扣件式鋼管高大模板支架施工的安全管理研究

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摘要：扣件式高大模板支架是我國(guó)建筑業(yè)中高大模板施工中通用的支架結(jié)構(gòu)，具有拆裝方便、搭設(shè)靈活、承載力較高、相對(duì)經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于施工中安全管理工作不到位，常常導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，因此，對(duì)扣件式高大模板支架施工的安全管理展開(kāi)研究十分必要。本文分析了扣件式高大模板支架失穩(wěn)的原因及影響因素，并介紹了扣件式高大模板支架的安全控制措施，以望能為有關(guān)需要提供幫助。

關(guān)鍵詞：扣件式鋼管支架；高大模板；安全管理；失穩(wěn)特性分析

引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑工程的規(guī)模也不斷擴(kuò)張，為滿足建筑所需內(nèi)部空間建筑功能的需求，扣件式鋼管高大模板支架在建筑施工中被廣泛應(yīng)用。但是由于目前建筑施工中扣件式鋼管高大模板支架失穩(wěn)并且坍塌等事故時(shí)常發(fā)生，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，加強(qiáng)扣件式高大模板支架施工的安全管理，最大程度地降低安全事故發(fā)生頻率成為亟需探討的重要課題。

1 扣件式鋼管高大模板支架概述

根據(jù)住建部頒發(fā)的《建設(shè)工程高大模板支撐系統(tǒng)施工安全監(jiān)督管理導(dǎo)則》有關(guān)規(guī)定，支撐高度超過(guò)8m，或搭設(shè)高度超過(guò)18m，或施工荷載大于15KN/m2，或集中線荷載大于20KN/m的模板支撐系統(tǒng)均稱為高大模板支撐體系。

在高大模板支撐體系中，扣件式鋼管支架是目前應(yīng)用較為普遍的一種支撐形式?？奂戒摴苤Ъ苁怯射摴芡ㄟ^(guò)扣件相連接而形成的臨時(shí)性空間結(jié)構(gòu)，由立桿、水平桿、剪刀撐等部件組成。作為主要受力結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定與否直接影響到整個(gè)模板支撐系統(tǒng)的安全。

2 扣件式鋼管支架失穩(wěn)特性分析

模板支架是為滿足上部施工需要而搭設(shè)的臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，其上部荷載作用形式、搭設(shè)的構(gòu)造情況等均對(duì)其穩(wěn)定性造成影響。國(guó)內(nèi)相關(guān)專家通過(guò)建立不同的計(jì)算模型，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)、計(jì)算，對(duì)荷載加載、構(gòu)造措施、搭設(shè)參數(shù)等對(duì)鋼管支架穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究，得到了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為分析鋼管支架的失穩(wěn)特性提供了依據(jù)。

2.1 局部加載對(duì)模板支架極限承載力的影響

為能準(zhǔn)確的說(shuō)明問(wèn)題，采用8步8跨的計(jì)算模型，立桿間距1.2m，步距1.2m，立桿伸出頂層橫桿的距離a為0.2m。水平剪刀撐每4步設(shè)置一道，豎向剪刀撐每4跨設(shè)置一道，雙向布置，取初始彎曲率1‰。依次在立桿頂端施加1/4、2/4、3/4、4/4的豎向荷載。經(jīng)過(guò)加載試驗(yàn)，得其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 局部加載對(duì)模板支架的極限承載力（kN）

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)的分析，當(dāng)施加4/4荷載時(shí)，模板支架的極限承載力最小?？梢?jiàn)荷載的不均勻性對(duì)模板支架極限承載力的影響并不明顯，荷載滿布情況為模板支架的最不利荷載布置。

2.2 豎向荷載作用下構(gòu)造措施對(duì)模板支架極限承載力的影響

為了較全面的說(shuō)明問(wèn)題，現(xiàn)仍采用8步8跨的計(jì)算模型，立桿間距1.2m，步距1.2m，立桿伸出頂層橫桿的距離a為0.2m，按照幾種不同的構(gòu)造措施搭設(shè)支架并施加一定的荷載，測(cè)定其失穩(wěn)的狀況，研究構(gòu)造措施對(duì)極限承載力的影響。其結(jié)果見(jiàn)表2

