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                我國樁工機械的發展

                世界樁工機械比較發達的國家主要是德國、意大利和日本,先進的設備和工法一般也是這三個國家首先開發的,其次是美國、英國、法國、荷蘭、芬蘭等國。在全球樁工機械市場,寶峨、土力、卡薩格蘭地的銷售額應該居前三位。


                近兩年在我國交通運輸業、能源、建筑業發展的帶動下,特別是高速鐵路建設拉動,我國樁工機械行業迎來了一個快速發展時期。


                1 我國樁工機械的發展


                我國工程機械行業受益于國家經濟持續發展、固定資產投資拉動、國家振興裝備制造業戰略的實施等利好因素,全行業得到持續發展。據中國工程機械工業協會樁工機械分會統計,2012年我國樁工機械銷售額100億元,產品銷售量6000臺。雖然產值上我國還趕不上德國、意大利等國,但是數量上已是世界靠前。


                1.1 旋挖鉆機


                目前旋挖鉆機在國內外的灌注樁施工中得到廣泛應用,尤其是在歐洲和日本等發達國家早就成為大直徑鉆孔灌注樁施工的主要設備。


                國產旋挖鉆機起步于上世紀80年代,1988年北京城建工程機械廠開發了履帶起重機附著式旋挖鉆機,20世紀90年代中期鄭州勘察機械有限公司從英國BSP公司引進附著式旋挖鉆機的生產技術,但由于此技術比較落后,配套起重機協調困難,沒有形成批量生產。1998年徐工集團開發成功了國內的旋挖鉆機,但受到當時國內發動機、液壓件、鉆桿、動力頭等配套件及使用的限制,也沒有批量生產。2003年以前我國的旋挖鉆機主要以進口為主,價格昂貴,只有少數有實力的基礎施工企業購買。青藏鐵路的建設一方面展示了旋挖鉆機的優越性,另一方面也提醒了國內的生產廠家,基礎施工機械也有很大的發展空間。其后一些企業紛紛開發旋挖鉆機,如北京三一重機、北京南車、湖南山河智能、福田重工等,國產旋挖鉆機的開發成功大幅度降低了旋挖鉆機的價格,打破了進口旋挖鉆機一統天下的局面,使更多的用戶買得起旋挖鉆機,并且通過購買旋挖鉆機也取得了較好的經濟效益,這種相輔相成的關系極大地推動了旋挖工法在我國的應用。


                “十一五”、“十二五”期間我國投巨資進行鐵路、公路、電力、城市公共設施等建設,尤其高鐵建設為我國旋挖鉆機的發展帶來的機遇。高鐵客運專線有80%以上為橋梁,橋樁的直徑大多在1.5m以下,深度60m以內,恰好適合旋挖鉆機施工。


                經過近幾年的發展,國產旋挖鉆機整機的主要性能已接近或達到國際先進水平。目前我國已能生產從6tm到40tm大中小型多種規格的旋挖鉆機。根據市場需要,山東鑫國重機、鄭州川島、浙江振中等公司開發的小型旋挖鉆機在工民建樁基礎施工領域取得了非常好的業績,小旋挖定位準確,使用成本低、維修方便、回報快,非常適合小型施工單位。南車、徐工、三一等公司開發的大型旋挖鉆機應用在長江、黃河大型橋梁樁基礎施工,大大提高了施工效率,縮短了工期。從2006年開始國產旋挖鉆機占領了國內市場。據樁工機械分會統計,2006年我國旋挖鉆機的銷量350臺左右,2007年450臺左右,2008年900臺左右,2009年1200臺,2010年達到1700臺。目前我國已是世界上較大的旋挖鉆機生產國和使用國。


