2014预制混凝土桩行业发展报告

来源:CCPA预制混凝土桩分会[2015/02/24]

核心提示:与混凝土电杆、混凝土管等传统制品行业相比,预制混凝土桩可以算是一个新兴的一个行业,得到快速发展不过20多年,与我国的基础设施建设的高速发展同步。以下主要以离心成型预制混凝土桩(包括管桩、空心方桩、异型桩等)为例介绍相关的行业情况。



  预制混凝土桩包括先张法振动成型预应力混凝土方桩、先张法离心成型预应力混凝土管桩、先张法离心成型预应力混凝土空心方桩和先张法离心成型预应力混凝土异型桩、预制高强混凝土薄壁钢管桩、后张法离心成型预应力混凝土管桩、振动成型钢筋混凝土方桩、板桩等,与混凝土电杆、混凝土管等传统制品行业相比,预制混凝土桩可以算是一个新兴的一个行业,得到快速发展不过20多年,与我国的基础设施建设的高速发展同步。以下主要以离心成型预制混凝土桩(包括管桩、空心方桩、异型桩等)为例介绍相关的行业情况。

  一、行业现状

  (一)企业数量和发展地域

  我国早在1944年就开始生产离心钢筋混凝土管桩(RC桩);上世纪60年代,由于铁路建设的需要,铁道部丰台桥梁厂研制开发了预应力钢筋混凝土管桩(PC桩),并批量生产φ400和φ550的PC桩;上世纪70年代,由于港口建设的需要,原交通部三航局混凝土制品厂研制生产了大直径的后张法预应力混凝土管桩(雷蒙特桩)。上世纪80年代后期,随着原交通部三航局混凝土制品厂全套引进了日本PHC桩的生产设备和技术以来,我国逐步推广生产先张法预应力高强混凝土管桩(PHC桩)。

  按照行业内专家提出的发展蓝图:“从广东出发,沿海北上直至东北平原;从上海出发,沿江西进直至黄土高坡”,经过20多年的快速发展,目前我国管桩的生产厂家已逾500家,分布在全国24个省市自治区(港澳台除外)。据不完全统计,主要为浙江(128家)、江苏(92家)、广东(68家)、山东(23家)、福建(23家)、上海(18家)、辽宁(18家)、安徽(17家)、天津(15家)、湖北(15家)、云南(13家)、四川(13家)、黑龙江(11家)、河南(10家)、陕西(10家)、湖南(9家)、河北(8家)、吉林(8家)、山西(6家)、江西(5家)、海南(5家)、广西(3家)、内蒙古(1家)、贵州(1家)等,从规模和产能来说,大部分集中在浙江、江苏、广东、山东、福建5省。

  另外,离心混凝土方桩生产企业也迅速增加,目前约有40多家,主要集中在上海、浙江、江苏,大部分为管桩生产企业同时生产离心混凝土方桩;预制高强混凝土薄壁钢管桩生产企业也有数家,如:上海二十冶工程技术有限公司、国鼎(南通)管桩有限公司等;为满足工程需要,一些管桩生产企业已开始生产异型桩,如:浙东建材集团、浙江天海管桩有限公司、云南盛达齿形桩有限公司等。

  (二)产品规格和全国产量

  经20多年的发展,我国预制桩的产品规格日趋丰富,搭配也更为合理,其中管桩的产品规格有:PHC桩和PC桩外径系列300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm、1300mm、1400mm十个规格,局部地区还少量生产350mm、450mm和550mm规格PHC桩和PC桩;PTC桩外径系列300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm七个规格。生产和使用的PHC管桩单节长度最长已达56m。

  预应力离心混凝土空心方桩规格系列有:250×250mm、300×300mm、350×350mm、400×400mm、450×450mm、500×500mm、550×550mm、600×600mm等;预制高强混凝土薄壁钢管桩外径系列有:400mm、500mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm等规格。

