0 前言

    混凝土管樁行業從上世紀80年代起步發展，至今已有30多年歷史。全國的管樁廠家從沿海地區向內陸發展，現約有500多家管樁廠，管樁用量從2000年的1300萬m到2011年的3億m，是世界上管樁用量最大的國家。但是管樁生產線的規劃和設計方面仍較為滯后，國內還沒有形成系統科學的管樁生產線設計規范性文件。同時，管樁工藝流程設計也沒有太大改進，工藝布局和流程有優劣，未能達到理想的投入與產出的效益比例，甚至有的管樁廠因規劃設計不合理，還造成投資浪費、工藝“瓶頸”、安全隱患、生產成本高等現象。近年來，隨著部分新設備的改進應用，工藝流程雖有所改良，但是和國外先進的管樁自動化生產線相比，還存在較大的差距。筆者根據實際設計經驗和生產管理體會，參考國外自動化生產線工藝流程，討論了國內管樁廠設計的總體思路和現有工藝流程存在的問題以及有待改進發展的地方。

1 設計的總體思路和評價標準

    投資者新進入管樁行業，最想了解的是投資收益多少，行業發展前景如何。僅從技術角度分析具體的投資要素，首先應考慮投資規模。根據當地市場情況決定管樁的產銷量目標，決定購置土地的大小。也可以根據已有的土地，考慮廠區布局，合理分配，充分規劃利用。再設計考慮其它因素：車間的工藝流程、道路的走向、堆場所占的比重、砂石等原材料的堆放、鍋爐或蒸汽動力系統的布局、電力系統的布局、輔助設施的規劃等。從管樁銷售市場的特點看，一般需要廠內的管樁堆場存放量大，所以，設計時應考慮成品堆場的面積不少于生產車間的面積，存放量滿足近一個月的生產產量，便于生產和銷售的管理。

    評價管樁廠設計規劃的優劣，從生產效率、安全、工人勞動強度、環境4方面考慮。生產效率需要從人均生產管樁數量和每小時生產管樁數量兩方面來考慮，人均生產管樁數量（以下簡稱人均數）按照成型班組的人員來計算，即從攪拌布料到拆模工藝的人員（不含鋼筋骨架制作）平均每人生產管樁的數量。在完全按照生產工藝條件前提下生產，一般認為人均數為4條時，生產線較為合理；人均數為5條時，較為優良；人均數達到5條以上，為優秀。每小時生產管樁數量（以下簡稱時產數）按照每臺離心機每小時生產管樁的數量來計算，一般時產數為4條時，生產線優良；時產數為4.3條時，較為優秀。可見，應將這兩方面結合起來，衡量管樁生產線的工藝流程是否合理，投入和產出是否成正比，不能單一去比較。表1為管樁廠工藝設計評價因素表。

    表1 管樁廠工藝設計評價因素表

2 現有管樁工藝流程對比

    管樁工藝流程設計是管樁廠設計成敗的關鍵，直接影響到生產效率、安全、工人勞動強度、環境等方面。預制混凝土制品的生產工藝分為3類，即臺座法、機組流水法和流水傳送法。目前，國內管樁廠家一般采用機組流水法。常用的機組流水法管樁生產工藝可分為縱向工藝和橫向工藝，其中橫向工藝按照成型車間的布置又分為多跨循環生產工藝和單跨往返工藝。表2為管樁工藝流程分類表。

    表2 為管樁工藝流程分類表

    在設計管樁廠時，有的設計人員因認識不足，會誤解為單跨往返式的工藝會比多跨循環式的工藝流程節省用地，生產效率高。事實上，以同樣的生產工藝制度去執行，同樣的設備投資建設，兩種工藝流程實際占地面積是相當的。圖1和圖2分別為單跨往返式和多跨循環式管樁工藝平面圖。

