傳統(tǒng)管樁生產(chǎn)線存在高能耗、高噪聲、高污染、作業(yè)安全隱患高、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大等問題。近年來，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)通過技術(shù)合作，開展了管樁自動(dòng)化生產(chǎn)線及裝備的研發(fā)，也取得了一定的進(jìn)展。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，我國管樁行業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)模式也發(fā)生了較大的轉(zhuǎn)變，很多管樁生產(chǎn)企業(yè)為進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，紛紛引進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)線，管樁生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到了很大提升，也有部分傳統(tǒng)管樁生產(chǎn)企業(yè)在原有生產(chǎn)線基礎(chǔ)上進(jìn)行了自動(dòng)化改造。

本文結(jié)合實(shí)際改造案例，在考慮安全性、穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率基礎(chǔ)上，保持原有廠房布局不變，對(duì)既有管樁生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化改造，以期為傳統(tǒng)管樁生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造提供參考。

一、改造方案

傳統(tǒng)管樁生產(chǎn)線人員的配置一般包含成型班組、鋼筋班組、蒸養(yǎng)和堆場班組、機(jī)電班組等。其中，成型班組單班配置40人左右，包括攪拌小組2人、前臺(tái)小組16人、后臺(tái)小組14人、離心小組1人、行車小組6人和班長1人。據(jù)實(shí)際產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)，單班人員配置平均生產(chǎn)管樁235根/日（約2750m/日），如采用一天兩班制，月產(chǎn)量約15.4萬m，人均生產(chǎn)效率約為68.75m/（人·班）。

由上述分析可知，傳統(tǒng)生產(chǎn)線成型班組人員配置最多的工位是前臺(tái)小組。 同時(shí)，前臺(tái)小組且存在工作區(qū)域狹窄、交叉作業(yè)較多、行車起落頻繁等安全隱患。因此，提高安全性是管樁生產(chǎn)線自動(dòng)化改造的關(guān)鍵，本文以布料方式的自動(dòng)化改造為核心，輔以其他工藝的自動(dòng)化改造進(jìn)行生產(chǎn)線的改造研究。布料方式的自動(dòng)化改造目前主要有以下三種方式：第1種為先合模后泵送布料；第2種是長蓋模擋板布料；第3種是自動(dòng)布料機(jī)布料。三種布料方式的自動(dòng)化工藝改造的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。

表1 三種自動(dòng)化布料工藝對(duì)比

由表1可知，上述三種工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)。改造案例中的生產(chǎn)線為傳統(tǒng)循環(huán)3跨車間。其中，成型車間2跨，鋼筋加工車間1跨。根據(jù)管樁生產(chǎn)企業(yè)訂單情況，所生產(chǎn)的管樁以液壓錘擊施工為主，對(duì)其耐打性要求較高，管樁用混凝土抗壓強(qiáng)度需達(dá)到C80及以上。為盡可能地節(jié)約成本，初步選擇長蓋模擋板布料和自動(dòng)布料機(jī)布料方案。

考慮車間改造成本，現(xiàn)有車間的跨度為24m，可生產(chǎn)的管樁直徑為300～600mm，長度為5～15m。

如選擇長蓋模擋板布料布料工藝，使用24m或者以上的長管樁模具來生產(chǎn)，需拆除較多的建筑物，且改造期間需停產(chǎn)。如選擇自動(dòng)布料機(jī)布料工藝，可先進(jìn)行一條布料線的改造，達(dá)到邊生產(chǎn)邊改造的效果，只需破碎布料線周圍的局部混凝土地面，無需拆除建筑物。

綜合分析，選擇自動(dòng)布料機(jī)布料工藝方式進(jìn)行改造，改造前后的平面布置圖、改造立面圖分別見圖1、圖2。

圖1 前臺(tái)改造前后的平面布置圖

圖2 前臺(tái)自動(dòng)化改造立面圖

二、改造實(shí)施

圍繞布料工藝的自動(dòng)化改造，制定前臺(tái)自動(dòng)化改造方案。平車由原先卷揚(yáng)機(jī)拖動(dòng)行走改造成鏈板機(jī)帶動(dòng)管模行走。布料完成后，鏈板機(jī)將管模送到第二跨車間，使用自動(dòng)合模機(jī)合模。合模完成后，自動(dòng)張拉機(jī)對(duì)位，完成張拉工藝。在自動(dòng)合模機(jī)合模的同時(shí)，第二條管模吊放到同一條鏈板機(jī)上面，自動(dòng)布料機(jī)開始布料，鏈板機(jī)上可同時(shí)進(jìn)行兩條管模的生產(chǎn)作業(yè)，效率較高。此外，布料、合模、張拉工序在同一條鏈板機(jī)上完成，無需起吊中轉(zhuǎn)管模，實(shí)現(xiàn)了布料場地和合模場地的分開，提高了生產(chǎn)過程中的安全性。布料、合模、張拉工序可實(shí)現(xiàn)全智能控制和無人操作。自動(dòng)布料機(jī)連續(xù)完成五條管模布料后，移動(dòng)至一端清洗，可以實(shí)現(xiàn)廢水集中收集，生產(chǎn)場地內(nèi)無余料、無污水。

