中國預應力混凝土管樁近期發(fā)展狀況及同日本管樁的差距
2008-11-06 00:00
一、中國預應力混凝土管樁現(xiàn)狀
管樁在我國發(fā)展簡史：
40年代開始研制離心混凝土管樁（RC）；
60年代開始研制并應用預應力混凝土管樁(PRC)；
90年代開始大量應用高強預應力混凝土管樁(PHC)。
數(shù)量：我國是全球生產(chǎn)應用管樁最多的國家，年產(chǎn)量達3億米、年應用量近2.6億米；產(chǎn)值可達350億元，形成產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值到達700億元，在我國水泥混凝土制品行業(yè)總產(chǎn)值中占有比較大的份額。
規(guī)格型號：由于我國幅員遼闊，各地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異性大，因此，規(guī)格型號也是全球最多的。
應用領域：
90年代初期，管樁主要是應用在沿海及沿江流域：廣東省、浙江省、江蘇省及上海等大城市應用比較廣泛，主要用于公路、橋梁、碼頭建設和工業(yè)廠房、電廠的基礎。
隨著城市建設的飛速發(fā)展，預應力混凝土管樁在民用項目的建設中大量地被應用。在施工方面根據(jù)不同的地區(qū)不同的要求，也有不同的沉樁施工工藝來滿足不同地質(zhì)的要求。目前在軟土地基上基本采用了預應力混凝土管樁。
企業(yè)數(shù)量與能力：
預應力混凝土管樁生產(chǎn)企業(yè)從90年的10余家到目前的近500余家，而且產(chǎn)量也大幅度提高。
2007年廣東省中山建華生產(chǎn)管樁7380萬米產(chǎn)值65.5億元，
廣東省三和生產(chǎn)管樁1850萬米，
浙江省浙東集團生產(chǎn)管樁1300萬米。
浙江省有一個嘉善縣，人口只有38萬，但是卻有管樁生產(chǎn)企業(yè)46家（據(jù)預測年底將達到53家），年生產(chǎn)管樁5000萬米左右。
目前我國的預應力混凝土管樁產(chǎn)量基本是10%～15%的年增長率而上升。
節(jié)能增效：
從經(jīng)濟方面考慮，自從我國大量地使用預應力混凝土管樁以來，替代鋼管樁及混凝土方樁，每年可以節(jié)約大量的各種建筑材料及資金，同時為人類節(jié)約了大量的能源，而且也使得現(xiàn)在的工程建設周期大大的縮短，以前不可能做到的事情可以成為現(xiàn)實。這都是我們這代人努力辛勤勞動的結(jié)果，我們也為此感到自豪。
二、國外預應力混凝土管樁發(fā)展現(xiàn)狀
日本是預應力混凝土管樁開發(fā)應用最早的國家：
目前他們的混凝土管樁有RC 管樁、PC 管樁、PHC管樁、 SC鋼管混凝土樁、 AG 竹節(jié)管樁和AHS-ST大根柱管樁(如圖)。
這些管樁的生產(chǎn)及應用與日本的地理位置有關。我們的高強度預應力混凝土管樁是從日本引進的。目前我國無論是管樁規(guī)格型號，還是產(chǎn)量及使用量在全球都是第一，但是在新產(chǎn)品開發(fā)及應用方面，我們卻沒有大的進展，生產(chǎn)模式基本還是停留在80年代的水平。
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日本是一個資源缺乏的國家，所以他們做什么事情都從“物盡其用”的角度出發(fā)，企業(yè)在不斷的開發(fā)新的產(chǎn)品來代替老的產(chǎn)品，近一步地節(jié)約材料、能源和人工，每件產(chǎn)品力爭做到完美。
