直径PHC管桩预制厂平面设计及生产工艺

上原则进行设置和控制，以达到较佳的人、物、财的合理性。
ｌ
ＰＨＣ管桩厂工艺布置 国外的ＰＨＣ管桩生产最多的是日本和马来西亚，也是目前国际上技术较先进的国家，基本
上是采用机组流水线。国内目前生产ＰＨＣ大直径管桩企业不多，约为５家，均为日本模式的翻
版，考虑到中国国情，自动化程度有所降低，但总体布置基本一致。由于设计者的认识程度有所 不同，各企业的工艺布置及控制各有千秋，有的较合理，但有的相对较笨拙。 １．１对总平面布置的基本要求 ＰＨＣ管桩厂的选址一般从运输条件、原材料条件、产品使用密集区方位等因素进行考虑，如 要求靠近运输码头，砂石大宗原材料采购运输方便，ＰＨＣ桩成品易于出厂等。 ＰＨＣ管桩厂总的生产工艺可概括为三大类：即台座法、机组流水法和流水传送法。欧美国家 主要采用台座法，此种方法资金投放量小、建厂周期快，易于在较大工程的施工处附近迅速形成 生产力，但总体产＝晕＝较低，产品质量的保证度相对较小；国内主要参照日本及马来两亚２０世纪 ８０年代的生产工艺，即机组流水法，此法特点是工艺流水顺畅，各生产工段前呼后应，各工段所 采用的生产手段能满足和保证产品质最要求，最终实现投入合理、工艺紧凑；２ｌ世纪以来，日本
凝缝筑
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图６管桩离心时间与强度的关系
心初始坍落度、离心布料阶段坍落度恢复时间及离心中速、高速时的三相沉降速率（石子在砂浆
中的沉降、砂在水泥浆中的沉降、水在水泥浆中的沉降）不一致，所以生产应根据自身的特点并 结合理论研究成果对不同的内分层和外分层，使两种分层尽量的减小。一般总的离心时间不宜小 于１８ｍｉｎ，在离心参数选择时充分考虑到中速的离心时间和速度，以最大程度的减小内分层。 另外，某企业为增加产量，节省离心结束后的停车时间，采用“刹车”的方式使离心机在短 时间内停车，这种方法会造成管桩刚成型的混凝土内部出现许多结构“微裂缝”，这些裂缝沿径 向呈放射性分布，在养护过程中有的裂缝是无法自行愈合的，最终造成管桩的内部缺陷。 ２．４普养和压蒸养护 使用蒸汽进行养护是加快钢模周转的重要手段，它使混凝上在短时间内获得要求的放张强 度。ＰＨＣ管桩的养护可分为两个阶段，即初级养护（也称普养）和压蒸养护，一般来说，经过压蒸 的管桩即便再经水养，其混凝士强度增长是相当缓慢的，有试验表明经压蒸后混凝士其强度在二
缸：里×￡
。
Ｅ
式中：俨混凝土有效预压应力，ＭＰａ；
Ｅ．一放张时混凝土压缩弹性模量，ＭＰａ；
Ｌ
７一放张时桩长，因与Ｌ相差不会很大，可取Ｌ值。
（２）镦头：ＰＨＣ管桩锚固钢棒的重要部件，通过它对管桩两端的法兰板施加预应力。所以镦 头过程中的热塑影响对其锚同强度的发挥是息息相关的，控制好镦头过程巾的强度损失在１０％ 以内是关键，以免在管桩养护过程、放张时或是在锤击应力下出现“脱头”的严重质量事故。另 外，钢棒的镦头面应平整，这点也是比较重要的，这将直接影响到镦头的质量，比较理想的是图２， 而图３所示的情况应避免。
图２理想的平面
《誊》ｔｂ）
图３应调整的平面 （３）滚焊成笼：这里要注意焊后强度问题，笼子要求能焊牢不散架，但也不是越牢越好，过
．７５．
度的焊接会直接影响主筋的强度，甚至“烧伤”，这直接威胁管桩的预应力和抗裂抗弯性能。 ２．２管桩混凝土的制备 混凝七的制备是心脏环节，其质量的好坏可真接控制着管桩质量事故的５０％。一般搅拌方式 有踌种，即一阶式和二阶式，见图４、５。
调整；③每一阶段的离心时间应要求拌
制的混凝士情况都有一个最佳的时间， 不是越长越好，当然太短了也是一样的， 其关系如图６。 不同的混凝土配合比生产的管桩其 高速离心最佳时间是有一定差异的，所以不同的生产厂家应根据自己的配合比确定一组较好的 离心制度。不同的减水剂、外掺矿物外加剂对离心制度是有较大的影响的。航通构件所使用的新 拌混凝ｊＥ其磨细砂使用占到胶凝材料总量的３０％左右，其他的厂家如三航四公司、七公司、江门 裕大公司等均在新拌混凝土中掺入了大量的外掺料（磨细矿渣、钢渣、蛇尾矿、磨细粉煤灰等）， 另外各公司所采用的高效减水剂有萘系列、脂肪族系列、聚羧酸系列等，也造成新拌混凝土的离
