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中国桩工机械发展现状及发展趋势

  世界桩工机械比较发达的国家主要是德国、意大利和日本,最先进的设备和工法一般也是这三个国家首先开发的,其次是美国、英国、法国、荷兰、芬兰等国。在全球桩工机械市场,宝峨、土力、卡萨格兰地的销售额应该居前三位。
  
  近两年在我国交通运输业、能源、建筑业发展的带动下,特别是高速铁路建设拉动,我国桩工机械行业迎来了一个快速发展时期。
  
  1我国桩工机械的发展
  
  我国工程机械行业受益于国家经济持续发展、固定资产投资拉动、国家振兴装备制造业战略的实施等利好因素,全行业得到持续发展。据中国工程机械工业协会桩工机械分会统计,2010年我国桩工机械销售额80亿元,产品销售量5000台。虽然产值上我国还赶不上德国、意大利等国,但是数量上已是世界第一。
  
  1.1旋挖钻机
  
  目前旋挖钻机在国内外的灌注桩施工中得到广泛应用,尤其是在欧洲和日本等发达国家早就成为大直径钻孔灌注桩施工的主要设备。
  
  国产旋挖钻机起步于上世纪80年代,1988年北京城建工程机械厂开发了履带起重机附着式旋挖钻机,20世纪90年代中期郑州勘察机械有限公司从英国BSP公司引进附着式旋挖钻机的生产技术,但由于此技术比较落后,配套起重机协调困难,没有形成批量生产。1998年徐工集团开发成功了国内第一台真正意义上的旋挖钻机,但受到当时国内发动机、液压件、钻杆、动力头等配套件及使用的限制,也没有批量生产。2003年以前我国的旋挖钻机主要以进口为主,价格昂贵,只有少数有实力的基础施工企业购买。青藏铁路的建设一方面展示了旋挖钻机的优越性,另一方面也提醒了国内的生产厂家,基础施工机械也有很大的发展空间。其后一些企业纷纷开发旋挖钻机,如北京三一重机、北京南车、湖南山河智能、福田重工等,国产旋挖钻机的开发成功大幅度降低了旋挖钻机的价格,打破了进口旋挖钻机一统天下的局面,使更多的用户买得起旋挖钻机,并且通过购买旋挖钻机也取得了较好的经济效益,这种相辅相成的关系极大地推动了旋挖工法在我国的应用。
  
  “十一五”、“十二五”期间我国投巨资进行铁路、公路、电力、城市公共设施等建设,尤其高铁建设为我国旋挖钻机的发展带来前所未有的机遇。高铁客运专线有80%以上为桥梁,桥桩的直径大多在1.5m以下,深度60m以内,恰好适合旋挖钻机施工。
  
  经过近几年的发展,国产旋挖钻机整机的主要性能已接近或达到国际先进水平。目前我国已能生产从6tm到40tm大中小型多种规格的旋挖钻机。根据市场需要,山东鑫国重机、郑州川岛、浙江振中等公司开发的小型旋挖钻机在工民建桩基础施工领域取得了非常好的业绩,小旋挖定位准确,使用成本低、维修方便、回报快,非常适合小型施工单位。南车、徐工、三一等公司开发的大型旋挖钻机应用在长江、黄河大型桥梁桩基础施工,大大提高了施工效率,缩短了工期。从2006年开始国产旋挖钻机占领了国内市场。据桩工机械分会统计,2006年我国旋挖钻机的销量350台左右,2007年450台左右,2008年900台左右,2009年1200台,2010年达到1700台。目前我国已是世界上最大的旋挖钻机生产国和使用国。
  
  虽然广阔的市场前景为我国旋挖钻机企业提供了市场机遇,但与国外旋挖钻机几十年的发展历程相比,国内旋挖钻机行业起步较晚,在市场中大量应用的时间不长,所以国产设备需要改进的问题不容忽视。首先,我国旋挖钻机品种单一,大多数厂家仅生产一两种规格的产品,应生产多样化的产品种类。其次,国内自主创新的产品较少。第三,进口配套件的选用单一,应进一步多样化,售后服务水平也应逐步加强。第四,钻杆、钻具等国产配套件的质量应进一步提高。第五,旋挖钻机施工配套工艺工法的研究不够。我国地域辽阔且地质情况复杂。针对不同的地质类型,要明确不同的施工方案以及选用适合的施工设备。例如,东南沿海地层较软,西南西北大部分地区地层复杂,象兰新线基本都是卵石层岩层,在这些地区如何成孔,如何提高施工效率,需要企业下很大的功夫去研究,仅仅做完主机是解决不了问题的。
  
