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摘要：结合桥梁现浇箱梁少支架施工特点，基于事故树分析法对少支架施工过程中风险最大的坍塌事故进行系统分析，通过历来少支架坍塌事故数据的分析推断，研究因各方面原因导致事故发展过程，查找基本事件，利用风险矩阵法对基本事件可能性进行初步赋值，完成对事故的定性定量分析，针对分析的结果，提出控制和降低事故风险的安全技术和管理措施，建议推广标准化、系列化、通用化的装配式格构柱支架在桥梁现浇箱梁施工中的应用，从本质上提高桥梁少支架的施工安全。
关键词：少支架 ；坍塌；事故树；风险分析；控制
1 前言
桥梁现浇箱梁的施工支架多种多样，钢管支架有扣件式、碗扣式、门式脚手架等， 钢支架一般由型钢、贝雷梁等搭设，但近年来，因支架坍塌而造成人员伤亡的事故时有发生，在《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》中，模板工程及支撑体系因在施工过程中存在的、可能导致作业人员群死群伤或造成重大不良社会影响，被列入危险性较大的分部分项工程。
其中，少支架施工因受地基形势限制小，可用于跨路、跨河等线路以及墩高较高的现浇箱梁施工，且普遍认为安全性能高，被大为推广，但近年来，桥梁箱梁少支架施工事故却时有发生，损失惨重。
本文基于事故树分析法，采用演绎方法分析少支架坍塌事故的因果关系，从结果到原因找出与灾害事故有关的各种因素之间因果关系和逻辑关系，详细找出少支架系统各种固有的潜在的危险因素，并借助风险矩阵法对危险因素赋值，进行定性定量分析，为提高少支架的本质安全、制定安全技术措施和安全管理，建议推广标准化、系列化、通用化的装配式格构柱支架在桥梁现浇箱梁施工中的应用。
2 典型少支架坍塌事故案例简要分析
2.1 地基沉降导致坍塌
2007年9月10日，印度海得拉巴一座正在修建的立交桥部分桥体突然坍塌，造成30余人遇难。事故原因是，在57毫米雨量的暴雨中坍塌，支架的地基因基础处理不当发生沉降引起的少支架坍塌。
2.2 预压中结构失稳导致坍塌
2001年9月25日，某匝道桥模板支架在加载预压时，突然垮塌，造成6人死亡、20人受伤的重大事故，认定该事故属一起重大安全责任事故。经调查，事故原因是， 施工过程擅自改变施工方案，支架体系存在严重隐患，钢管立柱直接立在水泥砼路面上，柱基不坚实，产生了一定的竖向和水平位移，贝雷支架缺少斜向支撑，侧向约束薄弱，在堆荷过程的外力作用下，由于支撑体系的局部变形引发支撑体系整体失稳破坏，造成严重支架垮塌事故。
2.3 偶然外力冲击导致坍塌
2007年09月26日，越南南部横跨湄公河的支流后江一座正在建设中的大桥26日上午发生坍塌，造成至少52人死亡，另有100多人受伤。事故发生的原因是一座建筑塔吊突然倒下，砸落在一天前刚刚浇注的桥段上，引起三跨箱梁支架及已浇筑箱梁的连锁坍塌。
3 编制少支架坍塌事故树和分析
3.1 事故树分析法的概述
事故树分析法是安全系统工程的重要分析方法之一，它是从要分析的特定事故或故障开始（顶上事件），层层分析其发生原因，直到找出事故的基本原因，即事故树的底事件为止。
事故树分析法通过定性分析，确定少支架施工中存在的各种危险因素（底事件）对导致坍塌事故（顶上事件）发生影响的大小，从而掌握和制定预防控制要点；而通过定量分析，从数量上说明各种危险因素在事故树中的概念重要度，为实现少支架系统的最佳安全目标提供依据。
3.2 编制少支架坍塌事故树
调查和分析与顶上事件（T0：少支架坍塌）有关的人、机、物、法、环和管理各方面存在的危险因素，经过简化和提炼，从M1地基不均匀沉降、M7强度、刚度、或稳定性不足、M12不利荷载影响、M16管理不到位等四大方面逐层分析，建立的少支架坍塌的事故树如下图1：
3.4事故树定性和定量分析
对少支架坍塌事故进行定性定量分析，目的是分析支架坍塌发生规律及特点，找出控制事故的可行方案，并从事故树结构上分析各基本原因事件的重要程度，以便按轻重缓急分别采取对策。
3.4.1 计算事故树的最小割集
