橋梁高大模板鋼管支撐體系技術研究

林天堂

福建省潯益建筑工程有限公司

1 引言

《建設工程高大模板支撐系統施工安全監督管理導則》要求：高大模板支撐體系是指混凝土構件的支模高度大于8m，或者搭設跨度大于18m，或者上覆總荷載超過15kN/m2，或集中線荷載超過20kN/m 的高大模板支撐體系。其中在高模支撐體系中扣件式鋼管支撐最為普遍，設計和施工階段的安全、合理性也受到工程單位普遍關注。

我國建筑、橋梁工程中常采用高大模板，但是模板支撐體系坍塌事故頻發，一方面影響工程質量，其次對施工人員的安全也產生了嚴重威脅，給國家和人民群眾的生命財產造成了嚴重損失。因此，保障扣件式鋼管支撐的施工質量，是高大支撐安全穩定的重要前提。

2 影響高大模板支撐安全的常見因素

2.1 支撐材料不滿足設計要求

支撐系統采用的材料不符合質量標準。常常有以下兩因素導致，其一施工方縮減成本，采購質量低劣的管材；其次材料在運輸和儲存過程中，未有效防止雨水，擠壓等造成的腐蝕和擠壓破壞，一定程度上降低鋼管支撐的承載力[1]；具體如下：

（1）支撐體系采用的管件、連接件的產品生產許可證、質量合格證明、復檢材料等資料不全。不能按規范要求為支撐材料、附件進場使用前進行抽樣復檢[2]。

（2）對進場的支撐管件、連接件把關不嚴，使不符合質量要求的支撐材料進場使用。對重復使用的支撐材料、附件儲藏保護不到位，維修不及時，重復使用率高。致使一些質量達不到要求的支撐材料、附件仍在重復使用。事故發生時相當一部分扣件破壞形式不是變形而是直接斷裂，扣件的質量存在隱患。

2.2 構造措施不得當

鋼管支撐搭設過程中未按規范要求搭設模板支撐體系，搭建的支撐體系不足以支撐施工荷載，當施工荷載過于集中超過模板支撐體系的承載能力，或者偏心荷載過大時，均會使支撐管件發生失穩，導致支撐體系坍塌。以下是導致安全事故發生的主要構造因素。

（1）未按規定設置水平桿。在一些模板支撐體系設計時，忽略了水平支撐的設計，導致支撐設計不完整、設計失誤而產生安全事故。

（2）施工中立桿頂部采用搭接的方式，未按規范在立桿頂部沒有采用U 型可調支托。由于立桿頂部采用搭接的方式立桿產生了偏心受力，增加了彎矩，使搭接扣件的抗滑力小于上部立桿承受的荷載，上部立桿向下滑動，模板支撐體系發生了變形，從而導致坍塌。

（3）支撐體系荷載傳遞方式應為將梁上的荷載傳遞給立桿，不能通過梁下水平橫桿傳遞給立桿。該方法使水平桿受到的彎矩提高，扣件的抗滑力達不到規范要求，從而導致扣件容易脫離，造成安全隱患。

（4）水平或豎向剪刀撐的設置不滿足規范要求，達不到支撐體系穩定性標準。

3 高大模板支撐工程的安全策略

（1）對支撐工程施工方案進行可行性分析，對施工單位提出的施工方案應組織相關領域的專家組進行方案論證，對方案的可行性、穩定性、安全性提出建設性意見，確保方案順利實施。

（2）嚴格落實技術方案審查程序。施工單位技術負責人應對施工方案可行性進行審核，并上報監理部門進行復核，審核通過后實施。

（3）加強對安全施工方案實施的監督。在確定了安全施工方案后，施工單位應嚴格自檢程序，做好安全管理預警方案，完善安全生產體系和操作規程。為有效落實安全措施，應增加各部門之間的溝通，對發現的不安全因素及時上報主管部門。

4 扣件式高大模板支撐設計方案

4.1 工程背景

德化縣盛鳳橋工程位于德化縣潯中鎮城東工業區鳳洋片區內，橋梁上跨浐溪，是鳳洋片區東西地塊交通運輸的重要連接通道。橋長68.2m，采用19.5m+25m+19.5m 三跨上承式拱橋，橋寬17.5m，建筑面積1193.5m2。邊跨和中跨拱圈的主拱圈高度為0.7m，拱箱寬度為17.5m，上部布置10道截面為圓曲線的跨徑為2m 的腹拱，高度為0.15m，根據受力特點，為腹拱安裝布置無鉸拱和兩鉸拱。其中主拱圈模板支架最大高度為11.9m，超出8m的規范標準，屬于高大模板。