2.1 基礎(chǔ)施工

基礎(chǔ)開挖寬度為3m，基礎(chǔ)剪力墻的荷載按照20kN/m2設(shè)計(jì)，整個(gè)基礎(chǔ)為密閉空間，嚴(yán)禁有水滲入。同時(shí)，使用遮擋板進(jìn)行遮蓋，嚴(yán)禁混凝土廢料或雜物掉進(jìn)鏈板機(jī)和檢修通道內(nèi)。基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，澆筑完成后進(jìn)行路軌和鏈板機(jī)的安裝，鏈板機(jī)路軌中心距為600mm、自動(dòng)布料機(jī)和自動(dòng)合模機(jī)路軌中心距為2350mm，安裝完成后自動(dòng)布料機(jī)、自動(dòng)校平機(jī)、自動(dòng)合模機(jī)、自動(dòng)張拉機(jī)就位，改造過程前后用時(shí)65d左右，如果連續(xù)不間斷作業(yè)，40d左右就可以完成改造。

2.2 設(shè)備安裝

（1）為減少行車吊放管模時(shí)對(duì)鏈板機(jī)的碰撞，需確保鏈板機(jī)、自動(dòng)布料機(jī)、自動(dòng)校平機(jī)、自動(dòng)合模機(jī)、自動(dòng)張拉機(jī)的中心線與行車的中心線平行。上述設(shè)備安裝精度越高，自動(dòng)合模機(jī)探測管模兩側(cè)合模螺栓的位置就越精確，管樁成型質(zhì)量就越好。

（2）確保自動(dòng)張拉機(jī)的軌道和自動(dòng)合模機(jī)的軌道垂直。同時(shí)，為保證張拉工藝的質(zhì)量，杜絕管樁端板傾斜等質(zhì)量缺陷現(xiàn)象，自動(dòng)張拉機(jī)的千斤頂中心線與管模張拉螺桿的中心線必須重合。

（3）為保證自動(dòng)布料機(jī)和管模的裙板吻合度、張拉精度和合模質(zhì)量，鏈板機(jī)、自動(dòng)布料機(jī)和自動(dòng)合模機(jī)沿路軌長度方向的水平誤差需保證在0.5‰以內(nèi)。

2.3 設(shè)備優(yōu)化

（1）為保證混凝土均勻下料，自動(dòng)布料機(jī)的布料斗下料口設(shè)置耐磨高強(qiáng)攪拌塊裝置，該設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的氣門開關(guān)下料和螺旋葉片下料更為先進(jìn)（氣門開關(guān)下料很難掌控開口大??；螺旋葉片下料磨損快，成本高）。此外，耐磨高強(qiáng)攪拌塊采用合金鋼材料制造，攪拌塊厚度為10mm，設(shè)計(jì)使用壽命半年以上，維修成本較低。

（2）下料口設(shè)置可調(diào)節(jié)的成型刮板，其開口大小可根據(jù)生產(chǎn)管樁的直徑來調(diào)整。在進(jìn)行管樁兩端布料時(shí)，通過探測點(diǎn)設(shè)定，可以保證成型刮板貼合裙板的喇叭口邊，從而實(shí)現(xiàn)管模兩端的混凝土料比中間段飽滿，確保管樁成型質(zhì)量。如混凝土坍落度偏大時(shí)，需適當(dāng)延長成型刮料板停留時(shí)間。

（3）自動(dòng)布料機(jī)設(shè)置稱重計(jì)量顯示裝置。采用稱重減法來實(shí)時(shí)控制混凝土下料量，通過該裝置不僅可獲得管模使用的混凝土量，還可獲得管模任意位置的混凝土量， 從而避免管樁少料的質(zhì)量缺陷。當(dāng)混凝土的和易性較差時(shí)，可能出現(xiàn)混凝土的堆積在兩端的鋼筋骨架上面難以下到管模里面的情況，此時(shí)可采用振動(dòng)棒插入振搗的方法來解決。

三、應(yīng)用效果

3.1 布料

以PHC500AB125-15管樁的生產(chǎn)為例，自動(dòng)化布料線可減少兩名前臺(tái)人員，混凝土用量設(shè)定為392kg/m，下料速度設(shè)定為50kg/s，加密區(qū)頭部位置重量為425kg，加密區(qū)尾部位置重量為435kg，中間區(qū)域下料速度放慢，收料速度為200m/s，收料距離為1500mm，裙板寬度為190mm，成型板寬度為1250mm，檢測偏差距離為850 mm。實(shí)際生產(chǎn)效果表明，以此工藝參數(shù)下料，兩端混凝土料較飽滿，中間段混凝土料堆積情況較少。整條管樁布料時(shí)間約為6min。