                雖然廣闊的市場前景為我國旋挖鉆機企業提供了市場機遇,但與國外旋挖鉆機幾十年的發展歷程相比,國內旋挖鉆機行業起步較晚,在市場中大量應用的時間不長,所以國產設備需要改進的問題不容忽視。首先,我國旋挖鉆機品種單一,大多數廠家僅生產一兩種規格的產品,應生產多樣化的產品種類。其次,國內自主創新的產品較少。第三,進口配套件的選用單一,應進一步多樣化,售后服務水平也應逐步加強。第四,鉆桿、鉆具等國產配套件的質量應進一步提高。第五,旋挖鉆機施工配套工藝工法的研究不夠。我國地域遼闊且地質情況復雜。針對不同的地質類型,要明確不同的施工方案以及選用適合的施工設備。例如,東南沿海地層較軟,西南西北大部分地區地層復雜,象蘭新線基本都是卵石層巖層,在這些地區如何成孔,如何提高施工效率,需要企業下很大的功夫去研究,僅僅做完主機是解決不了問題的。


                1.2 長螺旋鉆機


                在小直徑(800mm以下)小深度(30m以下)混凝土灌注樁施工領域,長螺旋鉆機具有優勢,效率高、成本低,特別是近幾年CFG樁及后植入鋼筋籠技術的開發成功大大提高了長螺旋鉆孔灌注樁的適用范圍,目前已從我國廣大北方地區推廣應用到湖北、湖南、廣東等地。高鐵客運專線部分路段采用CFG樁進行路基加固,也帶動了長螺旋鉆機的生產,近幾年長螺旋鉆機的產量穩步增長。統計幾個主要的生產廠家,2012年生產液壓步履式長螺旋鉆機363臺,生產電動、液壓履帶式長螺旋鉆機178臺,以上統計不全,根據長螺旋鉆機動力頭的生產情況,2011年長螺旋鉆機產量應該接近1000臺,2012年1500臺左右?,F在我國已形成福建廈興重工、鄭州、新河、膠東、瑞安、長沙幾個大的長螺旋鉆機生產基地。


                長螺旋鉆機的生產廠家和產量都不少,但各廠的產品性能區別不大,各廠家的鉆機動力頭和鉆具幾乎一樣。我國現在所用的長螺旋鉆機施工工法比較單一,日本由長螺旋鉆機變形的工法非常多,我國生產廠家與施工脫節,設備的改進多年來進展不大。事實上長螺旋鉆機還有很大的發展空間。


                1)開發適合軟土層、卵石層等復雜易塌地層的套管式長螺旋鉆機,即內置鉆桿高速小扭矩正轉,外層套管低速大扭矩反轉。


                2)鉆機動力頭由單速向多速發展,以適合不同樁徑和深度的要求,提高施工效率。


                3)鉆具直接影響長螺旋鉆機的施工效率,生產廠家應該和施工單位結合,開發出適合不同地質情況的鉆具。國外廠家,如日本三和機材,僅長螺旋鉆頭就有幾十種。


                4)產品缺少必要的裝置,如拔樁力限制器、防過卷裝置等,穩定性差,事故多發。


                1.3 正反循環工程鉆機


                雖然旋挖鉆機發展很快,但在我國東南沿海地區及其它中小城市混凝土灌注樁的施工仍然主要以正反循環工程鉆機為主,正反循環工程鉆機施工需要泥漿護壁,產生大量泥漿,許多施工企業對泥漿不經任何處理隨意排放造成嚴重環境污染。隨著我國經濟水平的提高、環保法規的健全及新設備的應用,此種鉆機的使用會越來越少。當然,在大直徑(2m以上)大深度(60m以上)樁基礎的施工中,正反循環工程鉆機仍有優勢。近幾年正反循環工程鉆機的產量變化不大,每年都在1000臺左右。


                在跨江跨海大橋基礎樁的施工方面,國產大直徑正反循環工程鉆機與進口鉆機相比還是有差距,如故障多、入巖效率低、鉆頭易損壞等。我國近幾年海上江上的工程很多,國內的廠家應該在這方面進行攻關。