    圖1 單跨往返式管樁工藝平面圖

    圖2 多跨循環式管樁工藝平面圖

    從圖1、圖2可知，兩種工藝同樣是2臺織骨架機、4條布料線、5臺離心機、8個蒸養池、2臺蒸壓釜的設備配置，單跨往返式的單層廠房占地面積4956m2，60根立柱；多跨循環式的單層廠房占地面積4956m2，56根立柱，可見兩種工藝布置的廠房占地面積是一樣的。生產效率方面對比：生產一條管樁成型車間起重機吊運工作的次數對比；單跨往返式的工藝成型車間起重機吊運8次，多跨循環式的工藝成型車間起重機吊運9次，即生產一條管樁多一次吊運動作。依據筆者經驗，只要員工熟練配合，兩種方式的工藝車間，均能達到較高產量。在保證質量的前提下，多跨循環式的工藝成型車間的單班PHC管樁產量可以達到300條/班，人均產量可以達到5.5條/人，平均每小時每臺離心機生產管樁數量可達到4.3條。從安全性方面對比：單跨往返式的工藝成型車間存在頻繁的交叉作業和“倒流水”現象，工作區域集中，起重機越過人員作業區較多，存在較大的安全隱患。從以往實際生產統計數據來看，單跨往返式的工藝車間比多跨循環式的工藝車間發生的工傷事故多。所以，多跨循環式的工藝成型車間比單跨往返式的工藝成型車間更安全，綜合效率更高，對設備維護保養更有利。再則，國外的先進廠家，如，日本和韓國的管樁工藝，絕大部分也都采用多跨循環生產工藝。

3 管樁生產工藝環節問題分析

    3.1 國內管樁生產存在的問題

    (1)人員太多，過多依賴于人力生產。成型班組至少需要33人，前臺布料人員最多，需要10～15人，占成型車間人數的30%以上，合模人員4～5人，占成型車間人數15%，這兩工序人員都集中在布料區工作，15～20人，占成型車間人數的45%，工作區面積只占成型車間面積的11.4%，可見人員比較密集，工序作業方式落后。 

    (2)勞動強度大。裝骨架人員需要搬動張拉頭板和張拉尾板，每個板的重量50～100kg不等。手提著風炮合模拆模，一只風炮重約15kg。

    (3)設備落后。例如，起重機的吊具是簡單的鏈條掛鉤，定位不準，需要人員手抓鏈條掛鉤操作。樁模的移動全部依賴于人員和起重機的配合。

    (4)安全性較差。主要是因為部分設備落后，過多依賴于人工操作，造成存在安全隱患的工序較多。例如：人工掛鏈鉤容易夾傷手指、人員進入離心機工作區、蒸養池等危險區域掛鉤，有安全隱患。起重機運行速度過快，超出規范要求，經常使用“返剎車”違規操作，容易碰撞設備和人員，起重機往返交叉作業容易造成相互碰撞，起重機作業和地面區域的人員配合操作不協調時，也有很大的安全隱患。另外，多種設備的保護裝置不足。

    (5)存在一定的環境污染。離心機工作時噪音大；清洗砂石時產生大量污水；鍋爐產生的廢氣廢渣等。

    (6)能源耗用大。一條管樁生產線耗用電能和熱能較大。

    因此，設計管樁廠時，首先應考慮好良好的生產工藝流程，然后從以上6個方面來合理完善設計，這同時也需要國內管樁廠家和設備廠家緊密配合，不斷創新改進，共同促進國內管樁行業的發展。

    3.2 設計改進的方法

    (1)減少管樁廠人員，盡量將依賴人員作業的工序改進為機械化生產。人員最多的工序是混凝土布料工序，一般需要10～15人。眾所周知，生產PHC管樁時，壁厚70mm的φ300mm管樁、壁厚95mm的φ400mm管樁和壁厚125mm的φ1500mm管樁的混凝土料較多，堆積成型的難度最大，一般是采用樁模底模接料后再合蓋上樁模的生產工藝方法，此工序最耗費時間和人力，也是最需要改進的工藝環節。目前，比較成熟的改進方法有2種。①日本的布料工藝，即合好樁模后，泵送混凝土布料。泵送混凝土的工藝實施需要解決2個難點，一是需要混凝土坍落度大流動性好，滿足泵送要求，同時還必須保證混凝土強度達到蒸壓強度80MPa以上；二是設備必須保證泵送過程的實施，尤其樁模生產15m以上的長管樁時，懸臂長，撓度大，機械設備必須保證不彎曲變形，而且又要保證使用壽命。目前，國內已有廠家克服以上難題，同時還減少了人力資源，使從原來需要15人的作業減少到3人作業，減少了80%，PHC管樁的強度也能達到C80以上，質量穩定。但是為了保證大坍落度流動性好的混凝土的強度達到要求，需增加水泥用量約15%，綜合成本上升了3%以上，因此，還未普遍推廣使用，需要繼續從混凝土的配方和泵送設備的改良方面結合起來研究，繼續找到最佳的平衡點，做到既可以滿足生產質量，又可以控制生產成本。②國內的傾斜低速離心布料的方法。采用該方法，作業人員減少了65%。但是此方法布料生產的速度較慢，而且場地下沉安裝設備環境欠佳，也需要進一步改進設備，完善場地布局。由上述兩種方法可見，只要改進布料工藝，就可以將人員減少65%～80%。

