模板坍塌事故的预防及应急预案的编制

模板坍塌事故的预防及应急预案的编制论文概要：《建设工程安全生产管理条例》已于2004年2月1日开始实施，条例规定（第四十九条）：施工单位应当制定本单位生产安全事故应急救援预案.....；本文从一起模板坍塌事故分析入手，阐述了扣件式钢管模板支撑体系坍塌事故发生的原因，以及预防措施，同时对模板坍塌事故应急预案的编制作了简要的分析。第一部分案例技术分析模板坍塌事故是建筑施工中极易引发群体伤亡的危险源之一，尤其随着城市现代化的发展，大层高的建筑越来越多，一些高度大于4.5米，且采用扣件式钢管模板支撑架的模板工程频频发生了坍塌事故，造成重大的人身伤亡和财产损失。2000年某月，上海某正在浇筑砼的锅炉房工程屋面平台突然发生坍塌事故，造成11人死亡、2人重伤、1人轻伤,直接经济损失达257.5万元。坍塌部位位于整个锅炉房北侧，平面尺寸约为18m×34.6m，标高＋20.00m（＋21.00m）。屋面为梁板结构，18m跨度主梁尺寸为400mm×1500mm，主要次梁的尺寸为250mm×900mm，板厚120mm。框架柱＋16.50m～＋20.00（＋21.00m）范围与梁板一起浇筑。屋面排架支撑采用φ48×3.5的钢管搭设，传力至＋4.50m的二层平台。排架搭设基本以主梁轴线为基准，距梁轴线0.5m左右两侧设置两根立杆，其余部分以间距不超过1.8m为原则平均分配立杆间距，立杆间距实际最大值为1.7m左右，水平杆的竖向间距为1.8m左右。立杆上下搭接大部分采用对接扣件，仅在接近屋面板模板部位，为了调整高度而采用两个旋转扣件作搭接。据勘查，水平杆在纵横方向每隔一个步距均缺设一根，排架支撑中没有设置连续的竖向和水平剪刀撑。在二层平台中有三个4.0m×8.6m×1.5m集料坑区域，立杆直接落于坑底。排架搭设没有设计计算文件及指导施工的书面技术文件。施工时，平台东端砼采用泵车送达后人工驳运，西端为直接布料。从标高＋20.00m（＋21.00m）屋面结构平面布置图分析，得出排架支撑最大受载区域大体为3.25m2（2.5m×1.3m），其下部支撑立杆为2根φ48×3.5的钢管。下面按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130－2002）对架体进行力学分析：㈠荷载分析⑴结构静荷载主梁0.4×1.5×1.3＝0.78m3次梁0.25×0.9×2.5＝0.563m3楼板［（2.5×1.3）－（0.4×1.3）－（2.1×0.25）］×0.12＝0.27m3（0.78＋0.563＋0.27）×25000＝40325N⑵木模板荷载3.25×300＝975N⑶施工活荷载3.25×1000＝3250N1.2［⑴＋⑵］＋1.4⑶＝54110N传递至单根立杆的荷载为27055N㈡稳定分析用钢管、扣件作排架的支撑设计必须进行详细的受力分析和计算，是施工安全管理中的强制性要求，这对于本案例支撑高度大于4.5米的高支撑架尤为重要。而模板支撑的实际搭设处理与理论计算假定是否相近又是极其重要的计算依据。由于采用扣件相互连接，各个节点都存在一系列的可变因素，如偏心、位移、紧固扭矩不足等，这些因素均影响到计算中杆件长细比的确定。长细比的难以确定直接影响杆件的稳定分析。因此，实际工程中的计算模式的假定必须严格按最有利于安全的角度出发。由于轴心受压杆件的长细比按规范要求应限制在λ＝150之内，也就是当考虑钢管的计算长度L0≤2370mm时，才能符合规范要求。若要满足此要求，就必须在计算杆件两端形成良好的铰接状态（如安装水平剪刀撑，形成水平刚度较强的状态）。本案例支撑水平杆步距虽要求为1800mm，但实际水平杆“在纵横方向每隔一个步距均缺设一根”，因此按2步高作为“良好的铰接状态”进行验算，则λ＝3600／15.78＝228，此时的φ＝0.146。稳定验算：σ＝N／（φ×A）＝378.8Mpa以上分析不难看出事故的技术原因主要是：⒈本案例屋面设计标高较大，离地面达21m，与二层平台（标高＋4.50m）间距达16.5m。