由于日本的人工費很高，而且勞動力缺乏，所以日本的工廠機械化程度很高，能夠使用機器的地方一般不會用工人。無論是汽車生產(chǎn)廠、電氣生產(chǎn)企業(yè)，還是混凝土構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)、預拌混凝土攪拌站（日本有很多攪拌站都是無人管理，攪拌車司機去攪拌站拉混凝土時自己去操作）、預應力混凝土管樁生產(chǎn)企業(yè)都是如此。
所以，他們年產(chǎn)量150萬米的預應力混凝土管樁生產(chǎn)企業(yè)只有50人～60人。生產(chǎn)流水線的機械化程度很高，可以做到橫向縱向自動移動(見圖)。
“以人為本”的理念貫徹到整個的工廠設計，生產(chǎn)流水線危險的部位都是自動操作，以減少事故的發(fā)生率。他們各個工序的天車大部分都采用地面無線遙控操作，天車的移動距離不是很遠，基本是上面下面相互移動的立體吊運工藝模式。他們從鋼筋的吊運、鋼模吊運到管樁成品吊運都采用自動吊具操作（見圖）。
自動化的控制不但可以節(jié)約大量的勞動力，還可以避免許多人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。因此，日本的企業(yè)產(chǎn)品的合格率很高，很少有廢品的產(chǎn)生，這也是降低成本的最好的出路。日本一些管樁生產(chǎn)企業(yè)管樁鋼模板是單開口的，混凝土是采用泵送技術從一端喂料，既可以防止露漿又可以提高功效。最值得我們學習的是他們的建筑材料的應用，從開山爆破后的每一粒石屑都會很好的利用，絕對不會浪費，工廠非常整潔干凈沒有多余的材料及機械設備工具。
日本是一個多地震國家，二層以上的建筑都要用樁基礎，因而應用高強度預應力混凝土管樁比較普遍。但是日本目前已經(jīng)沒有特大型的建設項目開工，所以用樁數(shù)量沒有那么集中，不會像我們一個項目用幾十萬米的樁。他們的混凝土管樁生產(chǎn)企業(yè)注重研究適應不同的地質(zhì)條件下成本最低承載力最大的樁。
由于日本對于環(huán)境保護要求很高，日本已經(jīng)不允許用柴油錘擊的方法沉樁，所有的沉樁基本都采取鉆孔植入法，或者中掘靜壓法沉樁。目前用的管樁最小的是直徑300毫米，最大的是直徑1200毫米，由于采用了沒有污染、沒有噪音的沉樁工藝，他們的管樁即使是使用薄壁結(jié)構(gòu)也不會損傷其結(jié)構(gòu)
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為了發(fā)揮管樁的最大的抗彎性能，現(xiàn)在日本用組合管樁也比較普遍，所以鋼管混凝土管樁SC也普遍的應用。因為將鋼板代替了鋼筋放在最外面，從結(jié)構(gòu)上是最合理，抗彎性能最好。（見圖）
鋼管混凝土管樁規(guī)格性能（見表二）
為了將管樁的側(cè)摩阻力提高到最大，他們發(fā)明了竹節(jié)高強度預應力混凝土管樁AG，由于這種管樁的外形是變截面的，它克服了預應力混凝土管樁表明光滑摩擦系數(shù)小的缺點，增加了與土壤的摩擦阻力（釘子與螺絲釘?shù)谋容^），并且用無噪音無損傷的沉樁方法，大大的提高了單樁承載力（見下圖）。
日本的建筑領域是強調(diào)質(zhì)量第一，無論是混凝土構(gòu)件的企業(yè)，還是建筑施工企業(yè)都是遵循這個方針。（我們的企業(yè)恰恰相反，這點我將在后面講）
他們?yōu)榱颂岣吖軜兜耐暾圆幌С杀?，發(fā)明了機械快速接頭方法，在冬天及雨天施工時解決了管樁接頭的完整性問題。（見圖）
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三、目前國內(nèi)管樁生產(chǎn)及應用中存在的問題
