模板坍塌事故預防及救險措施淺析
2009-09-28
模板坍塌事故是建筑施工中極易引發(fā)群體傷亡的危險源之一，尤其隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，大層高的建筑越來越多，一些高度大于4.5m，且采用扣件式鋼管模板支撐架的模板工程頻頻發(fā)生了坍塌事故，造成重大的人身傷亡和財產(chǎn)損失。
2000年11月16日某紡織公司正在澆筑砼的鍋爐房屋面平臺突然發(fā)生壩塌事故，造成11人死亡、2人重傷、1人輕傷，直接經(jīng)濟損失達257.5萬元。該屋面排架支撐采用Φ48×3.5的鋼管搭設。熱電廠架搭設基本以主梁軸線為基準，距梁軸線0.5m左右兩側設置兩根立桿，其余部分以間距不超過1.8m為原則平均分配立桿間距，立桿間距實際最大值為1.7m左右，水平桿的豎向間距為1.8m左右。立桿大部分采用對接扣件上下搭接，僅在接近屋面板模板部位，為了調(diào)整高度而采用兩個旋轉扣件作搭接。
據(jù)勘查，水平桿在縱橫方向每隔一個步距均缺設一根，排架支撐中沒有設置連續(xù)的豎向和水平剪刀撐。排架搭設沒有設計計算文件及指導施工的書面技術文件。
據(jù)屋面結構平面分析，得出排架支撐最大受載區(qū)域大體為3.25m2（2.5×1.3m），其下部支撐立桿為2根Φ48×3.5的鋼管。下面按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130—2001）對架體進行力學分析：
（一）荷載分析
（1）結構靜荷載
主梁 0.4×1.5×1.3=0.78m3
次梁 0.25×0.9×2.5=0.563m3
樓板 [（2.5×1.3）%26shy;（0.4×1.3）%26shy;（2.1×0.25）]×0.12=0.27m3
（0.78+0.563+0.27）×25000=40325N ……………①
（2）木模板荷載
3.25×300=975N ……………………………………②
（3）施工活荷載
3.25×1000=3250N …………………………………③
1.2[①+②]+1.4③=54110N
傳遞至單根立桿的荷載為27055N
（二）穩(wěn)定分析
有鋼管、扣件作排架的支撐設計必須進行詳細的受力分析和計算，是施工安全管理中的強制性要求，這對于本安全支撐高度大于4.5m的高支撐架尤為重要。而模板支撐的實際搭設處理與理論計算假定是否相近又是極其重要的計算依據(jù)。由于采用扣件相互連接，各個節(jié)點都存在一系列的可變因素，如偏心、位移、堅固扭矩不足等，這些因素均影響到計算中桿件長細比的確定。長細比的難以確定直接影響桿件的穩(wěn)定分析。因此，實際工程中的計算模式的假定必須嚴格按最有利于安全的角度出發(fā)。
由于軸心受壓桿件的長細比按規(guī)范要求應限制在λ=150之內(nèi)，也就是當考慮鋼管的計算長度l0≤2370mm時，才能符合規(guī)范要求。若要滿足此要求，就必須在計算桿件兩端形成良好的鉸接狀態(tài)（如安裝水平剪刀撐，形成水平剛度較強的狀態(tài)）。本案例支撐水平桿步距雖要求為1800mm，但實際水平桿“在縱橫方向每隔一個步距均缺設一根”，因此按2步高作為“良好的鉸接狀態(tài)”進行驗算，則λ=（2×1800）/15.78=228，查表， =0.146。
穩(wěn)定驗算：N/（ ·A）=378.8N/mm2%26gt;f=205N/mm2。
以上分析不難看出事故的技術原因主要是：
1．本案例屋面設計標高較大，離地面達21m，與二層平臺（標高+4.50m）間距達16.5m。因此，支撐豎向高度較大，采用%26oslash;48×3.5鋼管作豎向立桿，水平間距1.0~1.7m明顯過大，水平桿上下間距1.8m，沒有設置連續(xù)的豎向和水平剪刀撐，導致支撐系統(tǒng)整體性極差，即沒有形成可靠的空間受力結構。
