑过程中，不同地区，不同气候条件下铺筑质量控制参数和不具有参考性，这个时候建议采用均匀分布作为他们的先验分布，则和分别表示为和ln，即1p,（5.53）由贝叶斯定理可知，上面两式得到的和的联合后验密度为112p,yn1exp2yi（5.54）22若y表示质量指标Y将来的值，则y~N,，其条件分布函数为ff112pyf,exp2yf（5.55）22根据预测分布密度的定义，y的预测分布密度函数为：ffyyfpyf,p,ydd（5.56）,由样本方差可得，y的预测分布密度函数如下：f112112fyyfexp2yfn1exp2yid2221122n2exp2yfyid221222exp2(n1)2(yfny0)yfyid22（5.57）1(yny)22f0exp2yfyi2n11n2exp(yy)2f02n1由此可得，此时质量控制指标y的观测值y的预测分布满足正态分布f57 重庆交通大学硕士毕业论文2(n1)Ny(,)，应用“3准则“，可以确定y的控制界限为：0fnn1UCLy30nCLy（5.58）0n1LCLy30n与传统“均值——标准差控制图”相比，UCLy3,CLyLCL,y3000中控制中心限CL并没有发生变化，只是上控制限UCL和下控制限LCL会随着样本量n的变化不断调整；当n充分大时，上、下控制界限与传统控制图中的控制界限几乎相等，见图5-7，这也充分说明了在大样本情况下传统控制图3控制界限的普遍适用性。图5-7改进后的控制界限随样本量大小进行调整从图中看出，假设按照传统“3准则”建立控制界限，那么在样本数据较少时，如果落在区间[UCL，LCL]内的概率为99.73%，则落在区间[UCLLCL，]之间的概率将小于99.73%。说明在小批量生产条件下，如果仅仅只采用均值—标准差（XS）控制图进行SMA沥青路面施工过程质量控制，将导致控制图犯第一类错误的概率大大增加，控制点只要一出界就会频繁报错，从而增加质量控制成本。但是如果只按照改进后的[UCL，LCL]作为控制界限，又可能因为控制界限过宽，虽然降低了犯第一类错误的风险，但是导致控制图犯第二类错误的概率增加，某些控制点明明出现异常，但是由于控制界限过宽而无法判断其异常。因此本论文在“均值——标准差”控制图建立的[UCLLCL，]区间之上，增加改进后的控制图建立的[UCL，LCL]区间，由此构建具有双重控制界限的“小批量施工控制图”。58 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究使控制图在[UCLLCL，]区间内保证犯第二类错误的概率得到有效控制的基础之上，通过增宽的控制区间[UCL，LCL]来降低控制图犯第一类错误的概率，从而使得控制结果更加准确，保证SMA沥青路面施工过程质量控制的更加科学和合理。n通常情况下在实际应用中，可以近似看做y=X，2，同时0(SiS)/ni1考虑样本数量大小n对控制界限的影响，由此得到改进后的小批量控制图，其控制界限可根据样本量大小进行调节，使得控制界限更加合理。因此令改进后的小批量控制图的控制上限为UA，控制中心线为CL,控制下限为LA，则SMA沥青路面施工过程质量控制改进后的小批量控制图的控制界限为：n23(n1)(SiS)n1i1UA=y3X0nnCL=yX（5.59）0n23(n1)(SiS)n1i1LA=y3X0nn其中：UA——改进后小批量控制图的控制上限CL——改进后小批量控制图的控制中心线LA——改进后小批量控制图的控制下限X——各组检测结果平均值的平均值S——各组检测结果的标准差的平均值S——第i组检测结果的标准差in——样本数量大小因此，根据“均值——标准差（XS）控制图和改进后的小批量控制图构造“小批量施工控制图”，对SMA沥青路面施工进行过程质量控制，由此得到的双重控制界限区域如图5-8所示：59 重庆交通大学硕士毕业论文图5-8小批量施工控制图其中规范上限和规范下限是按照目前SMA沥青路面施工技术规范和标准确定的。②小批量施工控制图的判定规则：与常规控制图的判别情况相似，小批量施工控制图的判别同样是根据检测数据点在控制界限内的排列情况来判定过程质量控制指标是否正常。由于小批量施工控制图较常规控制图相比是双重控制界限，再加上根据SMA沥青路面施工技术规范的要求增加了规范控制上限和规范控制下限，因此控制区间内点子的排列情况更加复杂，控制图的判别难度也有所增加。根据常规控制图判稳准则，在正常施工情况下，质量特性值遵从正态分布且不会超过控制界限。当控制图中的数据点同时满足下面规则，则认为施工过程处于稳态，无异常波动。规则1：每一个数据点均落在控制界限内。规则2：控制界限内数据点排列无异常情况。同样这里的异常情况包括“链”、“趋势”、“周期性变动”、“接近控制界限”等等情况。因此，可以将常规控制图的判断规则引入小批量施工控制图中，首先将小批量施工控制图的控制区域划分为四个，即目标区、合格区、预警区和废品区。其次根据检测点的个数，一般情况下将检测主要分为两类，一类叫单点检测，即观察单个检测数据点落是在控制界限内或者控制界限外，判定某一质量控制指标数据的可控性；另一类就是多点检测，根据多点检测数据在控制界限内的排列是否出现异常情况（这里的异常情况的判别跟常规控制图类似），判定SMA沥青路面施工过程质量是否可控性或质量是否存在的缺陷。由此得到的主要检测分布类型及对应情况见下表5.4：60 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究表5.4检测主要分布类型及情况说明检测判定分布情况采取对应措施类型情况点落在废品区异常立即停止施工，查明原因并及时纠偏单点点落在预警区异常重视偏移，结合过程能力指数采取措施检测点落在合格区正/异常按时检查，结合过程能力指数考虑点落在目标区正常正常施工链出现在预警区异常数据偏移情况较大，立即采取措施链的链出现在合格区异常数据有一定的偏移，按时检查采取纠偏措施情况链出现在目标区异常数据有微小偏移，注意观察多点呈现上升/下降趋势异常数据异常，查找原因，采取纠偏措施检测呈现上升或下降趋势呈现周期性变化异常数据异常，查找原因，采取纠偏措施波动靠近预警区界限异常施工出现问题，立即采取措施靠近控制靠近合格区界限异常重视发展趋势，结合过程能力指数考虑立即采取纠偏措施界限靠近目标区界限异常观察发展趋势，按时记录结合过程能力指数考虑5.6.3辅助控制方法——过程能力指数在对SMA沥青路面施工进行过程质量控制时，不仅需要确定质量控制的关键指标的合格性，同时还要对施工过程的稳定性和施工能力进行检测。