国内预应力混凝土管桩的发展概况及与国外的差距

　　一、我国管桩发展情况

　　我国早在1944年就开始生产离心钢筋混凝土管桩(RC桩)；上世纪六十年代，由于铁路建设的需要，铁道部丰台桥梁厂研制开发了预应力钢筋混凝土管桩(PC桩)，并批量生产φ400和φ550的PC桩； 上世纪七十年代，由于港口建设的需要，研制生产了大直径的后张法预应力混凝土管桩(雷蒙特桩)。

　　上世纪八十年代，先后开发生产了先张法预应力高强混凝土管桩(PHC桩)和先张法预应力混凝土薄壁管桩（PTC桩）。八十年代初，上海宝钢开始建设，由于建厂区为软土地质，大多采用钢管桩或从日本进口的PHC桩，建设成本很高。为此，1987年原交通部三航局混凝土制品厂全套引进了日本PHC桩的生产设备和技术，并于1988年正式投产，生产φ600～φ1000mm的大直径管桩。为了适应PHC桩的生产发展需要，提高产品质量，促进管桩行业的技术进步，苏州混凝土水泥制品研究院根据我国国情，和有关管桩生产厂家一起，利用国产装备，采用合理的生产工艺技术，共同开发研制了PHC桩，并于1992年通过部级鉴定，1993年该项目被建设部列为国内重点推广技术成果项目，1998年获部级科技进步二等奖，1999年获国家科技进步三等奖。1988年，宁波浙东水泥制品公司在原铁道部有关单位的配合下，针对宁波地区地质淤泥层较厚、且桩基工程以磨擦桩为主、使用方桩或厚壁管桩其桩身承载力有较大的富余的特殊情况，又考虑到降低管桩的生产成本和建筑造价，研制开发了先张法预应力混凝土薄壁管桩（PTC桩）。

　　1993年，成立了中国水泥制品工业协会预制混凝土桩专业委员会，当时全国只有20余家管桩厂，总产量不超过300万m。随着我国现代化建设的快速发展，预应力混凝土管桩的应用领域不断扩大，管桩及其配套产品逐步形成了一个新兴的行业，在近二十年中得到了快速发展，据不完全统计，目前全国管桩生产企业约400家左右，分布在22个省市自治区，相关配套生产企业300多家。2007年我国管桩生产总量约2.5亿m，管桩应用总量约2.2亿m，工业总产值达300多亿元人民币，相关配套行业的工业总产值达500亿元以上。迄今为止，我国已成为全球生产应用预应力混凝土管桩最多的国家。

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　　我国管桩行业的发展历程可从以下几方面说明：

　　（一）生产厂家数量

　　上世纪六十年代：2家（铁道部丰台桥梁厂、铁道部南京大桥二处构件厂）；八十年代：10家（铁道部丰台桥梁厂、铁道部南京大桥二处构件厂、交通部三航局混凝土制品厂、上海宝钢廿冶混凝土构件厂、无锡市水泥制品厂、广东省建筑构件工程公司管桩厂、番禺桥丰水泥制品有限公司、广州经济技术开发区南方管桩厂、中山鸿运管桩厂和深圳京蓉管桩厂）；1993年中国水泥制品工业协会预制混凝土桩专业委员会成立时：20多家；2000年底：120多家；2009年9月止（不完全统计）：约400余家，绝大多数企业生产φ300～φ600mm的管桩，其中约有15家左右生产φ800～φ1200mm的管桩。

　　（二）生产线规模

　　上世纪六十年代：少量生产；八十年代至九十年代中期：一般为15万m～30万m，最大不超过60万m，；九十年代后期至今：大多为80万m～150万m以上（生产规格φ300～φ600mm），φ800～φ1200mm的管桩生产企业，生产线规模一般为15万m～20万m。目前，国内最大的管桩生产企业——建华管桩集团已拥有18个分厂，其中最大的分厂有12条生产线，年产量可达1800万m。