2．在未計入施工中泵送砼直接對模板支撐的沖擊力時，支撐立桿受力已達27kN以上。假設鋼管立桿的計算長度為3600mm，則鋼管穩(wěn)定驗算中的計算值已達378.8N/mm2，此值已大大超過~235鋼的設計強度值205N/mm2和屈服強度值235Nmm2。因此支撐立桿已不穩(wěn)定，發(fā)生坍塌事故已是必然。
在我國，扣件式風管模板支撐架是建筑施工中常用的支撐方式，但因為缺少相對應的設計計算專業(yè)標準，使現(xiàn)有的設計計算存在著不確定、不安全的因素，尤其是對于支撐高度大于4.5m的梁板模板支撐架，更是由于安全技術和事故預案的不完善，導致模板坍塌事故頻頻發(fā)生。
加上施工現(xiàn)場缺乏必要的緊急救援系統(tǒng)，無法在坍塌事故發(fā)生后及時施救，以至于造成大量的人員傷亡，為預防模板坍塌事故的發(fā)生，確保扣件式鋼管模板支撐架的使用安全和施工人員安全，有必要對同類事故的預案編制內(nèi)容和緊急救援系統(tǒng)的建立進行分析及探討。
第一部分 預案編制
（一）保證架體穩(wěn)定的構造措施
關于扣件式鋼管模板支撐架的設計計算，僅在近期頒布實施的《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130-2001）中5·6條作了一些計算規(guī)定，但規(guī)定是借鑒了國外近似“幾何不可變桿系結構”力學模型的計算方法，由于我國現(xiàn)行相關標準對常用的扣件式鋼管模板支撐架的構造要求沒有國外標準那樣嚴格，加上扣件鋼管的安裝質量受人為因素的影響較大，使得按規(guī)定傳統(tǒng)習慣搭設的扣件式鋼管模板支撐架不易達到“幾何不可變桿系結構”的力學要求。因此，若按現(xiàn)行規(guī)范設計計算支撐架，還必須通過構造手段來提高架的整體剛度，以保證架體的使用安全。
（1）必須設置縱橫向掃地桿和梁下縱橫向水平桿。因為根據(jù)有關試驗，如不設置這二項桿件，立桿的極限承載能力將下降11.1%。設置時應注意：縱向掃地桿應采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200mm處的立桿上，橫向掃地桿慶采用直角扣件固定在緊靠縱向掃地桿下方的立桿上。
為保證立桿的整體穩(wěn)定，還必須在安裝立桿的同時設置縱、橫向水平桿。
（2）支撐架的步距以0.9~1.5m為宜，且最大不能超過1.8m。因為支撐架步距的大小與立桿的極限承載力之間存在近似反比的線性關系，當施工荷載較大時，適當縮小縱橫向水平桿的步距，以減少立桿的長細比，則可充分發(fā)揮鋼管的強度，使其更為經(jīng)濟合理。根據(jù)測算，桿件的計算長度增大一倍則其極限承載力將降低50%~70%。
（3）模板支撐架立桿應優(yōu)先使用對接接長的方式。立桿接長的方式有對接和搭接兩種，根據(jù)有關測試，對接的最大承載力是搭接的3倍多。
此外，值得注意的是當頂部立桿使用搭接接上時，由于模板上的荷載是直接作用在支撐架頂層橫桿上，并通過扣件與鋼管間接的磨擦力將力傳到立桿上的，又因為扣件所能傳遞的力較小，且有一定的偏心，致使支撐架整體受力性能較差。此時搭接接長的構造要求是：扣件間距應大小800mm，且每根立桿的允許荷載以小于12kN為宜。 在搭設支撐架時還應注意，立桿和水平桿的接長位置應做到相鄰桿錯開，且不在同一步跨內(nèi)。
（4）立桿的間距不得超過支撐設計規(guī)定，且最大不超過1m，并應符合現(xiàn)行行業(yè)標準《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130-2001）的規(guī)定。 立桿底部支承結構必須具有支承上層荷載的能力。當用樓板作支承結構時，由于模板支承立桿所承受的施工荷載往往大于樓板的設計荷載，因此要以計算確定保持兩層或多層立桿。為合理傳遞荷載，立桿底部應設置木墊板，并且使上下層立桿處在同一垂直線上。
