鐵路橋梁墩身施工模板爆裂的預防

賀廿生

（廣州鐵路（集團）公司廣州工程建設指揮部，廣東廣州510440）

鐵路橋梁墩身施工模板爆裂的預防

賀廿生

（廣州鐵路（集團）公司廣州工程建設指揮部，廣東廣州510440）

橋梁墩身施工中新澆筑混凝土側(cè)向壓力超過模板、拉桿、連接螺栓等的容許承載能力時，會導致局部破壞從而引發(fā)整個模板支撐系統(tǒng)及新澆筑混凝土坍塌?；炷烈淮螡仓叨瘸^模板限定高度是橋梁模板爆裂的主要原因，模板結(jié)構(gòu)及安裝不規(guī)范也是模板爆裂發(fā)生的原因。預防墩身施工模板爆裂須做到對模板強度和穩(wěn)定性進行檢算；須有施工專項方案；一次澆筑最大高度不得超過模板限定高度且不超過9m；墩身模板運抵現(xiàn)場后，須進行驗收；模板安裝須穩(wěn)固。

鐵路工程；橋梁施工；模板爆裂；預防與控制

1　概述

橋梁工程施工事故占鐵路工程事故總數(shù)的近35%，是鐵路工程事故高發(fā)領(lǐng)域之一。在橋梁施工事故中，墩身模板爆裂占橋梁施工事故的24%。橋梁事故分類及其比例如圖1所示。

圖1　橋梁事故分類及其比例

本文鐵路橋梁工程墩身施工模板爆裂發(fā)生的規(guī)律、原因和特點，遵照“安全第一、預防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針，通過深入剖析其原因，給出橋梁施工模板爆裂的預防和控制措施。

表12006　—2010年鐵路橋梁施工模板爆裂統(tǒng)計

2　墩身施工模板爆裂原因剖析

對2006—2010年共發(fā)生的7起［1］鐵路橋梁施工模板爆裂事故（表1）加以分析，其原因如圖2所示。

2.1混凝土一次澆筑高度過高

橋梁墩身施工中新澆筑混凝土側(cè)向壓力超過模板、拉桿、連接螺栓等的容許承載能力時［2］，會導致局部破壞從而引發(fā)整個模板支撐系統(tǒng)及新澆筑混凝土坍塌。目前，鐵路橋梁工程混凝土施工機械化程度高，采用拌合站集中拌合，混凝土輸送車運輸，泵送混凝土澆筑方式。在墩身施工中，組合式定型鋼模板應用最為廣泛，其構(gòu)造一般包括鋼模板、緊固螺栓、模板拉桿等。泵送混凝土一般坍落度較大、流動性較好、黏合性較大［3］。新澆筑混凝土的側(cè)向壓力超過模板支撐系統(tǒng)容許承載能力是引起模板爆裂的根本原因。對于泵送混凝土，決定側(cè)向壓力大小最主要的因素是新澆筑混凝土的高度，即側(cè)壓力的大小取決于一次澆筑高度，澆筑高度越高，側(cè)壓力越大［4］。一次澆筑高度超過模板設計容許高度，必然造成側(cè)向壓力超過容許承載能力。因此，混凝土一次澆筑高度超過模板限定高度是模板爆裂發(fā)生的主要原因。上文表1所列的事例中，模板爆裂發(fā)生時混凝土澆筑高度已接近或達到一次澆筑高度，新澆混凝土對模板的側(cè)壓力達到模板所能承受的極限，造成模板支撐系統(tǒng)薄弱部分局部破壞，最終釀成模板爆裂事故。如2010年8月7日，小東江特大橋107#墩模板爆裂主要原因是一次澆筑混凝土高度超過模板設計限定高度。施工單位未對模板進行檢算，模板生產(chǎn)廠家檢算結(jié)果表明模板能承受的最大混凝土澆筑高度為9m，而實際施工時定為10.5m，模板爆裂事故發(fā)生時，混凝土澆筑高度已達9.3m，超過容許高度0.3m。又如2009年9月11日，蔡家灣漢江特大橋引橋202#墩墩身混凝土澆筑過程中，模板爆裂并折斷，主要原因是混凝土一次澆筑高度過高，模板未經(jīng)檢算。施工單位計劃承臺以上17.25m墩身混凝土一次澆筑成型，模板爆裂事故發(fā)生時混凝土澆筑高度已達15m。

