模板坍塌事故預(yù)防及救險(xiǎn)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(xiǎn)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(lái)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(cái)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(tái)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(jì)損失達(dá)257.5萬(wàn)元。該屋面排架支撐采用Φ48×3.5的鋼管搭設(shè)。熱電廠架搭設(shè)基本以主梁軸線為基準(zhǔn)，距梁軸線0.5m左右兩側(cè)設(shè)置兩根立桿，其余部分以間距不超過(guò)1.8m為原則平均分配立桿間距，立桿間距實(shí)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(duì)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(gè)旋轉(zhuǎn)扣件作搭接。
據(jù)勘查，水平桿在縱橫方向每隔一個(gè)步距均缺設(shè)一根，排架支撐中沒(méi)有設(shè)置連續(xù)的豎向和水平剪刀撐。排架搭設(shè)沒(méi)有設(shè)計(jì)計(jì)算文件及指導(dǎo)施工的書(shū)面技術(shù)文件。
據(jù)屋面結(jié)構(gòu)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(shù)規(guī)范》（JGJ130—2001）對(duì)架體進(jìn)行力學(xué)分析：
（一）荷載分析
（1）結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)必須進(jìn)行詳細(xì)的受力分析和計(jì)算，是施工安全管理中的強(qiáng)制性要求，這對(duì)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(shí)際搭設(shè)處理與理論計(jì)算假定是否相近又是極其重要的計(jì)算依據(jù)。由于采用扣件相互連接，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都存在一系列的可變因素，如偏心、位移、堅(jiān)固扭矩不足等，這些因素均影響到計(jì)算中桿件長(zhǎng)細(xì)比的確定。長(zhǎng)細(xì)比的難以確定直接影響桿件的穩(wěn)定分析。因此，實(shí)際工程中的計(jì)算模式的假定必須嚴(yán)格按最有利于安全的角度出發(fā)。
由于軸心受壓桿件的長(zhǎng)細(xì)比按規(guī)范要求應(yīng)限制在λ=150之內(nèi)，也就是當(dāng)考慮鋼管的計(jì)算長(zhǎng)度l0≤2370mm時(shí)，才能符合規(guī)范要求。若要滿足此要求，就必須在計(jì)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(qiáng)的狀態(tài)）。本案例支撐水平桿步距雖要求為1800mm，但實(shí)際水平桿“在縱橫方向每隔一個(gè)步距均缺設(shè)一根”，因此按2步高作為“良好的鉸接狀態(tài)”進(jìn)行驗(yàn)算，則λ=（2×1800）/15.78=228，查表， =0.146。
穩(wěn)定驗(yàn)算：N/（ ·A）=378.8N/mm2%26gt;f=205N/mm2。
以上分析不難看出事故的技術(shù)原因主要是：
1．本案例屋面設(shè)計(jì)標(biāo)高較大，離地面達(dá)21m，與二層平臺(tái)（標(biāo)高+4.50m）間距達(dá)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(guò)大，水平桿上下間距1.8m，沒(méi)有設(shè)置連續(xù)的豎向和水平剪刀撐，導(dǎo)致支撐系統(tǒng)整體性極差，即沒(méi)有形成可靠的空間受力結(jié)構(gòu)。
2．在未計(jì)入施工中泵送砼直接對(duì)模板支撐的沖擊力時(shí)，支撐立桿受力已達(dá)27kN以上。假設(shè)鋼管立桿的計(jì)算長(zhǎng)度為3600mm，則鋼管穩(wěn)定驗(yàn)算中的計(jì)算值已達(dá)378.8N/mm2，此值已大大超過(guò)~235鋼的設(shè)計(jì)強(qiáng)度值205N/mm2和屈服強(qiáng)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(guó)，扣件式風(fēng)管模板支撐架是建筑施工中常用的支撐方式，但因?yàn)槿鄙傧鄬?duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使現(xiàn)有的設(shè)計(jì)計(jì)算存在著不確定、不安全的因素，尤其是對(duì)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(shù)和事故預(yù)案的不完善，導(dǎo)致模板坍塌事故頻頻發(fā)生。