  另外,还开发生产了竹节桩、齿形管桩、带肋竹节桩、扩头桩、六角桩、八角桩等异型桩。为了提高桩身的抗弯性能,增强抵抗水平力的能力,开发了部分预应力混凝土桩、矩形截面预应力混凝土桩、U型板桩、H型桩等,实现了桩基材料的多样化,扩大了桩基材料的应用范围。

  (三)生产装备和原材料

  上世纪90年代前期,我国预制桩生产用主机、预应力钢筋(PC钢棒)、高效减水剂主要依赖进口,随着国产化能力和机械装备技术水平的提高,1995年以后,预制桩的生产装备已全部实现了国产化,经过不断改进,一些单机的技术性能也得到了提升,缩小了与国外装备之间的差距。如:钢筋定长切断机、钢筋镦头机、钢筋骨架滚焊机、离心成型机、预应力张拉机等,并且已出口东南亚等国家,管桩钢模已出口韩国、东南亚等国家。近年来,还开发了泵送喂料设备、自动吊具、自动清模机、自动喷涂脱模剂设备等装备。

  PC钢棒经过消化吸收,国产母材的质量稳定性和加工工艺水平有了长足的进步,目前国内已建有80多条生产线,完全满足了我国管桩生产的需求,并且也已出口日本、韩国、东南亚等国家。高效减水剂的品种、质量和性能也完全满足了我国预制桩生产的需要。

 (四)生产线工艺布置

  目前我国预制桩企业的工艺布置主要有三种:

  (1)双跨及多跨横向流水布置。双跨横向流水布置与日、韩上世纪80、90年代的基本类似(日、韩的一些老企业目前仍维持原有的布局,有些生产企业已改进提高),采用桥吊与地面车辆相结合的运输方式,无倒流水工序,生产环境相对较安全。多跨横向流水布置是在双跨基础上改进的,与双跨相比,工序更合理、易实现机械化自动化。已有数十家预制桩生产企业采用多跨横向流水机械化自动化生产线。

  (2)单跨横向流水布置。全部采用桥吊的运输方式,存在倒流水工序,桥吊之间需相互避让,工人始终处在头顶移动重载的环境下操作,生产环境的安全性较差。

  (3)纵向流水布置。全部采用桥吊的运输方式,存在倒流水工序,生产环境相对较安全。

  (五)标准规范

  预制混凝土桩行业的标准化工作进展顺利,经过行业内专家和技术人员的共同努力,已制定完成的标准有:

  GB13476-2009《先张法预应力混凝土管桩》、GB/T19496-2004《钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法》、10G409《预应力混凝土管桩》国家建筑标准设计图集、JGJ 272-2010《预制高强混凝土薄壁钢管桩》、JC/T2029-2010《预应力离心混凝土空心方桩》、JC/T2126.6-2012《水泥制品工艺技术规程第6部分:先张法预应力混凝土管桩》、JC/T2162-2012《预应力混凝土管桩安全生产要求》、JC/T2163-2012《混凝土外加剂安全生产要求》、JC/T605-2005《先张法预应力混凝土管桩钢模》、JC/T822-2003《水泥制品生产用离心成型机技术条件》、JC/T699-2012《水泥制品用钢筋混凝土管钢筋骨架滚焊机》、JC/T966-2005《预应力混凝土用钢棒镦头机》、JC/T950-2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》、JC/T947-2005《先张法预应力混凝土管桩用端板》(正在修订,已报批)等。

  正在制定的国家标准有《先张法预应力混凝土异型桩》(已报批)、行业标准《硅砂粉技术规程》(已报批)、《水泥制品用矿渣粉应用技术规程》(已报批)、《预应力离心混凝土空心方桩用端板》(已报批)等。

