魏鐵山

模板支架是建筑施工中用于固定各種模板的架體,在澆筑混凝土的過程中,為了防止模板變形移動,支架的作用十分重要。架體的不穩(wěn)定、不牢靠,不但影響工程質(zhì)量,甚至?xí)l(fā)生模板垮塌事故。模板支架在建筑施工尤其是水平(梁板)結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土施工過程中運用廣泛,由于各種原因造成模板垮塌事故時有發(fā)生。雖然近年來行業(yè)主管部門以及各地先后頒布實施了一些針對性、操作性較強的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),使模板支架的安全可靠性有了很大提高,但受各種因素影響導(dǎo)致的模板支架垮塌事故仍時有發(fā)生,近一段時間以來還呈上升趨勢,個別事故甚至造成較大人員傷亡和財產(chǎn)損失。

2010年1月3日14時20分,昆明新機場航站區(qū)停車樓及高架橋工程A-3合同段配套引橋在澆灌過程中發(fā)生支架局部坍塌,事故造成7人死亡、8人重傷、26人輕傷,直接經(jīng)濟損失616.75萬元。

2010年2月5日凌晨5時左右,昆明市金江小區(qū)5號地塊工地三層商業(yè)用房挑檐發(fā)生模板支架在砼澆筑過程中坍塌事故,事故雖未造成人員傷亡,但直接經(jīng)濟損失近1.8萬余元。

2010年5月8日晚上22時35分,廣州天河區(qū)奧體南路一在建工地三樓樓面正在澆灌水泥混凝土?xí)r,突然發(fā)生坍塌事故,在場施工的建筑工人中,4人被埋死亡、4人受傷。

這一系列事故的發(fā)生,應(yīng)該引起建筑從業(yè)人員的普遍重視。盡管事故發(fā)生的原因是多方面的,但總結(jié)來看,無一不是和模板支架有關(guān),因此如何保障建筑施工中模板支架的穩(wěn)定、安全,成為建筑安全施工領(lǐng)域面對的重點問題。

空間整體穩(wěn)定是關(guān)鍵

傳統(tǒng)理論認為,無論是腳手架還是模板支架,其受力狀態(tài)都是以壓桿形式為主,因此設(shè)計計算模型都應(yīng)依照這個理論來實現(xiàn),即:當(dāng)N/φA≤f(式中N為計算立桿段的軸向力設(shè)計值;φ為立桿受壓的穩(wěn)定系數(shù);A為立桿截面面積;f為鋼材抗壓強度設(shè)計值)時,可以認為是穩(wěn)定的,但事實上這還遠遠不夠。

大量的事故調(diào)查及實驗證明,架體在澆筑混凝土?xí)r,承受軸向壓力的同時,還要承受作用于架體頂端的橫向作用力,這種強大的橫向作用力往往是架體垮塌的致命因素。因為此時架體頂端立桿不僅受到壓力的作用,而且立桿還變成了壓彎桿件,在架頂區(qū)域內(nèi)的扣件附近產(chǎn)生剪力(作用于同一物體上的兩個距離很近,但不為零,大小相等,方向相反的平行力),這就是為什么會在事故現(xiàn)場看到大量彎曲、折斷的鋼管以及斷裂扣件的原因。(如圖1、2所示)

建立空間整體穩(wěn)定體系,是保證模板支架在澆注混凝土過程中不發(fā)生變形破壞的關(guān)鍵。要建立在壓桿穩(wěn)定前提下的空間整體穩(wěn)定體系,應(yīng)從兩個方面入手。

首先,限制立桿自由端長度,即a值(如圖3所示),盡管JGJ130-2001《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》中對a值給予了2倍的放大處理,JGJ162-2008《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》中,還據(jù)此規(guī)定了長細比為h+2a/i≤150(式中h為步距,a為自由端,i為回轉(zhuǎn)半徑)的限制值,對模板支架穩(wěn)定起到了一定的限制作用,但由于是由步距和自由端相加確定的這個數(shù)值,作用效果受到一定的影響。事實上在橫向力作用下,這個部位實際等于懸臂梁,是最薄弱的,應(yīng)該用絕對數(shù)值來限制。

其次,加強架體的側(cè)向約束,這可以從兩個方面來實現(xiàn),一是加強剪刀撐和水平剪刀撐的構(gòu)造措施,使自身成為空間不變體系(如圖4所示),但個別情況下由于立桿太密集不便布置,或即使布置了其水平剪刀撐,也會因躲避密集的立桿必須彎曲而失去作用,因此應(yīng)對剪刀撐的實際搭設(shè)效果進行專門的設(shè)計論證后再實施;二是加強架體的外部側(cè)向約束,即做好對架體鄰近的結(jié)構(gòu)聯(lián)接(如抱柱、夾墻、兩個方向頂墻等),這種方法簡單、易行、效果極佳。對于一些相對獨立的模板支架,也可以采取加設(shè)外部斜撐或搭設(shè)坐車架的方法來實現(xiàn)。