最小割集的定性分析对于少支架系统风险的确定有明确指导作用，最小割集数越多，导致顶事件发生的故障模式越多，相对而言，系统越危险。利用最小割集对事故进行定性或定量分析，为事故预防和安全管理工作提供客观的分析依据，为安全科学的发展提供了有力工具，从而避免造成人员伤亡和经济损失。
通过事故树分析软件的分析，得出此事故树的85个最小割集是： {X24}，{X25},{ X26},{ X27}，{ X28}, { X29}，{ X30}，{X12 X16 X18 X21},{ X12 X17 X18 X21},{ X12 X15 X19 X21},{ X12 X15 X20 X21},{ X12 X15 X18 X22},{ X12 X15 X18 X23},{ X31 X36 X37},{ X31 X36 X37},{ X31 X35 X38},{ X13 X16 X18 X21}，{ X14 X16 X18 X21}，{ X12 X16 X19 X21}，{ X12 X16 X20 X21}，{ X12 X16 X18 X22}，{ X12 X16 X18 X23}，{ X13 X17 X18 X21}，{ X14 X17 X18 X21}，{ X12 X17 X19 X21}，{ X12 X17 X20 X21}，{ X12 X17 X18 X22}，{ X12 X17 X18 X23}，{ X13 X15 X19 X21}，{ X14 X15 X18 X21},{ X14 X15 X19 X21}，{ X12 X15 X19 X22}，{ X12 X15 X19 X23}，{ X13 X15 X20 X23}，{ X14 X15 X20 X23}，{ X12 X15 X20 X22}，{ X12 X15 X20 X23}，{ X13 X15 X18 X22}，{ X14 X15 X18 X22}，{ X13 X15 X18 X23}，{ X14 X15 X18 X23}， { X32 X36 X38}，{ X33 X36 X38}，{ X33 X36 X38}，{ X34 X36 X38}，{ X31 X36 X38 }，{ X32 X35 X38}，{ X33 X35 X38}，{ X34 X35 X37}，{ X34 X35 X38},{ X5 X11},{ X8 X11}{ X4 X11},{ X6 X11}，{ X7 X11}，{X9,X10},{ X9 X11}，{ X13 X16 X19 X23}，{ X13 X16 X20 X23}，{ X13 X16 X18 X22 }，{ X13 X16 X18 X23 }，{ X14 X16 X19 X23}，{ X14 X16 X20 X23 }，{ X14 X16 X18 X22 }，{ X12 X16 X19 X22}，{ X12 X16 X19 X22}，{ X12 X16 X19 X23 }，{ X12 X16 X20 X22}，{ X12 X16 X19 X23}，{ X12 X16 X20 X22}，{ X12 X16 X20 X23}，{ X13 X17 X19 X23}，{ X13 X17 X20 X23}，{ X13 X17 X18 X22}，{ X13 X17 X18 X23}，{ X14 X17 X19 X23}，{ X14 X17 X20 X23}，{ X14 X17 X18 X22}，{ X14 X17 X18 X23}，{ X12 X17 X19 X22}，{ X12 X17 X19 X23}，{ X12 X17 X20 X22}，{ X12 X17 X20 X23}，{ X13 X15 X19 X22}，{ X13 X15 X19 X23}，{ X14 X15 X19 X23}。
通过事故树的分析，最小割集较多，因为每一个最小割集都是顶事件发生的可能渠道，由此可见，在少支架施工过程中，存在着较多的危险有害因素，这些危险有害因素，都是导致支架坍塌的直接原因。支架垮塌，通常都会造成重大人员伤亡。因此，必须严加防范，基本事件少的最小割集比基本事件多的最小割集容易导致事故的发生(假设各基本事件发生的概率相等)，为提高系统的可靠性和安全性，可对基本事件少的最小割集采取增加基本事件的措施，以降低事故发生的概率。