3.2 合模

上模蓋好后，鏈板機(jī)將管模轉(zhuǎn)運(yùn)到第二跨車間進(jìn)行合模，自動(dòng)校平機(jī)將管模調(diào)整至完全水平狀態(tài)后，自動(dòng)合模機(jī)開始合模操作。利用紅外線定位螺栓位置后，風(fēng)炮對(duì)準(zhǔn)就位，上提螺栓。同時(shí)，上面風(fēng)炮對(duì)準(zhǔn)螺栓，待套筒套進(jìn)螺母后，風(fēng)炮自動(dòng)打壓。一臺(tái)自動(dòng)合模機(jī)可以實(shí)現(xiàn)雙邊8臺(tái)風(fēng)炮同時(shí)作業(yè)，效率較高。由于無需改造和更換管模，該自動(dòng)合模機(jī)適合舊管樁廠的改造。如果合模螺栓間距不等或合模螺栓間距相差太大（超過70mm），探測點(diǎn)難以實(shí)現(xiàn)單邊4臺(tái)風(fēng)炮完全同時(shí)對(duì)準(zhǔn)螺栓，自動(dòng)合模機(jī)作業(yè)過程中易出現(xiàn)“漏打”問題，對(duì)于“漏打”螺栓，可采用人工擰緊（一般僅需1人操作即可）。

由上可知，改造后合模人員從原來的4人減少至2人，且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。以PHC500AB125-15為例，改造后，一條舊管模的合模時(shí)間僅需4min。

3.3 張拉

合模完成后，自動(dòng)張拉機(jī)開始自動(dòng)對(duì)位（提前設(shè)置張拉工藝參數(shù)），并探測管模張拉螺桿的位置，自動(dòng)調(diào)節(jié)位置。同時(shí)，千斤頂?shù)耐馓淄岔斨凉苣埨嗣?，保持貼合，套筒螺母對(duì)準(zhǔn)螺桿后自動(dòng)鎖緊，開啟油缸，當(dāng)壓力表數(shù)值剛剛開始顯示壓力時(shí)，停頓穩(wěn)壓，自動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)自動(dòng)鎖緊大螺母，繼續(xù)升壓至設(shè)定壓力值，鎖緊張垃螺母穩(wěn)壓10s后回油卸壓復(fù)位。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，也可調(diào)整張拉程序，先預(yù)張拉至10%張拉控制應(yīng)力，停頓穩(wěn)壓后繼續(xù)張拉至100%張拉控制應(yīng)力，根據(jù)第二階段張拉伸長量計(jì)算管樁的有效伸長量。此方法利用了壓力值和伸長量雙重技術(shù)參數(shù)來控制張拉過程，可得到較準(zhǔn)確的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值，整個(gè)過程無人操作，張拉可在2~3min內(nèi)完成。

3.4 效果對(duì)比

前臺(tái)改造完成后，完成一個(gè)管樁的生產(chǎn)大約需要8.5min，改造前后生產(chǎn)效率對(duì)比見表2（四條布料線）。

表2 前臺(tái)自動(dòng)化改造前后對(duì)比

四、結(jié)論

（1）根據(jù)廠家生產(chǎn)情況的反饋，采用自動(dòng)布料機(jī)布料工藝，配合使用鏈板機(jī)，自動(dòng)校平機(jī)、自動(dòng)合模機(jī)、自動(dòng)張拉機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，較少了勞動(dòng)力用量、提高了安全性，為管樁生產(chǎn)線的全自動(dòng)化改造邁出了有力的一步。但前臺(tái)自動(dòng)化工藝改造還存在以下需完善的工藝難點(diǎn)：①自動(dòng)布料機(jī)布料兩端靠裙板位置仍存在少量漏料現(xiàn)象；②為適應(yīng)不同螺栓間距管模的使用要求，避免杜絕“漏打”現(xiàn)象，自動(dòng)合模機(jī)與管模的適應(yīng)性還需提高；③為適應(yīng)不同直徑張拉螺桿，自動(dòng)張拉機(jī)與張拉螺桿的匹配度還需完善。

（2）勞動(dòng)力缺乏已經(jīng)困擾了管樁行業(yè)多年，甚至一定程度上影響了管樁行業(yè)的發(fā)展，管樁自動(dòng)化工藝的實(shí)現(xiàn)給行業(yè)帶來了生機(jī)，后期如何實(shí)現(xiàn)后臺(tái)自動(dòng)拆模、清下模、自動(dòng)裝鋼筋骨架等工藝的自動(dòng)化改造將對(duì)管樁行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，也將促使管樁行業(yè)邁向全自動(dòng)化、智能化、信息化生產(chǎn)管理方向發(fā)展。