表2 不同構(gòu)造措施下支架的極限承載力

由上表可以看出，當(dāng)兩個(gè)方向均未設(shè)豎向剪刀撐時(shí)，極限承載力降低明顯，達(dá)到55.3%。由此可見(jiàn)，縱橫雙方向均設(shè)置豎向剪刀撐是提高極限承載力的一項(xiàng)重要措施。而這一點(diǎn)在搭設(shè)鋼管支架的施工中又是極易被忽視的，剪刀撐的缺失或搭設(shè)不合理的現(xiàn)象為鋼管支架失穩(wěn)破壞留下了隱患，應(yīng)格外引起重視。

2.3 豎向荷載作用下搭設(shè)參數(shù)對(duì)模板支架失穩(wěn)特性的影響

（1）立桿步距、立桿超出頂層水平桿的長(zhǎng)度

a、立桿間距、模板搭設(shè)高度對(duì)失穩(wěn)特性的影響仍以模板支架模型為研究對(duì)象，討論立桿步距h、立桿超出頂層水平桿長(zhǎng)度a、立桿間距、模板搭設(shè)高度、模板搭設(shè)面積對(duì)支架失穩(wěn)特性的影響。

首先通過(guò)加載試驗(yàn)得出臨界荷載與h、a的關(guān)系如表3。

表3 不同h、a時(shí)臨界荷載

從表3可以看出，當(dāng)h一定時(shí)，a越大則臨界荷載越低；當(dāng)a一定時(shí)，h越大則臨界荷載越低。

在搭設(shè)鋼管支架時(shí)，為減少工作量及通行方便，鋼管支架的步距往往設(shè)的較大，而在搭設(shè)到支架頂部時(shí)，為方便支模操作，頂層水平桿設(shè)的較低，導(dǎo)致立桿支撐點(diǎn)距其距離較大。這些因素也是造成鋼管支架失穩(wěn)的原因之一。

（2）不同立桿間距對(duì)臨界荷載的影響

以立桿步距為1.2m的8跨8步支架為研究對(duì)象，a取0.2m，水平剪刀撐間距4步，豎向剪刀撐間距4跨，通過(guò)加載試驗(yàn)得出立桿間距取0.6m～1.5m時(shí)支架的臨界荷載。

從表4可以看出，立桿間距對(duì)臨界荷載的影響顯著，臨界荷載隨著立桿間距的增加而減小。

表4 不同立桿間距時(shí)的臨界荷載

立管間距是決定鋼管支架承載力的一個(gè)重要因素。立管間距的大小必須經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)確定。在實(shí)際施工中僅憑經(jīng)驗(yàn)而非設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行模板支架的搭設(shè)或雖有鋼管支架的搭設(shè)方案但在搭設(shè)時(shí)不按搭設(shè)方案執(zhí)行，導(dǎo)致立桿間距的確定較為隨意。所有這些也均構(gòu)成了鋼管支架失穩(wěn)的重要安全隱患。

2.4 豎向荷載作用下搭設(shè)步數(shù)對(duì)模板支架極限承載力的影響

采用縱向、橫向均為8跨的計(jì)算模型，立桿間距為1.2m，步距為1.2m，a取0.2m，初始彎曲率取1‰，計(jì)算出搭設(shè)步數(shù)為4步、8步、12步以及16步的支架在豎向荷載作用下的極限承載力，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同搭設(shè)步數(shù)模板支架的極限承載力

由表5可以看出，隨著搭設(shè)步數(shù)的增加，支架的極限承載力逐步降低，尤其是有4步增加到8步時(shí)，由于此時(shí)搭設(shè)高度已經(jīng)大于8m，已經(jīng)屬于高大模板支架范疇之內(nèi)，支架的極限承載力降低幅度較為明顯，對(duì)于這一點(diǎn)在進(jìn)行模板支架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該給與足夠的注意。

2.5 考慮水平荷載作用時(shí)構(gòu)造措施對(duì)模板極限承載力的影響

仍采用3.1計(jì)算模型，通過(guò)加載試驗(yàn)計(jì)算具有完備構(gòu)造措施、有部分構(gòu)造措施、無(wú)構(gòu)造措施情況下模板支架的極限承載力，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同構(gòu)造措施下水平荷載對(duì)模板支架極限承載力的影響

由表6可以看出，當(dāng)沒(méi)有沿水平荷載的作用方向設(shè)豎向剪刀撐時(shí)，極限承載力下降幅度達(dá)到了近30%，當(dāng)兩個(gè)方向均未設(shè)豎向剪刀撐時(shí)，極限承載力下降幅度最大，達(dá)到了37%。

