橋梁支撐架坍塌的肇因與解決方案

劉 輝

支撐架坍塌事故是由一系列技術(shù)和成本因素互相糾結(jié)造成的，盡管國(guó)家曾幾次下大力量整頓，有關(guān)專家也從技術(shù)、施工等專業(yè)角度論證事故的原因，協(xié)會(huì)和業(yè)界有識(shí)之士也試圖努力扭轉(zhuǎn)這種現(xiàn)狀，但問題仍然沒有得到有效遏制。相反，隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)力度的加大，惡性事故的發(fā)生頻率卻有增長(zhǎng)勢(shì)頭。今年1月3號(hào)昆明機(jī)場(chǎng)高架橋施工現(xiàn)場(chǎng)的腳手架跨塌事故，導(dǎo)致施工工人7人死亡，34人受傷。新年伊始，便為今年本行業(yè)的安全形勢(shì)蒙上了陰影。

目前大量應(yīng)用于橋梁支撐的碗扣式腳手架，除了其生產(chǎn)工藝粗糙、質(zhì)量管理過程失控等制造過程中產(chǎn)生的問題，為了獲得價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，許多廠家還不得不主動(dòng)地或者被動(dòng)地降低材料的標(biāo)準(zhǔn)，甚至偷工減料，是問題的表現(xiàn)形式之一。例如， 《GJ166-2008建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，應(yīng)采用壁厚為3.5mm的鋼管。實(shí)際應(yīng)用中的產(chǎn)品，普遍采用3.0mm，甚至有用2.5mm壁厚的鋼管做立桿的。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定材質(zhì)為Q235的優(yōu)質(zhì)鋼材，而實(shí)際應(yīng)用中，有用Q195材質(zhì)的，甚至有使用回收廢鋼鐵，材質(zhì)和生產(chǎn)廠家均不明的鋼管生產(chǎn)腳手架的。這些因素的綜合效應(yīng)，使產(chǎn)品的實(shí)際承載能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)值。

由原英國(guó)SGB公司最早發(fā)明的碗扣式 (Cuplock)腳手架，其原始設(shè)計(jì)的3米立桿的極限承載值均在8噸以上。有國(guó)內(nèi)權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)，與國(guó)內(nèi)知名碗扣生產(chǎn)租賃廠家合作，今年初做了幾組8m高的架體荷載試驗(yàn)，立桿的極限承載值只有4噸上下。此次試驗(yàn)樣品的制造工藝和材料選用，充分考慮了應(yīng)用中的具體情況，稍微低于標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，而又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于施工中實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品質(zhì)量。鋼管采用3.0mm壁厚，Q235材質(zhì)的優(yōu)質(zhì)鋼材。大量實(shí)際施工中應(yīng)用的產(chǎn)品，其承載力的表現(xiàn)應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及這個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

面對(duì)殘酷的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，業(yè)者明知問題所在，又不得不追隨問題而行。各種客觀因素形成的碗扣式腳手架租賃市場(chǎng)的操作習(xí)慣，造成沒有租賃商愿意投入更高質(zhì)量的產(chǎn)品，因?yàn)?，好的產(chǎn)品運(yùn)到工地上，極大的可能是退租時(shí)被換回來質(zhì)量差的產(chǎn)品。任何試圖提升產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量的努力，都會(huì)以自我的經(jīng)濟(jì)損失為代價(jià)。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，不是優(yōu)勝劣汰，而是劣幣逐良幣。

這些市場(chǎng)因素造成的另外一個(gè)更糟糕的問題，就是產(chǎn)品的防銹處理。施工方與產(chǎn)品和服務(wù)提供方均不得不無視銹蝕對(duì)產(chǎn)品壽命和承載力的巨大影響，以降低成本，去適應(yīng)低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)游戲規(guī)則。設(shè)計(jì)支撐和腳手架產(chǎn)品的一個(gè)重要考慮點(diǎn)，是千千萬萬個(gè)桿件的承載力必須一致且在產(chǎn)品壽命期內(nèi)保持恒定不變。只有這樣，搭建和拆除的架體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，才有切實(shí)可靠的產(chǎn)品保障。以國(guó)外的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來看，熱鍍鋅是鋼鐵制腳手架和支撐架防銹處理的最佳選擇。在我國(guó)施工中應(yīng)用的產(chǎn)品，幾乎見不到熱鍍鋅處理的。簡(jiǎn)單的防銹漆處理，無法真正滿足鋼管內(nèi)外壁的防銹需求。其結(jié)果是，產(chǎn)品在投放市場(chǎng)后兩到三年內(nèi)，由銹蝕造成的壁厚銳減，使產(chǎn)品桿件的承載力大打折扣。

