PHC管樁生產中工藝與設備對端面傾斜的影響與控制

黃灝暉

（江門市新三聯管樁有限公司）

0 前言

高強混凝土預應力離心管樁（PHC），應用最廣的是φ300mm、φ400mm、φ500mm、φ600mm 直徑規格，按不同的力學性能分類，管樁長度最長不超過15m。管樁應用施工時，是通過焊接接樁。按施工規范，接樁兩端面應緊密貼合，不得在接頭處出現間隙，嚴禁在接頭間隙中填塞焊接頭、鐵片、鐵絲等雜物，只有這樣，才能保持上節樁身與下節樁身連接順直和緊密。因此管樁生產時，對管樁端面傾斜就有很高的技術要求。按國標GB13746—2009《先張法預應力混凝土管樁》第5.5 條尺寸允許誤差中要求：管樁端部傾斜的允許偏差為≤0.5%D，即φ300 管樁為1.5mm，φ400 管樁為2mm，φ500管樁為2.5mm，φ600管樁為3mm，只有這樣嚴格要求，才能保障施工中管樁的駁接質量。因此在管樁生產中，管樁端面傾斜是一項重要的質量控制項目。

1 管樁生產預應力張拉工藝和端面傾斜的形成

PHC 管樁是采用先張法生產的混凝土預應力離心管樁。先張預應力是指利用專用的承載力臺座或模具對預應力鋼筋預張拉并錨固，后澆筑構件混凝土的施工工藝，主要用于預制混凝土構件的加工制造。先張法預應力混凝土構件生產方法有兩種：模板法和臺座法。PHC 管樁的生產采用模板（模具）法，利用專用離心鋼管模具作為錨固預應力主鋼筋的承力架，如圖1所示：

圖1

在管樁生產中，首先對鋼筋進行定長切斷、鐓頭，滾焊成鋼筋籠，安裝端頭板，放置到下管模里用張拉夾具固定，然后注入混凝土，清理后合上管模（用泵送混凝土形式時，是合好管模再注入混凝土），在混凝土初凝前用液壓千斤頂張拉預應力鋼筋，用螺母錨固張拉力，進入離心成型，成型后的管樁連模具通過初級養護，待混凝土抗壓強度超過45MPa 以上，進行預應力的放張和拆模，形成管樁半成品，并在這時檢查管樁端面傾斜是否合格。

從圖1 可見，管模為預應力的承力架，管樁預應力施加時，張拉夾具（尾）一端直接以管模端部法蘭作為支承，管樁端頭板固定不動的這端不會形成端面傾斜（除非管模端部法蘭變形）。在管樁的另一端，千斤頂通過張拉螺桿傳力給張拉夾具（頭），與其連接的端頭板拉伸預應力鋼筋，端頭板與鋼筋的受力后沿管模軸向位移伸長。

從以上工藝可見，如果預應力鋼筋受力均勻，張拉頭帶動端頭板軸向垂直于管模中心線均勻移動；如果預應力鋼筋受力不均勻，端頭板則不沿管模垂直移動，即產生管樁端面傾斜，這種傾斜我們俗稱為管樁“千字頭”現象。由此分析，管樁出現端面傾斜，與管樁生產時預應力張拉、張拉夾具安裝、滾焊鋼筋籠、鋼筋鐓頭、定長切斷等一系列工藝過程和設備有關。要控制管樁生產不出現端面傾斜，就需要對上述的生產工藝過程和設備進行嚴格控制。

2 管樁生產過程端面傾斜的工藝與設備控制

2.1 鋼筋的定長切斷

管樁生產按不同規格型號采用的預應力鋼筋為螺旋槽鋼棒，直徑分別有φ7.1mm、φ9.0mm、φ10.7mm、φ 12.6mm四種。

根據中華人民共和國建材行業標準JC/T2126.6-2012《水泥制品工藝技術規程》第6 部分“先張法預應力混凝土管樁管樁”的第4.2.1.6 條：下料后的鋼棒應平直，不應有局部彎曲，端面應平整，不應有飛邊。同根管樁中鋼棒的相對差值：長度小于等于15m 時不應大于1.5mm，理論上要求在同一根管樁中預應力主鋼筋的長度必須保持一致，不能有重大偏差。因此，預應力鋼筋的定長切斷必須要準確，才能保證后續工藝的準確性。