　　（三）全国产量

　　随着管桩生产企业的不断增加和生产线规模的不断扩大，全国的管桩年产量也呈逐年上升趋势，最高的年份为2007年，达到了2.5亿m。2008年受全球金融危机的影响，工程建设项目萎缩，管桩产量下降幅度较大。以下是1993年以来全国管桩年产量的统计表。其中绝大多数为φ300～φ600mm管桩的产量。

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　　（四）产品结构和规格

　　上世纪六十年代，由于受生产条件和使用范围的限制，生产的管桩规格仅为PCφ300、φ400、φ500、φ550，长度11m。

　　目前生产的管桩产品结构合理、规格齐全，能满足不同市场的需求。根据GB13476-2009《先张法预应力混凝土管桩》和JC888－2001《先张法预应力混凝土薄壁管桩》，管桩分为：预应力高强混凝土管桩（代号PHC，混凝土强度等级C80）、预应力混凝土管桩（代号PC，混凝土强度等级C60）、预应力混凝土薄壁管桩（代号PTC）等三类。PHC桩、PC桩按桩身混凝土有效预压应力值分为A型、AB型B型和C型四种。管桩长度7m～30m。

　　按管桩外径PHC桩和PC桩分为：300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm、1300mm、1400mm十个规格；PTC桩分为：300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm七个规格。

　　除标准中规定的规格外，实际生产和使用的PHC管桩长度最长已达56m。另外PHC桩和PC桩还有350mm、450mm和550mm三种规格在局部地区少量生产。

　　（五）生产装备和原材料

　　上世纪六十年代：土法上马，管桩生产装备由生产厂家自己制造，技术和精度较落后，管桩结构主筋采用的是Ⅲ级和Ⅳ级螺纹钢，钢筋骨架采用手工绑扎。

　　上世纪八十年代至九十年代前期：引进国外（日本、韩国）的全套或主要生产设备（如钢筋定长切断机、钢筋镦头机、钢筋骨架滚焊机、预应力张拉机、离心成型机等）、生产用的管桩结构主筋—低松弛高强阴螺纹钢筋（即PC钢棒或预应力钢棒）和外加剂。

　　上世纪九十年代中期至今：随着国产化能力和机械装备技术水平的提高，管桩的生产装备已全部实现国产，1995年以后基本消灭了进口，并且逐步出口东南亚等国家。PC钢棒经过消化吸收，国产母材的质量稳定性和加工工艺水平有了长足提高，目前国内已建有80多条生产线，产品质量可达到进口同类产品的水平，完全满足了我国管桩生产的需求，并且也已出口日本、东南亚等国家。由苏州混凝土水泥制品研究院设计的越南太平洋建设咨询公司管桩生产线，全套采用我国的国产管桩生产设备，PC钢棒和端板也全部从我国进口。

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　　（六）发展地域

　　我国的管桩是从珠江三角洲的广东、长江三角洲的上海起步的，经过近二十年的发展，沿海北上、沿长江、黄河西进，目前全国已有22个省市自治区（不包括港澳台）生产管桩。主要分布在广东、上海、浙江、江苏、福建、天津、云南、湖北、山东、安徽、河北、海南、四川、河南、广西、辽宁、黑龙江、吉林、湖南、江西、陕西等地区，大部分集中在浙江、广东、江苏、上海四省。

　　（七）行业管理和服务

　　在有关部门的关怀和管桩生产企业的大力支持下，1993年成立了中国水泥制品工业协会预制混凝土桩专业委员会，先后在广东（佛山、番禺、中山）、上海、浙江（宁波）、湖南（长沙）、江西（南昌）陕西（西安）六个省市召开了八次行业年会。专业委员会还创办了《预制混凝土桩》会刊，为广大会员单位提供有关管桩生产、设计、施工等方面的新技术、新信息，同时也为会员单位提供一个进行技术交流的平台，该会刊每年不定期出版两期。

　　（八）编制各种技术规范

　　为了保证和提高管桩产品的质量，促进行业技术进步，1990年苏州混凝土水泥制品研究院组织有关管桩生产企业制订了我国第一个管桩国家标准——GB13476－92《先张法预应力混凝土管桩》，该标准已经过二次修订，不断完善。近二十年来，由苏州混凝土水泥制品研究院牵头、行业有关专家共同参与制定的管桩产品和生产装备等系列标准如下，为管桩的生产、应用和行业的健康发展提供了理论依据和规范：