3.4.2 计算事故树的顶事件概率
事故树定量分析是在定性基础上进行的，定量分析主要求取顶上事件的发生概率。本文借用风险矩阵法中事故可能性等级标准，结合施工和管理经验，对导致少支架坍塌的各种危险因素（底事件）进行赋值；进而求取顶上事件的概率值。
本文建立的事故树中，中间事件：M1、M7、M16均采用与门，M12采用或门，在基本事件赋值根据经验不存在故障率、失误率估计得过高或过低等情况下，通过事故树分析软件的分析，计算顶上事件发生的概率是：0.41。
其值明显超过了少支架施工中所能接受的发生概率，更加警醒项目管理者对每一个环节和每一个基本原因事件都务必予以重视，采取改进措施，使事故概率下降，以达到避免少支架坍塌事故发生的目标。
3.4.3 计算事故树的结构重要度和概率重要度
结构重要度反映出事故树结构上基本事件的位置重要度，概率重要度反映基本事件概率的增减对顶上事件发生概率的敏感性。
结构重要度——不考虑基本事件自身的发生概率，或者说假定各基本事件的发生概率相等，仅从结构上分析各个基本事件对顶上事件发生所产生的影响程度。找出引起少支架坍塌事故的所有可能的危险模式，得出底事件依据结构重要度的排序，明确了影响系统可靠性的最薄弱环节，提出提高系统可靠度的建议。
结构重要度顺序为：I(23)>I(12)>I(15)=I(18)>I(16)>I(13)>I(22)=I(19)=I(20)>I(17)=I(14)=I(21)>I(9)=I(25)=I(34)=I(26)=I(28)=I(35)=I(37)=I(11)=I(10)=I(27)=I(29)=I(30)=I(36)=I(38)
事件名称是：贝雷梁无防倾或未加固>主要构件或紧固件不合>柱脚与埋件连接不牢=联系撑设置不足>对接偏心或焊接强度不>钢管壁厚及型材规格不>纵梁间距不符或未连成=节点板连接不规范=未与墩身刚性连接牢固>法兰盘螺栓紧固不牢=局部锈蚀、变形、焊缝=横梁与立柱偏心或未加>承载力未按规定检测=局部超载、偏心压载=安装单位无资质或人员=未对称浇筑产生偏载=突发滑坡、泥石流等地=未按照方案搭设或验收=出现异常应急不及时=无防止雨水渗入的防水=无排水设施=未控制浇筑速度侧向压=风雨雪荷载产生比例荷=车辆、船舶等外力冲击=未按方案预压及监控监=应急处置措施不当
概率重要度——基本事件发生概率变化引起顶上事件发生概率的变化程度，求出各基本事件的概率重要度系数后，就可知道众多基本事件中，减少哪个基本事件的发生概率就可有效地降低顶上事件的发生概率。
概率重要度顺序为：Ig(25)=Ig(26)=Ig(27)=Ig(28)=Ig(29)=Ig(30)>Ig(38)>Ig(11)>Ig(35)>Ig(31)>Ig(36)>Ig(37)>Ig(34)>Ig(9)>Ig(12)>Ig(33)=Ig(32)>Ig(13)>Ig(14)=Ig(14)>Ig(18)>Ig(23)>Ig(15)>Ig(16)=Ig(17)>Ig(19)>Ig(21)>Ig(20)>Ig(22)>Ig(1)=Ig(5)=Ig(6)=Ig(7)=Ig(8)=Ig(2)=Ig(10)=Ig(3)=Ig(4)=Ig(24)=Ig(5)=Ig(10)
事件名称是：局部超载、偏心压载=未对称浇筑产生偏载=未控制浇筑速度侧向压=突发滑坡、泥石流等地=风雨雪荷载产生比例荷=车辆、船舶等外力冲击>应急处置措施不当>无防止雨水渗入的防水>未按照方案搭设或验收>设计单位无资质或不符>未按方案预压及监控监>出现异常应急不及时>安装单位无资质或人员>承载力未按规定检测>主要构件或紧固件不合>材料无检测报告或复检=设计方案未复核或审批>钢管壁厚及型材规格不>局部锈蚀、变形、焊缝=局部锈蚀、变形、焊缝>联系撑设置不足>贝雷梁无防倾或未加固>柱脚与埋件连接不牢>对接偏心或焊接强度不=法兰盘螺栓紧固不牢>节点板连接不规范>横梁与立柱偏心或未加>未与墩身刚性连接牢固>纵梁间距不符或未连成>未按方案换填=坡脚未支档=放坡坡比不满足规范=放坡边线距超载界限不=承载力不满足设计要求=回填料不合格=无排水设施=未分层碾压=存在软弱下卧层=未按对称、分层、分级=坡脚未支档=无排水设施
4 预防和控制少支架坍塌事故的安全技术和管理措施