  另外,一些省市(如广东、浙江、上海、江苏、天津、云南、安徽、湖北、四川、山西等)也制订了相应的地方图集、管桩基础施工规范。

  (六)新技术的应用

  1、磨细矿物掺合料和纳米微珠超细粉的应用

  磨细矿物掺合料包括矿渣微粉、硅灰(粉)、磨细石英砂等。磨细矿物掺合料应用在水泥制品中不仅能等量取代部分水泥,降低生产成本,提高竞争能力;而且还能改善新拌混凝土的工作性,改善混凝土的内部结构,提高混凝土的耐久性和后期强度等;尤其是采用蒸养的管桩,应用磨细矿物掺合料(矿渣微粉)后,其配制的混凝土性能和技术效果优于自然养护下的混凝土性能,所以磨细矿物掺合料已在预制桩生产中普遍应用,并取得良好的技术经济效益。

  纳米微珠超细粉是由一种新型超微火山灰粉体材料经加工而成且具有连续粒径分布的超细、具有完美正球状的粉体产品,由于微珠有着连续且均匀的粒径分布,粒径一般在0.1mm至5mm之间,这使得混凝土级配在微观层面上得到了极好的优化,混凝土更加密实,强度更高,同时混凝土抗渗、抗蚀性能也得到极大的改善,和硅灰(粉)一样,已用于免压蒸生产管桩。

 2、节能技术的应用

  预制桩生产中的能源消耗主要体现在:各种机械设备正常运转所需的电力能耗和蒸汽养护过程中的能耗。

  离心作业是预制桩生产中电力能耗的主要环节,近年来大力发展的变频技术已在预制桩离心成型设备中得到广泛应用,节省了30%左右的离心电耗,取得了非常显著的技术经济效益。另外,锅炉鼓风机引风机的变频控制系统、水泵的变频控制、变压器的谐波治理和无功补偿装置等已在管桩生产企业得到了应用,取得了明显的节能效果。

  在预制桩生产中,PHC桩一般需经过二次蒸汽养护:常温初级养护和高温高压蒸汽养护。高压蒸汽养护的余汽利用,节能效果非常明显,已有不少企业采用了以下措施:1)多条蒸压釜之间高压余汽的互通利用;2)蒸压釜余汽互通利用后,釜内剩余低压余汽通入常压养护池利用;3)蒸压釜内大量高温冷凝水的余热回收利用;4)将热电厂低压蒸汽人工升压为高压蒸汽,以满足预制桩生产需要等等。

  再有,把热能和电能结合起来综合考虑,采用热电联产系统,不仅可以大大减少能耗,也符合国家节能降耗环保政策。将生产饱和蒸汽的煤炉改造为生产过热蒸汽,过热蒸汽冲转汽轮发电机发电,大部分蒸汽做功后抽出,经减温减压后转变为饱和蒸汽供应预制桩车间使用,同时产生的高压电转为低压电送出,供应预制桩车间和燃煤炉系统使用,这样就可以同时得到满足预制桩生产要求的优质电源和热能。热电联产项目已在一些预制桩企业得到很好的应用,非常值得借鉴和研究。

 3、免压蒸技术的研究与应用

  长期以来,生产PHC桩主要依靠二次蒸汽养护:常温初级养护和高温高压蒸汽养护,不但在较短的时间内使混凝土获得了高强度(C80),而且缩短了预制桩的生产周期,可适当减小成品堆场占地的面积。但二次蒸汽养护能耗较大,设备投资和维护工作量也大,高压蒸汽养护还产生大量冷凝水,不符合国家的节能减排政策,因此,管桩的免压蒸生产技术得到了全行业的重视,业内专家和一些企业的技术人员对此开展了应用研究,采用“适当掺加矿物掺合料,选用新一代的高性能外加剂等方法,取消压蒸养护,使预制桩混凝土强度在3~7天内达到C80”,已取得很大进展,但用于大量生产还需进一步研究试验。

  4、机械化、自动化生产线及其生产装备的研究与应用

  近年来,由于全球性的金融危机及人工成本的提高,降低单位生产成本、降低一线操作工人的劳动强度和安全生产的呼声越来越高。行业内开始了机械化、自动化生产线的探索研究,已有少数企业建成了机械化、自动化生产线,尽管还存在一些不够完善的问题,但推动了行业的技术进步是不容置疑的。

