安全使用模板支架

魏铁山

模板支架是建筑施工中用于固定各种模板的架体,在浇筑混凝土的过程中,为了防止模板变形移动,支架的作用十分重要。架体的不稳定、不牢靠,不但影响工程质量,甚至会发生模板垮塌事故。模板支架在建筑施工尤其是水平(梁板)结构现浇混凝土施工过程中运用广泛,由于各种原因造成模板垮塌事故时有发生。虽然近年来行业主管部门以及各地先后颁布实施了一些针对性、操作性较强的规范标准,使模板支架的安全可靠性有了很大提高,但受各种因素影响导致的模板支架垮塌事故仍时有发生,近一段时间以来还呈上升趋势,个别事故甚至造成较大人员伤亡和财产损失。

2010年1月3日14时20分,昆明新机场航站区停车楼及高架桥工程A-3合同段配套引桥在浇灌过程中发生支架局部坍塌,事故造成7人死亡、8人重伤、26人轻伤,直接经济损失616.75万元。

2010年2月5日凌晨5时左右,昆明市金江小区5号地块工地三层商业用房挑檐发生模板支架在砼浇筑过程中坍塌事故,事故虽未造成人员伤亡,但直接经济损失近1.8万余元。

2010年5月8日晚上22时35分,广州天河区奥体南路一在建工地三楼楼面正在浇灌水泥混凝土时,突然发生坍塌事故,在场施工的建筑工人中,4人被埋死亡、4人受伤。

这一系列事故的发生,应该引起建筑从业人员的普遍重视。尽管事故发生的原因是多方面的,但总结来看,无一不是和模板支架有关,因此如何保障建筑施工中模板支架的稳定、安全,成为建筑安全施工领域面对的重点问题。

空间整体稳定是关键

传统理论认为,无论是脚手架还是模板支架,其受力状态都是以压杆形式为主,因此设计计算模型都应依照这个理论来实现,即:当N/φA≤f(式中N为计算立杆段的轴向力设计值;φ为立杆受压的稳定系数;A为立杆截面面积;f为钢材抗压强度设计值)时,可以认为是稳定的,但事实上这还远远不够。

大量的事故调查及实验证明,架体在浇筑混凝土时,承受轴向压力的同时,还要承受作用于架体顶端的横向作用力,这种强大的横向作用力往往是架体垮塌的致命因素。因为此时架体顶端立杆不仅受到压力的作用,而且立杆还变成了压弯杆件,在架顶区域内的扣件附近产生剪力(作用于同一物体上的两个距离很近,但不为零,大小相等,方向相反的平行力),这就是为什么会在事故现场看到大量弯曲、折断的钢管以及断裂扣件的原因。(如图1、2所示)

建立空间整体稳定体系,是保证模板支架在浇注混凝土过程中不发生变形破坏的关键。要建立在压杆稳定前提下的空间整体稳定体系,应从两个方面入手。

首先,限制立杆自由端长度,即a值(如图3所示),尽管JGJ130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中对a值给予了2倍的放大处理,JGJ162-2008《建筑施工模板安全技术规范》中,还据此规定了长细比为h+2a/i≤150(式中h为步距,a为自由端,i为回转半径)的限制值,对模板支架稳定起到了一定的限制作用,但由于是由步距和自由端相加确定的这个数值,作用效果受到一定的影响。事实上在横向力作用下,这个部位实际等于悬臂梁,是最薄弱的,应该用绝对数值来限制。

其次,加强架体的侧向约束,这可以从两个方面来实现,一是加强剪刀撑和水平剪刀撑的构造措施,使自身成为空间不变体系(如图4所示),但个别情况下由于立杆太密集不便布置,或即使布置了其水平剪刀撑,也会因躲避密集的立杆必须弯曲而失去作用,因此应对剪刀撑的实际搭设效果进行专门的设计论证后再实施;二是加强架体的外部侧向约束,即做好对架体邻近的结构联接(如抱柱、夹墙、两个方向顶墙等),这种方法简单、易行、效果极佳。对于一些相对独立的模板支架,也可以采取加设外部斜撑或搭设坐车架的方法来实现。