4.2 設計方案

主拱圈底模：采用厚度為15 mm 的18mm×1850mm×925mm多層木膠合板；小楞木采用45mm×90mm松木，垂直橋跨布置；主楞采用100mm×100mm方木或80mm×80mm方鋼，主楞布置在縱向和橫向上，承于支撐架立桿的U型支托上。

拱圈側模：用18mm 厚膠合板；橫向小楞用45mm×90mm，斜撐采用50mm×50mm方木。

支撐體系：用Ф48.3mm×3.6mm 鋼管和扣件連接，立桿頂部采用可調U型頂托受力。拱圈模板和支架搭設參數詳見表3.1，

表1 主拱圈板模板及支架設計參數

4.3 支架搭設

（1）首先將50mm 厚，大于兩跨長度的墊板或仰鋪槽鋼設置在立桿底部。

（2）將立桿按照設計要求的間距沿拱圈板縱橫方向排列。鋼管支架布設完畢后，在距離地面200 mm 用Ф48.3×3.6 的鋼管布置一層掃地桿，再依照規范要求設置縱向和橫向水平桿，最后在立桿上設置可調節頂托，并在頂托上布置托梁。

（3）鋼管立桿施工安裝時，要遵循在縱橫方向整齊布置，立桿安裝垂直，穩固的原則。

（4）須將立桿墊木或仰鋪槽鋼水平置于混凝土墊層上，不得隨意將其置于地基或蓬松的砂石面上。立桿上接頂托與支架頂層橫桿的距離高度應小于300mm。

（5）任何位置處的立桿采用對接扣件連接的方式進行接長，接頭位置要求如圖1（a）所示。

（6）所有位置處的水平桿采用對接扣件連接的方式進行接長，嚴禁搭接，每步水平桿縱橫方向必須拉通，水平對接接頭位置要求如圖1（b）所示。

圖1

（7）模板支架四周滿布豎向剪刀撐，中部每間隔4 至5 排布置一層縱橫向剪刀撐，從底到頂均依照此規則布置；剪刀撐要拉緊扣實，確保支撐體系的穩定性，如圖2所示。

圖2 加強型水平、豎向剪刀撐布置圖

注：

1——水平剪刀撐；2——豎向剪刀撐；3——掃地桿設置層。

4.4 施工質量控制

（1）支架搭設前熟悉設計方案，牢記立桿、剪刀撐、水平桿位置的布置，并利用墨斗在地面上彈出立桿位置[2]。

（2）布設立桿時，采用經緯儀沿縱橫方向進行投測。布置水平桿時利用紅外水平儀測量是否水平，嚴格把控立桿的豎向偏差、水平桿的橫向偏差滿足《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》要求。

（3）高大模板支撐系統施工過程中不得集中堆載，嚴格控制實際施工荷載，如出現過載情況，采取有效控制措施。

（4）澆筑過程中，安排技術人員檢查支架和支承，對支撐體系進行位移和變形監測。

5 BIM技術在高大模板支撐中的新應用

BIM 作為一項新興技術，可以解決模板工程設計過程中計算、繪圖和提交等問題。因此，將BIM技術應用在高大模板施工中，確保模板和支撐系統的安全性和可靠性，并實現經濟合理性有著重要現實意義[3]。

采用BIM-3D技術可以對支撐系統項目設計進行碰撞檢測，以減少實際施工過程中的問題，提高施工效率并減少成本；同時利用BIM 技術可以將平面圖轉化為三維圖形，并預先設計支撐系統模型的構造方案。伴隨圖紙的變化，可以迅速調整BIM 模型，首先判斷立體化虛擬環境中的解決方案是否達到要求，從而替代傳統的施工流程，提高效率，降低成本。

6 結論

經分析知，支撐材料質量和構造措施是否滿足設計要求對高大模板支撐體系的安全和穩定有著直接影響，本文結合工程實例著重從方案設計和支架底座地面支承點的處理；嚴格控制對立桿、水平桿、剪刀撐斜桿的布設來加強架體的穩定性；并介紹了BIM這一新興技術在模板支撐結構建模、碰撞檢測，平面圖立體化的應用，通過多方位的控制來保障高大模板支撐體系的安全。