　　GB13476－2009《先张法预应力混凝土管桩》（1992年首次制订，1999年第一次修订，2009年第二次修订）

　　JC888－2001《先张法预应力混凝土薄壁管桩》

　　JC/T605－2005《先张法预应力混凝土管桩钢模》（1995年首次制订，2005年修订）JC/T822－2003《水泥制品生产用离心成型机技术条件》

　　JC/T699《水泥制品工业用钢筋骨架滚焊机》（1998年首次制订，现正在修订中）

　　JC/T966－2005《预应力混凝土用钢棒镦头机》

　　GB/T19496－2004《钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法》

　　JC/T950－2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》

　　JC/T947－2005《先张法预应力混凝土管桩用端板》

　　GB/T5223.3-2005《预应力混凝土用钢棒》

　　03SG409《预应力混凝土管桩》国家建筑标准设计图集（2003年首次制订，现正在修订中）

　　另外，一些省市（如广东、宁波、浙江、上海、江苏、天津、云南等）也制订了相应的地方图集、管桩基础施工规范。

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　　（九）新技术新工艺的应用

　　1、磨细矿物掺合料的应用

　　近年来，磨细矿物掺合料主要在现浇混凝土工程商品混凝土中得到较多的应用，但在水泥制品中还未得到充分的推广应用。实际上磨细矿物掺合料应用在水泥制品中不仅能等量取代部分水泥，降低生产成本，提高竞争能力；而且还能改善新拌混凝土的工作性，改善混凝土的内部结构，提高混凝土的耐久性和后期强度等;尤其是采用蒸养的管桩，若应用磨细矿物掺合料(矿渣微粉)，其配制的混凝土性能和技术效果将优于自然养护下的混凝土性能，所以磨细矿物掺合料在管桩中的应用是可以取得良好的技术经济效益。在大量试验验证基础上，不少厂家采用磨细石英砂等量取代20%～30%的硅酸盐水泥，配制C80高强混凝土，经压蒸养护，生产PHC桩;采用此项技术后，可使管桩生产成本降低6～8 元/m，同时还可提高混凝土强度，管桩的耐锤击性能亦得到提高，目前已有1/3以上的企业应用，取得了良好的技术经济效益。

　　2、余浆的综合利用

　　管桩生产采用离心工艺，必然会产生许多余浆，如何处理余浆已成了各生产厂急需要解决的问题。据统计管桩每m平均产生约8～10 kg余浆，若年产100万m的生产厂计算，则每年要产生约1万吨余浆，按全国管桩产量1.5亿m计算，则将产生150万吨余浆废料。因此许多管桩生产厂对离心混凝土产生的余浆综合利用进行了开发工作，在分析余浆组份的基础上，进行了大量的试验工作；目前已经把余浆用于生产地面砖、排水管、加气混凝土，有的生产厂已开展了管桩废浆回收再生产的试验研究，这不仅有利于环保，而且亦为企业利废，降低生产成本，增加效益，开辟了新路子。

　　3、碎石砂（人工砂）的应用

　　建筑用砂是建筑工程中不可缺少的基本材料之一，现在全国全年建筑用砂产量达到6亿多吨，随着建筑市场的扩大，对砂的质量要求越来越高，砂的用量也越来越大，而合格的天然砂的资源却越来越少，为保证生态平衡，水土不流失，对天然砂亦不能无限量乱采乱挖；同时，在石材采矿中每吨矿石约产生0.15～0.30 吨石屑，可见全国的石屑量是非常可观的，若不利用，就造成大量堆积，占用土地，污染环境，浪费资源；若经过适当加工就可成为人工砂，代替天然砂，从经济上亦合算，可降低管桩的生产成本。研究和实际应用表明：利用碎石砂代替天然砂可配制高强混凝土，且混凝土和易性、强度都有较大的改善和提高，利用碎石砂生产的PHC桩，其混凝土强度和抗弯性能均能达到GB13476的要求。因此碎石砂在管桩行业中推广应用，可节约资源，减少污染，降低生产成本，且有较好的经济效益和社会效益。