我國生產(chǎn)高強度預應力混凝土管樁已經(jīng)有20年的時間了，雖然生產(chǎn)企業(yè)及生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)使用數(shù)量上突飛猛進，但是產(chǎn)品質(zhì)量我認為并沒有提高，只能講是后退（最起碼講沒有同步增長）。
日本的企業(yè)是研究如何開發(fā)新的混凝土管樁品種，來不斷的提高管樁的承載力，進一步的降低單樁成本。我們部分企業(yè)是研究如何偷工減料，以犧牲產(chǎn)品質(zhì)量來降低產(chǎn)品成本，這是本質(zhì)上的不同。
由于我國的經(jīng)濟運營體制的缺陷，使得市場化操作不規(guī)范，市場無序競爭，企業(yè)已經(jīng)到了難以生存的地步，企業(yè)為了生存已經(jīng)挖盡所有的潛力，到了目前已經(jīng)沒有潛力可以挖掘，只能以犧牲產(chǎn)品質(zhì)量來維持生存。但是這只是個時間的問題，隨著時間的推移，最終只能是死亡。這種無次序的競爭最終的結(jié)果會導致整個行業(yè)的退步，最終無論是好的企業(yè)和偷工減料的企業(yè)一起滅亡。
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1.混凝土管樁用PC鋼筋
大家知道，高強度預應力混凝土管樁采用的預應力鋼筋是管樁的主要原材料，我國原來沒有這種PC鋼筋，在80年代都是從日本進口，90年代初期我們研制了并生產(chǎn)了國產(chǎn)的PC鋼筋，現(xiàn)在可以自足并且出口到日本及東南亞國家。（南通交通鋼繩有限責任公司有14條高強度預應力鋼筋生產(chǎn)線，30萬噸產(chǎn)的年生產(chǎn)能力，能夠滿足國內(nèi)的部分市場還有部分產(chǎn)品進入了日本市場及東南亞市場。）
但是，目前一些企業(yè)為了小集體的利益，不顧產(chǎn)品質(zhì)量及建筑物的安危，指使一些小的鋼筋生產(chǎn)工廠，生產(chǎn)不符合要求的鋼筋。比如：以小代替大，所用的鋼筋都是負公差以下的，并且要求鋼筋生產(chǎn)工廠生產(chǎn)小于標準規(guī)定的細鋼筋，作為交貨條件。另外，就是擅自提高鋼筋的極限抗拉強度，生產(chǎn)管樁時提高張力從而做非標產(chǎn)品，但是這種高強度預應力混凝土管樁的預壓應力根本達不到要求，在運輸及打樁過程中混凝土容易產(chǎn)生裂縫，對建筑物的基礎工程造成很大的隱患。
2.螺旋鋼筋
螺旋鋼筋在混凝土管樁中起著鋼筋籠成型的作用，但是主要的功能是抵抗混凝土管樁在沉樁過程中及以后的使用過程中的剪切應力。關于螺旋鋼筋的使用我們的標準有明確的規(guī)定，但是現(xiàn)在大家為了降低成本，將螺旋鋼筋的直徑減少到能夠使鋼筋籠成型即可以，標準中規(guī)定是螺旋鋼筋直徑為5mm,但是他們只用3mm代替。由于很多人根本就不知道螺旋鋼筋的重要性，所以根本沒有當回事。但作為企業(yè)的工程技術人員應該知道這個道理。國標GB13476—1999中已經(jīng)明確規(guī)定了螺旋鋼筋的配置要求，管樁二端應該密纏，但是在制造過程中都是加大間距，基本都在100mm—120mm之間給管樁使用種下很大的隱患。
3.管樁用端板
管樁用端板是起著固定預應力鋼筋，鎖住混凝土管樁預壓應力，連接上下管樁形成整體結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)件。關于端板的制造要求及材料在國家標準中都有明確規(guī)定，但是我們管樁生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)在使用的大量端板都是不符合標國家準要求的。有些企業(yè)為了降低成本而偷工減料，用不合格的端板來制造混凝土管樁。如：使用鑄造端板，材質(zhì)及結(jié)構(gòu)均達不到要求，有的甚至掉到地上就成碎片；還有用中空端板，在端板的里面挖一條槽減輕端板的，但是對混凝土管樁來講則降低了其使用功能重量（見圖）；