加上施工現(xiàn)場(chǎng)缺乏必要的緊急救援系統(tǒng)，無(wú)法在坍塌事故發(fā)生后及時(shí)施救，以至于造成大量的人員傷亡，為預(yù)防模板坍塌事故的發(fā)生，確?？奂戒摴苣０逯渭艿氖褂冒踩褪┕と藛T安全，有必要對(duì)同類事故的預(yù)案編制內(nèi)容和緊急救援系統(tǒng)的建立進(jìn)行分析及探討。
第一部分 預(yù)案編制
（一）保證架體穩(wěn)定的構(gòu)造措施
關(guān)于扣件式鋼管模板支撐架的設(shè)計(jì)計(jì)算，僅在近期頒布實(shí)施的《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2001）中5·6條作了一些計(jì)算規(guī)定，但規(guī)定是借鑒了國(guó)外近似“幾何不可變桿系結(jié)構(gòu)”力學(xué)模型的計(jì)算方法，由于我國(guó)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)常用的扣件式鋼管模板支撐架的構(gòu)造要求沒(méi)有國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)那樣嚴(yán)格，加上扣件鋼管的安裝質(zhì)量受人為因素的影響較大，使得按規(guī)定傳統(tǒng)習(xí)慣搭設(shè)的扣件式鋼管模板支撐架不易達(dá)到“幾何不可變桿系結(jié)構(gòu)”的力學(xué)要求。因此，若按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)計(jì)算支撐架，還必須通過(guò)構(gòu)造手段來(lái)提高架的整體剛度，以保證架體的使用安全。
（1）必須設(shè)置縱橫向掃地桿和梁下縱橫向水平桿。因?yàn)楦鶕?jù)有關(guān)試驗(yàn)，如不設(shè)置這二項(xiàng)桿件，立桿的極限承載能力將下降11.1%。設(shè)置時(shí)應(yīng)注意：縱向掃地桿應(yīng)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(shí)設(shè)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(guò)1.8m。因?yàn)橹渭懿骄嗟拇笮∨c立桿的極限承載力之間存在近似反比的線性關(guān)系，當(dāng)施工荷載較大時(shí)，適當(dāng)縮小縱橫向水平桿的步距，以減少立桿的長(zhǎng)細(xì)比，則可充分發(fā)揮鋼管的強(qiáng)度，使其更為經(jīng)濟(jì)合理。根據(jù)測(cè)算，桿件的計(jì)算長(zhǎng)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(yīng)優(yōu)先使用對(duì)接接長(zhǎng)的方式。立桿接長(zhǎng)的方式有對(duì)接和搭接兩種，根據(jù)有關(guān)測(cè)試，對(duì)接的最大承載力是搭接的3倍多。
此外，值得注意的是當(dāng)頂部立桿使用搭接接上時(shí)，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(guò)扣件與鋼管間接的磨擦力將力傳到立桿上的，又因?yàn)榭奂軅鬟f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(shí)搭接接長(zhǎng)的構(gòu)造要求是：扣件間距應(yīng)大小800mm，且每根立桿的允許荷載以小于12kN為宜。 在搭設(shè)支撐架時(shí)還應(yīng)注意，立桿和水平桿的接長(zhǎng)位置應(yīng)做到相鄰桿錯(cuò)開(kāi)，且不在同一步跨內(nèi)。
（4）立桿的間距不得超過(guò)支撐設(shè)計(jì)規(guī)定，且最大不超過(guò)1m，并應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2001）的規(guī)定。 立桿底部支承結(jié)構(gòu)必須具有支承上層荷載的能力。當(dāng)用樓板作支承結(jié)構(gòu)時(shí)，由于模板支承立桿所承受的施工荷載往往大于樓板的設(shè)計(jì)荷載，因此要以計(jì)算確定保持兩層或多層立桿。為合理傳遞荷載，立桿底部應(yīng)設(shè)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(shè)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(shè)置剪刀撐能有效防止泵送砼對(duì)模板支撐的沖擊所造成的架體整體失穩(wěn)。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)表明，合理設(shè)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(yīng)沿架體四周外立面滿設(shè)豎向剪刀撐，豎向剪刀撐均由底至頂連續(xù)設(shè)置。支撐架較高時(shí)，或者高寬比≥6時(shí)，為提高架體的整體剛度，在架體頂部、底部設(shè)掃地桿處、以及中部每隔4~6m處必須設(shè)置滿堂水平剪刀撐，剪刀撐必須與立桿相連接。
