预应力高强混凝土管桩工艺技术及发展

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发布时间：2021-09-04

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预应力高强混凝土管桩工艺技术及发展
纪爱民一，任伟记，李名远
(1．沧兴集团管桩有限公司，061100；2．沧兴集团商砼有限公司，061100)
摘要：阐述了预应力高强混凝土管桩的工艺技术原理、应用及发展，论述了C80高强混凝土配合比设计以及
C80高强管桩混凝土与普通混凝土离心成型工艺的特点及发展。指出管桩的工艺技术主要涉及C80高强混凝土配
制／外加剂技术、预应力张拉技术、离心成型工艺技术以及压蒸养护工艺技术4方面内容，其中，C80高强混凝土配
制／外加剂技术和压蒸养护工艺技术是管桩工艺技术的核心。
关键词：预应力高强混凝土管桩；工艺技术；发展
Abstract：The technology principle．application and development of PHC piles are described．The mixture proportion
design of C80 high strength concrete．the centrifugal molding process characteristics and the development of C80 gh
strength piles concrete and ordinary concrete are discussed．It points out that the PHC pile technology mainly includes four
aspects which are C80 high strength concrete preparation／additives technology，prestressed tension technology，centrifugal
moulding technology and pressure steam curing process technology．And C80 high strength concrete preparation／additives
technology and pressure steam curing process technology are the keys of PHC piles technology among the four technologies．
Key words：PHC piles；Technology ；Development
中图分类号：TU525 文献标识码：A 文章编号：1000—4637(2012)04—30—06
0 前言
先张法预应力混凝土管桩包括预应力混凝土
管桩和预应力高强混凝土管桩。随着市场的发展需
要，预应力高强混凝土管桩越来越受欢迎，本文主
要阐述预应力高强混凝土管桩(以下简称“管桩”)。
管桩是近30年发展起来的一种新型水泥制
品，是一种重要的桩基材料，被广泛用于工业与民
用建筑、港口、市政、桥梁、铁路、公路、水利等基础
工程。与其它桩基相比，具有制作工艺简单、质量容
易保证、植桩方便、耐打性好、造价便宜、检测方便、
施工速度快、桩基抗震性能好等优点。1987年，我国
从日本引进该生产工艺技术及设备，经过几十年尤
其是最近10年的应用与发展，管桩工艺技术得到
了巩固与提高，并通过对引进的管桩生产线消化吸
收，自主开发了国产化管桩生产线，生产工装设备
如离心机、张拉机、模具、镦头机、钢筋骨架滚焊机、
计量配料／搅拌机、蒸压釜、空压站以及打桩机械(如
压桩机)等都能自主研制与配套发展。
近年来，随着国家建设工程的增多以及管桩应
用领域的扩展，使得对管桩的要求不断提高。在水
泥制品中，管桩的技术含量相对较高，生产过程较
复杂，因此，需要从业人员尤其是技术管理人员具
有一定的专业技术能力，以技术、质量赢得市场和
用户。本文在阐述管桩工艺技术原理的基础上，介