做異形端板外面厚里面薄，更有甚者直接將端板厚度減少2毫米，為了偷工減料真是動足了腦筋。不合格的端板使用在混凝土管樁上，生產(chǎn)時在張拉過程中不敢拉足，這樣會造成預壓應力不足，成品混凝土管樁容易產(chǎn)生裂縫。上下二節(jié)管樁由于端板的質(zhì)量達不到焊接的最基本的要求，造成整體樁的完整性承 載力降低。現(xiàn)在長春一家生產(chǎn)端板已經(jīng)用Q235合格鋼坯連續(xù)軋制一次成型的端板，用戶只要自己鉆孔焊接裙板就可以使用。
4.混凝土摻合料
目前大多數(shù)管樁生產(chǎn)企業(yè)都采用用磨細石英砂代替水泥，磨細石英砂代替水泥可以提高混凝土的標號，又可以增強混凝土的合易性有利用成型。一是可以節(jié)省能源，二來可以降低成本。但是磨細石英砂的質(zhì)量應該嚴格控制，如果二氧化硅的含量達不到要求，或含泥量超標都達不到預期的效果。一些工廠只知道磨細石英砂可以代替部分水泥，就用磨細石英砂代替30%的水泥，但是混凝土的強度達不到C80。因為摻磨細石英砂必須與水泥匹配，磨細石英砂必須符合質(zhì)量要求，二次壓蒸養(yǎng)護的時間及溫度也必須達到要求才能達到預期的效果。至于磨細石英砂的摻量是20%或者30%應該通過試驗才能夠決定，是應該根據(jù)企業(yè)所用的膠凝材料及工藝情況經(jīng)過大量的試驗才能夠決定，而不能盲目的照搬照套。
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我國預應力混凝土管樁20年來的生產(chǎn)應用，有了不斷的改進，生產(chǎn)效率也不斷的提高，現(xiàn)行的生產(chǎn)工藝是在生產(chǎn)中不斷的總結(jié)出來的，沒有經(jīng)過論證不應該隨意的改變。我們現(xiàn)在改變生產(chǎn)工藝有些出發(fā)點不是科學地提高生產(chǎn)效率，而是人為的縮短生產(chǎn)時間，在整個工序中減少工藝流程的時間，來提高生產(chǎn)“能力”，但是產(chǎn)品質(zhì)量卻大打折扣，最終是得不償失。
主要表現(xiàn)有：
1.縮短離心時間：我們正常的離心工藝是先低速度離心（這是一個布料的過程，使得混凝土管樁每個截面的混凝土均勻），再是中速度離心（這個過程是混凝土的細骨料粗骨料及膠凝材料進一步的混合的最佳狀態(tài)的過程），最后是高速離心（這個過程是混凝土進一步的密實，將多余的水分徹底排出）。 三個離心階段的時間是經(jīng)過大量的試驗在生產(chǎn)過程中總結(jié)出來的最佳時間，沒有依據(jù)地隨便改變生產(chǎn)工藝，都會影響預應力混凝土管樁的質(zhì)量，現(xiàn)在許多管樁在生產(chǎn)過程中沒有嚴格的工藝管理，管樁的表面還比較好看，但是在管樁的基礎施工中就會產(chǎn)生各種問題。
主要表現(xiàn)有：
2.縮短普通蒸汽養(yǎng)護及高壓蒸汽養(yǎng)護時間：高強預應力混凝土管樁是通過工藝上的處理經(jīng)過普通蒸汽養(yǎng)護及高壓蒸汽養(yǎng)護將混凝土的水化反應提前完成。為什么我們的管樁生產(chǎn)工藝規(guī)程中要明確普通蒸汽養(yǎng)護及高壓蒸汽養(yǎng)護時間，就是我們在多年的生產(chǎn)實踐過程中，總結(jié)出了最佳的蒸汽養(yǎng)護制度。既可以滿足混凝土的水化要求又可以滿足混凝土的強度要求。人為的沒有根據(jù)的隨便縮短蒸汽養(yǎng)護時間對管樁混凝土強度是有影響的。
主要表現(xiàn)有：