  1.2长螺旋钻机
  
  在小直径(800mm以下)小深度(30m以下)混凝土灌注桩施工领域,长螺旋钻机最具有优势,效率高、成本低,特别是近几年CFG桩及后植入钢筋笼技术的开发成功大大提高了长螺旋钻孔灌注桩的适用范围,目前已从我国广大北方地区推广应用到湖北、湖南、广东等地。高铁客运专线部分路段采用CFG桩进行路基加固,也带动了长螺旋钻机的生产,近几年长螺旋钻机的产量稳步增长。统计几个主要的生产厂家,2009年生产液压步履式长螺旋钻机363台,生产电动、液压履带式长螺旋钻机178台,以上统计不全面,根据长螺旋钻机动力头的生产情况,2009年长螺旋钻机产量应该接近1000台,2010年1500台左右。现在我国已形成郑州、新河、胶东、瑞安、长沙几个大的长螺旋钻机生产基地。
  
  长螺旋钻机的生产厂家和产量都不少,但各厂的产品性能区别不大,各厂家的钻机动力头和钻具几乎一样。我国现在所用的长螺旋钻机施工工法比较单一,日本由长螺旋钻机变形的工法非常多,我国生产厂家与施工脱节,设备的改进多年来进展不大。事实上长螺旋钻机还有很大的发展空间。
  
  1)开发适合软土层、卵石层等复杂易塌地层的套管式长螺旋钻机,即内置钻杆高速小扭矩正转,外层套管低速大扭矩反转。
  
  2)钻机动力头由单速向多速发展,以适合不同桩径和深度的要求,提高施工效率。
  
  3)钻具直接影响长螺旋钻机的施工效率,生产厂家应该和施工单位结合,开发出适合不同地质情况的钻具。国外厂家,如日本三和机材,仅长螺旋钻头就有几十种。
  
  4)产品缺少必要的安全装置,如拔桩力限制器、防过卷装置等,稳定性差,事故多发。
  
  1.3正反循环工程钻机
  
  虽然旋挖钻机发展很快,但在我国东南沿海地区及其它中小城市混凝土灌注桩的施工仍然主要以正反循环工程钻机为主,正反循环工程钻机施工需要泥浆护壁,产生大量泥浆,许多施工企业对泥浆不经任何处理随意排放造成严重环境污染。随着我国经济水平的提高、环保法规的健全及新设备的应用,此种钻机的使用会越来越少。当然,在大直径(2m以上)大深度(60m以上)桩基础的施工中,正反循环工程钻机仍有优势。近几年正反循环工程钻机的产量变化不大,每年都在1000台左右。
  
  在跨江跨海大桥基础桩的施工方面,国产大直径正反循环工程钻机与进口钻机相比还是有差距,如故障多、入岩效率低、钻头易损坏等。我国近几年海上江上的工程很多,国内的厂家应该在这方面进行攻关。
  
  我国的某些地区如温州、宁波等地,土质特别软,以淤泥为主,桩侧摩擦力很小,要求桩必须入岩。我国的入岩设备十分落后,现在中小直径的嵌岩桩基本上采用冲击钻施工,但效率非常低。国外通常使用潜孔锤施工岩层,效率很高,但国内大直径的潜孔锤还是空白,而小直径的潜孔锤可靠性很差,需要进一步研究。
  
  1.4液压静力压桩机
  
  目前管桩的施工设备主要是液压静力压桩机,其优点是无振动、无噪音、无污染、质量好,所以混凝土预制管桩是我国近几年推广速度很快的一种工法。目前从南方到北方,从沿海到内地大部分省市都有应用,特别在软土地区已成为工民建的首选桩型。主要原因如下:
  
  1)管桩在工厂加工,质量容易保证,不像现场灌注桩易出现质量事故;
  
  2)管桩生产企业规模越来越大,管桩的成本大幅度降低;
  
  3)液压静力压桩机的性能显著提高,产品种类也越来越丰富;
  
  4)管桩生产企业与压桩机生产企业的大力推广。
  
  2009年我国生产液压静力压桩机400多台。液压静力压桩机的生产企业主要集中在湖南、浙江、上海、江苏,湖南山河智能的市场占有率超过50%。针对硬地层静力压桩机施工困难的问题,山河智能与广东建科院正在联合开发带钻机的静力压桩机,即利用套在桩管内的螺旋钻机边钻孔边压桩,到达预定深度,钻机反转,扩孔钻头收回,从桩管内拔出钻杆。液压静力压桩机的最大缺点是笨重,运输费用高,转移场地麻烦。
  