一个合格的施工过程，其施工过程能力应该能够满足相应技术标准的要求，否则其过程能力就是不足的。因此在SMA沥青路面施工过程质量控制中还需运用过程能力指数CP对施工过程能力进行评估，根据3准则，如果产品的计量值有99.73%落在3[51]范围内，就认为施工过程是可控的。因此运用6质量控制原则，对质量控制进行改进，使得过程质量控制保持一定的稳定性，并能够满足技术标准的要求。2设样本的质量特征值X~N(,)，X的规格要求为(,TT)，则规格的中心LU值T(,TT)/2，T(TT)为公差。mLUUL①对于双侧规格情形:1)当Tm，即过程无偏，过程能力指数Cp的计算公式如下：TTTTTULULC（5.60）p666S其中：T——技术规格（技术标准）的公差幅度T、T——上、下规格界限uL61 重庆交通大学硕士毕业论文——质量特征分布的总体标准差S——样本标准差2)当Tm，即过程有偏，此时修正后的过程能力指数Cpk的计算公式如下：C(1kC)（5.61）pkpTmk（5.62）T/2其中：k——偏移系数T——技术规格（技术标准）的公差幅度T——规格中心值m②对于单侧规格情形：C和C的计算公式如下：PUPLTXTXUUC（5.63）PU33SXTXTLLC（5.64）PL33S其中：T、T——上、下规格界限uL——质量特征分布的总体标准差S——样本标准差X——样本均值根据计算得到过程能力指数，运用如下表5.5的评价标准对过程能力指数进行评价，从而对施工过程的稳定性加以约束，更加严格的保证SMA沥青路面施工[52]过程的质量控制。表5.5过程能力指数C的评价标准PC值的范围级别过程能力的评价P工序能力过高，应视具体情况确定，若为C1.67I关键指标，则可以保持现状继续施工；若为一P般指标，则说明工序能力过高，应适当降低质量控制成本，采取抽检等方式。1.67C1.33II工序能力充分，不管是关键指标还是非关P键指标，施工能力稳定，可以继续施。工工序能力尚可，若为一般指标则施工过程1.3C1IIIP可以接受，但接近1.0时应注意，若为关键指标则施工能力不足，应采取措施。1C0.67IV工序能力不足，应结合离散程度采取措施P0.67CV工序能力严重不足，停止施工，查找原因P62 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究5.7基于最优质量成本原理的SMA沥青路面施工过程质量控制方法评价质量成本是指在质量控制过程中为了达到产品质量的要求所需花费的费用以[53]及产品质量没有达到满意的要求所造成的成本损失。在质量控制过程中，必然产生质量成本，因此对任何质量控制方法的改进和优化必然都是围绕着在保证产品质量达到要求的情况下如何使质量成本降到最低。一般情况下，质量成本由四部分组成，其具体构成内容见表5.6所示。表5.6质量成本的构成通常情况将质量的内部故障成本和外部故障成本统称为质量的损失成本，因此，质量的总成本可以理解为由预防成本和鉴定成本加上损失成本构成，其构成的质量特性曲线见下图5-9图5-9质量成本特性曲线从图中可以看出，质量成本的构成中，损失成本随着质量管理水平的提高费用逐渐降低，而预防和鉴定成本却随着质量水平的提高而逐渐增加，总成本呈现先降低后增加的趋势。因此最优质量成本原理，即是在综合考虑损失成本和预防鉴定成本的基础之上，满足于需要的质量水平Q0，寻找质量总成本最低点A，即为[54]最优质量成本。那么在SMA沥青路面施工阶段采用“小批量施工控制图”进行过程质量控制，相比传统的过程质量控制方法，从最优质量成本的角度考虑，其优势主要体现在以下两方面：63 重庆交通大学硕士毕业论文第一，小批量施工控制图采用的是双重控制界限，在样本数据较少时，双重控制界限的设置更加合理，对控制图犯一类错误的情况能得到有效控制，因此减少控制过程中由于虚报产生的停工检测等费用，从而降低了质量鉴定成本，在满足质量水平要求的情况下，小批量施工控制图比传统控制图在最优质量成本方面更有优势，见图5-10。图5-10鉴定成本降低的质量成本图图5-11损失成本降低的质量成本图第二，SMA沥青路面本身造价较高，因此质量控制方面也比普通的沥青混凝土路面严格，小批量施工控制图将控制区域分成了目标区、合格区、预警区和废品区四个区间段，当质量指标落在某一个区段时，可以通过观察其变化发展的趋势，提高采取措施改进，从而避免由于施工质量的不合格造成返工和停工的损失费，从而降低内部故障成本，在满足质量水平要求的基础上，最优质量成本较低，见图5-11。综上所述，对于SMA沥青路面施工这种小批量生产模式，运用“小批量施工控制图”建立的双重控制界限进行过程质量控制，较传统控制方法更加科学合理，也相应的节约了质量控制成本。5.8SMA沥青路面施工过程质量控制的保障措施经过前面的分析发现，改进后的“小批量施工控制图”由于增设了合格区与预警区之间的界限UA和LA，使其对SMA沥青路面施工进行的过程质量控制结果更加科学合理，不会由于控制图虚报而无谓的增加质量控制成本，相比传统的控制图得到的质量控制效果更好，对施工过程中的异常控制点和异常趋势的检测也更加准确。但是在对SMA沥青路面进行质量控制的过程中，想要达到满意的过程质量控制效果，仅有好的质量控制方法是不够的，还需要在施工过程中推行一定的保障措施来满足施工过程质量控制的要求。①技术保障措施从技术层面来保障SMA沥青路面施工过程质量控制的顺利进行，需要满足三64 第五章SMA沥青路面施工过程质量控制的机理及方法研究个条件，第一，要采用科学合理的现代化施工机械设备进行施工作业，并对各种机械的选型和配合施工进行合理地安排。第二，要有先进的质量检验设备和仪器，比如采用无核密度仪（PQI）、落锤式弯沉仪等先进的检测设备替代传统的检测设备。第三，要有熟悉施工工艺和检测流程的质检人员，一人进行施工检测，另一人及时将检测结果录入电脑，绘制动态的小批量施工控制图，观察数据的发展趋势并做好相关分析工作，发现异常情况及时向操作人员汇报，必要时采取相应的改进措施，从而保证施工质量的稳定。②组织管理保障措施首先组建由项目经理、施工队伍和施工班组为组织结构的过程质量控制小组，其中项目经理为过程质量控制的第一负责人，落实过程质量控制责任书，从根本上提高施工管理人员对过程质量控制的重视程度。然后加强对过程质量控制的推广和宣传工作，做好过程质量控制教育培训工作，从而提高过程质量控制水平。