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，開展了管樁自動化生產(chǎn)線及裝備的研發(fā)，也取得了一定的進展。同時，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，我國管樁行業(yè)的勞動生產(chǎn)模式也發(fā)生了較大的轉(zhuǎn)變，很多管樁生產(chǎn)企業(yè)為進一步提高勞動生產(chǎn)效率，紛紛引進了自動化生產(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)上進行了自動化改造。

本文結(jié)合實際改造案例，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，對既有管樁生產(chǎn)線進行自動化改造，以期為傳統(tǒng)管樁生產(chǎn)線的自動化改造提供參考。

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、前臺小組16人、后臺小組14人、離心小組1人、行車小組6人和班長1人。據(jù)實際產(chǎn)量統(tǒng)計，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小組。 同時，前臺小組且存在工作區(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)線自動化改造的關(guān)鍵，本文以布料方式的自動化改造為核心，輔以其他工藝的自動化改造進行生產(chǎn)線的改造研究。布料方式的自動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種是自動布料機布料。三種布料方式的自動化工藝改造的優(yōu)缺點對比見表1。

表1 三種自動化布料工藝對比

由表1可知，上述三種工藝各有優(yōu)缺點。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，對其耐打性要求較高，管樁用混凝土抗壓強度需達到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布料機布料方案。

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)。如選擇自動布料機布料工藝，可先進行一條布料線的改造，達到邊生產(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，選擇自動布料機布料工藝方式進行改造，改造前后的平面布置圖、改造立面圖分別見圖1、圖2。

圖1 前臺改造前后的平面布置圖

圖2 前臺自動化改造立面圖

二、改造實施

圍繞布料工藝的自動化改造，制定前臺自動化改造方案。平車由原先卷揚機拖動行走改造成鏈板機帶動管模行走。布料完成后，鏈板機將管模送到第二跨車間，使用自動合模機合模。合模完成后，自動張拉機對位，完成張拉工藝。在自動合模機合模的同時，第二條管模吊放到同一條鏈板機上面，自動布料機開始布料，鏈板機上可同時進行兩條管模的生產(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上完成，無需起吊中轉(zhuǎn)管模，實現(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、張拉工序可實現(xiàn)全智能控制和無人操作。自動布料機連續(xù)完成五條管模布料后，移動至一端清洗，可以實現(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，整個基礎(chǔ)為密閉空間，嚴禁有水滲入。同時，使用遮擋板進行遮蓋，嚴禁混凝土廢料或雜物掉進鏈板機和檢修通道內(nèi)?；A(chǔ)混凝土強度等級為C30，澆筑完成后進行路軌和鏈板機的安裝，鏈板機路軌中心距為600mm、自動布料機和自動合模機路軌中心距為2350mm，安裝完成后自動布料機、自動校平機、自動合模機、自動張拉機就位，改造過程前后用時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對鏈板機的碰撞，需確保鏈板機、自動布料機、自動校平機、自動合模機、自動張拉機的中心線與行車的中心線平行。上述設(shè)備安裝精度越高，自動合模機探測管模兩側(cè)合模螺栓的位置就越精確，管樁成型質(zhì)量就越好。

（2）確保自動張拉機的軌道和自動合模機的軌道垂直。同時，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，自動張拉機的千斤頂中心線與管模張拉螺桿的中心線必須重合。

（3）為保證自動布料機和管模的裙板吻合度、張拉精度和合模質(zhì)量，鏈板機、自動布料機和自動合模機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，自動布料機的布料斗下料口設(shè)置耐磨高強攪拌塊裝置，該設(shè)計比傳統(tǒng)的氣門開關(guān)下料和螺旋葉片下料更為先進（氣門開關(guān)下料很難掌控開口大?。宦菪~片下料磨損快，成本高）。此外，耐磨高強攪拌塊采用合金鋼材料制造，攪拌塊厚度為10mm，設(shè)計使用壽命半年以上，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。在進行管樁兩端布料時，通過探測點設(shè)定，可以保證成型刮板貼合裙板的喇叭口邊，從而實現(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，需適當延長成型刮料板停留時間。

（3）自動布料機設(shè)置稱重計量顯示裝置。采用稱重減法來實時控制混凝土下料量，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。當混凝土的和易性較差時，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，此時可采用振動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，自動化布料線可減少兩名前臺人員，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。整條管樁布料時間約為6min。

3.2 合模

上模蓋好后，鏈板機將管模轉(zhuǎn)運到第二跨車間進行合模，自動校平機將管模調(diào)整至完全水平狀態(tài)后，自動合模機開始合模操作。利用紅外線定位螺栓位置后，風(fēng)炮對準就位，上提螺栓。同時，上面風(fēng)炮對準螺栓，待套筒套進螺母后，風(fēng)炮自動打壓。一臺自動合模機可以實現(xiàn)雙邊8臺風(fēng)炮同時作業(yè)，效率較高。由于無需改造和更換管模，該自動合模機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），探測點難以實現(xiàn)單邊4臺風(fēng)炮完全同時對準螺栓，自動合模機作業(yè)過程中易出現(xiàn)“漏打”問題，對于“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，且勞動強度大大降低。以PHC500AB125-15為例，改造后，一條舊管模的合模時間僅需4min。

3.3 張拉

合模完成后，自動張拉機開始自動對位（提前設(shè)置張拉工藝參數(shù)），并探測管模張拉螺桿的位置，自動調(diào)節(jié)位置。同時，千斤頂?shù)耐馓淄岔斨凉苣埨嗣?，保持貼合，套筒螺母對準螺桿后自動鎖緊，開啟油缸，當壓力表數(shù)值剛剛開始顯示壓力時，停頓穩(wěn)壓，自動連桿機構(gòu)自動鎖緊大螺母，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，可得到較準確的預(yù)應(yīng)力設(shè)計值，整個過程無人操作，張拉可在2~3min內(nèi)完成。

3.4 效果對比

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

表2 前臺自動化改造前后對比

四、結(jié)論

（1）根據(jù)廠家生產(chǎn)情況的反饋，采用自動布料機布料工藝，配合使用鏈板機，自動校平機、自動合模機、自動張拉機在實際生產(chǎn)中具有很好的經(jīng)濟效益。同時，較少了勞動力用量、提高了安全性，為管樁生產(chǎn)線的全自動化改造邁出了有力的一步。但前臺自動化工藝改造還存在以下需完善的工藝難點：①自動布料機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，自動合模機與管模的適應(yīng)性還需提高；③為適應(yīng)不同直徑張拉螺桿，自動張拉機與張拉螺桿的匹配度還需完善。

（2）勞動力缺乏已經(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，管樁自動化工藝的實現(xiàn)給行業(yè)帶來了生機，后期如何實現(xiàn)后臺自動拆模、清下模、自動裝鋼筋骨架等工藝的自動化改造將對管樁行業(yè)產(chǎn)生深遠的影響，也將促使管樁行業(yè)邁向全自動化、智能化、信息化生產(chǎn)管理方向發(fā)展。