一30一
绍、分析了管桩工艺技术及发展。
1 工厂工艺布局
水泥制品的生产工艺一般分为3种，即台座法
生产工艺、机组流水法生产工艺和流水传送法生产
工艺。目前国内管桩较多采用机组流水法生产工
艺，也有部分采用流水传送法生产工艺。生产工艺
布局设计的基本原则是工艺流水顺畅、布置紧凑、
各生产过程前后呼应，避免出现“倒流水”现象。机
组流水法的平面工艺布置按管桩在车间内流动时
的方位，可分为横向工艺(管桩在车间内横向流动)
布置和纵向工艺(管桩在车间内纵向流动)布置两
种。横向工艺紧凑，生产线较短，车间跨度大，一般
要在21m以上，同产量成本较低、劳动生产率较高，
适合0600mm以下的管桩生产，工艺布局较纵向工
艺顺畅；纵向工艺生产线较长，车间跨度小，在18m
以上即可，适合大直径管桩生产，但因“倒流水”存
在一定的交叉作业。当前国内大多生产0600mm以
下的管桩，所以，综合比较以上两种工艺，较常采用
横向工艺。
工艺布局设计的合理性与顺畅性对整条生产
线的产量、质量、成本以及安全环保等都会产生很
大影响。经过20多年的应用与发展，不断得到改
进、完善与优化。在消化吸收国外管桩工厂工艺布
局设计的基础上，还结合了生产线的实际情况如年
纪爱民，任伟记，李名远预应力高强混凝土管桩工艺技术及发展
产量、厂址地形以及现有条件(交通、物流方向等)，
统筹考虑，优化定位，顺畅合理，取得了令人满意的
设计效果。目前一般采用单层厂房平面流水布局，
同时，也出现了少量的双层立体空间(上下行车立
体循环)流水布局。
2 工艺技术原理
2．1 管桩的核心技术
由生产实践可知，管桩生产工艺主要包含C80
高强混凝土(外加剂)的配制、预应力张拉、离心成
型和高温高压蒸汽养护(简称“压蒸养护”)4个过
程，即涉及高强混凝土配制／夕卜加剂技术、预应力张
拉技术、离心成型工艺技术和压蒸养护工艺技术4
个方面。其中C80高强混凝土配制／#t,~HN技术和压
蒸养护工艺技术决定着整个生产工艺的技术与质
量，是管桩工艺技术的核心。
由管桩的核心技术可知，管桩混凝土高强的来
源主要有两种途径：一是混凝土外加剂(高效减水
剂)技术的应用；二是高温高压蒸汽养护技术，此
外，还包括高速离心密实增强作用。
2．2 预应力技术
预应力技术在水泥混凝土制品中的应用如预
应力混凝土电杆、预应力输水管以及管桩等方面已
有几十年的历史，其技术已经相当成熟，主要目的
是提高产品的抗裂性。管桩采用先张法预应力技
术，其基本原理是通过张拉组装于钢模中的预应力
主筋(钢棒)，再锚固在钢模上，在混凝土达到放张
强度时对预应力主筋进行放张，此时，钢筋产生收
缩回弹并对混凝土施加压应力，从而获得预压应
力。这样制品或构件在承受外荷载受拉时，就要先
克服预压应力，推迟了裂缝出现的时间，使受拉区
的抗裂性提高、制品的承载能力增强、刚度提高、耐
久性增强。
2．3 混凝土外加剂技术
混凝土外加剂技术的应用开始于20世纪60
年代，对混凝土性能有较好的改善作用，尤其是高
效减水剂的应用给混凝土带来了革命性的变化。水
泥或胶凝材料的用量明显减少，混凝土的工作性能
大大改善，并由此发展了高性能混凝土、高强混凝
土。
因管桩需要先后经过常压蒸汽养护和压蒸养
护两次养护工艺，所以必须选用具有优良蒸养和压
蒸性能的高效减水剂。我们曾用聚羧酸系高效减水
剂与萘系高效减水剂进行对比蒸养试验(同配合
比、同条件蒸养)，结果表明，采用聚羧酸系高效减
水剂混凝土试件的蒸养强度明显低于萘系高效减
水剂混凝土试件的蒸养强度。因此，高效减水剂投
入使用前必须经过实验室检测或进行蒸养、压蒸等
试验。
2-4 离心成型工艺技术
2．4．1 离心成型工艺原理
和过去相比，现在的管桩离心成型工艺已发生
很大的变化，尤其是离心工艺制度变化较大，已由
三阶段改进成四阶段，甚至有的已执行五阶段。但
无论怎样变化，其原理是一样的。
离心脱水密实成型工艺简称为离心成型工艺。
其原理是：将喂好混凝土混合料的管模平卧在离心
机上，通过离心机的旋转，使混凝土混合料受到离
心力作用，并沿管壁圆周均匀分布，逐步形成环形
中空管状结构。随着旋转速度的不断增快，混凝土
中的粗细集料、胶凝材料(水泥