③经济保障措施过程质量控制相比传统的质量检测手段，控制较为复杂，把握的因素也较多，这也是为什么现在推广应用过程质量控制较难的原因。因此为了提高过程控制在SMA沥青路面施工过程中的推广应用，建议采用必要的经济奖励作为激励措施，提高施工单位对过程质量控制的重视度和认同度，还可以将施工单位进行过程质量控制效果评价作为企业资质等级评定的参考因素。④安全与环保保障措施注重施工过程劳动安全管理，落实安全责任制，在安全第一的前提条件下顺利开展施工作业。同时关注拌合楼生产噪音污染和污水排放过程中的环保要求，在保证质量的情况下加强环境保护的推广力度。5.9本章小结本章运用过程质量控制理论和小批量生产过程控制方法，结合《公路沥青路面施工技术规范》关于动态质量控制的要求，首先选取“均值—标准差控制图”作为SMA沥青路面施工阶段过程质量控制的基准方法；再根据其自身缺陷，运用贝叶斯理论对控制图进行改进，得到的控制界限可根据样本数量大小进行调整，由此建立具有双重控制界限的“小批量施工控制图”作为SMA沥青路面施工阶段过程质量控制的改进方法；然后辅助过程能力指数对施工过程进行分析，从而保证整个施工过程质量的稳定性。最后基于最优质量成本原理对“小批量施工控制图”进行评价，发现在SMA沥青路面这种小批量施工环境中，运用“小批量施工控制图”建立的双重质量控制界限更加合理、准确，减少了控制图犯错误的概率，从而降低了质量控制的成本。65 重庆交通大学硕士毕业论文第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析本章应用前面提到的过程质量控制理论，结合重庆经开区“开迎路”建设项目，运用第五章构建的改进后的“小批量施工控制图”，对第四章选取的山岭重丘区SMA沥青路面施工过程阶段质量控制的关键指标（压实度、级配、油石比、温度）进行动态控制，并结合过程能力指数来保证施工过程工序能力满足要求，从而验证了改进后的“小批量施工控制图”在SMA沥青路面施工过程中质量控制的可行性和适应性。6.1工程概况开迎路位于长江以南，铜锣山及明月山系的茶园片区，东西走向，是重庆市主城为满足城市大中量、长距离、快速交通需要而规划的“六横、七纵、一环、七联络“快速路系统中重要一横。本项目起于茶园新区通江大道与峡江路相交的节点，向东下穿经开区“纵一路”形成梧桐园立交，继续延伸上跨东城大道形成斑竹林立交，最终驶入绕城高速收费站，线路全长4720m，共设桥梁5座，下穿道3座，人行地道2座。①设计概况本项目设计标准路幅宽44m=人行道9m+车行道12m+中央分隔带2m+车行道12m+人行道9m，主线为双向六车道。道路等级：城市快速路；标准轴载：BZZ-100设计年限：沥青混凝土路面结构15年主要路面结构如下：上面层：沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13）4cm；中面层：中粒式密级配沥青混凝土（AC-20）6cm；下面层：粗粒式密级配沥青混凝土（AC-25）8cm；封层：改性乳化沥青稀浆封层（ES-2）0.7cm；基层：水泥稳定碎石（6%）20cm；底基层：水泥稳定碎石（4%）20cm；②项目特点本项目位于典型的山岭重丘区城市，地形条件决定了本项目具有高填深挖以及高边坡处理等特殊路段，其中K0+000~K1+800段路基挖方780805㎥，路基填筑297847㎥，最高填筑高度29.38m，整个项目填挖方量均较大。同时项目周围水系发达，K1+280~K1+440、K1+600~K1+740主要为水田及鱼塘，给路基施工稳定性造66 第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析成严重影响，从而加重了SMA沥青路面质量病害的产生，再加上山岭重丘区高温多雨的不利气候条件，因此针对开迎路项目开展山岭重丘区SMA沥青路面施工过程中质量控制具有代表性和典型性。6.2案例分析即使再好的沥青路面在使用过程中都可能产生一些列的质量病害，那么如何预防和控制质量病害的产生就显得尤为重要。在SMA沥青路面的施工生产过程中，重点控制“关键指标”对SMA沥青路面早期质量病害的防治起着重要的作用。本节应用第五章构建的改进后的“小批量施工控制图”对第四章SMA沥青路面施工过程质量控制的关键指标进行动态控制，在实际施工过程中取得良好效果，现以“开迎路”为例作分析论证如下：6.2.1压实度的控制压实度对SMA沥青路面的整个路用性能的发挥起着至关重要的作用，如果控制不好，路面容易产生早期质量病害。本项目采用自重10t以上的振压路机进行初压、复压，振动采用高频低幅，以不大于4－5km/h速度碾压，初压1－2遍，复压3－4遍，终压采用10－12t钢轮压路机，以2－3km/h速度碾压2遍。①主要控制过程：小批量施工控制图根据实际施工中检测到的数据，对压实度数据进行分组分析，由于每天施工检测的各路段长度不等，因此检测数据的个数也不相等，取2014年10月10日至2014年10月19日之间7个施工日的压实度检测结果列表6.1如下，取其均值n=5。表6.1压实度检测结果施工过程中压实度检测结果（%）组数xi1xi2xi3xi4xi5xi6xi7xi8xi9199.598.999.499.499.3299.199.398.8399.498.199.699.4499.398.999.399.299.198.899.198.898.9598.198.298.1699.199.298.898.998.999.299.1799.299.3表中共有7天的检测结果，以1天的检测结果为一个样本，假设平均每天检测5次，则样本大小为5，总的样本数为7。1）计算7次检验结果的均值Xi和标准差S，第一组数据计算得到如下：i67 重庆交通大学硕士毕业论文1X(99.598.999.499.499.3)99.281552S1(X1iX1)/50.22i1其余各组样本平均值、标准差计算结果如下表6.2所示,表6.2样本平均值、标准差计算结果序号个样本的平均值标准差1X99.28S10.2212X99.09S20.2423X99.13S30.6934X99.05S40.2145X98.15S50.0556X99.05S60.1667X99.22S70.097X99.00S0.24772）计算样本总体均值X与平均样本标准差S。