  为了配合机械化、自动化生产线的需要,已研发出了泵送喂料设备、自动吊具、自动清模机、自动喷涂脱模剂设备等装备,并正在逐步完善。这些装备的应用,减轻了操作工人的劳动强度、减少了用工数量、改善了安全生产环境、提高了工效。

  5、植桩工法的研究与应用

  桩基材料的发展带动了桩基施工工法的发展,现阶段,我国的预制桩桩基施工基本采用锤击法和静压法。锤击法主要是用筒式柴油锤,用重型柴油锤将预制桩打下去,尽管预制桩特别是PHC桩耐打,但桩身会出现许多横向裂纹,严重时还会出现纵向裂缝。同时,还存在噪声污染、震动、挤土等问题,锤击法主要适用于Φ600及以下的管桩。静压法主要采用全液压静力压桩机,静压法虽解决了噪声污染问题,但挤土问题仍存在,在抱压施工时,夹具还可能将桩身损伤。静压管桩一般用的管桩直径也不超过600mm,Φ600静压管桩下沉就相当困难,因为静压力没有锤击力来得大。这两种施工工法对桩身的破损是不可避免的。所以,目前桩身承载力计算采用工作条件系数加以折减。

  为了解决上述问题,目前,行业内正在研发钻孔植桩工法,通过钻孔-扩头-注浆-植桩的新工艺,将预制桩像种树植树那样种植在地基中,可将Φ500~Φ1200的组合桩植入地基中,最大深度可达90m,这种施工工法,可确保桩身完整无损伤,而且施工速度快,施工时无挤土效应、无噪音、无震动,桩端能做成扩大头,承载力高,桩的外表面可以涂抹防腐剂,使桩的使用寿命长,耐久性好。这种施工工法将是今后的发展方向。

  (七)预制桩应用

  经过20多年的快速发展,我国管桩特别是PHC桩的应用领域已从当初单一的铁路桥梁扩展到了工业与民用建筑(含构筑物)(如:上海世博会、上海国际航运大厦、广州亚运村、南京奥林匹克会展中心、大亚湾核电站综合会馆、淮安万达广场、万科东丽湖、天津摩托罗拉厂房、天津天管元通不锈钢制品有限公司等)、公路(如:广深高速、南京江六高速公路、沪宁高速拓宽工程、杭甬高速等)、桥梁(如:东海大桥、崇启通道(上海段)工程II标项目、岳常高速、山汊矶大桥等)、港口和码头(如:外高桥舾装码头、外高桥造船基地船坞、中船龙穴、上海外滩拓宽工程、洋山深水港一期码头等)、机场(如:上海浦东机场、广州白云机场、澳门机场等)、铁路和城市轻轨(如:上海磁悬浮、京津城际列车、武广客运专线等)、城市高架道路(如:上海内环高架、南北高架等)、水利(如:杭州湾河道驳岸等)、市政、电力(如:华能电厂、辽阳红阳热电厂、华能风电等)等工程的桩基基础。

  (八)存在问题

  1、原材料

  由于过度开采,天然的石、砂料越来越少,符合预制桩生产质量要求的越来越少,尤其是高品质的石、砂原材料更是稀缺,对预制桩的生产带来了不利影响;钢棒质量不尽人意,由于盲目扩产,追求高强度,部分钢棒企业生产的钢棒延性较差,容易发生脆断,难以满足预制桩的生产要求。

  2、专业技术人员匮乏

  经过20多年的快速发展,预制桩生产企业数量猛增,企业规模越来越大,而由于我国教育系统的改革,高校在专业设置方面做了重大调整,混凝土制品专业几乎在高校绝迹,专业生的缺失,加上愿意去混凝土制品生产企业的学生少之又少,预制桩生产企业普遍缺少专业技术人员,尤其是既懂混凝土又懂混凝土制品生产工艺的专业技术人员,因此,一些预制桩生产企业存在技术力量薄弱、产品质量差的问题,亟待整改。