4.1 进场材料的验收
少支架系统应确保支架系统材料的材质满足设计要求，材料包括：钢管立柱和调节钢管立柱、工字钢（主横梁、纵梁）、槽钢（联系撑）、钢板（预埋件、节点板）、贝雷架、高强螺栓等。
项目部应做好材料规格、型号的归纳，材料进厂后，会同工程部、安质部等部门人员对材料进检验核对、材质证书、炉批号、数量、规格、重量、力学性能、技术条件、主要标志等是否符合要求：
（1）钢材质量证明书。质量证明书应符合设计的要求，进行抽样检验。
（2）钢材不得使用有锈蚀、变形、裂纹、氧化皮等缺陷的材料。
（3）连、接材料（焊条）、高强度螺栓、普通螺栓等均应具有出厂质量证明书，并符合设计要求。
（4）按照施工图要求和施工规范规定，对外形几何尺寸（如：钢管壁厚、直径等）进行检查验收，材料不符合计算书（设计）的规定，不得进场使用；或者要求设计单位按照选用的材料重新计算核定结构稳定性。。
4.2地基处理和防排水措施
4.2.1有关地基处理以及沉降和位移的控制与监测
（1）支架基础的承载力必须满足设计要求（其承载力特征值不小于150KPa，极限值不小于300KPa），注意下卧软弱层的严重危害。如果原始地基的承载力不能满足设计要求，则必须按照规范制定专项方案，进行换填和回填碾压处理，使之满足设计要求。
（2）回填碾压必须按照路基施工的技术规范进行分层填筑分层碾压，采取压路机碾压施工时注意控制粒径和分层厚度，否则采取强夯措施。
（3）回填地基的放坡点距离支架条形基础边沿不得小于5m，并保证设计要求的放坡坡比，以确保边坡稳定。
（4）条形基础周围回填夯实完毕，混凝土强度达到设计要求，基础不得落在部分开挖部分回填的地基上，避免出现不均匀沉降或变形。
（5）基础的不均匀沉降往往是造成支架失稳的关键因素，应特别注意在基础换填和处理时加强地基承载力的检测，做到基础轴线标志和标高基点准确、齐全，并在施工过程中重点监控地基的不均匀沉降。
图4-1 少支架扩大基础布置图
4.2.2做好地基的防水和排水工作
严禁雨水浸泡地基是确保地基承载力的先决条件，支架搭设前应在支架覆盖范围四周设置排水沟，并在支架覆盖范围内采取防止雨水渗入地基的防水措施。
4.3有关少支架搭设的控制措施
（1）钢管的对接和横向、斜向及底水平连接采用焊接，现场焊接工作量大，对操作工人的要求高，焊接质量不易把控。改进措施：焊工经过实操考试，并取得合格证后才可上岗，对焊缝的外观检查做好记录并按规定作焊缝检测；同时，施工工法可以改进，将钢管分段加工成不同的标准节段，根据高度进行组合拼装。
（2）钢管的对接和横向、斜向及底水平连接采用高强螺栓连接时，高强螺栓的形式、规格和技术要求必须符合设计要求和有关规定，高强螺栓必须经试验确定扭矩系数，符合规定时方准使用。高强螺栓安装时清除摩擦面上的铁屑、浮锈等污物，摩擦面上不允许存在钢材卷曲变形及凹陷等现象。安装时注意连接板是否紧密贴合，对因钢板厚度偏差或制作误差造成的接触面间隙，可采取加垫板，垫板厚度不小于3mm，最多不超过二层，垫板材质和摩擦面处理方法应与构件相同。
（3）钢管支墩应严格按照设计数量和位置布置，保证钢管的垂直度。支架钢柱脚采用地脚螺栓连接或加劲板焊接，安装前复查基础面标高，地脚螺栓中心偏差，安装前应注意地脚螺栓的保护，复验预埋件、水平度、预埋螺栓位置及露出长度等，超出允许偏差时，做好技术处理。支架的柱脚与扩大基础混凝土板上的预埋钢板采用加劲板焊接的方式连接，注意检验焊接质量。
（4）法兰的加工要求：各法兰的钻孔应采用镗孔工艺，螺栓孔定位准确，各法兰盘能互换通用。
（5）支架顶部和底部的节段间的纵横向联系撑设置，确保支架整体稳定。联系撑与立柱钢管桩应连接牢固，采用焊接方式和立柱钢管桩连接（加设连接板）。
（6）分配梁必须放在钢管支墩的中心位置并采用U型扣紧密连接。
（7）贝雷梁片螺栓连接处与钢管支墩中心位于同一垂直线上，贝雷梁之间应采用标准架每3m横向连接，必要时在贝雷梁底部采用角钢进行对角平联。
4.4有关少支架加载预压的控制措施
（1）预压前组织相关人员仔细检查支架的安装是否符合设计要求，一定要仔细检查支架各节是否连接牢固可靠，发现不合格部位，及时返工或返修处理。
