安全使用模板支架

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。架體的不穩定、不牢靠,不但影響工程質量,甚至會發生模板垮塌事故。模板支架在建筑施工尤其是水平(梁板)結構現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生。雖然近年來行業主管部門以及各地先后頒布實施了一些針對性、操作性較強的規范標準,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致的模板支架垮塌事故仍時有發生,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損失。

2010年1月3日14時20分,昆明新機場航站區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5號地塊工地三層商業用房挑檐發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,廣州天河區奧體南路一在建工地三樓樓面正在澆灌水泥混凝土時,突然發生坍塌事故,在場施工的建筑工人中,4人被埋死亡、4人受傷。

這一系列事故的發生,應該引起建筑從業人員的普遍重視。盡管事故發生的原因是多方面的,但總結來看,無一不是和模板支架有關,因此如何保障建筑施工中模板支架的穩定、安全,成為建筑安全施工領域面對的重點問題。

空間整體穩定是關鍵

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

大量的事故調查及實驗證明,架體在澆筑混凝土時,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,在架頂區域內的扣件附近產生剪力(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)

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

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規范》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規范》中,還據此規定了長細比為h+2a/i≤150(式中h為步距,a為自由端,i為回轉半徑)的限制值,對模板支架穩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,應該用絕對數值來限制。

其次,加強架體的側向約束,這可以從兩個方面來實現,一是加強剪刀撐和水平剪刀撐的構造措施,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,因此應對剪刀撐的實際搭設效果進行專門的設計論證后再實施;二是加強架體的外部側向約束,即做好對架體鄰近的結構聯接(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,也可以采取加設外部斜撐或搭設坐車架的方法來實現。

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、缺斤短兩等質量缺陷,這種狀況非常嚴重。根據建設部門、質量監督部門的數據顯示,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點設定的,質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生破壞。U型托架過細,則會使壓桿出現初始偏心距,直接導致按壓桿設計的立桿壓彎。

對此,建議有關部門首先應加強對建筑施工用鋼管扣件生產流通環節的監管力度,堅決不讓存在嚴重質量缺陷的鋼管、扣件、U型托架流入市場,對不符合要求的生產銷售租賃企業堅決取締。其次,對現存的、尚有使用價值的材料,經檢測部門評定后,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,在加強側向約束的前提下進行設計計算;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。

加強搭設隊伍的專業化

通過對國內多起模板支架垮塌事故分析,造成事故的原因都與搭設缺陷有關,如:基礎不堅實、桿件間距過大、缺少構造桿件、立桿不垂直、扣件扭力矩不足等現象。桿件間距是建立穩定設計模型的首要依據,這是以構造節點來確定的,因此上述任何一個現象都可以顛覆穩定設計,從而造成事故發生。

操作人員自身技術能力欠缺,也是事故發生的原因之一。模板支架和腳手架支搭都需要操作人員的技術保障,操作人員必須具有一定的力學常識和空間構造知識。模板支架支搭過程又屬于無可靠立足點的高處作業,因此建議將登高架設類中操作人員列入特種作業范疇。這一方面在國內很多地區都有明確的規定,建設部2005年10月13日發布的《建筑工程安全生產監督管理工作導則》中也有相關要求。目前,在許多施工工程中,一些地區成立了專業技術能力較強的專業模架公司,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,對模板支架穩定十分有利。而現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險。目前,我國無論從經濟技術實力上,還是鋼產量上都不存在問題。為安全起見,國外大量的鋼結構屋面作法就值得推廣。

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

編輯 楊 璇