主材缺陷是問題

近年來的多起架體垮塌事故幾乎都有一個共同的直接原因,就是構(gòu)成模板支架的主要材料不合格,尤其是鋼管管壁過薄、U型托架螺桿過細,以及扣件存在縮松、砂眼、硫磷含量高、缺斤短兩等質(zhì)量缺陷,這種狀況非常嚴重。根據(jù)建設(shè)部門、質(zhì)量監(jiān)督部門的數(shù)據(jù)顯示,目前市場上鋼管、扣件、U型托架的不合格率高得驚人,形勢十分嚴峻。從技術(shù)角度看,鋼管、扣件、U型托架的缺陷很難彌補,因為架體計算模型是以扣件做為節(jié)點設(shè)定的,質(zhì)量差的扣件一旦受到破壞,就將引起連鎖破壞,從而造成垮塌。此外還有管壁太薄的鋼管,在純軸向力的作用下破壞可能不太明顯,但在剪力作用下則極易發(fā)生破壞。U型托架過細,則會使壓桿出現(xiàn)初始偏心距,直接導(dǎo)致按壓桿設(shè)計的立桿壓彎。

對此,建議有關(guān)部門首先應(yīng)加強對建筑施工用鋼管扣件生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)的監(jiān)管力度,堅決不讓存在嚴重質(zhì)量缺陷的鋼管、扣件、U型托架流入市場,對不符合要求的生產(chǎn)銷售租賃企業(yè)堅決取締。其次,對現(xiàn)存的、尚有使用價值的材料,經(jīng)檢測部門評定后,可以采取降載使用逐步淘汰的方法解決,如鋼管必須按實際壁厚,在加強側(cè)向約束的前提下進行設(shè)計計算;扣件和U型托架凡缺陷明顯、鑄造銘牌缺少不清的,一律強行報廢,回爐重鑄。

加強搭設(shè)隊伍的專業(yè)化

通過對國內(nèi)多起模板支架垮塌事故分析,造成事故的原因都與搭設(shè)缺陷有關(guān),如:基礎(chǔ)不堅實、桿件間距過大、缺少構(gòu)造桿件、立桿不垂直、扣件扭力矩不足等現(xiàn)象。桿件間距是建立穩(wěn)定設(shè)計模型的首要依據(jù),這是以構(gòu)造節(jié)點來確定的,因此上述任何一個現(xiàn)象都可以顛覆穩(wěn)定設(shè)計,從而造成事故發(fā)生。

操作人員自身技術(shù)能力欠缺,也是事故發(fā)生的原因之一。模板支架和腳手架支搭都需要操作人員的技術(shù)保障,操作人員必須具有一定的力學(xué)常識和空間構(gòu)造知識。模板支架支搭過程又屬于無可靠立足點的高處作業(yè),因此建議將登高架設(shè)類中操作人員列入特種作業(yè)范疇。這一方面在國內(nèi)很多地區(qū)都有明確的規(guī)定,建設(shè)部2005年10月13日發(fā)布的《建筑工程安全生產(chǎn)監(jiān)督管理工作導(dǎo)則》中也有相關(guān)要求。目前,在許多施工工程中,一些地區(qū)成立了專業(yè)技術(shù)能力較強的專業(yè)模架公司,這為模架(包括腳手架)的安全提供了可靠的保證。

探索安全替代工藝

現(xiàn)澆混凝土施工方法與過去相比有著很大不同。過去基本上是采取人工手推車或塔吊吊運的方式,澆注速度慢,模板多是采用木方支頂(完全是軸向力作用),混凝土塌落度不大,對模板支架穩(wěn)定十分有利。而現(xiàn)在基本都是商品混凝土泵送澆注,塌落度大、澆注速度快,再加上支架缺陷,因此安全控制與過去相比難度加大。從長遠發(fā)展來看,有必要探索新的方法途徑,從根本上降低施工過程中的安全風(fēng)險。目前,我國無論從經(jīng)濟技術(shù)實力上,還是鋼產(chǎn)量上都不存在問題。為安全起見,國外大量的鋼結(jié)構(gòu)屋面作法就值得推廣。

執(zhí)行的規(guī)范應(yīng)加以提升和優(yōu)化。上面提到的加強外部側(cè)向約束,是最簡單、最有效的構(gòu)造措施。原建設(shè)部2008年頒布的《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》中,對此也有明確的要求。但有些地方規(guī)范中則明確規(guī)定,梁板柱墻必須同時澆注,這樣的確可以提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性,但卻降低了混凝土澆注過程中的施工安全可靠性。近期發(fā)生的事故中,不止一起與此類建筑方法有關(guān),因此相關(guān)部門有必要對此作出明確要求。各類規(guī)程、規(guī)范是指導(dǎo)施工的強制性要求,也是查找事故原因的重要依據(jù)。近幾年來,國家以及北京、上海、廣西等省市自治區(qū),都頒布、出臺了一些有利于模板支架安全穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,建議對此加以優(yōu)化整合,以保證建筑施工中模板支架的安全。

編輯 楊 璇