由此可見(jiàn)，完備的構(gòu)造措施是抵抗水平荷載的必備條件。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50666-2011的規(guī)定，模板支架所承受的水平荷載主要有：風(fēng)荷載、混凝土下料產(chǎn)生的水平荷載、泵送混凝土或不均勻堆載等因素產(chǎn)生的附加水平荷載。

3 人為因素對(duì)模板支架安全性的影響

模板支架從設(shè)計(jì)、搭設(shè)到使用，每一個(gè)環(huán)節(jié)都要受到人為因素的影響，人為過(guò)失的普遍存在也是影響模板支架安全性的一個(gè)重要因素。

人為過(guò)失包括對(duì)不合格搭設(shè)材料的選用、搭設(shè)過(guò)程的操作過(guò)失，模板支架的不規(guī)范使用等。

（1）不合格材料的選用。

（2）搭設(shè)過(guò)程的操作過(guò)失。

（3）使用過(guò)程的過(guò)失。

4 扣件式鋼管支架的安全控制

4.1 扣件式鋼管支架搭設(shè)方案的安全控制

（1）在編制鋼管支架搭設(shè)方案時(shí)應(yīng)首先對(duì)模板及其支撐系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，初步確定鋼管支架的各種搭設(shè)參數(shù)。然后按照現(xiàn)行施工規(guī)范要求進(jìn)行驗(yàn)算，并根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果對(duì)原來(lái)所作的初步設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，最后形成最終的鋼管支架的設(shè)計(jì)圖。

（2）在編制搭設(shè)方案時(shí)，扣件式鋼管支架的搭設(shè)要求應(yīng)滿足現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50666-2011，《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》JGJ162-2008，同時(shí)尚應(yīng)滿足《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ130-2011規(guī)定，明確各種桿件的搭設(shè)要求及扣件螺栓緊固力矩的具體數(shù)值。

4.2 扣件式鋼管支架搭設(shè)方案的審批控制

根據(jù)《建設(shè)工程高大模板支撐系統(tǒng)施工安全監(jiān)督管理導(dǎo)則》、《危險(xiǎn)性較大分部分項(xiàng)工程管理辦法》等要求，高大模板及其支撐系統(tǒng)應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的工程技術(shù)人員編制專項(xiàng)施工方案。在編制完成后由本單位技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行審批，之后報(bào)請(qǐng)當(dāng)?shù)亟ㄖ┕ぐ踩芾聿块T(mén)組織專家進(jìn)行安全論證，通過(guò)論證確認(rèn)安全可行之后，方可實(shí)施。

4.3 扣件式鋼管支架搭設(shè)施工的安全控制

（1）項(xiàng)目部工程技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)經(jīng)過(guò)論證的模板支架的搭設(shè)方案對(duì)操作班組工人進(jìn)行施工技術(shù)交底。使操作人員明確模板支架搭設(shè)的技術(shù)要求，安全注意事項(xiàng)。

（2）在搭設(shè)模板支架之前，應(yīng)認(rèn)真檢查支架立桿下地基情況，立桿下應(yīng)鋪墊不小于50mm厚的木板。在搭設(shè)立桿時(shí)尚應(yīng)在立桿上搭設(shè)掃地桿。

（3）操作工人在搭設(shè)鋼管支架時(shí)，應(yīng)使用力矩扳手，按照規(guī)范要求的力矩?cái)?shù)值緊固扣件螺栓，其螺栓擰緊扭力矩不應(yīng)小于40N·m，且不應(yīng)大于65N·m.鋼管接長(zhǎng)使用對(duì)接扣件，不得虛接，以免支架在承受上部荷載時(shí)，立桿受力不均。

4.4 扣件式鋼管支架的使用安全控制

（1）對(duì)于模板支架來(lái)說(shuō)，其立桿所受最大荷載即出現(xiàn)于混凝土的澆筑過(guò)程中，破壞也往往發(fā)生在混凝土澆筑期間。因此，在澆筑混凝土之前應(yīng)編制混凝土澆筑方案，科學(xué)、合理地確定混凝土澆筑的方向、混凝土澆筑方式。對(duì)于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)高大模板來(lái)說(shuō)，應(yīng)先澆筑框架柱或剪力墻混凝土，然后再搭設(shè)梁板結(jié)構(gòu)的模板及其支架，高大模板支架應(yīng)與框架柱或墻用連接件連接牢固，以確保模板支架的穩(wěn)定。