由于上述產(chǎn)品的材料選用和制造工藝等質(zhì)量管理程序的失控，以及產(chǎn)品防銹處理的不當(dāng)?shù)染C合效應(yīng)，使施工中應(yīng)用的產(chǎn)品的真實(shí)承載力變得不可知，則是架體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)面臨的最致命的問題。為獲取較大的安全系數(shù)，以防止支架坍塌事故，用戶方的項(xiàng)目經(jīng)理和監(jiān)理單位，不得不要求最大限度地密植支架的立桿。在架體搭建的力學(xué)結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，立桿的承載力不得不按2噸計(jì)算。目前橋梁施工中的碗扣架大量采用600mm的柱距，300mm柱距的應(yīng)用實(shí)例也有很多。市場(chǎng)上以噸計(jì)價(jià)與施工中不得不不合理地密植立桿的后果，是造成單位用鋼量的不合理增加，使工程的總成本甚至高于發(fā)達(dá)國(guó)家的同類水平。

以筆者掌握的對(duì)比數(shù)據(jù)，我國(guó)目前以碗扣架做支撐的橋梁施工中，每立方米用鋼量，是國(guó)外先進(jìn)水平的3-4倍。也就是說，一個(gè)項(xiàng)目如果采用設(shè)計(jì)制造合理的支撐系統(tǒng)，實(shí)際用鋼量是1000噸的話，采用現(xiàn)有碗扣架則需要3000-4000噸的用鋼量。這不僅極大地浪費(fèi)了資源，嚴(yán)重背離推行低碳經(jīng)濟(jì)的國(guó)際發(fā)展潮流和國(guó)家的政策導(dǎo)向，在阻礙了新技術(shù)和新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用的同時(shí)，也并未真正降低施工總成本。市場(chǎng)把這個(gè)行業(yè)引向了一個(gè)壞的極端，既不利于用戶，也不利于產(chǎn)品和租賃服務(wù)提供商。使業(yè)者失去了改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高行業(yè)總體水平的動(dòng)力和源泉。有行業(yè)領(lǐng)先的專業(yè)公司，曾試圖應(yīng)用制造工藝符合國(guó)標(biāo)的碗扣架，以達(dá)到減少立桿，減少單位用鋼量，在減少成本的同時(shí)又保證安全系數(shù)的目的。但這種努力未獲市場(chǎng)認(rèn)可，現(xiàn)實(shí)是用戶的項(xiàng)目經(jīng)理和監(jiān)理單位無法區(qū)分此碗扣架與彼碗扣架的區(qū)別，也就不敢接受適當(dāng)減少立桿數(shù)量的合理應(yīng)用。

造成問題的另外一個(gè)至關(guān)重要的原因，是由于我國(guó)本行業(yè)獨(dú)特的發(fā)展歷程，把原本設(shè)計(jì)為腳手架的碗扣架大量用做支撐使用，甚至應(yīng)用于荷載較高的高大橋梁施工中。由前英國(guó)SGB公司最早發(fā)明的碗扣式腳手架，原本是一款優(yōu)秀的重型腳手架系統(tǒng)，目前仍廣泛應(yīng)用于歐美國(guó)家的化工、能源等工業(yè)設(shè)施的維護(hù)等領(lǐng)域，但將碗扣式腳手架用做橋梁支撐架使用，則不是最佳的方案。以發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)來看，支撐架與腳手架因其應(yīng)用的范圍與承載的不同，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和施工方案設(shè)計(jì)中，也各自有著很大的不同，因此在實(shí)踐中形成兩類完全不同的產(chǎn)品體系。關(guān)于腳手架與支撐架的具體討論，見筆者已經(jīng)發(fā)表于行業(yè)雜志上的文章 “腳手架與支撐架的應(yīng)用與設(shè)計(jì)不同”。

如此應(yīng)用碗扣架，至少有如下弱點(diǎn)：第一、立桿的承載力太低，造成單位用鋼量相對(duì)于設(shè)計(jì)為專業(yè)支撐的系統(tǒng)較高。第二、碗扣式節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，造成無法根據(jù)架體力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求，隨意安裝斜桿，而斜桿缺失，是造成高大支撐架體失穩(wěn)坍塌的主要原因。第三、無法實(shí)現(xiàn)整體吊裝等更高程度機(jī)械化施工的需求，以減少搭設(shè)和拆除的施工工時(shí)成本。