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　　4、节能技术的应用

　　管桩生产中的能源消耗主要体现在：各种机械设备正常运转所需的电力能耗和蒸汽养护过程中的能耗。

　　离心作业是管桩生产中电力能耗的主要环节，近年来大力发展的变频技术已在管桩离心成型设备中得到广泛应用，节省了30％左右的离心电耗，取得了非常显著的技术经济效益。另外，锅炉鼓风机引风机的变频控制系统、水泵的变频控制、变压器的谐波治理和无功补偿装置等已在管桩生产企业得到了应用，取得了明显的节能效果。

　　在管桩生产中，PHC管桩一般需经过二次蒸汽养护：常温初级养护和高温高压蒸汽养护。高压蒸汽养护的余汽利用，节能效果非常明显，已有不少企业采用了以下措施：1）多条蒸压釜之间高压余汽的互通利用；2）蒸压釜余汽互通利用后，釜内剩余低压余汽通入常压养护池利用；3）蒸压釜内大量高温冷凝水的余热回收利用；4）将热电厂低压蒸汽人工升压为高压蒸汽，以满足管桩生产需要等等。

　　再有，把热能和电能结合起来综合考虑，采用热电联产系统，不仅可以大大减少能耗，也符合国家节能降耗环保政策。将生产饱和蒸汽的煤炉改造为生产过热蒸汽，过热蒸汽冲转汽轮发电机发电，大部分蒸汽做功后抽出，经减温减压后转变为饱和蒸汽供应管桩车间使用，同时产生的高压电转为低压电送出，供应管桩车间和燃煤炉系统使用，这样就可以同时得到满足管桩生产要求的优质电源和热能。热电联产项目已在一些管桩企业得到很好的应用，非常值得借鉴和研究。

　　5、沉桩技术的开发应用

　　针对管桩锤击施工的噪音污染，为了改善城区施工环境，我国开发了静压法施工技术和装备，并得到了广泛推广应用，不仅改善了城区施工环境，还提高了对不同地质条件的适应性。

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　　二、国外管桩发展情况

　　在国外，混凝土桩己有近百年的历史，混凝土管桩约有90多年的历史，预应力混凝土管桩已有60多年的历史，预应力高强混凝土管桩亦有近50年的历史。

　　日本是世界上管桩应用最早、在桩基工程中用量最多的国家之一。1920年由澳大利亚人W.R HUME发明了离心法制作混凝土制品生产工艺，日本于1925年引进了该项技术，用于制造钢筋混凝土管，1934年开始制造离心混凝土桩(简称 RC桩)。至1955年，离心管桩在日本已发展成为主要桩种，同年制订了JISA5310《离心力钢筋混凝土基础桩》。1962年日本又开发了预应力混凝土管桩(简称PC桩)。在开发初期，以先张法和后张法二种工艺同时生产PC桩，后来在日本主要发展先张法预应力工艺。1968年制订了JISA5335《先张法离心预应力混凝土管桩》。1964年日本又开发了可进行焊接的异形预应力钢筋(ULBON)，1971年制订了JISG3109《PC钢筋》标准，从而进一步促进了PC管桩的发展。1967～1970年日本开发了预应力高强混凝土离心管桩(简称PHC管桩)。1982年制订了JISA5337《先张法离心高强混凝土管桩》。1987年对JIS A 5335和JIS A 5337二项标准进行了修订。由于PHC桩具有打桩破损率小，单桩承载力高等很多优点，其需求量快速增长。1993年，对JIS A 5337标准又进行了修订，由于PC桩在日本几乎没有生产，因此自JIS A 5337-1993颁布之日起，JIS A 5335标准就予以废止。1994年日本对工业标准JIS G 3109进行了修订，修订后成为JIS G 3137-1994《细直径异型PC钢棒》新标准。2000年日本对工业标准JIS A 5337-1993进行了修订，并与其它预应力混凝土制品标准合并成为JIS A5373-2000《预制预应力混凝土制品》新标准，2004年日本又对工业标准JIS A5373-2000进行了修订，修订后成为JIS A5373-2004《预制预应力混凝土制品》新标准。