由于Xi692.97，Si1.66i1i1得692.971.66X99.00,S0.24773）XS图的绘制首先确定X图参数，取样本量大小n=5,查附表1计量值系数表可知，A3=1.427，，再将均值X99.00和标准差S0.24代入公式，求得X图参数为：控制上限UCLXAS99.01.4270.2499.333控制中心线CLX99.00控制下限LCLXAS99.001.4270.2498.663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改进后的质量控制界限为：68 第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析n23(n1)(SiS)n1i1改进后控制上限UAy3=X99.360nn改进后控制中心线CLy=X99.000n23(n1)(SiS)n1i1改进后控制下限LAy3=X98.640nn由此计算得到的X图6-1如下：99.5099.30CL99.10UCL压实度（98.90%）LCL98.70UALA98.50规范下限98.30压实度98.1097.901234567图6-1压实度均值控制图其中，压实度的规范控制下限为不低于98%。再确定S图的参数，查计量值控制图系数表，将B2.089,B0.000代入S43图的公式，得到UCLBS2.0890.240.494CLS0.24LCLBS0.000.240.003由此计算得到S图6-2如下：0.900.800.700.60标准差0.50标准差UCL0.40CL0.30LCL0.200.100.00(0.10)1234567图6-2压实度标准差控制图69 重庆交通大学硕士毕业论文②控制效果分析根据SMA沥青路面小批量施工控制图的判断准则：1）首先进行单点检测，从X图上可以看出只有唯一的5号控制点出现较大幅度的偏移，落在了小批量施工控制图的预警区，压实度靠近规范要求的最低值98%。而在S图上，5号点的排列却是正常的，离散程度较小，说明5号点检测这一个施工日，整个施工段检测点的压实度值均偏低。分析原因发现，造成施工过程压实度不足的影响因素很多，比如碾压时温度偏低，混合料级配不符合要求，碾压工艺设计不合理，或者压实机具之间的配合不协调等等，都会造成施工过程中压实度不足。结合后面的关于级配、油石比以及温度的控制图我们发现，造成5号控制点压实度不足的主要原因应该是10月16号当天生产的混合料温度不达标，在混合料的出料温度阶段就出现了温度偏低的现象，造成后续的摊铺温度也偏低，从而影响压实度的指标的质量控制，造成压实度不足，应立即采取措施，及时提高后续混合料的出料温度，从根源上改进压实度不足的现象，因此表现为后续控制点的压实度在正常合理的范围之内。同理我们在S图上还发现3号点的离散程度较大，但是X图上表现3号点的压实度均值在质量控制的合理范围内，因此分析3号点检测日的4组数据，发现第二组检测数据值明显低于其他三组检测数据，追究原因发现第二组数据做检测试验时，检测人员临时有事离开，请施工现场的工人代替检测，由于工人不熟悉检测流程和试验方法，造成试验数据误差较大，因此表现为S图上离散程度较大。后来检测人员回来继续试验时，检测数据恢复正常，所以3号点的离散程度大不是由于压实度质量不达标造成的，而是人为造成的，应该加强施工现场人员的管理，保证施工质量和施工过程的顺利开展。2）然后进行多点检测，从X图和S图检测结果来看，控制图没有出现多点排列异常的情况，即没有出现链、周期性波动等情况，说明施工过程正常。③辅助控制：过程能力指数的检验由于SMA沥青路面压实度规范要求不低于98%，因此具有单侧控制界限，即规范要求的下控制界限为98%。由此得到的过程能力指数：XT9998LC1.68Pl3S30.2经查阅过程能力指数评价标准，发现C1.68[1.67,)，属于I级，工序能P力充足，不需要采取措施，即施工过程本身质量稳定，施工组织管理合理，充分合理的利用了当前有限的资源，施工效率降高，从而满足质量要求。70 第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析6.2.2级配的控制级配的控制在SMA沥青路面施工阶段过程质量控制中，也属于关键的控制指标，那么根据项目实际情况，开迎路上面层采用SMA-13，因此分别选择混合料4.75mm粒径和0.075mm粒径这两个关键筛孔的通过率进行试验，采用小批量施工控制图模型得到的结果如下：①关键筛孔4.75mm的控制过程如下：1）主要控制过程：小批量施工控制图由于采用SMA-13沥青混合料，施工过程中，每施工日对混合料取样2次进行抽提筛分和马歇尔试验。2014年10月10日至2014年10月19日7个施工日的混合料4.75mm粒径通过率试验结果如下表6.3。表6.3关键筛孔4.75mm检测结果施工过程中4.75㎜通过率试验结果（%）序号1234567日期10.1010.1210.1310.1510.1610.1810.19129.627.628.128.628.328.628.4通过率230.228.328.528.127.928.928.8表中共有7天的抽提结果，以1天的抽提结果为一个样本，每天抽提二次，则样本大小为2，总的样本数为7。a）计算7次检验结果的均值Xi和标准差S，第一组数据计算得到如下：i1X(29.630.2)29.901222S[(XX)(XX)]/20.42112其余各组样本平均值、标准差计算结果如下表6.4。表6.4样本平均值、标准差计算结果序号个样本的平均值标准差1X29.90S10.4212X27.95S20.4923X28.30S30.2834X28.35S40.3545X28.10S50.2856X28.75S60.2167X28.60S70.287X28.56S0.3371 重庆交通大学硕士毕业论文77b）计算样本总体均值X与平均样本标准差S。由于Xi200.2，Si2.331i1i1得：200.22.331X28.56,S0.3377c）XS图的绘制首先确定X图参数，取样本量大小n=2,查表可知，A3=2.659，，再将均值X28.56和标准差S0.33代入公式，求得X图参数为：控制上限UCLXAS28.562.6590.3329.453控制中心线CLX28.56控制下限LCLXAS28.562.6590.3327.683运用小批量施工控制图得到改进后的质量控制界限为：n23(n1)(SiS)n1i1改进后控制上限UAy3=X29.670nn改进后控制中心线CLy=X28.560n23(n1)(SiS)n1i1改进后控制下限LAy3=X27.450nn由此计算得到的X图6-3如下：图6-3关键筛孔4.75mm通过率均值控制图图中施工控制上限、施工控制下限是规范和设计要求波动的范围，即20%-34%。