實際生產過程中，預應力鋼筋的定長切斷都采用一臺自動定長切斷機，通用于各種直徑規格鋼筋的定長切斷，切斷長度一般為7～15m。實際應用過程中，對于φ 11mm、φ12.6mm 鋼筋不同長度的切斷，長度誤差均能控制在1.5mm以內。而φ9.0mm鋼筋切斷會出現超出偏差的情況，特別是長度系列長的鋼筋，但出現偏差的鋼筋數量不多，長度偏差超出值一般在1～2mm。而φ7.1mm鋼筋的切斷隨著長度的增加，誤差率增大，誤差數值也增大。

直徑小長度長的鋼筋切斷長度偏差大，是管樁生產中常遇到的問題。出現偏差的原因，我們要從鋼筋切斷過程來分析。鋼筋切斷機放線槽如圖2。

圖2

鋼筋是通過傳動輪輸送沿著鋼筋槽前進，當其到達設定長度，觸動到位置傳感器后，信號傳送到PLC，停止輸送，壓緊然后切斷。在觸動位置傳感器到停止輸送過程中，鋼筋會瞬間受到軸向作用力與反作用力，會出現類似于桿系結構中的細長桿偏心受壓的力學作用現象。鋼筋軸向剛性隨著直徑的減小而變小，而鋼筋長度越長，剛性也減小，偏心受壓后越容易瞬間失穩彎曲。鋼筋放線槽尺寸為15mm×15mm×15mm，不同直徑鋼筋在里面能位移的空間不同，相對而言，直徑越小的鋼筋在放線槽內位移空間更大。當鋼筋受到軸向偏心受壓時，直徑小的鋼筋在放線槽左右和向上的方向都有相對較大的空間位置，不能約束鋼筋的受壓失穩彎曲位移，隨著切斷長度的增加，彎曲疊加量增大，切斷長度偏差值增大。

經實際檢查測量，在切斷機放線速度、傳送輪松緊等設備條件調整到最佳狀態下，φ7.1mm 鋼筋切斷長度的不及格率達到5%以上（長度偏差在3mm 以上）。在長度越長（超過10m）,放線速度過快，或者送料壓輪磨損的情況下，鋼筋不及格率更加達到了10%到23%左右,長度偏差甚至在10mm 以上。使用長度偏差大的鋼筋滾焊成籠后，鋼籠端部產生嚴重的不平齊，這是管樁生產廠家經常碰到的問題。解決的方法：要么配備多一套的鋼筋定長切斷鐓頭一體化自動生產設備，專用于φ7.1mm鋼筋的切斷和墩頭，由于該設備為非通用設備，需要制造廠商重新設計和制造，成本投入較高；要么索性不采用φ7.1mm 鋼筋生產管樁，而是采用直徑大一級的預應力鋼筋來代替。這些方法要么增加生產設施投入，要么直接增加管樁制造成本。

若不想增加管樁制造成本，又要使φ7.1mm 鋼筋定長切斷長度偏差達到技術要求，可以從切斷機設備改進這方面考慮。做法是設計使用鋼筋導向約束的方式，設置鋼筋導向約束限位裝置，安裝在放線槽上，使鋼筋既能不受阻礙順利通過鋼槽，又能最大限度約束其彎曲變形。導向約束輪結構如圖3：

圖3

該裝置專用于切斷φ7.1mm鋼筋。生產φ7.1mm鋼筋時在線槽中隔一米配置一個，切斷長度長的鋼筋可以縮短配置距離。這是一個快速裝拆裝置，不因為裝拆影響生產效率。導向輪對限制鋼筋失穩彎曲效果立竿見影，且不影響鋼筋順利通過線槽。切斷機裝上該裝置，相當于配置一臺專用切斷機，從根本上解決了φ7.1mm鋼筋切斷長度超過偏差的問題。

2.2 滾焊鋼籠過程中的質量控制

在鋼籠滾焊工藝過程中，鋼筋滾焊機的設備狀態也是影響管樁端面傾斜質量的重要因素。

在日常設備檢查發現，滾焊機牽引小車在使用一段時間后會因為行走輪的磨損或松動產生位置偏差和傾斜，導致小車端鋼筋鐓頭卡盤的傾斜，造成鋼籠兩端鐓頭所在平面與中心線不垂直，鋼筋籠出現“千字頭”質量問題。如圖4所示：