                我國的某些地區如溫州、寧波等地,土質特別軟,以淤泥為主,樁側摩擦力很小,要求樁入巖。我國的入巖設備十分落后,現在中小直徑的嵌巖樁基本上采用沖擊鉆施工,但效率非常低。國外通常使用潛孔錘施工巖層,效率很高,但國內大直徑的潛孔錘還是空白,而小直徑的潛孔錘可靠性很差,需要進一步研究。


                1.4 液壓靜力壓樁機


                目前管樁的施工設備主要是液壓靜力壓樁機,其優點是無振動、無噪音、質量好,所以混凝土預制管樁是我國近幾年推廣速度很快的一種工法。目前從南方到北方,從沿海到內地大部分省市都有應用,特別在軟土地區已成為工民建的優選樁型。主要原因如下:


                1)管樁在工廠加工,質量容易保證,不像現場灌注樁易出現質量事故;


                2)管樁生產企業規模越來越大,管樁的成本大幅度降低;


                3)液壓靜力壓樁機的性能顯著提高,產品種類也越來越豐富;


                4)管樁生產企業與壓樁機生產企業的大力推廣。


                2012年我國生產液壓靜力壓樁機600多臺。 液壓靜力壓樁機的生產企業主要集中在湖南、浙江、上海、江蘇,湖南山河智能的市場占有率超過50%。針對硬地層靜力壓樁機施工困難的問題,山河智能與廣東建科院正在聯合開發帶鉆機的靜力壓樁機,即利用套在樁管內的螺旋鉆機邊鉆孔邊壓樁,到達預定深度,鉆機反轉,擴孔鉆頭收回,從樁管內拔出鉆桿。液壓靜力壓樁機的缺點是笨重,運輸費用高,轉移場地麻煩。


                1.5 樁 錘


                樁錘包括筒式柴油錘、導桿式柴油錘、液壓錘、振動錘等。


                筒式柴油錘主要生產廠家有上海工程機械廠、廣東力源液壓機械有限公司等。導桿式柴油錘的主要生產廠有江蘇東達、巨力、巨威、撫順6409等。其中,上海工程機械廠從德國德爾馬克引進的技術,質量好,批量大,為配合上海洋山港和杭州灣大橋、東海大橋風電的建設,該廠開發了D160、D220柴油錘,D220柴油錘是目前世界上較大的柴油錘。柴油錘由于噪音、油煙污染等公害無法解決,使用會越來越少。


                振動錘主要生產廠家有浙江振中工程機械股份有限公司、浙江瑞安八達工程機械廠等,我國電動式振動錘的發展已經非常成熟,從幾千瓦到幾百千瓦都能自行設計制造。近兩年浙江振中公司的可調偏心力矩振動錘已有多臺應用于上海洋山港砂樁工程,并出口到日本、韓國等發達國家。我國液壓振動錘剛起步,上海振中已開發出激振力100t、200t的液壓振動錘。液壓振動錘應向高頻、調頻調幅的方向發展。


                今后數年,我國將投資數萬億建設海上風電,以前海上風電基礎多為群樁,群樁施工周期長、成本高。歐洲、日本等國在建的海上風電已改為單樁基礎,即直接把直徑5~6m、壁厚100mm左右、長數十米的大鋼管用液壓沖擊錘打入或用振動錘沉入海底。此類大型的液壓錘或振動錘我國目前還是空白,須從國外進口,而進口產品的價格又十分昂貴。結合工程需要,國內有實力的企業應該著手研究。


                1.6 液壓抓斗


                近十年來我國地下連續墻技術發展迅猛,上海、廣州、北京等地已在高層建筑和地鐵車站等數百項工程中應用地下連續墻支護技術。據了解,國務院已經批復二十多個城市修建地鐵和輕軌,投資近萬億,我國的地下連續墻施工設備必將有一個大的發展。我國目前建造地下連續墻所用的設備是液壓抓斗和多軸鉆孔機。