（5）必須合理設置剪刀撐。剪刀撐有利于提高架體的整體穩(wěn)定，特別是支撐高度大于4.5m的支撐架，合理設置剪刀撐能有效防止泵送砼對模板支撐的沖擊所造成的架體整體失穩(wěn)。根據(jù)相關試驗表明，合理設置剪刀撐的支撐體系其極限承載能力可提高17%。因此，滿堂的模板支承架應沿架體四周外立面滿設豎向剪刀撐，豎向剪刀撐均由底至頂連續(xù)設置。支撐架較高時，或者高寬比≥6時，為提高架體的整體剛度，在架體頂部、底部設掃地桿處、以及中部每隔4~6m處必須設置滿堂水平剪刀撐，剪刀撐必須與立桿相連接。
（6）嚴格控制支撐架的變形，確保架體的穩(wěn)定性。除架體承載引起架體變形外，還有地基的不均勻沉降導致立桿受力不均發(fā)生局部失穩(wěn)。模板下部的支撐梁變形過大，也會引起支撐架的變形。當特殊結構施工或支撐荷載較大時，支撐架要盡可能通過已具備一定強度的相鄰構件（墻、柱等）實施卸載，并盡量與建筑物實現(xiàn)可靠連接。
（二）保證施工安全的管理措施
（1）模板支撐工程必須做到先設計后施工。設計內(nèi)容應包括：
a.支撐系統(tǒng)強度計算
計算時應考慮：
①模板及支撐重量
②砼及鋼筋自重
③施工人員和設備荷載
④砼傾倒和振搗產(chǎn)生的荷載
⑤風荷載
并按荷載的最不利狀態(tài)和組合計算。
還必須以單扣件抗滑力小于8.5kN、雙扣件抗滑力小于12kN，對扣件連接點進行驗算。
b.支承模板支撐系統(tǒng)的樓、地面等的強度計算。
c.支撐材料的選用、規(guī)格尺寸、接頭方法、水平桿步距和剪刀撐設置等構造措施。
d.繪制支撐布置圖、細部構造大樣圖。
e.砼澆筑方法及程序、模板支撐的安裝拆除順序以及其他安全技術措施。
f.支撐系統(tǒng)安裝驗收方法和標準。
（2）將模板支撐工程施工列入危險作業(yè)管理范圍。在簽發(fā)“砼澆筑令”前，除對模板體系驗收外，還必須對支撐體系實施整體驗收，且技術設計人員必須參與驗收。
（3）精心設計砼澆筑方案，確保模板支撐均衡受載，并優(yōu)先考慮從中部開始向四周擴展的澆筑方法。在砼澆筑過程中，應派專業(yè)技術人員觀測模板、支撐系統(tǒng)的應力、變形情況，發(fā)現(xiàn)異常應立即停工排險。
（4）對重點防范部位必須制訂事故預案。
扣件式鋼管模板支撐架坍塌重點防范部位一般包括：
①支撐高度大于4.5m或者高寬比≥6的支撐架
②社會影響較大工程。如市區(qū)中心、市民密集區(qū)、重大公共設施項目等。
③特殊結構工程如大跨度、大截面框架梁、大截面懸挑梁板、大跨度大面積澆筑的梁板結構等。
④作業(yè)環(huán)境惡劣、施工人員集中、施救困難的工程。
（三）扣件式鋼管模板支撐架坍塌事故預案編制的基本內(nèi)容和要求
（1）預案的基本內(nèi)容
①重點防范部位概況
a.重點防范部位所處的區(qū)域位置、周圍環(huán)境、施工通道。
b.重點防范部位作業(yè)性質、作業(yè)人數(shù)、使用工具、作業(yè)方法等。
②重點防范部位施工順序
詳細列出每項作業(yè)操作程序以及所涉及的工種。
③重點防范部位施工過程中的隱患
a.施工過程中每一行為可能造成的不良后果，以及可能引發(fā)的事故類型。
b.事故可能波及的范圍。
④控制措施及責任人
針對隱患進行安全分析，制定出對應的控制措施以確保作業(yè)安全。為保證控制措施的落實，還須明確相應的責任人。
⑤施救措施
a.針對不同的施工行為、人員數(shù)量和事發(fā)類型、部位，制定出相應的施救方法。