再确定S图的参数，查计量值控制图系数表，将B3.267,B0.000代入S43图的公式，得到72 第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析UCLBS0.333.2671.094CLS0.33LCLBS0.330.000.003由此计算得到S图6-4如下：图6-4关键筛孔4.75mm通过率标准差控制图2）控制效果分析根据SMA沥青路面小批量施工控制图的判断准则：a)首先进行单点检测。由X图可知，测点均落在施工要求质量控制范围内，除了1号控制点可能由于第一组测量数据，测量人员不太数据流程造成有轻微的波动，熟悉之后后面总体波动较小，整个施工过程正常，在可控的范围之内。S图测点数据离散程度正常，也可控范围之内。b)然后进行多点检测。从X图和S图检测结果来看，控制图没有出现多点排列异常的情况，即没有出现链、趋势、周期性波动等情况，说明施工过程正常。3）辅助控制：过程能力指数的检验由于目标级配在4.75mm关键筛孔处的规范要求范围是20%—34%，因此具有双侧控制界限，即规范要求的上控制界限为34%，规范要求的下控制界限为20%。由此得到的过程能力指数：TT3420ULC3.58P6S60.65根据T(TT)/2T(3420)/22027，X28.56，由于T，mULLm因此需要对过程能力指数进行修正，修正后的过程能力指数Cpk计算结果如下：T28.5627mk0.22T/2(3420)/2C(1kC)(10.22)3.582.79pkp经查阅过程能力指数评价标准，发现C2.791.67，属于I级，工序能力Pk满足要求，也就是说级配4.75mm关键筛孔的过程能力控制满足施工要求，应保持73 重庆交通大学硕士毕业论文现有的工序能力继续施工。②关键筛孔0.075mm控制过程如下：1）主要控制过程：小批量施工控制图对于0.075关键筛孔的检测同上面一样，施工过程中，每施工日对混合料取样2次进行抽提筛分和马歇尔试验。2014年10月10日至2014年10月19日7个施工日的混合料0.075mm粒径通过率试验结果如下表6.5。表6.5关键筛孔0.075mm检测结果施工过程中0.075㎜通过率试验结果（%）序号1234567日期10.1010.1210.1310.1510.1610.1810.1919.28.98.88.88.99.18.9通过率29.38.98.78.99.19.39.0表中共有7天的抽提结果，以1天的抽提结果为一个样本，每天抽提二次，则样本大小为2，总的样本数为7。a）计算7次检验结果的均值Xi和标准差S，第一组数据计算得到如下：i1X(9.29.3)9.251222S[(XX)(XX)]/20.07112其余各组样本平均值、标准差计算结果如下表6.6所示。表6.6样本平均值、标准差计算结果序号个样本的平均值标准差1X9.25S10.0712X8.90S20.0023X8.75S30.0734X8.85S40.0745X9.00S50.1456X9.20S60.1467X8.95S70.077X8.99S0.0877b）计算样本总体均值X与平均样本标准差S。由于Xi62.90，Si0.56i1i1得62.900.56X8.99,S0.0877c）XS图的绘制74 第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析首先确定X图参数，取样本量大小n=2,查表可知，A3=2.659，，再将均值X8.99和标准差S0.08代入公式，求得X图参数为：控制上限UCLXAS8.992.6590.089.203控制中心线CLX8.99控制下限LCLXAS8.992.6590.088.773运用小批量施工控制图改进之后得到的质量控制界限为：n23(n1)(SiS)n1i1改进后控制上限UAy3=X9.300nn改进后控制中心线CLy=X8.990n23(n1)(SiS)n1i1改进后控制下限LAy3=X8.670nn由此计算得到的X图6-5如下：图6-5关键筛孔0.075mm通过率均值控制图再确定S图的参数，查计量值控制图系数表（附表1），将B3.267,B0.00043代入S图的公式，得到UCLBS3.2670.080.264CLS0.08LCLBS0.000.080.003由此计算得到S图6-6如下：75 重庆交通大学硕士毕业论文图6-6关键筛孔0.075mm通过率均值控制图其中，图中施工控制上限、施工控制下限是规范和设计要求波动的范围，即为8%—12%。2）控制效果分析根据SMA沥青路面小批量施工控制图的判断准则：a)首先进行单点检测。由X图可知，测点均落在施工要求质量控制范围内。其中1号点的位置比较特殊，如果只按照传统的小批量均值—标准差（Xs）控制图建立控制界限，则1号点落在界限UCL之外，说明施工过程异常，需要重视，必要的话需要停工检测，但是结合过程能力指数综合考虑，发现施工过程能力充分，不存在异常，因此说明采用传统小批量控制图建立的控制界限较窄，极易犯第一类错误（虚报），造成质量控制成本提高。而采用改进后的小批量施工控制图建立控制界限后，1号控制点落在控制界限内，施工过程正常，正好跟过程能力指数的检测结果匹配，因此证明改进后的小批量施工控制图更适合SMA沥青路面施工过程质量的控制。由S图可知，测点数据离散程度正常，也在可控范围之内。b)多点检测。从X图和S图检测结果来看，控制图没有出现多点排列异常的情况，即没有出现链、趋势、周期性波动等情况，说明施工过程正常。3）辅助控制：过程能力指数的检验由于目标级配在0.075mm关键筛孔处的规范要求范围是8%—12%，因此具有双侧控制界限，即规范要求的上控制界限为12%，规范要求的下控制界限为8%。由此得到的过程能力指数：TT128ULC3.70P6S60.18根据T(TT)/2T(128)/2810，X8.99，由于T，因mULLm此需要对过程能力指数进行修正，修正后的过程能力指数Cpk计算结果如下：76 第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析T8.9910mk0.50T/2(128)/2C(1kC)(10.50)3.701.85pkp经查阅过程能力指数评价标准，发现C1.851.67，属于I级，工序能力Pk满足要求，也就是说级配0.075mm关键筛孔的过程能力控制满足施工要求，应保持现有的工序能力继续施工。