主材缺陷是问题

近年来的多起架体垮塌事故几乎都有一个共同的直接原因,就是构成模板支架的主要材料不合格,尤其是钢管管壁过薄、U型托架螺杆过细,以及扣件存在缩松、砂眼、硫磷含量高、缺斤短两等质量缺陷,这种状况非常严重。根据建设部门、质量监督部门的数据显示,目前市场上钢管、扣件、U型托架的不合格率高得惊人,形势十分严峻。从技术角度看,钢管、扣件、U型托架的缺陷很难弥补,因为架体计算模型是以扣件做为节点设定的,质量差的扣件一旦受到破坏,就将引起连锁破坏,从而造成垮塌。此外还有管壁太薄的钢管,在纯轴向力的作用下破坏可能不太明显,但在剪力作用下则极易发生破坏。U型托架过细,则会使压杆出现初始偏心距,直接导致按压杆设计的立杆压弯。

对此,建议有关部门首先应加强对建筑施工用钢管扣件生产流通环节的监管力度,坚决不让存在严重质量缺陷的钢管、扣件、U型托架流入市场,对不符合要求的生产销售租赁企业坚决取缔。其次,对现存的、尚有使用价值的材料,经检测部门评定后,可以采取降载使用逐步淘汰的方法解决,如钢管必须按实际壁厚,在加强侧向约束的前提下进行设计计算;扣件和U型托架凡缺陷明显、铸造铭牌缺少不清的,一律强行报废,回炉重铸。

加强搭设队伍的专业化

通过对国内多起模板支架垮塌事故分析,造成事故的原因都与搭设缺陷有关,如:基础不坚实、杆件间距过大、缺少构造杆件、立杆不垂直、扣件扭力矩不足等现象。杆件间距是建立稳定设计模型的首要依据,这是以构造节点来确定的,因此上述任何一个现象都可以颠覆稳定设计,从而造成事故发生。

操作人员自身技术能力欠缺,也是事故发生的原因之一。模板支架和脚手架支搭都需要操作人员的技术保障,操作人员必须具有一定的力学常识和空间构造知识。模板支架支搭过程又属于无可靠立足点的高处作业,因此建议将登高架设类中操作人员列入特种作业范畴。这一方面在国内很多地区都有明确的规定,建设部2005年10月13日发布的《建筑工程安全生产监督管理工作导则》中也有相关要求。目前,在许多施工工程中,一些地区成立了专业技术能力较强的专业模架公司,这为模架(包括脚手架)的安全提供了可靠的保证。

探索安全替代工艺

现浇混凝土施工方法与过去相比有着很大不同。过去基本上是采取人工手推车或塔吊吊运的方式,浇注速度慢,模板多是采用木方支顶(完全是轴向力作用),混凝土塌落度不大,对模板支架稳定十分有利。而现在基本都是商品混凝土泵送浇注,塌落度大、浇注速度快,再加上支架缺陷,因此安全控制与过去相比难度加大。从长远发展来看,有必要探索新的方法途径,从根本上降低施工过程中的安全风险。目前,我国无论从经济技术实力上,还是钢产量上都不存在问题。为安全起见,国外大量的钢结构屋面作法就值得推广。

执行的规范应加以提升和优化。上面提到的加强外部侧向约束,是最简单、最有效的构造措施。原建设部2008年颁布的《建筑施工模板安全技术规范》中,对此也有明确的要求。但有些地方规范中则明确规定,梁板柱墙必须同时浇注,这样的确可以提高建筑结构的整体性,但却降低了混凝土浇注过程中的施工安全可靠性。近期发生的事故中,不止一起与此类建筑方法有关,因此相关部门有必要对此作出明确要求。各类规程、规范是指导施工的强制性要求,也是查找事故原因的重要依据。近几年来,国家以及北京、上海、广西等省市自治区,都颁布、出台了一些有利于模板支架安全稳定的标准规范,建议对此加以优化整合,以保证建筑施工中模板支架的安全。

编辑 杨 璇