                建造大深度大厚度地下連續墻通常使用抓斗式成槽機,主要包括鋼絲繩抓斗、液壓導板式抓斗、導桿式抓斗、混合抓斗等,由于液壓導板式抓斗具有抓斗升降速度快、閉斗力大、挖槽能力強、施工效率高、施工深度大、成墻厚度大、成墻精度高(自動糾偏裝置)等特點,所以使用量大。近幾年國產液壓抓斗發展很快,2012年我國液壓抓斗的銷量在120臺左右,生產企業有上海金泰、徐工、南車、三一、上海工程等。目前上海金泰的液壓抓斗市場占有率超過50%。


                1.7 多軸鉆孔機


                SMW工法是利用專門的多軸鉆孔機(一般為3軸)鉆進切削土體,同時在鉆頭端部將水泥漿液注入土體,經充分攪拌混合后,再將H型鋼或其他型材插入攪拌樁體內,形成地下連續墻體,利用該墻體直接作為擋土和止水結構。該工法取代原有的鉆孔灌注樁和止水帷幕的圍護方法,具有施工速度快、止水效果好、工程造價低等優點,是一種有推廣前途的施工工藝。SMW工法在上海、天津、南京、杭州等地已經推廣使用。


                我國SMW工法施工用多軸鉆孔機早期全部從日本進口,如日本三和機材、三和機工,主要以二手機為主,價格昂貴,設備的短缺嚴重制約了SMW工法在我國的推廣應用。近幾年國產的SMW工法用多軸鉆孔機已能夠滿足國內施工的需要,主要生產企業有上海工程、福建廈興重工、上海金泰、浙江振中,2012年SMW工法用多軸鉆孔機的銷量在130臺左右。今年上海工程機械廠及福建廈興重工、根據工程需要開發了施工深度超過50m的超深多軸鉆機,在浙江,鄭州高鐵車站基坑施工中使用非常好。


                1.8 樁 架


                樁架是習慣叫法,根據它的用途和構造原理,實際上是一臺打樁專用的起重與導向設備。柴油錘、液壓錘、振動錘、鉆孔機、振沖器、深層攪拌機等工作裝置在施工時都須與樁架配套使用,樁架的功能主要是起吊各種樁錘等工作裝置、樁料斗、鋼筋籠等,給樁錘等工作裝置導向和變幅(打斜樁),確定樁位。


                樁架按結構特點分滾管式、軌道式、步履式、履帶式。我國目前大量使用的樁架為滾管式和步履式。此種樁架國際上已經很少使用。液壓步履樁架是具有中國特點的樁架,以步履方式移動樁位和回轉,造價低,深受中小基礎施工公司的歡迎,主要生產廠家:福建廈興重工。全液壓履帶式三點樁架是目前國外廣泛應用的一種先進的樁架,上海工程機械廠引進日本車輛DH558、DH658樁架生產技術,其產品達到國際先進水平。


                20世紀90年代末期,我國一些廠家將步履樁架和履帶樁架的優點相結合開發出了電動履帶式樁架,成本與全液壓履帶樁架相比大幅度降低,移動又比步履式方便。該產品受到施工單位的歡迎,是短期內履帶樁架的發展方向,但其外接電源存在隱患。


                2 我國需研究的樁工機械產品


                2.1 地下連續墻施工設備


                地下連續墻包括承重式連續墻、防滲擋土墻和單純的防滲墻。一般地層的地下連續墻施工多用液壓抓斗,但遇到硬質地層液壓抓斗施工困難,為此寶峨、卡薩格蘭地公司開發了水平多軸式掘削機,我國的三峽工程、南水北調穿黃工程、深圳地鐵、上海地鐵引進了上述設備,使用效果很好。