（2）预压前同时做好观测记录，预压时各点预压重量均匀对称。加载时要注意加载的顺序和加载的速度，不要盲目的追求每一级荷载的加载速度、同一级荷载的加载速度、以及每跨之间压载的周转速度，以免对支架造成不利影响。
（3）加载时荷载分布：加载用的砂袋或钢筋应有序堆放、堆码整齐；同时，加载时应分级加载、且每级荷载的加载应一层一层逐层进行，避免局部一次性多层码砌致使其局部荷载偏大而对支架造成不利影响。每一级加载应模拟混凝土的浇注过程，加载到位的荷载应和箱梁结构物实体的荷载对应，避免偏载或者局部超载等情况发生。
（4）加载材料的选择
压载材料建议按照方案选用为砂袋和钢筋配合使用，这样更易保证按照设计分布图进行压载。同时，翼缘板部位按照荷载对应合理加载，避免加载不规范或者局部超载、偏心压载。
（5）雨雪天气时注意采取措施防止预压砂袋因雨水等外来因素影响带来的荷载变化对支架的影响。
（6）有关加载预压的整改要求预压前在每跨台墩之间的支架上及相应支架底部布设5组观测点，每组5个点，箱梁靠近墩边处设一组，1/4跨径及1/2跨径布设一组，每组有三个观测点，加载前、中、后都按照监控量测方案进行，及时对数据进行计算、分析、处理，超限时，及时上报并采取应急措施。
（7）在预压过程中做好沉降和位移观测和监控，在跨中选取若干点作为观测沉降的标准点，测量时选用足够的预测点，以保证测量数据的准确性，对每次观测的数据进行分析，根据数据分析合理的控制支架的整体结构稳定和下一跨同类型支架搭设。
图4-2 压载布置图
图4-2 箱梁堆载预压示意图
4.5 少支架施工安全管理措施
（1）设计阶段，从系统安全角度分析结构的可靠性，即结构应具有足够的强度、刚度和稳定性，分析支架的主要安全指标及确定其取证范围，建议推广标准化、系列化、通用化的装配式格构柱支架在桥梁现浇箱梁施工中的应用。
（2）组织编制少支架的专项施工方案并组织技术和安全交底，严格按照方案进行地基处理、少支架搭设、预压及监控量测等各项工作，每一个环节纳入工序管理，每进行一个环节进行专项检查验收后，方可进入下一环节，切实加强管理程序的落实，严格做到令行禁止。
（3）加强少支架施工全工程的安全监控管理，同时，加强对风雨雪等恶劣天气、滑坡等不良地质灾害的预防工作，以及跨既有线、河道、施工便道时外来车辆、船舶的防撞、疏通和警戒管理。
（4）做好管理人员和作业队技术交底会，进行事故案例教育，增强安全意识及自我保护的基本能力，提高员工安全意识和遵章守纪的自觉性，杜绝违章作业。
（5）做好现场各级管理人员工作职责分工和相互配合，特别是工程部、质检部、安全部作为监督部门应认真吃透施工技术方案、加强现场监督。各部门的职责分工、管理权限，既分工又配合的问题，做好全员管理、全过程管理，让各部门和作业队等各方参建人员，形成齐抓共管局面、形成人人会管的局面，是避免少支架坍塌事故发生的根本途径。
（6）加强对分包作业队新进人员和在岗人员的素质（身体素质和岗位素质），严格考核特种作业人员的实操能力，不合格者坚决不准许上岗。
5 结语
本文对桥梁少支架施工过程中存在高度风险的坍塌事故，进行了细致而深入的分析，采用FTA直观的图形演绎方法，建立少支架坍塌事故树的过程，有助于全面了解少支架系统组成及其事故发展过程，通过定性定量分析，找出了少支架系统的薄弱环节，有助于管理人员对其所发生的事故现象进行分析和评估，迅速找出导致系统失效的风险源，找出风险源所在的物理位置，提供控制方法，从而提高少支架管理人员的工作实效。同时，建议推广标准化、系列化、通用化的装配式格构柱支架在桥梁现浇箱梁施工中的应用，提高少支架的本质安全性。
参考文献
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[2]《公路工程施工安全技术规范》（JTJ076-95）.
[3]《铁路凝土梁支架法现浇施工技术规程》， TB.10110-2011,J1325-2011.
论文作者:张亮（注册安全工程师）
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/1
标签：支架论文; 事故论文; 事件论文; 预压论文; 概率论文; 发生论文; 螺栓论文; 《防护工程》2019年12期论文;