    合模和拆模工序，使用人力操作，需要6～8人，如果采用自動化設備合模拆模就可以全部取消此工序的人員。此外，采用降低勞動強度的拆模方式，可以減少2人。鋼筋骨架加工車間，切筋、鐓頭工序可以采用自動化設備，人員可從4人減少到2人，減少50%。但此工序人員需要注意根據鋼棒材質的變化，調整設備，確保鐓頭質量。

    (2)解決勞動強度大的問題。勞動強度較大的工序是布料工序和裝骨架工序，布料工序采用上述方法解決，裝骨架工序則需要在設計初期就考慮好減少張拉頭板和尾板的搬運，減少人力搬運，降低勞動強度。班組生產200條管樁時，常用的人員是安裝張拉頭尾板5人，拆模和拆張拉頭尾板3人，機動人員1人，共9人。φ500mm的張拉頭板和螺桿重量98kg，張拉尾板的重量50kg，每班需要拆裝200次，安裝張拉頭尾板的工人平均每人每天搬動40次，即每天需要搬運1184kg重的物品，勞動強度很大。工藝設計時，應考慮拆卸后的張拉頭板、尾板用鏈勾吊運搬動，或者在原地安裝，減少搬動運輸。安裝鋼筋骨架和張拉頭、尾板時，將安裝操作的高度設定在人體最適合用力的高度，風炮用鏈鉤吊放，合打螺栓時再移動就位。這樣人員可以減少1人，勞動強度可以降低50%以上。

    (3)設備的改進。國內管樁生產設備，經過多年不斷創新開發，基本能夠符合管樁生產要求。早期廠家較為落后的設備是起重機，采用鏈條掛鉤的形式吊運樁模等，依賴人力掛鉤，安全性差。張拉頭板和尾板等重物依賴人力搬運。目前，各廠家致力于自動化設備的研究，在節省人力、降低成本、降低勞動強度、穩定產品質量等方面做出了一定的成績。

    近兩年，開發了起重機自動夾具，使得生產工藝向半自動化、自動化的方向發展。在蒸養池和離心機等危險區域自動掛鉤，不用工人進入高溫高速的區域，這樣便大大減少了安全隱患。從離心機變頻技術改進、裙板壓邊機、余漿回收循環使用等設備的研制應用，都給管樁生產工藝帶來較大的進步。

    (4)安全因素。不能只是片面追求產量而忽視安全因素，只要設計規劃合理，安全和生產效率都能兼顧。通過工藝流程分析得出，多跨循環車間比單跨往返車間的安全性高。另外，規劃廠區用地時，道路應足夠寬敞，視線良好，車輛工作區域與人行區域分開。鍋爐蒸壓釜等壓力容器盡量離人員作業的區域遠些。行業已經制定《預應力混凝土管樁安全生產要求》，設計時應符合此規范的要求。

    (5)環境改善。管樁生產環境噪音大，各工序緊湊，重型設備、高速設備較多，人員工作區域密集，屬于危險行業。因此，改善廠內的生產環境意義重大。“倒流水”的工序有安全隱患的地方都應設置警示標識。廠區內設置好人行通道，材料堆放區等。

    (6)能源設計考慮因素，主要是熱能和電能，平均生產每m PHC管樁耗用蒸汽35kg，耗用1.4度電。年產200萬m的廠家需耗用1.17萬t煤，280萬度電。因管樁行業是能耗較高的行業，設計能源方面要盡量做到節約使用。

管樁生產線設計和工藝管理探討（下篇）

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本文標題：管樁生產線設計和工藝管理探討（上篇）

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