                在防滲擋土墻(水泥土墻)施工領域,以前多用垂直式單軸或多軸鉆機,在日本和我國的沿海地區SMW工法使用非常普遍。但現在的多軸鉆機遇到硬質復雜地層施工困難,如在北京地區三軸鉆機施工就有一定難度。為解決該問題,德國寶峨公司開發了BCM系列水平多軸式深層攪拌機,日本神鋼公司開發了TRD切削機。寶峨BCM系列水平多軸式深層攪拌機下部有兩個水平設置的切削頭,切削頭上鑲有截齒,上部是一方形導桿,通過滑道與三支點打樁機立柱相聯接。該機適應面廣,在巖石、礫石層中都能施工,施工深度可達35m,施工精度高,成墻防水效果好。神鋼TRD切削機結構獨特,在履帶底盤上側向布置一個鏈輪鏈條式切削機構,周圍鏈條上裝有切削刀頭。與以前縱向施工方式不同,TRD切削機開始先鉆到預定深度,然后全深度橫向切削,切削同時注入水泥漿,形成水泥土墻。TRD切削機施工效率非常高,施工實際深度已達60m,成墻質量好。


                2.2 地下障礙物拆除設備


                隨著舊城改造的工程越來越多,舊有建筑物的地下基礎如何拆除是一個難題。我國2010年上海世博會的場館都在黃浦江兩岸原有工廠上建設的,也有類似問題,現在我國采用振動加高壓沖水的辦法。日本等發達國家舊城改造的工程特別多,也開發了多種拆除地下障礙物的工法和設備。一般是利用全套管全回轉式鉆孔機先行切削,套管內切下的障礙物主要有3種取出方式:①用沖抓斗、十字錘破碎抓??;②電動或液壓驅動的短螺旋鉆頭破碎取出;③多爪式液壓破碎機夾碎取出。


                2.3 長螺旋鉆機入巖設備


                現在許多樁基礎為了確保承載力都要求樁要入巖,我國目前所用的入巖設備十分落后,基本上是沖擊鉆,效率低、泥漿污染嚴重。在韓國和日本等國,有一種工法入巖施工十分有用,即雙動力頭長螺旋鉆機與氣動潛孔錘聯合施工。具體方法是:內動力頭驅動長螺旋鉆桿,鉆桿下端裝有潛孔錘,鉆桿帶動潛孔錘回轉的同時,高壓空氣經過鉆桿內孔帶動潛孔錘的頭部上下沖擊運動,這樣邊回轉邊沖擊,將巖石破碎成小碎塊。由于外動力頭驅動外套管反向旋轉,被破碎成小碎塊的巖石在高壓空氣的作用下沿螺旋葉片被返至地面。達到預定深度后,將內鉆桿及潛孔錘拔出,等插入鋼筋籠灌完混凝土后再將外套管拔出。此種工法施工效率高,成孔質量好,無泥漿污染。


                3 主要問題和建議


                1)結合施工工法,不斷開發新產品。樁工機械的特點是:要滿足不同的樁型、不同的地質條件和不同的工程要求,而且隨著施工方法的不斷出現,又需要開發新的品種,因此樁工機械行業的每種設備都有各自的適應范圍,目前正處于快速發展期,企業一定要抓住機遇,打好基礎,定好位。


                2)加強自主創新,提升傳統產品性能,利用高新技術改造和提升傳統產品是行業提高競爭力的重要舉措。


                3)提高核心競爭力,以自主創新走向世界。近年來我國樁工機械出口形勢喜人,但產品距世界先進水平還有一定的差距,要打造穩定的市場占有率和品牌,企業一定要將產品、配套件、服務提到一定的高度,這是實現國際化發展的基本保證。


                4)避免無序競爭,提倡和諧、共贏。企業的發展戰略應為利益關系者之間的共同發展,企業要結合國情和工程施工的特點,不斷自主創新,認真研究市場,使每個企業都擁有自己的特色和品牌,形成差異化競爭格局,走出一條適合自己的穩健發展道路。


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