問題似乎糾結(jié)于一個(gè)無解的死循環(huán)里，要解決問題需要從一個(gè)更高的角度來審視其原因，并找出解決之道。我國(guó)日益增長(zhǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模和對(duì)產(chǎn)品安全性能的關(guān)注，呼喚一種專為橋梁施工設(shè)計(jì)的專業(yè)支撐系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)，至少應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：第一、產(chǎn)品具備高度可靠的安全性能，應(yīng)遵循國(guó)際慣例，產(chǎn)品在銷售給租賃商和用戶時(shí)，應(yīng)該附帶在保險(xiǎn)公司投保的產(chǎn)品責(zé)任險(xiǎn) (Product Liability Insurance)保單。第二、產(chǎn)品的有效使用壽命，應(yīng)該達(dá)到15-20年。第三、在產(chǎn)品的有效使用壽命期間，桿件的承載力應(yīng)該一致可靠，克服現(xiàn)行碗扣架存在的產(chǎn)品因銹蝕造成的承載力不可知這個(gè)嚴(yán)重問題。第四、系統(tǒng)本身應(yīng)該配備水平斜桿和豎向斜桿等桿件，以便搭建幾何不變體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。第五、系統(tǒng)在施工中的單位用鋼量，應(yīng)該達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，比現(xiàn)有碗扣架和扣件鋼管式腳手架減少3-4倍。第六、系統(tǒng)的施工方式，應(yīng)該比現(xiàn)有的碗扣式和鋼管扣件式腳手架的施工方式節(jié)約更多的工時(shí)，既滿足我國(guó)現(xiàn)階段許多靠人工施工的情形，又滿足整體吊裝，機(jī)械化施工的發(fā)展趨勢(shì)。提高施工效率，縮短施工周期。

為了實(shí)現(xiàn)上述特點(diǎn)，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過程中，至少應(yīng)該遵循如下原則：第一、產(chǎn)品單肢立桿的直徑應(yīng)該大于現(xiàn)行的碗扣式腳手架的立桿直徑，采用Q345以上高強(qiáng)度材質(zhì)的鋼管，其承載能力應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碗扣式腳手架的立桿承載力。只有這樣，才能節(jié)約立桿的使用量，降低總用鋼量，減少搭建和拆除過程中的工時(shí)用量，從而降低工程總成本。第二、工藝嚴(yán)格遵循質(zhì)量零缺欠原則，零配件必須采用優(yōu)良的工藝制造，焊接必須是專業(yè)的焊接工藝水平，產(chǎn)品必須采用熱鍍鋅浸鍍防銹處理。

同時(shí)具備這些特點(diǎn)的橋梁支撐系統(tǒng)，將會(huì)在不增加目前碗扣式腳手架作為支撐架使用所形成的工程總造價(jià)水平的基礎(chǔ)上，滿足施工對(duì)安全性的需求，解決我國(guó)目前橋梁施工領(lǐng)域中支架垮塌事故頻發(fā)的問題。

方易鼎M60模板支撐系統(tǒng)，是我公司根據(jù)上述研究和思考，綜合多年來為發(fā)達(dá)國(guó)家模板腳手架企業(yè)加工出口的經(jīng)驗(yàn)，又體察國(guó)內(nèi)施工應(yīng)用中的許多習(xí)慣和細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)出的一款適合橋梁施工的模板支撐系統(tǒng)。在施工方式和工藝設(shè)計(jì)等許多細(xì)節(jié)上均有創(chuàng)新，在產(chǎn)品的安全性和應(yīng)用效率上，都有良好的表現(xiàn)。其立桿極限承載的理論設(shè)計(jì)值，以有限元法分析計(jì)算，可達(dá)28噸，架體荷載試驗(yàn)值，也高達(dá)20噸，這就為系統(tǒng)在保證安全性的前提下，大量節(jié)約用鋼量，降低工程總成本提供了有效的產(chǎn)品保證。該系統(tǒng)獨(dú)特的花盤與自鎖插銷式節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，以及系統(tǒng)大量應(yīng)用斜桿的塔式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化整體吊裝的施工方法，可節(jié)約70%以上的搭建與拆除的工時(shí)成本，施工工期亦可大大縮短。該系統(tǒng)已經(jīng)申請(qǐng)了20項(xiàng)專利，其中發(fā)明專利一項(xiàng)，實(shí)用新型專利九項(xiàng)，外觀專利九項(xiàng)。該項(xiàng)目自2009年11月立項(xiàng)，歷時(shí)整整一年，產(chǎn)品已設(shè)計(jì)定型，并在我公司投入批量生產(chǎn)。希望能借由此系統(tǒng)的交流與推廣，為解決目前我國(guó)建筑支架坍塌事故頻發(fā)的問題，做出貢獻(xiàn)，為行業(yè)里的合作與發(fā)展，提供一款可靠的產(chǎn)品。更希望能拋磚引玉，開闊業(yè)內(nèi)的思路，呼喚出我國(guó)更多的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和品牌的創(chuàng)新產(chǎn)品來。