  1.5桩锤
  
  桩锤包括筒式柴油锤、导杆式柴油锤、液压锤、振动锤等。
  
  筒式柴油锤主要生产厂家有上海工程机械厂、广东力源液压机械有限公司等。导杆式柴油锤的主要生产厂有江苏东达、巨力、巨威、抚顺6409等。其中,上海工程机械厂从德国德尔马克引进的技术,质量最好,批量最大,为配合上海洋山港和杭州湾大桥、东海大桥风电的建设,该厂开发了D160、D220柴油锤,D220柴油锤是目前世界上最大的柴油锤。柴油锤由于噪音、油烟污染等公害无法解决,使用会越来越少。
  
  振动锤主要生产厂家有浙江振中工程机械股份有限公司、浙江瑞安八达工程机械厂等,我国电动式振动锤的发展已经非常成熟,从几千瓦到几百千瓦都能自行设计制造。近两年浙江振中公司的可调偏心力矩振动锤已有多台应用于上海洋山港砂桩工程,并出口到日本、韩国等发达国家。我国液压振动锤刚起步,上海振中已开发出激振力100t、200t的液压振动锤。液压振动锤应向高频、调频调幅的方向发展。
  
  今后数年,我国将投资数万亿建设海上风电,以前海上风电基础多为群桩,群桩施工周期长、成本高。欧洲、日本等国在建的海上风电已改为单桩基础,即直接把直径5~6m、壁厚100mm左右、长数十米的大钢管用液压冲击锤打入或用振动锤沉入海底。此类大型的液压锤或振动锤我国目前还是空白,必须从国外进口,而进口产品的价格又十分昂贵。结合工程需要,国内有实力的企业应该着手研究。
  
  1.6液压抓斗
  
  近十年来我国地下连续墙技术发展迅猛,上海、广州、北京等地已在高层建筑和地铁车站等数百项工程中应用地下连续墙支护技术。据了解,国务院已经批复二十多个城市修建地铁和轻轨,投资近万亿,我国的地下连续墙施工设备必将有一个大的发展。我国目前建造地下连续墙所用的设备是液压抓斗和多轴钻孔机。
  
  建造大深度大厚度地下连续墙通常使用抓斗式成槽机,主要包括钢丝绳抓斗、液压导板式抓斗、导杆式抓斗、混合抓斗等,由于液压导板式抓斗具有抓斗升降速度快、闭斗力大、挖槽能力强、施工效率高、施工深度大、成墙厚度大、成墙精度高(自动纠偏装置)等特点,所以使用量最大。近几年国产液压抓斗发展很快,2009年我国液压抓斗的销量在80台左右,生产企业有上海金泰、徐工、南车、三一、上海工程等。目前上海金泰的液压抓斗市场占有率超过50%。
  
  1.7多轴钻孔机
  
  SMW工法是利用专门的多轴钻孔机(一般为3轴)钻进切削土体,同时在钻头端部将水泥浆液注入土体,经充分搅拌混合后,再将H型钢或其他型材插入搅拌桩体内,形成地下连续墙体,利用该墙体直接作为挡土和止水结构。该工法取代原有的钻孔灌注桩和止水帷幕的围护方法,具有施工速度快、止水效果好、工程造价低、无污染等优点,是一种有推广前途的施工工艺。SMW工法在上海、天津、南京、杭州等地已经推广使用。
  
  我国SMW工法施工用多轴钻孔机早期全部从日本进口,如日本三和机材、三和机工,主要以二手机为主,价格昂贵,设备的短缺严重制约了SMW工法在我国的推广应用。近几年国产的SMW工法用多轴钻孔机已能够满足国内施工的需要,主要生产企业有上海工程、上海金泰、浙江振中,2009年SMW工法用多轴钻孔机的销量在110台左右。今年上海工程机械厂根据工程需要开发了施工深度超过50m的超深多轴钻机,在郑州高铁车站基坑施工中使用非常好。
  
  1.8桩架
  
  桩架是习惯叫法,根据它的用途和构造原理,实际上是一台打桩专用的起重与导向设备。柴油锤、液压锤、振动锤、钻孔机、振冲器、深层搅拌机等工作装置在施工时都必须与桩架配套使用,桩架的功能主要是起吊各种桩锤等工作装置、桩料斗、钢筋笼等,给桩锤等工作装置导向和变幅(打斜桩),确定桩位。
  
  桩架按结构特点分滚管式、轨道式、步履式、履带式。我国目前大量使用的桩架为滚管式和步履式。此种桩架国际上已经很少使用。液压步履桩架是具有中国特点的桩架,以步履方式移动桩位和回转,造价低,深受中小基础施工公司的欢迎,它的最大缺点是转移不便。全液压履带式三点桩架是目前国外广泛应用的一种最先进的桩架,上海工程机械厂引进日本车辆DH558、DH658桩架生产技术,其产品达到国际先进水平。
  