b.對事發(fā)后可能出現(xiàn)的各種情況制定出預防事態(tài)擴大的措施。
c.針對事故發(fā)生的不同階段可能出現(xiàn)的各種情況制定出預防事態(tài)惡化的措施。
d.確定施救和疏散人員、物資的辦法和路線，以及緊急聯(lián)絡與通訊的方法。
e.施救過程中應注意的事項。
（2）預案的基本要求
①要有針對性和實用性
要針對不同的工程特點、不同的施工方法、不同的施工機具、不同的作業(yè)性質和不同的施工環(huán)境。預案要貫穿施工全過程，力求細致全面、具體。措施要簡單易行，具有較強的操作性和實用性。
②確定最不利狀態(tài)，進行科學的計算和分析。
在廣泛調(diào)研的基礎上，確定重點防范部位，以假設的最不利狀態(tài)對模板支撐架進行強度計算和穩(wěn)定性分析。并對可能出現(xiàn)的事故危害作出科學的評價，為施救措施的制訂提供準確的依據(jù)。
③繪制預案實施網(wǎng)絡圖
根據(jù)假設的事故情況，確定所采取的預防手段，并以此繪制出預案實施網(wǎng)絡圖，以便操作和實施。預案制訂后要進行審核，合格后才能投入應用。
④應隨施工情況的變化而及時修訂
預案經(jīng)審定投入應用后若施工情況發(fā)生變化，要及時進行修訂，以適應新情況下的安全需要。
第二部分 緊急救援系統(tǒng)的建立
由于模板支撐架坍塌發(fā)生后，施工人員常發(fā)生因異物吸入造成呼吸功能衰竭而死亡，本文案例11個死亡人員中因異物吸入致死的8人，占73%。從中可知事故發(fā)生后不能有效施救是造成慘案的又一原因，因此緊急救援系統(tǒng)的建立是減小傷亡的有效措施。模板支撐架坍塌事故緊急救援系統(tǒng)應包括：
（一）緊急設施
（1）事故報警系統(tǒng)
事故發(fā)生時，現(xiàn)場用于救助的報警裝置。事故報警系統(tǒng)必須與工地的辦公區(qū)、值班室、門衛(wèi)等主要崗位相連。
（2）支撐應力監(jiān)測及自動預警系統(tǒng)
用于自動監(jiān)控模板支撐承載后的應力、變形，一旦應力、變形超出警戒值就予報警。
（3）緊急救援工具
主要是用于清除壩塌物的起重的切割機具。如千斤頂、起重葫蘆、吊索具和金屬切割機等。
（4）應急照明
用于事故現(xiàn)場緊急停電時以及救援時的照明。
（5）緊急醫(yī)療救護的基本器材，如急救藥箱、擔架等。
（二）緊急聯(lián)絡與通訊
發(fā)生事故需要外部救援時，除起動工地報警系統(tǒng)外，應撥打119報警和醫(yī)療救護120。同時按預案規(guī)定的通訊方法向有關部門聯(lián)絡。
（三）緊急撤離方法
撤離時以人員安全為主，不要急于搶救財物，并針對現(xiàn)場具體情況有序地向安全區(qū)域撤離。
（四）緊急工作組
緊急工作組的組成目的是對工地內(nèi)可能發(fā)生的重大險情作出響應。其工作宗旨是減少人員傷亡，并關注財產(chǎn)損失和環(huán)境污染。緊急工作組成員必須經(jīng)過緊急醫(yī)療救護和事故預案等緊急救援知識的培訓，并能熟練掌握和運用。緊急工作組應經(jīng)常組織培訓和演習。
緊急工作組的組成和職責：
（1）救援組：主要負責人員和物質的搶救、疏散、排除險情及排除救援障礙。
?。?）事故處理組：按事故預案使用各種安全可靠的手段，迅速控制事故的發(fā)展。并針對現(xiàn)場具體情況，向救援組提供相應的救援方法和必要的施救工具及條件。
?。?）聯(lián)絡組：負責事故報警和上報，以及現(xiàn)場救援聯(lián)絡、后勤供應，接應外部專業(yè)救援單位施救。指揮、清點、聯(lián)絡各類人員。
?。?）警戒組：主要負責安全警戒任務，維護事故現(xiàn)場秩序，勸退或撤離現(xiàn)場圍觀人員，禁止外人闖入現(xiàn)場保護區(qū)。
