橋梁支撐架坍塌的肇因與解決方案

劉 輝

支撐架坍塌事故是由一系列技術和成本因素互相糾結造成的，盡管國家曾幾次下大力量整頓，有關專家也從技術、施工等專業角度論證事故的原因，協會和業界有識之士也試圖努力扭轉這種現狀，但問題仍然沒有得到有效遏制。相反，隨著我國基礎建設力度的加大，惡性事故的發生頻率卻有增長勢頭。今年1月3號昆明機場高架橋施工現場的腳手架跨塌事故，導致施工工人7人死亡，34人受傷。新年伊始，便為今年本行業的安全形勢蒙上了陰影。

目前大量應用于橋梁支撐的碗扣式腳手架，除了其生產工藝粗糙、質量管理過程失控等制造過程中產生的問題，為了獲得價格競爭優勢，許多廠家還不得不主動地或者被動地降低材料的標準，甚至偷工減料，是問題的表現形式之一。例如， 《GJ166-2008建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范》中規定，應采用壁厚為3.5mm的鋼管。實際應用中的產品，普遍采用3.0mm，甚至有用2.5mm壁厚的鋼管做立桿的。標準規定材質為Q235的優質鋼材，而實際應用中，有用Q195材質的，甚至有使用回收廢鋼鐵，材質和生產廠家均不明的鋼管生產腳手架的。這些因素的綜合效應，使產品的實際承載能力，遠遠低于產品的設計值。

由原英國SGB公司最早發明的碗扣式 (Cuplock)腳手架，其原始設計的3米立桿的極限承載值均在8噸以上。有國內權威檢測機構，與國內知名碗扣生產租賃廠家合作，今年初做了幾組8m高的架體荷載試驗，立桿的極限承載值只有4噸上下。此次試驗樣品的制造工藝和材料選用，充分考慮了應用中的具體情況，稍微低于標準的規定，而又遠遠高于施工中實際應用的產品質量。鋼管采用3.0mm壁厚，Q235材質的優質鋼材。大量實際施工中應用的產品，其承載力的表現應遠遠不及這個實驗數據。

面對殘酷的價格競爭，業者明知問題所在，又不得不追隨問題而行。各種客觀因素形成的碗扣式腳手架租賃市場的操作習慣，造成沒有租賃商愿意投入更高質量的產品，因為，好的產品運到工地上，極大的可能是退租時被換回來質量差的產品。任何試圖提升產品和服務質量的努力，都會以自我的經濟損失為代價。市場競爭的結果，不是優勝劣汰，而是劣幣逐良幣。

這些市場因素造成的另外一個更糟糕的問題，就是產品的防銹處理。施工方與產品和服務提供方均不得不無視銹蝕對產品壽命和承載力的巨大影響，以降低成本，去適應低價競爭的市場游戲規則。設計支撐和腳手架產品的一個重要考慮點，是千千萬萬個桿件的承載力必須一致且在產品壽命期內保持恒定不變。只有這樣，搭建和拆除的架體結構設計和計算，才有切實可靠的產品保障。以國外的應用經驗來看，熱鍍鋅是鋼鐵制腳手架和支撐架防銹處理的最佳選擇。在我國施工中應用的產品，幾乎見不到熱鍍鋅處理的。簡單的防銹漆處理，無法真正滿足鋼管內外壁的防銹需求。其結果是，產品在投放市場后兩到三年內，由銹蝕造成的壁厚銳減，使產品桿件的承載力大打折扣。

由于上述產品的材料選用和制造工藝等質量管理程序的失控，以及產品防銹處理的不當等綜合效應，使施工中應用的產品的真實承載力變得不可知，則是架體結構設計時面臨的最致命的問題。為獲取較大的安全系數，以防止支架坍塌事故，用戶方的項目經理和監理單位，不得不要求最大限度地密植支架的立桿。在架體搭建的力學結構計算時，立桿的承載力不得不按2噸計算。目前橋梁施工中的碗扣架大量采用600mm的柱距，300mm柱距的應用實例也有很多。市場上以噸計價與施工中不得不不合理地密植立桿的后果，是造成單位用鋼量的不合理增加，使工程的總成本甚至高于發達國家的同類水平。

以筆者掌握的對比數據，我國目前以碗扣架做支撐的橋梁施工中，每立方米用鋼量，是國外先進水平的3-4倍。也就是說，一個項目如果采用設計制造合理的支撐系統，實際用鋼量是1000噸的話，采用現有碗扣架則需要3000-4000噸的用鋼量。這不僅極大地浪費了資源，嚴重背離推行低碳經濟的國際發展潮流和國家的政策導向，在阻礙了新技術和新產品的推廣應用的同時，也并未真正降低施工總成本。市場把這個行業引向了一個壞的極端，既不利于用戶，也不利于產品和租賃服務提供商。使業者失去了改善產品質量，提高行業總體水平的動力和源泉。有行業領先的專業公司，曾試圖應用制造工藝符合國標的碗扣架，以達到減少立桿，減少單位用鋼量，在減少成本的同時又保證安全系數的目的。但這種努力未獲市場認可，現實是用戶的項目經理和監理單位無法區分此碗扣架與彼碗扣架的區別，也就不敢接受適當減少立桿數量的合理應用。

