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摘要：本文主要对沥青路面铺装施工过程中对质量的一些影响因素和运用层次分析法对沥青混凝土路面施工可靠度控制进行了分析与研究，旨在提高沥青混凝土路面施工质量。
关键词：基于层次分析法；沥青混凝土路面；施工质量；影响因素；可靠度控制
一、前言
沥青路面是指在矿质材料中掺入路用沥青材料铺筑的各种类型的路面。沥青结合料提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力，使路面平整少尘、不透水、经久耐用。因此，沥青路面是道路建设中一种被最广泛采用的高级路面。但是现阶段在沥青路面铺装质量方面还存在一些问题，造成沥青路面质量
问题的原因有多方面, 如结构设计不合理、恶劣的自然条件、车辆超载、工期过短等施工技术人员难以控制的外在因素。但不可忽视的是, 沥青路面铺装施工过程中有许多施工因素会导致路面早期病害的发生, 而这些因素即为在施工过程中需要控制的指标。下面就对沥青路面铺装施工过程中对质量的一些影响因素和施工可靠度控制进行了分析与研究，旨在提高沥青混凝土路面施工质量。
二、沥青路面铺装施工质量的影响因素分析
（1）材料方面。材料是工程的核心，材料是否符合质量要求，是否符合工程所需，是否达到规范要求，是否有进厂所需材料等都关系到施工质量。另外沥青混合料中配比与工程质量关系密切，无论是中间粒径过大还是油石比例过大，都会影响施工质量。调研发现, 在高速公路建设中, 虽然大部分单位在开工前都取样做了筛分分析并符合要求,在施工中也检测并予调整配合比，但由于油石比、级配都在变化，不能做到十分准确。必须严格控制集料关键筛孔通过率、沥青混合料的油石比。生产阶段原材料质量波动大，试验检测不及时、控制措施不到位是许多病害产生的源头。
（2）施工温度。沥青的物理和化学性质决定了其容易受温度变化的影响，加之沥青路面施工一般都是在露天，不分季节性，施工现场比较开阔，容易受外界温度的影响。当现场混合料的摊铺温度比较低时,沥青混合料的粘度就会增高,和易性降低，给混合料的压实带来很大的困难。沥青混合料的拌和、摊铺及碾压成型等温度控制必须严格按规范要求进行,尽量避开不利天气施工。
（3）施工压实度。水是导致沥青路面损害的重要原因，渗入沥青面层中的水在车辆荷载及温度作用下引起沥青膜从集料上剥离，导致路面松散、坑槽等破坏。如果沥青路面施工压实度不够，就容易使水渗入沥青层，通过压实度控制路面空隙率，从而增强沥青路面的抗水损害能力，提高路面抗车辙能力。
（4）施工厚度控制方面因素。沥青路面施工厚度是涉及路面结构安全和使用功能的重要实测项目，是保证路面工程质量的关键性指标，是路面施工中各个环节质量的最终体现，涉及施工过程各个环节中的许多因素。现代公路建设对路面厚度这一关键性指标的控制要求越来越高。
三、沥青路面施工过程中控制指标的优选结构层次
沥青混凝土路面出现的早期病害主要有裂缝、水损害、车辙和泛油4种。根据病害成因确定施工过程中的控制指标，沥青混凝土路面施工控制指标（F）的选择需考虑路面使用早期出现的裂缝B1、水损害B2、车辙B3和泛油B4，根据4种病害成因得出施工过程中的控制指标，包括空隙率S1、压实度S2、面层厚度S3和油石比S4，建立控制指标选取的层次结构。
（1）AHP构造判断矩阵。判断矩阵表示针对上一层次某因素而言，本层次与之有关的各因素之间的相对重要性。在此，聘请一些经验丰富的专家，从第一层开始逐层两两比较构造判断矩阵，然后进行层次单排序。层次单排序可以归结为计算判断矩阵的特征根和特征向量问题，即对判断矩阵B，计算满足下式的特征根与特征向量。
BF＝λmaxF
式中：λmax为B 的最大特征根：F为对应于λmax的正规化特征向量，F的分量Fi即是相应因素单排序的权值。
1）构造判断矩阵F-B。对于目标层施工过程控制指标选择而言, B1、B2、B3、B4 的相对责任强度比较见表1。
2）判断矩阵B1-S。对于路面病害泛油而言, S1、S2、S3的相对责任强度比较见表2。
表2、判断矩阵B1-S及S对泛油的权重系数
3）判断矩阵B2-S。对于路面病害车辙而言, S1、S2、S3、S4、S5的相对责任强度比较见表3。
表3、判断矩阵B2-S及S对车辙的权重系数
4）判断矩阵B3-S。对于路面病害麻面而言, S1、S2、S3、S5的相对责任强度比较见表4。
表4、判断矩阵B3-S及S对麻面的权重系数
5）判断矩阵B4-S。对于路面病害裂缝而言, S3、S4、S5的相对责任强度比较见表5。
表5、判断矩阵B4 -S 及S 对裂缝的权重系数
（2）一致性检验
使用层次分析法时，判断矩阵的一致性是十分重要的。所谓一致性检验是判断各个判断矩阵所求出的权重系数是否合理，当矩阵具有完全一致性时，λmax＝n，且其余的特征根均为零。一般情况下，可以证明判断矩阵的最大特征值为单根，且λmax≥n，此时称判断矩阵具有满意的一致性。此时，基于层次分析法得出的结论才基本合理。判断矩阵一致性检验过程如下。