因此，支撑竖向高度较大，采用φ48×3.5钢管作竖向立杆，水平间距1.0m~1.7m明显过大，水平杆上下间距1.8m，没有设置连续的竖向和水平剪刀撑，导致支撑系统整体性极差，即没有形成可靠的空间受力结构。⒉在未计入施工中泵送砼直接对模板支撑的冲击力时，支撑立杆受力已达27kN以上。假设钢管立杆的计算长度为3600mm，则钢管稳定验算中的计算应力已达378.8Mpa，此值已大大超过Q235钢的设计强度值205Mpa和屈服强度值235Mpa。因此支撑立杆已不稳定，发生坍塌事故已是必然。在我国，扣件式钢管模板支撑架是建筑施工中常用的支模方式，但因为缺少相对应的设计计算专业标准，使现有的设计计算存在着不确定、不安全的因素，尤其是对于支撑高度大于4.5m的梁板模板支撑架，更是由于安全技术和事故预案的不完善，导致模板坍塌事故频频发生。加上施工现场缺乏必要的紧急救援系统，无法在坍塌事故发生后及时施救，以至于造成大量的人员伤亡，为预防模板坍塌事故的发生，确保扣件式钢管模板支撑架的使用安全和施工人员安全，有必要对同类事故的预防措施和应急预案进行分析及探讨。第二部分扣件式钢管模板支撑架坍塌事故的预防措施㈠保证架体稳定的构造措施关于扣件式钢管模板支撑架的设计计算，仅在近期颁布实施的《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130－2002）中5·6条作了一些计算规定，但规定是借鉴了国外近似“几何不可变杆系结构”力学模型的计算方法，由于我国现行相关标准对常用的扣件式钢管模板支撑架的构造要求没有国外标准那样严格，加上扣件钢管的安装质量受人为因素的影响较大，使得按传统习惯搭没的扣件式钢管模板支撑架不易达到“几何不可变杆系结构”的力学要求，因此,若按现行规范设计计算支撑架，还必须通过构造手段来提高架体的整体刚度，以保证架体的使用安全。⑴设置纵横向扫地杆和粱下纵横向水平杆。因为根据有关试验，如不设置这二项杆件，立杆的极限承载能力将下降11.1％。设置时应注意：纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200mm处的立杆上。横向扫地杆应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。为保证立杆的整体稳定，还必须在安装立杆的同时设置纵、横向水平杆。⑵支撑架的步距以0.9~1.5m为宜，且最大不能超1.8m。因为支撑架步距的大小与立杆的极限承载力之间存在近似反比的线性关系，当施工荷载较大时，适当缩小纵横向水平杆的步距，以减小立杆的长细比，则可充分发挥钢管的强度，使其更为经济合理。根据测算,杆件的计算长度增大一倍则其极限承载力将降低50％~70％。⑶模板支撑架立杆应优先使用对接接长的方式。立杆接长的方式有对接和搭接两种，根据有关测试，对接的最大承载力是搭接的3倍多。值得注意的是当顶部立杆使用搭接接长时，由于模板上的荷载是直接作用在支撑架顶层横杆上，并通过扣件与钢管间的摩擦力将力传到立杆上的，又因为扣件所能传递的力较小，且有一定的偏心，致使支撑架整体受力性能较差。此时搭接接长的构造要求是：扣件间距应大于800mm，且每根立杆的允许荷载以小于12kN为宜。在搭设支撑架时还应注意，立杆和水平杆的接长位置应做到相邻杆错开，且不在同一步跨内。⑷立杆的间距不得超过支撑设计规定，且间距的实际取值不应超过1m。立杆底部支承结构必须具有支承上层荷载的能力。当用楼板作支承结构时,由于模板支承立杆所承受的施工荷载往往大于楼板的设计荷载，因此要以计算确定保持两层或多层立杆。为合理传递荷载，立杆底部应设置木垫板，并且使上下层立杆处在同一垂直线上。⑸合理设置剪刀撑。剪刀撑有利于提高架体的整体稳定，特别是支撑高度大于4.5m的支撑架，合理设置剪刀撑能有效防止泵送砼对模板支撑的冲击所造成的架体整体失稳，根据相关试验表明，合理设置剪刀撑的支撑体系其极限承载能力可提高17％，因此,满堂的模板支承架应沿架体四周外立面满设竖向剪刀撑，竖向剪刀撑均由底至顶连续设置。