3.減少預應力鋼筋的張拉應力：預應力混凝土管樁是靠預應力鋼筋預先張拉，待混凝土具有一定的強度時，放松預應力鋼筋使其回縮對混凝土產(chǎn)生一定的壓力，形成預應力混凝土。預應力混凝土管樁的預壓應力，可以避免管樁在生產(chǎn)及施工中管樁的混凝土產(chǎn)生裂縫，增強管樁的耐久性。但是我們目前有部分管樁生產(chǎn)企業(yè)為了片面的追求利潤，使用了部分不合格的材料，比如鋼筋的材料沒有達到要求，端板的材質(zhì)及幾何尺寸不符合要求，在鋼筋的張拉過程中就會產(chǎn)生問題，所以就用降低鋼筋張拉應力來掩蓋其他的缺陷。但是卻給預應力混凝土管樁本身的質(zhì)量造成了永久的缺陷。
還有一些在生產(chǎn)工藝上的“偷工減料”我在這里就不一一列舉。
四、我國的預應力混凝土管樁發(fā)展前景
我們用了20年的時間使我們國家的預應力混凝土管樁無論是生產(chǎn)或者使用的數(shù)量上都做到了世界第一，但是中國是一個發(fā)展中國家，在許多領域與發(fā)達國家還有一定的差距。預應力混凝土管樁雖然生產(chǎn)及使用在數(shù)量上是世界第一，但是在應用上還有許多應該逐步完善的地方。我們從使用混凝土方樁，到預應力混凝土方樁，再到高強度預應力混凝土管樁是一個漸近的過程。
但是，到目前為止我們的單位混凝土材料應用價值還是處于比較低的水平。例如在相同的地址條件下應用相同的尺寸的管樁但是得到的承載力確相差很大。因為我們目前的施工條件有限，所以造成單位混凝土材料應用價值就有限。
筆者認為在今后一段時間里應該從以下幾方面入手：
1. 新材料的開發(fā)應用：
我國目前的建筑材料還是比較充足的，所以材料問題大家也不夠重視，但是建筑材料會越來越緊張，終于一天我們會走到枯竭的年代。大家都知道現(xiàn)在的材料單價與15年之前比較有多少差距，管樁銷售價格與15年前相比是什么差距。所以企業(yè)要生存，要有效益必須要從新材料的開發(fā)應用上下功夫，因為在這里還有部分空間。
2. 從生產(chǎn)工藝是著手不斷改進：
中國是個能源比較缺乏的國家，但是我們這個產(chǎn)品是一個耗能大戶，煤炭、蒸汽、燃油是管樁消耗比較多的能源。目前煤炭及燃油的價格已經(jīng)在成倍的增長，以后的趨勢也是有增無減。所以我們要研究管樁制造工藝，要根據(jù)我們不同的地區(qū)，不同的地址條件，不同的承載力要求。從生產(chǎn)制造工藝上的改進來降低能源的消耗，降低成本開支。
3. 開發(fā)新型管樁：
在不同的地質(zhì)條件下選用不同的管樁，使單位管樁的承載力應用到最大。應用上使用組合型號的管樁做到物盡其用。
4. 研究管樁的沉樁工藝：
我們現(xiàn)在的管樁沉樁不外乎錘擊沉樁及靜壓沉樁，這樣對管樁自身的材料強度要求就很高，并且在沉樁過程中容易產(chǎn)生管樁的損傷，（有些損傷是眼睛看不見的細微裂縫，但是水會侵入造成鋼筋的銹蝕）。如果采用無損傷沉樁既可以避免管樁損傷又可以節(jié)約材料。
結(jié)束語：
我們經(jīng)過了20年不懈的努力，使得我們這個行業(yè)在不斷的進步，我們的混凝土管樁產(chǎn)品產(chǎn)量不斷的提高，質(zhì)量也上了一個臺階。（只能講是目前）這都是與我們這些始終熱愛這個行業(yè)的有識之士的執(zhí)著敬業(yè)精神分不開的。我們的老專家老教授及我們年輕一代的工程師，都是我們行業(yè)的發(fā)展留下了寶貴的財富。使得我們的后人受益匪淺，再辦管樁企業(yè)可以少走了許多彎路。但是如何將管樁產(chǎn)品越做越好發(fā)揚光大就要靠你們年輕的一代。這個行業(yè)這個產(chǎn)品不但要做大更重要的是要做強。
原作者：王 重
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