1）求解矩阵的最大特征值λmax，并代入公式CI＝λmax-n/n-1，求解其一致性指标CI。显然，当判断矩阵具有完全一致性时，CI＝O。
2）将判断矩阵的一致性指标CI与同阶平均随机一致性的指标RI之比称为判断矩阵的随机一致性比例，记为CR。当CR＝CI/RI＜0.10时，判断矩阵具有满意的一致性，所求的权重系数合理，否则需要对判断矩阵进行调整。
进行一致性检验，对于判断矩阵F-B：λmax=4.217， CI=0.0723，R I =0.90，CR=0.081<0.1；判断矩阵B1-S：λmax=3，CI=0, RI=0.58，CR=0<0.1；判断矩阵B2-S：λmax=5.126, CI=0.032，RI=1.12,CR=0.028<0.1；判断矩阵B3-S：λmax
=4.010,CI=0.0035,RI=0.90,CR=0.0039 <0.1；判断矩阵B4-S：λmax =2.999 , CI =0, RI=0.58,CR=0.1。各矩阵均满足一致性要求。
（3）层次总排序的一致性检验
利用同一层次中所有层次单排序的结果，可以计算针对上一层次而言本层次所有因素重要性的权值，即为层次总排序。层次总排序需要从上到下逐层进行，对于最高层下面的第二层，其层次单排序即为总排序，层次总排序的一致性检验
方法与层次单排序相似。方案层各因素S对总目标F的权值计算结果见表6。
表6、控制目标选取总排序
CI=0.064×0+0.467×0.032+0.175×0.0035+0.294×0=0.0156
RI=0.064×0.58+0.467×1.12+0.175×0.9+0.294×0.58=0.888
CR=CI/RI=0.0176<0.1故可认为判断矩阵具有满意的一致性。按照上述计算结果，施工过程中可选择的控制指标按照权值大小依次为油石比、压实度、摊铺温度、集料关键筛孔通过率和摊铺厚度。
四、沥青路面施工过程中控制指标的相关性分析
在控制指标体系中，指标数量较大且指标间存在某种程度的相关性时，不仅增加了评价的工作量，而且直接影响计算结果的有效性和可靠性。根据规范要求，沥青混凝土路面正常施工时，按照每车道200m一次的频率在面层上取芯，测定出芯样的密度和厚度，并根据生产配合比确定的混合料理论密度确定芯样的压实度和空隙率。因此，这几个指标的变异性是相关的，都是影响工程质量的重要因素。
（1）压实度和空隙率的相关性分析
压实度是沥青混凝土路面施工控制中的重要指标。压实可以充分发挥路面材料的强度，减少路面在行车荷载作用下的永久变形，还可以增加路面材料的不透水性和强度稳定性，压实度变异性较小的路面发生早期病害的可能性也较低。空隙率是控制沥青混凝土的一项重要指标。空隙率过大或者过小均会对路面造成不同程度的损害，其值过大可能会出现松散、裂缝和车辙等病害，而空隙率过小则可能出现泛油现象。压实度和空隙率的关系见图1。
由图1和拟合结果可知，压实度和空隙率之间具有明显的线性关系，相关系数为0.9998，接近完全相关系数1，相关性很大。由图1可见二者成反比关系，随着压实度的增加，空隙率减小，当压实度由93％增加到100％时，空隙率减小了63％。为了避免指标重复性和相关性的影响，从指标选择的角度出发，考虑到压实度易于测量，选择压实度作为控制指标。
（2）面层厚度和压实度的相关性分析
沥青混凝土面层厚度和压实度之间的关系见图2。
图2、压实度和面层厚度的关系
由图2可知，在路面较薄处的压实度达到了107％，因而在面层较薄处容易出现
过压现象。而在路面面层厚度较大处压实度严重不足，在厚度为19cm处，压实度仅为75％。当路面厚度减小28％时，压实度增加41％，并且经拟合比较，路面厚度与压实度呈直线变化关系，且相关系数为0.9847，而压实度的权重大于面层厚度的权重。因此，选择压实度作为施工阶段最终的控制指标。
五、结语
本文用层次分析法（AHP）筛选沥青混凝土路面施工过程中的主要控制指标，且所求解的指标满足一致性检验。从工程实际应用来看，单纯从定性比较的角度
进行路面结构选择，存在着管理者个人的主观偏好，明显不能适应路面结构选择的发展要求。引入层次分析法进行定量研究，为路面结构选择提供了评价模型，并可以进一步应用多层次灰色评价、模糊层次分析法等进行定量比选，为今后多种路面结构层的定量比选提供了一个良好的思路。
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论文作者:刘召辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/17
标签：路面论文; 矩阵论文; 沥青论文; 压实论文; 层次论文; 指标论文; 病害论文; 《基层建设》2018年第4期论文;