ｔ
图４一阶式方法
图５二阶式方法
以上两种方式有各自的特点，一阶式投资较高，自动化程度较高，生产效率相对也较高，运 行成本较低，但维护水平及操作水平也要求较高，平时的设备保养较凼难，基本上不允许有大 修。二阶式则反之，但近年来自动化水平也上升较快，也被许多企业采用。不论采用哪种方式，只 要在设计时充分考虑ＰＨＣ管桩的生产特点，即每盘料的精准度要求在１％（静态）以内，具体选用 哪种方式，笔者认为只要结合建厂的方位、空间、投资额、工厂以外的周边环境、总平面特点等 二者均可以，要做到冈地制宜、因厂设计。 ＰＨＣ管桩混凝土强度一般在Ｃ８０～Ｃ１００，属于高强混凝土的范畴，它的特点是混凝土单位胶 凝材料用量高，一般在５００ ５３０ｋｇ／ｍ３，同时胶凝材料中矿物外加剂较多，可占到总量钓
．７４．
每根定长的计算按下式，实际生产可试制几根，只要长度误差在±０．３％内则为合格。
Ｌｏ－Ｌ一△Ｌｌ＋２△Ｌ２一△Ｌ３一△Ｌ４＋△Ｌ５
式中：ｋ一定长切断长度，ｍｍ；
卜管桩公称长度，ｍｍ；
△ＬＩ一张拉钢筋伸长量，ｒａｍ； △Ｌ２＿镦头引起钢筋缩短，ｌｉｌｍ，一般可取１２．５ ｍｒｎ，但各厂视实际生产取值；
０．５ＭＰａ为宜。在张拉值计算时，一般按下式取用：‰＝ｍｉｎ（０．８ｘ，ｒ届厦，０．７×％拉），一般不允许超张
拉，这样容易造成管桩在施工中突然断裂而发生安全事故，但应考虑在张拉过程中端板、锚具与
管模闯的摩擦力效应。采用一次张拉工艺时，张拉设计值为ｏ－÷１０％‰一１０３％‰看直接锚圆；
．７６．
当采用二次张拉工艺时，张拉设计值采用０－争１０％‰＿１０５％‰（持荷２Ｉｎｊｎ）一ｌｏｏ％‰（锚固）。
大直径ＰＨＩ＝管桩预制厂
平面设计及生产工艺
张勇 马 超梁津
中交一航局第一工程有限公司
摘要：介绍了生产ＰＨＣ管桩乍产厂的工艺、工艺设计及生产丁艺要求，论述了通过工艺优化以 达到较佳的工艺布置，同时通过各类工艺参数’使计的对比优选出适合ＰＨＣ管桩的合理控制工艺。 关键词：ＰＨＣ管桩；生产工艺；平面布置；参数设计
△Ｌ厂张拉时端头板凹坑与镦头背面，因受力变形而服贴，取２×１
△ｋ一端头板外平面与镦头顶预留间隙（钢筋已张拉），取２×２
ｍｍ；
ｍｍ；
△Ｌ５一由于钢筋放张混凝土受到压缩，钢筋缩短量。
ＡＬｌ＝Ｌｏ
ｘ毕
式中：
ｆｃ。．ｋ＿一钢筋抗拉强度，ＭＰａ；
Ｅ一钢筋拉伸弹性模量，ＭＰａ； ｋ一定长切断长度，但与Ｌ管桩公称长度不会相差很多，这里也可用Ｌｏ代Ｌ作计算。
度；理想中速的推荐值为ｙｏ，√乏（Ｖ瑚；为高速速度），以起到充分成型作用，达到较佳的内外分
层；慢速的作用是充分匀料，使混凝土 在管桩内模内进行二次搅拌，恢复成型 所需的坍落度，使混凝土料在管桩模内
均匀分布，其理论值为３０ｋ／４Ｒ，Ｒ为管
桩的平均半径，ｋ为离心系数， ｋ的取值
芏
笔
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在０．９～１．２之间，按混凝土的不同适当
．Байду номын сангаас３．
等国逐步发展了流水传送法，此工艺布置要求自动化程度相当高，车间生产基本实现全自动化， 但前期投入相当大。一般国内目前较先进的企业均选用机组流水法。 机组流水法一般分为横向布置和纵向布置两种（如图１），两者各有特点。前者工艺布置紧 凑，同样的生产量车问面积较后者省（即土建投资小），劳动生产率较高，一般适合小直径的 ＰＨＣ桩生产，但如１＝艺设计不合理时其安全性较后者差。反之，后者生产工艺线拉得较长，同样 产量土建费用较高，但生产安伞性大为加强，适合大直径的ＰＨＣ桩生产，业内企业一般均选用纵 向流动方式。