2.2模板結(jié)構(gòu)及安裝不規(guī)范

模板結(jié)構(gòu)及安裝不規(guī)范也是模板爆裂發(fā)生的原因。對于特定的模板支撐系統(tǒng)，側(cè)向壓力的容許承載能力或混凝土一次澆筑高度是一定的。當存在模板桿件、鋼板焊縫開裂，模板安裝螺栓數(shù)量不夠、緊固不到位，拉桿連接不當?shù)纫蛩貢r，將會直接降低模板承受新澆筑混凝土側(cè)向壓力的容許承載能力。在混凝土一次澆筑高度達到容許高度前就造成有問題的模板系統(tǒng)局部破壞。如2010年6月12日，北江特大橋西引橋12#墩在墩身混凝土澆筑過程中，當澆筑到9.5m高度時模板突然發(fā)生爆裂（圖3）。主要原因是一次澆筑混凝土高度過高，次要原因是模板節(jié)點焊縫質(zhì)量不符合規(guī)范要求。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，模板爆裂位置位于墩身高度3.3～7.3m處，北向直立面模板后第5層桁架三角節(jié)點焊縫爆裂，爆裂處有14.2cm焊縫為新鮮斷口，剩余20.8cm均為舊斷口，同時導致圓弧段第5、第6層桁架2根直徑為30mm角拉桿斷裂（其中1根螺紋處斷裂，另1根螺紋處滑絲脫扣）。

圖2　墩身施工模板爆裂原因

圖3　北江特大橋西引橋12#墩模板爆裂現(xiàn)場

3　模板爆裂預防及控制措施

海恩法則指出：每一起嚴重事故的背后，必然有29次輕微事故和300起事故苗頭及1000起事故隱患［5］。要消除一次嚴重事故就必須及時地發(fā)現(xiàn)這些事故苗頭和隱患，果斷采取措施加以控制或消除。根據(jù)橋梁模板爆裂事故發(fā)生的原因，預防和控制措施如下：

1）須對模板強度和穩(wěn)定性進行檢算

《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準》（TB 10424—2010）［6］規(guī)定：模板及支（拱）架應根據(jù)工程結(jié)構(gòu)形式、地基承載力、施工設備、材料等條件進行施工設計并編制施工技術(shù)方案，應具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，連接牢固，能承受所澆筑混凝土的重力、側(cè)壓力及施工荷載。只有對模板進行檢算才能知道模板支撐系統(tǒng)一次澆筑混凝土的最大高度是否滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求。模板生產(chǎn)廠家的檢算資料只能參考。

2）高墩模板須有施工專項方案

《施工企業(yè)安全生產(chǎn)管理規(guī)范》（GB50656—2011）［7］規(guī)定：搭設高度5m及以上，或搭設跨度10m及以上，或施工總荷載10kN/m2及以上的混凝土模板支撐工程應編制施工專項方案?！督ㄖ┕ぐ踩Y料手冊》將模板高度超過8m的定義為超高模板支撐系統(tǒng)，施工總荷載＞10kN/m2的定義為超重模板支撐系統(tǒng)，要進行模板支撐設計并編制施工方案［8］。因此，模板高度超過8m的墩臺施工必須有專項方案。模板設計時，除應進行強度、剛度和穩(wěn)定性檢算外，還應對圓弧段模板拉桿、拼縫處的連接螺栓進行檢算，并應考慮豎向拼縫螺栓可能同時承受剪力和拉力的情況。

3）混凝土一次澆筑最大高度不得超過模板限定高度且不超過9m

目前，我國新澆混凝土對模板側(cè)壓力的標準值F主要按國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》（GB 50666—2011）［9］計算，計算式為

式中：γc為混凝土的重度；t0為新澆筑混凝土的初凝時間；β為混凝土坍落度影響修正系數(shù)；V為混凝土的澆筑速度；H為混凝土一次澆筑高度。

當采用插入式振動器且澆筑速度≤10m/h、混凝土坍落度≤180mm時，新澆筑混凝土對模板的側(cè)向力的標準值可按式（1）、式（2）分別計算，取其中的較小值；當澆筑速度＞10m/h，或混凝土坍落度＞180mm時側(cè)壓力的標準值可按式（2）計算。