造成問題的另外一個至關重要的原因，是由于我國本行業獨特的發展歷程，把原本設計為腳手架的碗扣架大量用做支撐使用，甚至應用于荷載較高的高大橋梁施工中。由前英國SGB公司最早發明的碗扣式腳手架，原本是一款優秀的重型腳手架系統，目前仍廣泛應用于歐美國家的化工、能源等工業設施的維護等領域，但將碗扣式腳手架用做橋梁支撐架使用，則不是最佳的方案。以發達國家的經驗來看，支撐架與腳手架因其應用的范圍與承載的不同，在產品設計和施工方案設計中，也各自有著很大的不同，因此在實踐中形成兩類完全不同的產品體系。關于腳手架與支撐架的具體討論，見筆者已經發表于行業雜志上的文章 “腳手架與支撐架的應用與設計不同”。

如此應用碗扣架，至少有如下弱點：第一、立桿的承載力太低，造成單位用鋼量相對于設計為專業支撐的系統較高。第二、碗扣式節點設計的特點，造成無法根據架體力學結構設計的需求，隨意安裝斜桿，而斜桿缺失，是造成高大支撐架體失穩坍塌的主要原因。第三、無法實現整體吊裝等更高程度機械化施工的需求，以減少搭設和拆除的施工工時成本。

問題似乎糾結于一個無解的死循環里，要解決問題需要從一個更高的角度來審視其原因，并找出解決之道。我國日益增長的基礎建設規模和對產品安全性能的關注，呼喚一種專為橋梁施工設計的專業支撐系統。這個系統，至少應該具備以下特點：第一、產品具備高度可靠的安全性能，應遵循國際慣例，產品在銷售給租賃商和用戶時，應該附帶在保險公司投保的產品責任險 (Product Liability Insurance)保單。第二、產品的有效使用壽命，應該達到15-20年。第三、在產品的有效使用壽命期間，桿件的承載力應該一致可靠，克服現行碗扣架存在的產品因銹蝕造成的承載力不可知這個嚴重問題。第四、系統本身應該配備水平斜桿和豎向斜桿等桿件，以便搭建幾何不變體的穩定結構。第五、系統在施工中的單位用鋼量，應該達到國際先進水平，比現有碗扣架和扣件鋼管式腳手架減少3-4倍。第六、系統的施工方式，應該比現有的碗扣式和鋼管扣件式腳手架的施工方式節約更多的工時，既滿足我國現階段許多靠人工施工的情形，又滿足整體吊裝，機械化施工的發展趨勢。提高施工效率，縮短施工周期。

為了實現上述特點，在產品的設計制造過程中，至少應該遵循如下原則：第一、產品單肢立桿的直徑應該大于現行的碗扣式腳手架的立桿直徑，采用Q345以上高強度材質的鋼管，其承載能力應該遠遠大于碗扣式腳手架的立桿承載力。只有這樣，才能節約立桿的使用量，降低總用鋼量，減少搭建和拆除過程中的工時用量，從而降低工程總成本。第二、工藝嚴格遵循質量零缺欠原則，零配件必須采用優良的工藝制造，焊接必須是專業的焊接工藝水平，產品必須采用熱鍍鋅浸鍍防銹處理。

同時具備這些特點的橋梁支撐系統，將會在不增加目前碗扣式腳手架作為支撐架使用所形成的工程總造價水平的基礎上，滿足施工對安全性的需求，解決我國目前橋梁施工領域中支架垮塌事故頻發的問題。

方易鼎M60模板支撐系統，是我公司根據上述研究和思考，綜合多年來為發達國家模板腳手架企業加工出口的經驗，又體察國內施工應用中的許多習慣和細節，設計出的一款適合橋梁施工的模板支撐系統。在施工方式和工藝設計等許多細節上均有創新，在產品的安全性和應用效率上，都有良好的表現。其立桿極限承載的理論設計值，以有限元法分析計算，可達28噸，架體荷載試驗值，也高達20噸，這就為系統在保證安全性的前提下，大量節約用鋼量，降低工程總成本提供了有效的產品保證。該系統獨特的花盤與自鎖插銷式節點設計，以及系統大量應用斜桿的塔式結構設計，確保系統得以實現機械化整體吊裝的施工方法，可節約70%以上的搭建與拆除的工時成本，施工工期亦可大大縮短。該系統已經申請了20項專利，其中發明專利一項，實用新型專利九項，外觀專利九項。該項目自2009年11月立項，歷時整整一年，產品已設計定型，并在我公司投入批量生產。希望能借由此系統的交流與推廣，為解決目前我國建筑支架坍塌事故頻發的問題，做出貢獻，為行業里的合作與發展，提供一款可靠的產品。更希望能拋磚引玉，開闊業內的思路，呼喚出我國更多的擁有自主知識產權和品牌的創新產品來。