6.2.3油石比的控制油石比是造成SMA沥青路面典型质量病害泛油和车辙的主要原因，因此油石比无疑是SMA沥青路面施工过程中质量控制的又一关键指标，施工过程中对油石比的控制也更加，过高的油石比容易造成沥青路面早期质量病害的形成，过低的油石比又不利于SMA沥青路面质量的形成。因此在施工过程中应重点监控油石比的大小，做好动态控制工作。①主要控制过程：小批量施工控制图本项目选取7个施工日对混合料取样2次进行抽提筛分和马歇尔试验。从2014年10月10日至2014年10月19日7个施工日的混合料油石比试验结果如下表6.7。表6.7油石比检测结果施工过程中油石比试验结果（%）序号1234567日期10.1010.1210.1310.1510.1610.1810.1916.106.005.965.956.006.066.15油石比26.205.955.906.015.956.146.07表中共有7天的抽提结果，以1天的抽提结果为一个样本，每天抽提二次，则样本大小为2，总的样本数为7。1）计算7次检验结果的均值Xi和标准差S，第一组数据计算得到如下：i1X(6.106.20)6.151222S[(XX)(XX)]/20.07112其余各组样本平均值、标准差计算结果如下表6.8,表6.8样本均值、标准差计算结果序号个样本的平均值标准差1X6.15S10.0712X5.98S20.0423X5.93S30.04377 重庆交通大学硕士毕业论文4X5.98S40.0445X5.98S50.0456X6.10S60.0667X6.11S70.067X6.03S0.05772）计算样本总体均值X与平均样本标准差S。由于Xi42.22，Si0.35i1i1得42.220.35X6.03,S0.05773）XS图的绘制首先确定X图参数，取样本量大小n=2,查表可知，A3=2.659，，再将均值X6.03和标准差S0.05代入公式，求得X图参数为：控制上限UCLXAS6.032.6590.056.163控制中心线CLX6.03控制下限LCLXAS6.032.6590.055.903运用小批量施工控制图改进之后的质量控制界限为：n23(n1)(SiS)n1i1改进后控制上限UAy3=X6.180nn改进后控制中心线CLy=X6.030n23(n1)(SiS)n1i1改进后控制下限LAy3=X5.880nn由此计算得到的X图6-7如下：图6-7油石比均值控制图78 第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析再确定S图的参数，查计量值控制图系数表，将B3.267,B0.000代入S43图的公式，得到UCLBS3.2670.050.164CLS0.05LCLBS0.000.040.003由此计算得到S图6-8如下：图6-8油石比标准差控制图其中，图中规范上限、规范下限是按施工规范的要求确定的，在最佳油石比6.1%的基础之上正负波动0.3%，即5.8%—6.4%。②控制效果分析根据小批量施工控制图的判定规则对油石比进行检测：a)单点检测，由X图可知，所以的检测样本点均落在目标区内，说明样本施工过程正常，无异常波动情况。但是整体来看，7个样本点中有4个样本点均落在均值CL的下方，说明油石比较目标油石比6.1%相比整体偏低。再根据S图可以看出样本数据离散程度较低，说明数据总体偏小，不是个别检测点或者测量时间段的偶然因素所为。查明原因可能由于施工单位为节约成本，故意将油石比调低，但是仍然在规范要求的合理范围之内，因此如果按照传统质量检验和路面验收规范进行点点对比的验收来看，油石比仍然是合格的。但是根据本论文提出的小批量施工控制图的控制界限来观察，发现总体油石比偏小，对后期SMA沥青路面质量形成不利，建议改进，将油石比调高。b)多点检测，从X图和S图检测结果来看，控制图没有出现多点排列异常的情况，即没有出现链、趋势、周期性波动等情况，说明施工过程正常。③辅助控制：过程能力指数的检验由于规范要求油石比可在最佳油石比6.1%的基础上正负波动0.3%，因此具有79 重庆交通大学硕士毕业论文双侧控制界限，即规范要求的上控制界限为6.4%，规范要求的下控制界限为5.8%。由此得到的过程能力指数：TT6.45.8ULC1.16P6S60.086根据T(TT)/2T(6.45.8)/25.86.1，X6.03，由于T，mULLm因此需要对过程能力指数进行修正，修正后的过程能力指数Cpk计算结果如下：T6.036.1mk0.05T/2(6.45.8)/2C(1kC)(10.05)1.161.10pkp经查阅过程能力指数评价标准，发现C1.1[1,1.3)，属于III级，工序能Pk力尚可，但不是很充分。作为关键质量控制指标，油石比在施工过程中的关注度还应该继续提高，应作施工方和监理方重点检测的项目，对油石比的控制还应加强，增加油石比控制成本的投入。6.2.4温度的控制施工温度的控制同样严重影响着SMA沥青路面的质量，过高的施工温度会导致沥青老化及挥发，而过低的施工温度又会降低沥青路面的性能。因此选择合理的施工温度，才能顺利完成后续的拌合及压实工作，满足质量的要求。所有施工温度的控制最重要的也就是拌合混合料的出料温度，因此控制施工温度的核心是混合料出料温度的控制。