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　　根据日本通产省调查的统计资料表明，1965年～1992年，日本各种管桩年产量在200万吨～800万吨之间，PHC桩开发后，由于其优良的质量和适应性，管桩的产量猛增，1991年达到最高峰，全国各种管桩产量达790万吨(相当于Φ500mm桩产量达2300万米)。九十年代初日本受泡沫经济的影响，建筑市场不很景气，对管桩的需求量大幅度下降，1994年全国产量约为540万吨。1995年1月17日日本南部阪神地区发生强烈地震，日本有关部门对地震后建筑物的基础进行了调查，发现使用PHC桩作基础的建筑物的破坏程度明显较采用其它基础要小得多，但采用现场灌注桩基础的建筑物的破坏程度特别严重。由此表明，PHC桩在建筑物基础的抗震方面有很大的优势，因此在1996～1997年度，日本管桩的产量又大幅回升。近十多年来，随着建设项目的减少应用量锐减，管桩用量1996年2500万米；2002年1280万米，但其对产品结构及施工要求更高。此外在欧美国家，如美国、法国、德国、意大利、前苏联，以及东南亚诸国和地区也大量采用PHC桩。

　　目前，日本管桩的生产和应用主要向以下几方面发展：

　　（1） 管桩品种向大规格发展，由于有完善的无损害施工法支持管桩向薄壁形发展。为了增加产品抗寒性能及抗地震性能钢筋配置适当增加，大部分工厂采用先放入钢筋合模再以泵送大坍落度混凝土喂料方式确保没有合缝漏浆现象产生。

　　（2）为了增大桩身的侧摩阻力，发明了竹节高强度预应力混凝土管桩AG，由于这种管桩的外形是变截面的，它克服了预应力混凝土管桩表明光滑摩擦系数小的缺点，增加了与土壤的摩擦阻力，并且用无噪音无损伤的沉桩方法，大大的提高了单桩承载力。

　　（3）由于日本的人工费用很高，而且劳动力缺乏，日本工厂的机械化程度很高，能够使用机器的地方一般不会用工人。生产流水线危险的部位都是自动操作，以减少事故的发生率。自动化的控制不但可以节约大量的劳动力，还可以避免许多人为因素对产品质量的影响。因此，企业的产品合格率很高，很少有废品产生，这是降低成本的最好途径。

　　（4）接桩工艺上大量采用新型快速接头，节约焊接时间，工序提高5倍以上，从而也解决了雨天、雪天施工问题。

　　（5） 普及无废浆技术，在离心混凝土制品中使用余浆防止剂（SKISH），解决了废浆的污染问题。

　　（6）工程应用中，采用合理配桩设计，下部使用PHC桩上部使用钢管混凝土桩（ACCS桩），钢管混凝土桩结构上更为合理，这种桩制作上不用钢模，只在皮带离心机上即可制作。

　　马来西亚是东南亚地区的岛国，生产和应用管桩的起步时间虽然较晚，但近十多年来发展很快，尤其是大规格的管桩，其产量和产品规格均超过日本，生产的管桩最大规格为φ1200×46m，目前正在研究发展φ1300×52m的大型管桩。

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　　三、我国管桩行业现状及与国外的差距

　　我国目前是世界上生产应用预应力混凝土管桩最多的国家，但不是生产管桩的强国。与日本、韩国相比，虽然我国管桩在生产企业的数量和产量上优势明显，但在产品质量、生产工艺、装备等仍有较大差距，体现在：