（2）使用泵送混凝土?xí)r，泵管應(yīng)設(shè)單獨(dú)支架進(jìn)行固定，不得與模板支架相連。

（3）使用料斗澆筑混凝土?xí)r，要嚴(yán)格控制混凝土放料高度不超過(guò)500mm。

（4）鋼管支架應(yīng)單獨(dú)自成體系，腳手架、上料平臺(tái)等設(shè)施不得與鋼管支架相連。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，扣件式鋼管高大模板支持體系是我國(guó)目前使用量最大、應(yīng)用最普遍的一種模板支撐形式，其安全管理工作十分重要。工作人員在建筑施工時(shí)要充分認(rèn)識(shí)到扣件式鋼管高大模板支架的特性，認(rèn)真貫徹執(zhí)行規(guī)范和有關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格進(jìn)行安全控制工作，以保障扣件式高大模板支架的穩(wěn)定性，從而防止安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙娣.扣件式高支模架安全施工方案評(píng)審程序[D].鄭州大學(xué).2014

[2]連崇波.淺談高大模板扣件式鋼管支撐體系安全監(jiān)管[J].福建建材.2013（06）

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和前節(jié)砼管連接在一起，頂進(jìn)就位后用砂漿及填縫料將管間縫隙密封。本方案采用16T吊車下管，吊車使用完畢后應(yīng)調(diào)離現(xiàn)場(chǎng)，避免對(duì)頂管作業(yè)人員產(chǎn)生危險(xiǎn)。

3.3 頂進(jìn)

頂進(jìn)利用千斤頂頂出鎬在后背不動(dòng)的情況下將頂進(jìn)管子推向前進(jìn)，其過(guò)程如下：

（1）安裝好頂鐵、擠牢，管前端已挖一定長(zhǎng)度土后，啟動(dòng)油泵，千斤頂進(jìn)油，活塞伸出一個(gè)工作行程，將管子推向一定距離；

（2）停止油泵，打開(kāi)控制閥，千斤頂回油，活塞縮回；

（3）添加頂鐵，重復(fù)上述操作，直至需要安裝下一節(jié)管子為止。

3.4 出土

人工將土由管內(nèi)運(yùn)到工作井位置，裝入手推車，然后用鋼索繩吊裝到井上，倒在井上一側(cè)。堆積量足夠時(shí)，用自卸車運(yùn)走。

3.5 測(cè)量與校正

3.5.1平面控制

為確保兩井間頂管貫通，在兩端頭井附近埋設(shè)地面導(dǎo)線點(diǎn)，利用空導(dǎo)點(diǎn)和地面導(dǎo)線點(diǎn)，以導(dǎo)線測(cè)量形式，將平面控制成果引測(cè)到施工現(xiàn)場(chǎng)。

井上座標(biāo)點(diǎn)向井下傳遞采用聯(lián)系三角形方式，點(diǎn)位由鉛垂儀垂直投設(shè)。井下控制頂進(jìn)方向的基準(zhǔn)點(diǎn)用鋼架埋設(shè)成固定點(diǎn)，采用激光經(jīng)緯儀跟蹤觀測(cè)機(jī)頭偏差方向。

3.5.2高程控制

利用施工區(qū)域附近的已知高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)，布設(shè)等級(jí)水準(zhǔn)路線，將高程引測(cè)到工作井附近，并設(shè)立施工高程控制點(diǎn)。地面高程傳遞到井下時(shí)用鋼尺垂直懸掛，下系至標(biāo)準(zhǔn)拉力線錘，然后地面、井下兩臺(tái)水準(zhǔn)儀同時(shí)觀測(cè)。井下布設(shè)2～3個(gè)地下起始高程控制點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況，該項(xiàng)施工方法能夠滿足市政工程的需要，并克服了施工難度大、工期短的困難，適用于市政工程環(huán)境及條件受限制的區(qū)域。本文對(duì)施工的每個(gè)環(huán)節(jié)從工作坑、到頂進(jìn)、下管、挖土、出土、測(cè)量等施工工藝進(jìn)行了探討，并提出了施工時(shí)的安全防護(hù)措施，為完善和推廣頂管施工工藝提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]余彬泉.陳傳燦.頂管施工技術(shù).1998

[2]中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）.頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范.2007