①主要控制过程：小批量施工控制图本项目路面施工采用SBS改性沥青，对于SBS改性沥青SMA混合料的施工温度应根据建设当地的实际情况和施工需要进行考虑，本项目位于高温多雨的山岭重丘区域，结合施工期间正处于初秋季节，因此建议混合料出料温度控制在170-185摄氏度左右，摊铺温度不低于165摄氏度，采用插入式温度计测量得到的混合料出料温度，如果选择在运料车上进行测量，应将温度计插入在车厢侧板下方不少于15cm,每车料测3点，在7个施工日内每天随机选取两车料的测量数据统计如下表6.9所示：表6.9混合料出料温度检测结果施工过程中混合料的出料温度（℃）序号日期xi1xi2xi3xi4xi5xi6110.10178178179177177178210.12177176176177177176310.13177177176175176175410.1517817717717717817780 第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析510.16172171172171172172610.18177178178177177178710.191791791781741741731）计算天抽检结果的均值Xi和标准差S，第一组数据计算得到如下：i1X(178178179177177178)177.831662S1(X1iX1)/60.75i1其余各组样本平均值、标准差计算结果如下表6.10,表6.10样本均值、标准差计算结果序号个样本的平均值标准差1X177.83S10.7512X176.50S20.5523X176.00S30.8934X177.33S40.5245X171.67S50.5256X177.50S60.5567X176.17S72.797X176.14S0.94772）计算样本总体均值X与平均样本标准差S。由于Xi1233，Si6.56i1i1得12336.56X176.14,S0.94773）XS图的绘制首先确定X图参数，取样本量大小n=6,查表可知，A3=1.287，，再将均值X176.14和标准差S0.94代入公式，求得X图参数为：控制上限UCLXAS176.141.2870.94177.353控制中心线CLX176.14控制下限LCLXAS176.141.2870.94174.943运用小批量施工控制图改进后的质量控制界限为：81 重庆交通大学硕士毕业论文n23(n1)(SiS)n1i1改进后控制上限UAy3=X177.560nn改进后控制中心线CLy=X176.140n23(n1)(SiS)n1i1改进后控制下限LAy3=X174.720nn由此计算得到的X图6-9如下：图6-9温度均值控制图再确定S图的参数，查计量值控制图系数表，将B1.97,B0.03代入S图43的公式，得到UCLBS0.941.971.854CLS0.94LCLBS0.940.030.283由此计算得到S图6-10如下：图6-10温度标准差控制图82 第六章SMA沥青路面施工过程质量控制案例分析②控制效果分析根据SMA沥青路面小批量施工控制图的判断准则：a)单点检测首先我们可以从X图上看出，5号控制点出料温度明显偏低，结合S图发现5号点离散程度较小，说明不是由于测量某个时间点的温度值出现偏差等偶然因素造成的温度偏低，而是由于5号控制点整个施工日混合料的出料温度都偏低造成的。由此检查混合料的生产情况，发现沥青混合料搅拌机在拌合时，集料的加热系统出现故障，集料的烘干温度未能达到要求的200℃，而对于SMA沥青混合料而言，不管是否使用改性沥青，由于加入的冷矿粉及纤维数量很大，因此如果集料的烘干温度不够高，都不能充分将混合料分散拌匀，从而影响SMA沥青混合料的出料温度。因此需立即停止施工，检修机器加热系统，待设备修好之后再继续施工，所以后面的控制点出料温度检测又恢复正常范围之内。b)多点检测7个检测点中有3个点靠近改进后的上控制界限UA，说明混合料出料温度整体偏高，这可能跟施工工地与拌合楼距离有关，由于本项目位于山岭重丘地区，受地形条件的限制，拌合楼的选址受到妨碍，因此可能选在离施工工地稍远的平坦地区，所以由于运输距离稍远，为了保证摊铺温度达到要求，不至于因为摊铺温度过低产生过多的废料，那么在出料温度的控制上稍微偏高一点，也在可控制的范围之内。从S图上可以看出，7号控制点离散程度较高，上午和下午所测的两组指标出料温度差异明显，可能是由于下午检测人员马虎作业，人为因素造成的，因此需加强施工现场人员管理工作，保证施工顺利进行。③辅助控制：过程能力指数的检验由于SMA沥青混合料的出料温度规范要求为170℃—185℃，因此具有双侧侧控制界限，即规范要求的下控制界限为170℃，规范要求的上控制界限为185℃。由此得到的过程能力指数：TT185170ULC3.01P6S60.83根据T(TT)/2T(185170)/2170177.5，X176.14，由于mULLTm，因此需要对过程能力指数进行修正，修正后的过程能力指数Cpk计算结果如下：T176.14177.5mk0.18T/2(185170)/2C(1kC)(10.18)3.012.47pkp83 重庆交通大学硕士毕业论文经查阅过程能力指数评价标准，发现C2.471.67，属于I级，工序能力Pk满足要求，也就是说整个施工过程的施工组织和生产能力满足质量控制的要求，应按照目前的施工工序能力继续施工，同时及时调整5号控制点那天混合料的出料温度，使后续混合料的出料温度控制在较理想的范围内，这一点在后续几天的混合料出料温度均值控制图里面也有体现。6.3本章小结本章结合重庆经开区“开迎路”沥青路面上面层铺筑SMA-13为例进行实证分析，对SMA沥青路面铺筑过程中质量控制的关键指标“压实度、级配、油石比、温度”分别绘制改进后的“小批量施工控制图”。通过双重控制界限的约束来判断施工过程质量控制关键指标是否处在合理的可控范围之内，从而保证施工质量满足要求，保证SMA沥青路面优良路用性能的形成。84 第七章结论与展望第七章结论与展望7.1研究结论通过前面的研究，本论文得到以下主要结论：①通过对山岭重丘区SMA沥青路面典型质量病害成因分析，结合SMA沥青路面施工质量要求，发现施工阶段质量控制不严格是造成路面典型质量病害形成的主要原因，因此总结得到SMA沥青路面施工阶段质量控制的重难点为：1）施工过程质量控制指标众多，且无重要程度之分；2）施工过程质量控制方法仍然是点点对比的静态控制方法，没有引入过程控制理念，对施工质量进行动态控制。②在SMA沥青路面施工过程质量控制指标的选取方面：本论文首先采用专家调研法对施工过程质量控制的众多指标进行赋权，运用排列图法从众多指标中选取油石比、级配、温度、压实度、平整度、厚度等指标作为SMA沥青路面施工过程质量控制的重要指标。然后再运用灰色多层次综合评价模型，根据重要指标与典型质量病害形成之间的关联程度大小，选取油石比、级配、温度、压实度作为SMA沥青路面施工过程质量控制的关键指标。③在SMA沥青路面施工过程质量控制方法的研究方面：由于SMA沥青路面施工过程属于小批量生产过程，因此根据过程控制理论及小批量质量控制基本方法，结合《公路沥青路面施工技术规范》关于动态质量控制的要求，首先选择有效性较高的“均值—标准差（XS）控制图”作为SMA沥青路面施工过程质量控制的基准方法。