  20世纪90年代末期,我国一些厂家将步履桩架和履带桩架的优点相结合开发出了电动履带式桩架,成本与全液压履带桩架相比大幅度降低,移动又比步履式方便。该产品受到施工单位的欢迎,是短期内履带桩架的发展方向,但其外接电源存在安全隐患。
  
  2我国需研究的桩工机械产品
  
  2.1地下连续墙施工设备
  
  地下连续墙包括承重式连续墙、防渗挡土墙和单纯的防渗墙。一般地层的地下连续墙施工多用液压抓斗,但遇到硬质地层液压抓斗施工困难,为此宝峨、卡萨格兰地公司开发了水平多轴式掘削机,我国的三峡工程、南水北调穿黄工程、深圳地铁、上海地铁引进了上述设备,使用效果很好。
  
  在防渗挡土墙(水泥土墙)施工领域,以前多用垂直式单轴或多轴钻机,在日本和我国的沿海地区SMW工法使用非常普遍。但现在的多轴钻机遇到硬质复杂地层施工困难,如在北京地区三轴钻机施工就有一定难度。为解决该问题,德国宝峨公司开发了BCM系列水平多轴式深层搅拌机,日本神钢公司开发了TRD切削机。宝峨BCM系列水平多轴式深层搅拌机下部有两个水平设置的切削头,切削头上镶有截齿,上部是一方形导杆,通过滑道与三支点打桩机立柱相联接。该机适应面广,在岩石、砾石层中都能施工,施工深度可达35m,施工精度高,成墙防水效果好,无污染。神钢TRD切削机结构独特,在履带底盘上侧向布置一个链轮链条式切削机构,周围链条上装有切削刀头。与以前纵向施工方式不同,TRD切削机开始先钻到预定深度,然后全深度横向切削,切削同时注入水泥浆,形成水泥土墙。TRD切削机施工效率非常高,施工实际深度已达60m,成墙质量好,无污染。
  
  2.2地下障碍物拆除设备
  
  随着旧城改造的工程越来越多,旧有建筑物的地下基础如何拆除是一个难题。我国2010年上海世博会的场馆都在黄浦江两岸原有工厂上建设的,也有类似问题,现在我国采用振动加高压冲水的办法。日本等发达国家旧城改造的工程特别多,也开发了多种拆除地下障碍物的工法和设备。一般是利用全套管全回转式钻孔机先行切削,套管内切下的障碍物主要有3种取出方式:①用冲抓斗、十字锤破碎抓取;②电动或液压驱动的短螺旋钻头破碎取出;③多爪式液压破碎机夹碎取出。
  
  2.3长螺旋钻机入岩设备
  
  现在许多桩基础为了确保承载力都要求桩要入岩,我国目前所用的入岩设备十分落后,基本上是冲击钻,效率低、泥浆污染严重。在韩国和日本等国,有一种工法入岩施工十分有效,即双动力头长螺旋钻机与气动潜孔锤联合施工。具体方法是:内动力头驱动长螺旋钻杆,钻杆下端装有潜孔锤,钻杆带动潜孔锤回转的同时,高压空气经过钻杆内孔带动潜孔锤的头部上下冲击运动,这样边回转边冲击,将岩石破碎成小碎块。由于外动力头驱动外套管反向旋转,被破碎成小碎块的岩石在高压空气的作用下沿螺旋叶片被返至地面。达到预定深度后,将内钻杆及潜孔锤拔出,等插入钢筋笼灌完混凝土后再将外套管拔出。此种工法施工效率高,成孔质量好,无泥浆污染。
  
  3主要问题和建议
  
  1)结合施工工法,不断开发新产品。桩工机械的特点是:要满足不同的桩型、不同的地质条件和不同的工程要求,而且随着施工方法的不断出现,又需要开发新的品种,因此桩工机械行业的每种设备都有各自的适应范围,目前正处于快速发展期,企业一定要抓住机遇,打好基础,定好位。
  
  2)加强自主创新,提升传统产品性能,利用高新技术改造和提升传统产品是行业提高竞争力的重要举措。
  
  3)提高核心竞争力,以自主创新走向世界。近年来我国桩工机械出口形势喜人,但产品距世界先进水平还有一定的差距,要打造稳定的市场占有率和品牌,企业一定要将产品、配套件、服务提到一定的高度,这是实现国际化发展的基本保证。
  
  4)避免无序竞争,提倡和谐、共赢。企业的发展战略应为利益关系者之间的共同发展,企业要结合国情和工程施工的特点,不断自主创新,认真研究市场,使每个企业都拥有自己的特色和品牌,形成差异化竞争格局,走出一条适合自己的稳健发展道路。 返回上页
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