０引言 我国从２０世纪８０年代末从日本引进ＰＨＣ管桩生产线设备、技术，到日前为止已经有２０年 的历史，近年来海上工程建设掀起新一轮高潮，外海深水码头工程、跨海大桥工程看好长管节的 大直径混凝土管桩。管桩具有桩身强度高，抗裂、抗弯能力强，可贯入性、耐锤击性好，生产周 期短，单桩承载力高。并且，由于单节长度达３０ｍ，在一般水工工程中可确保桩的钢质接头进入 泥面以下一定深度，并能超过第一零弯矩的深度，有利于接头防腐和结构全。另外耐海水侵蚀能 力比钢管桩好，使用期维护费用小，且价格相对较低，与同直径的钢管桩相比，仅为钢管桩的 １／２～２／３。因此说人直径管桩部分取代钢管桩及全部替代混凝土方桩已大势所趋。 管桩厂工艺布置及工艺控制参数是否合理、是否成功，主要看这样的工艺能否保证和满足产 品质量要求，而且要保证一个生产周期内的质量稳定性；同时要求投入的资金（包括劳动生产率、 单位面积的产量）等指标是合理的、先进的，当然还有对安全性、环保性的要求。新建厂应按以
２
ＰＨＣ桩生产各工段的工艺及其参数 合适的生产工艺参数是保ｉ正ＰＨＣ管桩质量的前提，如何正确设立各工序巾所涉及的参数，是
在设计ＰＨＣ管桩厂前必须考虑成熟的不可缺少的步骤。下面我们结合生产实际商讨一下生产各主
要工段的工艺及其参数的一些基本要求，以及容易出现的或是易忽视的问题，其他次要工序的要 求及参数应结合实际情况确定，在此就不再累述。 ２．１钢筋加工 钢筋加工涉及ＰＣＢ钢棒的定长切断、镦头及滚焊成型三个主要工艺环节。 （１）定长切断：一般要求每一根管桩内的钢棒长度误差控制在Ｌ／５０００＂＇Ｌ／１００００之内为宜。
３０％一５０％，粗集料要求５，－一２０ｍｍ，采用高效减水剂，水灰比控制在０．２８＂－－＇０．３０之间，同时由于需 要在给料车中布料，要求混凝土的工作性能较好，故我们在设计时要选择好搅拌机械和搅拌工艺， 一般来说搅拌机械应选用双轴卧式，不应选用立式等其他形式，目前国外搅拌方式中只卧式能做 到在短时内“搅透”满足上述要求的混凝土，否则管桩在离心中会出现蜂窝、麻丽、坍落等质量 缺陷。另外，我们要注意搅拌制度的选用，搅拌高强管桩混凝土要求减水剂后掺法，即部分的水 和砂、石、胶凝料混拌约２０ｓ后再加入剩余部分的水和高效减水剂。一般来说，从砂石料下到搅 拌机内起总的搅拌时问不宜少于１００ ｓ，随着搅拌机械的老化，总时间应适当加长。 ２．３预应力张拉和离心成型 预应力张拉工艺中要注重千斤顶、张拉方式、张拉速度及张拉设汁值的选用。大直径ＰＨＣ 管桩国内均采用外张拉方式，即张拉螺栓通过张拉环直接固定在管桩端板上共同张拉，国外较多 的是采用分组张拉，～般说分组张拉方式较优，但对人员素质及控制仪器设施投入较多。 在这里我们尤要注意张拉精度的控制，张拉显示仪表的选择比较重要，要求最小刻度在
同时要注意应力一应变的关系，在保证应力的情况下应变理论与实际值偏差在５％以内是可以接
受的。 离心工艺及其各阶段工艺参数的选择对管桩的质量起着极其重要的作用。管桩在世界上近四 十年的探索，得出了较科学的参数。这些成果的主要方面是：①离心分三阶段或四阶段成型，即 低速布料（也称二次搅拌），中低速匀料，中速成形，高速密实；②为保证管桩在离心力作用下充 分密实，高速下密实压力推荐为５＂－＇１０Ｎ／ｃｍ２，即换算成离心加速度为３５～４０９，其中ｇ为重力加速
（４）物流方向的选择。在车间内，原材料、半成品、成品立体交叉，相互流动，如何设计最佳
的物流方向，特别是行车等运输工具都应有自己的行车路线，在结合处，如何按统畴原理进行优 化，以减小辅助等待时间，使其与整个车问合拍。 （５）车间内工艺装备的定置管理。车间生产所需的辅助装备应定位于最佳位置，以提高生产 效率和加强安全管理，如气动扳手在布料区和拆模区的位置，气管接头设置在何处有利等等，都 应进行考虑。车间的设计是一个系统工程，要方方面面系统地考虑，以取得最满意的经济、安全 效益。
管裢镞向流动
图１机组流水法 １．２车间平面布置的基本要求
管溉纵ｌ秘流动
车间平面设计的好坏直接影响产品的产量、质量和安全。一般ＰＨＣ车间应遵循以下几个原则。
（１）工艺流畅、简洁，整个工艺流程顺序作业，尽最减小运输、减小交叉作业。
（２）车间生产的核心是工序节拍，所以要考虑到每道工序的节拍时问，要做到各流程的平衡， 不允许出现各工序“打仗”现象的发生。 （３）车间内设备的选型要外购与自制相结合，充分利用现有条件、每个厂的自身特点决定各 类工艺设备。