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1、大直径PHC管桩预制厂平面设计及生产工艺我国从上世纪80年代末从日本引进PHC管桩生产线设备、技术, 到目前为止已经有二十年的历史,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安全。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1/22/3。因此说大直径管桩部分取代钢
2、管桩及全部替代 砼方桩已大势所趋。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、环保的要求。新 建制的航通构件基本是按以上原则进行设置和控制，以达到较佳的人、 物、财的合理性。1PHC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,基本上是采用的机组流水线。国内目前生产PHC 大直径管桩企业，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
3、。由于设计者的认识程序有所不同，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，但总体产量较低，产 品质量的保证度相对较小;国内主要参照日本及马来西亚八十年代的 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
4、前呼后 应,各工段所采用的生产手段能满足和保证产品质量要求，最终实现投 入合量、工艺紧凑;二十一世纪以来日本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肉向布置和纵向布置二种，两者各有特点。 前者工艺布置紧凑，同样的生产量车间面积较后者省（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，但如工艺设计不合理 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，但生产安全性大为加强,适合大直径的PHC桩生产，国内企 业一般均选用纵向流动方
5、式。1.2车间平面布置的基本要求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。工 艺流畅、简洁，整个工艺流程顺序作业,尽量减小运输、减小交叉作业。 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间，要做 到各流程的平衡,不允许出现各工序“打仗”现象的发生。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。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
6、间合拍。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,要全面 系统地考虑,以取得最满意的经济、安全效益。2PHC桩生产各工段的工艺及其参数合理的生产工艺参数是保证PHC管桩质量的前提,如何正确设立 各工序中所涉及的参数，是在设计PHC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上,其它次要工 序的要求及参数应结合实际情况确定，在此就不再累述。2
7、.1钢筋加工钢筋加工迁涉到PCB钢棒的定长切断、镦头及滚焊 成型三个主要工艺环节。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/5000L/*之内为宜每根定长的计算按下式实 际生产可试制几根，只要长度误差在士0.3%内则为合格。镦头。镦头 是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固强度的发挥是息息相关的, 控制好镦头过程中的强度损失在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 较理想的是下图中的(A),
8、而(B)、(C)所示的情况应避免。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，但并非越牢越好，过 度的焊接会影响主筋的强度，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土的制备是心脏环节，其质量的好坏 可直接控制着管桩的50%质量事故。一般搅拌方式现在有二种,即一阶 式和二阶式,两种方式有各自的特点,一阶式投资较高眉动化程度较高, 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较高，平 时的设备保养较困难，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
9、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、工厂所外的周边环境、总平面特点等二者均可以，要做到因地 制宜，因厂设计。PHC管桩混凝土强度一般在C80C100,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500530kg/m3,同时 胶凝材料中矿物外加剂较多，可占到总量的3050%，粗集料要求5 20mm,采用高效减水剂,水灰比控制在0.280.30之间,同时由于需要 在喂料车中布料,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,一般说搅拌机械应选用双轴卧式，不应选用立 式等
10、其它形式，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、麻面、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20秒后再加入剩 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 搅拌时间不宜少于100秒，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、张拉速度及张拉设计值的选用。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,一般说分
11、组式张拉方式较优，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0.5MPa为宜。在张拉值计算时,一般按下式取 用:ocon = min（0.8xa屈服,0.7x抗拉），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、锚具与管模间的摩擦力效应。采用一次张拉工艺时,张拉设计值为 0T10%oconT103%ocon后直接锚固;当采用二次张拉工艺时，张拉设 计值采用0T10%oconT105%ocon（持荷二分钟）100%ocon（锚固）。同 时要注意应力 应变的关系，在保证应力的
12、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: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: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0.51.0kg.f/cm2,即换算成离 心加速度为3540g,其中g为重力加速度;理想中速的推荐值为高速 /，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
13、理论值为kx30/,R为管桩的平均半 径,k为离心系数,k的取值在0.91.2之间,按混凝土的不同适当调整。 每一阶段的离心时间应要求拌制的混凝土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。不同的混凝土配方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方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土其磨细砂使用占到胶凝材料总量的30% 左右，其它的厂家如三航四公司、七公司、江门裕大公司等均在新拌混 凝土中均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
14、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阶段的离心速度、时间进行必 要的修正,关键是管桩成型后其离心混凝土应距有良好的内分层和外 分层,使二种分层尽量的减小。一般总的离心时间不宜小于18分钟，在 离心参数选择时在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
15、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，它使混凝土在短时间内获得要求的放张强度。PHC管桩的养护 可分为二个阶段，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，其混凝土强度增长是相当缓慢的，有试验表明 经压蒸后混凝土其强度在二年内基本变化。养护制度参数的选择是管桩生产的又一重要设计。管桩是一种 “薄壁”的水泥制品构件,同时在普养时是带模养护的，经过离心的混凝 土已经获得一定的初始强度，另外脱模时混凝土
16、强度等级在C50左右, 以上因素在管桩普养制度制定时应充分考虑的。制度中静停时间的长短应得到足够的重视，因为离心以后混凝土 虽然有一定的强度,但立即升温或是静停时间不足，会引起混凝土的 “肿胀”温度效应出现大量的结构缺陷,一般说加入掺合料的静停时间 控制在2小时以内,无掺合料时可控制在1小时左右，同时要考虑冬季 比夏季多半小时左右。升温速度根据胶凝材料的不同略有不同，一般 控制在2025C。,掺合料多的可取上限，纯水泥的可取下限，冬季时应 适当放慢。恒温温度也与混凝土中的掺合料有关系，掺的可适当提高, 不掺的应控制在75C以内,恒温时间一般以脱模强度控制为宜。由于 管桩是带模养护的,所以降温时间除特殊原因外一般控制在半小时左 右即可。特别的，要意养护池内各方位温度差不可过大,通过改变蒸养 汽管的布置或喷口方式以消除温差。压蒸阶段是使混凝土内部的C-S-H凝胶系统转变成C-S-H的托 勃莫来石结构，同时水泥水化过程生成的Ca（OH）2与掺