再根据“均值—标准差（XS）控制图”在小批量环境下使用控制界限的有效性不能得到保证，因此本文提出运用贝叶斯理论对控制图进行改进，得到的控制界限可根据样本数量大小进行调整，由此建立具有双重控制界限的“小批量施工控制图”，并以此方法作为SMA沥青路面施工过程质量控制的方法。④结合典型的山岭重丘区城市——重庆经开区“开迎路”建设项目上面层铺筑SMA-13。运用具有双重控制界限的“小批量施工控制图”对SMA沥青路面施工过程中的关键指标（油石比、级配、压实度、温度）进行实例论证分析，从而验证“小批量施工控制图”在山岭重丘区SMA沥青路面施工过程中质量控制的适用性和可行性。7.2研究展望本轮文虽然对SMA沥青路面施工这种小批量生产模式的过程质量控制方法做了一定的研究，但仍然存在一定的局限性，需要进一步完善和探索的问题主要有85 重庆交通大学硕士毕业论文以下几个方面：①本论文在进行SMA沥青路面施工过程质量控制时，由于考虑到控制成本和控制时效性的问题，因此只针对施工过程质量控制的关键指标进行了验证分析，而对于一般指标建议仍然采用传统的静态控制方法，以达到质量控制投入与产出效益的最大化。②本论文在进行SMA沥青路面施工过程质量控制时，只对单个关键控制指标进行了逐一的分析和检验，而没有考虑到多个控制指标之间的相互关联性，即多元质量控制的问题，因此，在考虑多个控制指标的相互作用和相互影响的前提下，开展多元质量控制研究是需要进一步探索的问题。③本论文构建的“小批量施工控制图”只能起到判断异常和对发生异常的趋势进行预警的作用，不能诊断出异常发生的原因，也不能进行异常情况的自动调整过程。如果需要查找异常因素还需要借助于因果图，排列图等统计方法，同时还需手动进行过程的调整。因此，对于控制图的诊断及调整功能的智能化研究也是一个需要继续研究的问题。86 致谢致谢转眼之间，三年的学习生涯即将结束，但是对我的人生而言却是另一段新的开始。回顾这三年走过的点点滴滴，在师长、亲友的帮助下，走得辛苦却也收获满囊。在论文即将付梓之际，心中感慨万千，对那些曾经引导、帮助、激励过我的人充满了无限的感激。首先感谢我的两位导师刘昌仁研究员和郭小宏教授，在攻读研究生期间在学习、生活和论文上都给与了我莫大的帮助。两位老师渊博的知识、严谨的治学态度、精益求精的工作作风、诲人不倦的高尚师德以及平易近人的人格魅力都对我影响深远。本论文从选题、资料收集、思路形成直至最后的论文撰写完成都倾注了两位老师的无限的心血，在此向两位老师表示最衷心的感谢和最崇高的敬意。其次感谢同门周斌、胡兵华、郭伟、胡茳军、欧阳结新、刘颖和廖亚莎。三年一起并肩作战的日子令人终生难忘，感谢你们在生活和学习上给予的帮助。然后感谢重庆智翔铺道工程技术有限公司在实习阶段提供的支持和帮助。最后感谢养育我多年的父母，是你们的无私关怀和谆谆教导鼓励我在求学的道路上不断进步。感谢陈威一路走来的相互扶持与包容。同时也向百忙之中抽出时间对本论文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心的感谢。87 重庆交通大学硕士毕业论文参考文献[1]国家统计局.中国统计年鉴[J].北京：中国统计出版社,2014[2]方筠.高速公路沥青路面施工工艺质量的控制研究[D].长安大学,2008[3]陈晓峰.SMA路面在辽宁高速公路上的应用研究[D].沈阳建筑大学,2006[4]沈金安.SMA路面设计与铺筑[M].北京:人民交通出版社,2003[5]陈春林,赵宏洲.国内外SMA路面应用技术及发展[J].交通企业管理,2013[6]李媛媛.MAC改性沥青SMA在高等级公路罩面中的应用研究[D].山东科技大学,2010[7]ERBrownetcAASHTOFormat,StandardPracticefortheConstructionofStoneMatrixAsphalt(SMA)[J],2010[8]HeavyDutySurfaces:TheArgumentsforSMA[J].EuropeanAsphaltPavementAssociation(EAPA),2009[9]宋涛.SMA混合料铺装设计、施工及应用研究[D].重庆大学,2005[10]李丽连.浅谈SMA沥青玛蹄脂混合料的施工质量控制[J].科技创业,2011[11]张成全.SMA在浙江高等级公路中的应用研究[D].长安大学,2009[12]刘军,冯五一.高温多雨山区高速公路沥青路面设计与施工[J].科技创业,2011[13]张蓉.SMA路面在四川的推广应[J].全国公路科技创新论坛论文集,2011[14]卢刚.工业产品质量控制策略浅析[J].现代经济信息,2010[15]李伟.质量管理学及其发展[J].航空标准化与质量,2004[16]廖永平.统计技术与质量管理[J].中国质量,2007[17]王敏华,周娟,沈丹.累积和控制图与休哈特控制图联合应用方法[J].湖北工业大学学报,2008[18]张公绪,刘艳永,孙静.质量控制与诊断70年[J].中国科学技术协会,2008[19]刘笑男.面向多品种小批量微小偏差的SPC及应用研究[D].天津大学,2008[20]丁昊.浅谈小批量产品生产过程统计质量控制方法研究[J].现代经济信息,2012[21]JLBurati,RMWeed,CSHughes.OptimalProceduresforQualityAssuranceSpecifications[R].FederalHighwayAdministration,2010[22]ChavezE.HotMixAsphaltGradationAcceptanceReviewofQC/QAData2000Through2004[M].ColoradoDepartmentofTransportation;FederalHighwayAdministration,2008[23]ButtsN.E.AsphaltPavementQualityControlQualityAssuranceProgramsintheUnitedStates[J].InTransportationResearchRecord1657,TRB.2009[24]李克德,李玉龙,刘昌仁.沥青混凝土路面施工质量动态控制技术应用[J].公路交通技术.201088 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