支撑架较高时，或者高寛比≥6时,为提高架体的整体刚度，在架体顶部、底部设扫地杆处、以及中部每隔4~6m处必须设置满堂水平剪刀撑，剪刀撑必须与立杆相连接。⑹严格控制支撑架的变形,确保架体的稳定性。除架体承载引起架体变形外,还有地基的不均匀沉降导致立杆受力不均发生局部失稳,模板下部的支撑梁变形过大,也会引起支撑架的变形。当特殊结构施工或支撑荷载较大时,支撑架要尽可能通过已具备一定强度的相邻构件（墙、柱等）实施卸载,并尽量与建筑物实现可靠连接。㈡保证架体安全的管理措施⑴模板支撑工程必须做到先设计后施工。设计内容应包括：a.支撑系统强度计算计算时应考虑①模板及支撑重量②砼及钢筋自重③施工人员和设备荷载④砼倾倒和振捣产生的荷载⑤风荷载并按荷载的最不利状态和组合计算。还必须以单扣件抗滑力小于8.5kN、双扣件抗滑力小于12kN,对扣件连接点进行验算。b.支承模板支撑系统的楼、地面等的强度计算。c.支撑材料的选用、规格尺寸、接头方法、水平杆步距和剪刀撑设置等构造措施。d.绘制支撑布置图、细部构造大样图。e.砼浇筑方法及程序、模板支撑的安装拆除顺序以及其他安全技术措施。f.支撑系统安装验收方法和标准。⑵将模板支撑工程施工列入危险作业管理范围。在签发“砼浇筑令”前,除对模板体系验收外,还必须对支撑体系实施整体验收,且技术设计人员必须参与验收。⑶精心设计砼浇筑方案,确保模板支撑均衡受载,并优先考虑从中部开始向四周扩展的浇筑方法。在砼浇筑过程中,应派专业技术人员观测模板、支撑系统的应力、变形情况,发现异常应立即停工排险。第三部分扣件式钢管模板支撑架坍塌事故的应急预案1、扣件式钢管模板支撑架坍塌重点防范部位一般包括：①支撑高度大于4.5m或者高寛比≥6的支撑架②社会影响较大工程。如市区中心、居民密集区、重大公共设施项目等。③特殊结构工程。如大跨度、大截面框架梁、大截面悬挑梁板、大跨度大面积浇筑的梁板结构等。④作业环境恶劣、施工人员集中、施救困难的工程。2、扣件式钢管模板支撑架坍塌事故预案编制的基本内容和要求⑴预案的基本内容①重点防范部位概况a.重点防范部位所处的区域位置、周围环境、施工通道。b.重点防范部位作业性质、作业人数、使用工具、作业方法等。②重点防范部位施工顺序详细列出每项作业操作程序以及所涉及的工种。③重点防范部位施工过程中的隐患a.施工过程中每一行为可能造成的不良后果,以及可能引发的事故类型。b.事故可能波及的范围。④控制措施及责任人针对隐患进行安全分析,制定出对应的控制措施以确保作业安全。为保证控制措施的落实,还须明确相应的责任人。⑤施救措施a.针对不同的施工行为、人员数量和事发类型、部位,制定出相应的施救方法。b.对事发后可能出现的各种情况制定出预防事态扩大的措施。c.针对事故发生的不同阶段可能出现的各种情况制定出预防事态恶化的措施。d.确定施救和疏散人员、物资的办法和路线，以及紧急联络与通讯的方法。e.施救过程中应注意的事项。⑵预案的基本要求①要有针对性和实用性。要针对不同的工程特点、不同的施工方法、不同的施工机具、不同的作业性质和不同的施工环境。预案要贯穿施工全过程，力求细致全面、具体。措施要简单易行，具有较强的操作性和实用性。②确定最不利状态，进行科学的计算和分析。在广泛调研的基础上，确定重点防范部位，以假设的最不利状态对模板支撑架进行强度计算和稳定性分析。并对可能出现的事故危害作出科学的评价，为施救措施的制订提供准确的依据。③绘制预案实施网络图。根据假设的事故情况,确定所采取的预防手段,并以此绘制出预案实施网络图,以便操作和实施。预案制订后要进行审核,合格后才能投入应用。④应随施工情况的变化而及时修订。预案经审定投入应用后若施工情况发生变化,要及时进行修订,以适应新情况下的安全需要。第四部分施工现场应急救援体系的建立由于模板支撑架坍塌发生后，施工人员常发生因异物吸入造成呼吸功能衰竭而死亡，本文案例11个死亡人员中因异物吸入致死的8人,占73％。从中可知事故发生后不能有效施救是造成惨案的又一原因,因此紧急救援系统的建立是减小伤亡的有效措施。模板支撑架坍塌事故紧急救