　　1、产品质量

　　上世纪九十年代中前期，我国的管桩处于发展前期，生产企业少、产量低，管桩的应用面也小，为了推广管桩的应用，生产企业均注重产品质量，不惜重金聘请专业技术人员，加强技术和质量管理，生产出的管桩产品质量与日、韩等国相当。但随着企业规模的不断扩大，专业技术人才的缺乏，市场的无序竞争，监管力度的缺失，一些企业为了追求利益的最大化，不再重视对产品质量的管理，甚至采取一些偷工减料的所谓“技术”：采用劣质原材料、使用负偏差的钢材、随意扩大螺旋筋的螺距、减少主筋数量、缩短离心和养护时间等，严重损害了产品质量，危害了建筑工程的使用寿命。在管桩生产技术日趋成熟的今天，我国管桩产品的总体质量与日、韩的差距反而在加大，值得深思。

　　2、生产工艺布置

　　目前我国管桩企业的工艺布置主要有三种：

　　1）双跨横向流水布置。双跨横向流水布置与日、韩上世纪八、九十年代的基本类似（日、韩的一些老企业目前仍维持原有的布局，有些生产企业已改进提高），采用桥吊与地面车辆相结合的运输方式，无倒流水工序，生产环境相对较安全；

　　2）单跨横向流水布置。全部采用桥吊的运输方式，存在倒流水工序，桥吊之间需相互避让，工人始终处在头顶移动重载的环境下操作，生产环境安全性差；

　　3）纵向流水布置。全部采用桥吊的运输方式，存在倒流水工序，生产环境相对较安全。

　　日、韩企业较先进的布置方式虽也是双跨横向流水布置，但采用桥吊与地面输送带、地面车辆相结合的运输方式，由程序控制整个生产过程，减少了工人数量，避免了人工操作对产品质量的影响。

　　由于我国人口众多，人工费用较低，劳动力相对富裕，自动化生产线的技术含量高、投资较大、运行成本也较高，在目前劳动密集型的管桩行业，采用前述三种布置形式进行生产，仍然是首选，但随着第二代农民工的出现、内地或中西部地区的崛起、内向型经济实体的不断涌现、劳动力成本的不断提高，对自动化生产线的需求将陆续增大。

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　　3、生产装备

　　经过近二十年的发展，我国的管桩生产装备通过不断改进提高，已具有相当竞争力，一些主机的性能不逊于日、韩，如钢筋骨架滚焊机、钢筋镦头机等，且价格低廉，已进入国际市场，但总体的性能和质量仍与日、韩有差距：自动化程度不高，目前除了混凝土搅拌机、离心机单机具有微机控制外，生产线的工序控制仍然是人工控制，像自动装拆模装置、管桩吸盘等单机仍是空白，急需研制开发。

　　4、生产技术

　　生产技术特别是混凝土配置技术，虽然我国已普遍采用磨细矿物掺合料，能生产出C80混凝土，但仅仅是高强而已，还谈不上高性能，如掺加磨细石英砂，虽然可以降低生产成本，但需要进行压蒸，且管桩的脆性较大，耐久性也差，有些企业不是用磨细石英砂，而采用普通建筑用砂，其中的SiO2含量极低，根本达不到石英砂的要求。在讲节能减排的今天，采用免压蒸技术可以节省大量能耗，也是发展趋势，磨细石英砂将逐渐淡出市场。

　　5、人才问题

　　人才问题体现在两个方面：一个是设计，另一个是生产技术。

　　设计问题：可以这么说，我国现有的管桩生产企业，由有资质的设计单位进行工艺设计的不多，因而工艺布置大多不尽合理，或流水不畅、或设备配置不合理，不但造成资源浪费，也影响了正常生产和产品质量。

　　生产技术：企业的技术进步，离不开技术人才，技术人才是企业的根本。当前管桩行业的技术人才稀少，尤其技术人员流失现象严重，即便是行业龙头企业，其技术人才也比较缺乏，劳动力整体文化程度偏低。大部分企业的研发人员比例更是偏低，有的企业甚至没有研发人员。我国的管桩生产企业约400家左右，按每个企业配备至少5～10名专业技术人员计算，需要2000～4000名专业技术人员，而我国目前大专院校的专业设置，已由原来的工艺、材性、设备并举改为单一材性，毕业后进入管桩行业的又少之又少，真正懂管桩的专业技术人才奇缺，行业内技术人才总量明显不足，结构不尽合理。

作者:苏州混凝土水泥制品研究院  匡红杰

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