對初凝時間長、坍落度大、澆筑速度快的泵送混凝土，宜按靜水壓力模式即式（2）計算其對模板的側(cè)壓力［10］，計算結(jié)果作為荷載標準值是偏于安全的。

根據(jù)混凝土特性，經(jīng)計算，一次混凝土澆筑高度不應超過10m［11］。此高度模板的加工成本和安拆成本，施工的方便性、安全性、施工工效等方面綜合性價比最高。超過此高度，模板所受側(cè)壓力過大，模板的剛度和強度需要加強，須增加很多面板、肋、背楞等，從成本上而言是不經(jīng)濟的。為能有效預防及控制鐵路橋梁工程墩身施工模板爆裂，考慮到模板（特別是倒用舊模板時）結(jié)構(gòu)及安裝方面存在的問題會降低模板容許的混凝土一次澆筑高度，為增加模板的安全冗余度，建議墩身模板最大高度按10m檢算，一次澆筑混凝土的最大高度不超過9m。從表1可知，鐵路橋梁工程墩身施工模板爆裂一般發(fā)生在一次澆筑混凝土9m以上高度，因此，混凝土一次澆筑最大高度不得超過模板限定高度且不超過9m。

4）大型墩身模板進場須驗收

《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50204—2015）［12］規(guī)定，模板及支架用材料的技術(shù)指標應符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定。進場時應抽樣檢驗模板和支架材料的外觀、規(guī)格和尺寸。因此，墩身模板采用大型鋼模，由專業(yè)廠家制作，墩身模板運抵現(xiàn)場后，必須進行驗收。要注意焊接質(zhì)量，尤其是拼縫處連接板與面板間要焊牢。模板每倒用3～4次，必須對模板關(guān)鍵部位進行檢查，并加焊補強。

5）模板安裝須穩(wěn)固

《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準》（TB10424—2010）規(guī)定：模板及支（拱）架安裝必須符合施工設計要求。模板拼裝使用扭力扳手緊固，不得漏裝、少裝螺栓，模板拉桿應擰緊。

4　結(jié)語

根據(jù)海恩法則，通過預知固有的或潛在的危險，預防及控制事故隱患，人為切斷事故苗頭的發(fā)展，將可以避免發(fā)生嚴重安全事故。預防鐵路橋梁工程墩身施工模板爆裂最主要的措施是限制一次澆筑混凝土的高度，最大高度不得超過模板限定高度且不超過9m。

［1］趙利民.鐵路工程建設安全生產(chǎn)事故預警與卡控研究［Z］.廣州：廣州鐵路（集團）公司，2012.

［2］李陸平，王吉連，田湖南.墩身混凝土側(cè)壓力理論計算與現(xiàn)場測試結(jié)果分析［J］.世界橋梁，2010（4）：47-50.

［3］魏建軍，周水興.泵送混凝土澆筑箱梁的模板側(cè)壓力試驗研究［J］.路基工程，2008（1）：89-91.

［4］薛琪.高性能混凝土模板側(cè)壓力分析［J］.鐵道建筑技術(shù)，2012（1）：61-64.

［5］呂國榮，高志堅.影響世界的100條管理定律［M］.北京：人民郵電出版社，2005.

［6］中華人民共和國鐵道部.TB10424—2010鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準［S］.北京：中國鐵道出版社，2011.

［7］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB50656—2011施工企業(yè)安全生產(chǎn)管理規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2012.

［8］李坤宅.建筑施工安全資料手冊［Z］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［9］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50666—2011混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［10］劉玉濤，黃堅，蔣金生，等.新澆混凝土對傾斜模板側(cè)壓力及支架受力分析［J］.施工技術(shù)，2012（6）：85-87.

［11］渠茂濤.客運專線耐久性混凝土橋墩模板實踐性分析研究［J］.鐵道標準設計，2009（4）：33-35.

［12］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50204—2015混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

AbstractFormwork breakup during piers construction may occur when lateral pressure of fresh concrete exceeds allowable bearing capacity of formwork，rod and bolts.Failure of formwork or connection results in collapse of entire formwork system and fresh concrete.T he primary cause of formwork breakup is that the height of once casting fresh concrete is higher than the allowable value，and the secondary causes are the defects of the structure and installation of formwork system.T hus，strength and stability shall be checked to avoid breakup，and specific construction plan shall be established.T he maximum height shall not exceed the limit height of the formwork system and be within 9 m.Inspection shall be performed as the formwork is delivered to the site.Installation shall be firm and reliable.

Prevention and Control of Formwork Breakup During Pier Shaft Construction of Railway Bridge

HE Niansheng
（Guangzhou Engineering Project Construction Headquarters of Guangzhou Railway（Group）Corporation，Guangzhou Guangdong 510440，China）

Railway engineering；Bridge construction；Formwork breakup；Prevention and control

U448.3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.11

1003-1995（2016）04-0041-04

（責任審編葛全紅）

2015-10-20；

2015-12-10

賀廿生（1963—），男，高級工程師。