（6）嚴(yán)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(dǎo)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(guò)大，也會(huì)引起支撐架的變形。當(dāng)特殊結(jié)構(gòu)施工或支撐荷載較大時(shí)，支撐架要盡可能通過(guò)已具備一定強(qiáng)度的相鄰構(gòu)件（墻、柱等）實(shí)施卸載，并盡量與建筑物實(shí)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(shè)計(jì)后施工。設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)包括：
a.支撐系統(tǒng)強(qiáng)度計(jì)算
計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮：
①模板及支撐重量
②砼及鋼筋自重
③施工人員和設(shè)備荷載
④砼傾倒和振搗產(chǎn)生的荷載
⑤風(fēng)荷載
并按荷載的最不利狀態(tài)和組合計(jì)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(duì)扣件連接點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算。
b.支承模板支撐系統(tǒng)的樓、地面等的強(qiáng)度計(jì)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(shè)置等構(gòu)造措施。
d.繪制支撐布置圖、細(xì)部構(gòu)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(shù)措施。
f.支撐系統(tǒng)安裝驗(yàn)收方法和標(biāo)準(zhǔn)。
（2）將模板支撐工程施工列入危險(xiǎn)作業(yè)管理范圍。在簽發(fā)“砼澆筑令”前，除對(duì)模板體系驗(yàn)收外，還必須對(duì)支撐體系實(shí)施整體驗(yàn)收，且技術(shù)設(shè)計(jì)人員必須參與驗(yàn)收。
（3）精心設(shè)計(jì)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(kāi)始向四周擴(kuò)展的澆筑方法。在砼澆筑過(guò)程中，應(yīng)派專業(yè)技術(shù)人員觀測(cè)模板、支撐系統(tǒng)的應(yīng)力、變形情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停工排險(xiǎn)。
（4）對(duì)重點(diǎn)防范部位必須制訂事故預(yù)案。
扣件式鋼管模板支撐架坍塌重點(diǎn)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(huì)影響較大工程。如市區(qū)中心、市民密集區(qū)、重大公共設(shè)施項(xiàng)目等。
③特殊結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yù)案編制的基本內(nèi)容和要求
（1）預(yù)案的基本內(nèi)容
①重點(diǎn)防范部位概況
a.重點(diǎn)防范部位所處的區(qū)域位置、周圍環(huán)境、施工通道。
b.重點(diǎn)防范部位作業(yè)性質(zhì)、作業(yè)人數(shù)、使用工具、作業(yè)方法等。
②重點(diǎn)防范部位施工順序
詳細(xì)列出每項(xiàng)作業(yè)操作程序以及所涉及的工種。
③重點(diǎn)防范部位施工過(guò)程中的隱患
a.施工過(guò)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(zé)任人
針對(duì)隱患進(jìn)行安全分析，制定出對(duì)應(yīng)的控制措施以確保作業(yè)安全。為保證控制措施的落實(shí)，還須明確相應(yīng)的責(zé)任人。
⑤施救措施
a.針對(duì)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(yīng)的施救方法。
b.對(duì)事發(fā)后可能出現(xiàn)的各種情況制定出預(yù)防事態(tài)擴(kuò)大的措施。
c.針對(duì)事故發(fā)生的不同階段可能出現(xiàn)的各種情況制定出預(yù)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(luò)與通訊的方法。