圖4

為解決此問題，必須設立滾焊機檢查調整制度。通過調直牽引小車，及時檢查和更新已磨損的夾具、鋼筋卡盤和穿筋咀等，確保滾焊機的運行精度，減少鋼筋籠的制造誤差。

2.3 安裝張拉夾具過程中的質量控制

在安裝張拉夾具過程中，張拉夾具是否完好也直接影響管樁端面傾斜。為防止因夾具損壞造成管樁質量問題，要定期對張拉夾具進行檢查與更新，確保張拉夾具沒有磨損變形；檢查張拉螺桿與螺紋配合是否正常，旋緊螺桿后是否與夾具保持垂直等，損壞的夾具螺桿要及時進行處理，不能繼續使用。

2.4 預應力張拉過程中的質量控制

鋼筋預應力張拉是管樁生產質量控制一個重要的環節。按先張法預應力混凝土管樁工藝規程要求：管樁張拉前，應檢查確認千斤頂螺桿與組裝在夾具上的張拉螺桿是否在同一軸線上，連接兩者的母拉頭和公拉頭必須安裝到位。如圖5所示：

圖5

如何保證張拉過程中張拉螺桿及其連接拉頭與管模中心線同軸，是防止管樁出現端面傾斜的重要環節。管樁生產中，張拉機會因不同直徑、規格管樁的生產要進行上下、左右和前后方向移動調整。對于每一根管模，鋼筋籠裝張拉夾具的螺桿位置都不同，對應張拉機所處位置也就各有不同。因此，每生產一根管樁，張拉千斤頂的位置都需要調整，調整不到位，都會導致張拉偏差，出現千斤頂張拉螺桿與張拉夾具螺桿連接后與管模軸心不在同心軸上。引起張拉不同軸通常有這兩種情況：①鋼筋籠張拉端已經出現端面不垂直，令張拉夾具螺桿和母拉頭偏離了管模軸心方向。調整張拉機時為了對齊母拉頭，千斤頂要順方向偏移，造成張拉螺桿與千斤頂螺桿軸線與管模中心軸線偏離。②鋼筋籠張拉螺桿和母拉頭與管模中心軸線基本同軸，但在母拉頭和公拉頭連接過程中，千斤頂出現位置偏差，引起兩者的中心線不重合，造成張拉螺桿與千斤頂螺桿軸線偏離。

因此，為了保證千斤頂螺桿與張拉夾具螺桿連接后處于同一中心線上，需要對設備作以下改進：

2.4.1 錨固板裝定位環

在管模張拉錨固頂板上增加定位環。定位環焊接在錨固頂板表面，與管模軸心同軸，定位環與張拉頂筒內圓配合定位，保證千斤頂張拉筒與管模中心軸同軸。如圖6所示：

圖6

由圖6 可見，增加定位環后，即使鋼筋籠本身有“千字頭”的情況（上述情況①），或者在母拉頭和公拉頭連接過程中，千斤頂出現位置偏差，引起兩者的中心線不重合（上述情況②），通過定位環定位，都可以最終調整千斤頂張拉螺桿與夾具螺桿處在同心軸上。

2.4.2 張拉頭的連接

張拉頭是分公母的兩個連接頭，通過兩者配合迅速把千斤頂螺桿與夾具螺桿連接與拆卸，用來傳遞千斤頂的張拉力。一般張拉頭設計成2 瓣連接，優點是裝拆方便，但由于僅兩點受力傳給張拉夾具，傳力不均勻，一旦有1 瓣磨損，極易造成螺桿因受力不均而偏心。把張拉頭改為3 瓣連接，三點傳力更均勻穩定，更能保證千斤頂張拉羅桿與張拉夾具羅桿同軸，如圖7所示。

圖7

2.4.3 張拉螺桿與千斤頂中心孔的間隙配合

張拉螺桿與千斤頂中心孔的間隙配合，也會影響張拉的同軸度。外購的張拉千斤頂中間開孔與螺桿的配合，為了方便操作，一般把配合間隙控制在5～6mm，無形中增大了同軸度的偏差。因此在不影響螺桿在中心孔順暢滑動的情況下，重新設計加工螺桿，把兩者配合間隙縮小到1mm，進一步提高張拉過程中的同軸度。

3 結語

預應力高強混凝土管樁的施工，對管樁的端面傾斜有著十分嚴格的要求，若管樁出現端面傾斜超出標準要求，會直接影響施工質量，通過對相關工藝的質量控制，以及對鋼筋定長切斷機、滾焊機、張拉夾具、預應力張拉機等主要設備和器具進行改造，能從根本上解決長期困擾著管樁生產過程中因端面傾斜超標而出現管樁廢次品的質量問題。