  3、基础研究滞后

  虽然我国的预制桩产量(特别是管桩)处于世界领先,但还称不上是预制桩生产技术的强国,20年来,我们只注重于扩大生产规模、推广产品的应用、发展壮大行业,忽视了对预制桩内在性能的研究、耐久性能的研究,如:蒸压与免蒸压混凝土的性能差异、蒸压对预制桩桩身混凝土耐久性能的影响、蒸压与免蒸压对保护层厚度的影响、保护层厚度对轴向承载能力的影响、钢筋的预应力损失及其计算和检验方法、螺旋筋间距对预制桩承载能力的影响、有效预压应力与桩身承载力的关系、施工方法对预制桩承载能力的影响等,以至于在一些技术规范、规程的制定中没有话语权,不利于预制桩的持续健康发展。

  4、生产装备

  目前,我国的预制桩生产装备虽然已能满足产品生产的要求,但装备的精度、质量、自动化程度等与先进发达国家相比还有较大差距,有待进一步提高,如:镦头机对钢棒的适应性不尽人意、钢筋骨架滚焊机焊接骨架螺距的误差不是很稳定、钢筋切断-镦头-滚焊之间的机械化-自动化程度不高、设备的外观质量较差等。

  5、生产线

  经过20年的快速发展,我国预制桩行业的生产技术水平总体提高不大,仍然为劳动密集型行业,生产线的机械化、自动化水平有待进一步提高。

  二、发展趋势

  我国预制桩行业发展20多年来,在行业内各位专家和有识之士的共同努力下,在学习国外先进技术和先进经验的同时,从原材料、生产工艺、节能养护、生产装备、设计施工、检测等技术领域都做了大量的技术再创新工作,取得了可喜的成绩。

  (一)产品品种

  随着竹节桩等异型桩、部分预应力预制桩的推出,新的桩型将不断涌现,高承载(受压、受拉、受弯、剪切等)能力的预制桩今后将得到大量应用。

  (二)生产技术

  研究开发新型原材料和生产工艺技术,优化混凝土配合比,在保证预制桩产品质量的前提下,降低生产成本,提高资源的利用率。

  (三)生产线

  以合理的工艺布置、运转流畅的生产流程、用工数量少、生产环境安全、节能低碳、自动化-智能化的管控系统为特征的预制桩机械化-自动化-智能化生产线是预制桩行业的发展方向。

  (四)生产装备

  与机械化-自动化配套的自动计量-搅拌系统、泵送喂料系统、快装模具、快速装拆模装备、自动化节能养护系统、自动清模-喷涂脱模剂装置、钢筋自动切断-送料-镦头-成笼系统、钢筋骨架及钢模自动输送系统、自动吊夹具、生产过程自动化智能化的管控系统等的研发、完善、推广应用,将使我国预制桩行业的生产及装备技术水平发生质的飞跃。

  (五)节能技术

  变频技术、免压蒸技术、余汽余热的利用、热效锅炉、太阳能等清洁能源、自动化节能养护系统等的研发、完善、推广应用,将使我国预制桩行业从高能耗变为低碳零排放的行业。

  (六)应用技术

  我国地域辽阔,各地地质条件迥异,在选择桩基材料时,应改变目前单一规格品种配桩设计的模式,在满足建筑工程承载力(受压、受拉、受弯、剪切等)的前提下,进行合理的优化组合配桩设计,既满足安全和耐久性的要求,又节约桩基材料、减少工程投资。

  进一步开发、完善、推广应用新型无损植桩工法及其施工设备,在满足桩基承载要求和使用寿命的同时,实现无污染施工(无挤土效应、无噪音、无震动、无污泥排放)、缩短施工周期,降低施工成本,扩大预制桩的应用领域。

  我们坚信:在预制桩行业各位专家、学者、企业家们的共同努力下,在不久的将来,我国不仅是世界上预制桩的生产大国,也一定能成为预制桩的生产强国!





(责任编辑:徐洁)

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