e.施救過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。
（2）預(yù)案的基本要求
①要有針對(duì)性和實(shí)用性
要針對(duì)不同的工程特點(diǎn)、不同的施工方法、不同的施工機(jī)具、不同的作業(yè)性質(zhì)和不同的施工環(huán)境。預(yù)案要貫穿施工全過(guò)程，力求細(xì)致全面、具體。措施要簡(jiǎn)單易行，具有較強(qiáng)的操作性和實(shí)用性。
②確定最不利狀態(tài)，進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算和分析。
在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，確定重點(diǎn)防范部位，以假設(shè)的最不利狀態(tài)對(duì)模板支撐架進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性分析。并對(duì)可能出現(xiàn)的事故危害作出科學(xué)的評(píng)價(jià)，為施救措施的制訂提供準(zhǔn)確的依據(jù)。
③繪制預(yù)案實(shí)施網(wǎng)絡(luò)圖
根據(jù)假設(shè)的事故情況，確定所采取的預(yù)防手段，并以此繪制出預(yù)案實(shí)施網(wǎng)絡(luò)圖，以便操作和實(shí)施。預(yù)案制訂后要進(jìn)行審核，合格后才能投入應(yīng)用。
④應(yīng)隨施工情況的變化而及時(shí)修訂
預(yù)案經(jīng)審定投入應(yīng)用后若施工情況發(fā)生變化，要及時(shí)進(jìn)行修訂，以適應(yīng)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(gè)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(yīng)包括：
（一）緊急設(shè)施
（1）事故報(bào)警系統(tǒng)
事故發(fā)生時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)用于救助的報(bào)警裝置。事故報(bào)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(yīng)力監(jiān)測(cè)及自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)
用于自動(dòng)監(jiān)控模板支撐承載后的應(yīng)力、變形，一旦應(yīng)力、變形超出警戒值就予報(bào)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(jī)具。如千斤頂、起重葫蘆、吊索具和金屬切割機(jī)等。
（4）應(yīng)急照明
用于事故現(xiàn)場(chǎng)緊急停電時(shí)以及救援時(shí)的照明。
（5）緊急醫(yī)療救護(hù)的基本器材，如急救藥箱、擔(dān)架等。
（二）緊急聯(lián)絡(luò)與通訊
發(fā)生事故需要外部救援時(shí)，除起動(dòng)工地報(bào)警系統(tǒng)外，應(yīng)撥打119報(bào)警和醫(yī)療救護(hù)120。同時(shí)按預(yù)案規(guī)定的通訊方法向有關(guān)部門聯(lián)絡(luò)。
（三）緊急撤離方法
撤離時(shí)以人員安全為主，不要急于搶救財(cái)物，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)工地內(nèi)可能發(fā)生的重大險(xiǎn)情作出響應(yīng)。其工作宗旨是減少人員傷亡，并關(guān)注財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染。緊急工作組成員必須經(jīng)過(guò)緊急醫(yī)療救護(hù)和事故預(yù)案等緊急救援知識(shí)的培訓(xùn)，并能熟練掌握和運(yùn)用。緊急工作組應(yīng)經(jīng)常組織培訓(xùn)和演習(xí)。
緊急工作組的組成和職責(zé)：
?。?）救援組：主要負(fù)責(zé)人員和物質(zhì)的搶救、疏散、排除險(xiǎn)情及排除救援障礙。
?。?）事故處理組：按事故預(yù)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，向救援組提供相應(yīng)的救援方法和必要的施救工具及條件。
?。?）聯(lián)絡(luò)組：負(fù)責(zé)事故報(bào)警和上報(bào)，以及現(xiàn)場(chǎng)救援聯(lián)絡(luò)、后勤供應(yīng)，接應(yīng)外部專業(yè)救援單位施救。指揮、清點(diǎn)、聯(lián)絡(luò)各類人員。
（4）警戒組：主要負(fù)責(zé)安全警戒任務(wù)，維護(hù)事故現(xiàn)場(chǎng)秩序，勸退或撤離現(xiàn)場(chǎng)圍觀人員，禁止外人闖入現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)。
