李振齐
济宁市市政工程处桥梁管理所 山东济宁 272067
近年来桥梁坍塌事故屡有发生，事故原因等等不一，有设计原因，有施工原因，有超载原因，也有自然灾害原因，本文主要阐述本人亲身经历的一起由于支架失稳造成的在建桥梁坍塌事故的原因和处理措施，供各位同行参考，最大限度的避免类似事故的发生。
一、桥梁工程概况
北湖连通桥位于济宁市南阳湖与北湖之间的南二环一级公路，桥梁结构为37跨连续拱桥，中孔跨净跨径为35.2米，中孔两侧净跨径32.2米，然后从中孔对称的向两侧依次等差减小，每孔跨径减小1.0米，两侧最小孔净跨径15.2米，桥台耳墙长度9.4米，桥梁总长度1009.0米。桥梁中间三孔为通航孔。
桥梁拱圈采用钢筋混凝土板拱，全桥拱圈均为半圆拱，净矢跨比1/2。孔两侧拱圈在中央绿化带处断开（为双幅桥），每幅宽度17.8米。
拱圈厚度：净跨径30.2 -35.2米，厚度1.1米；净跨径27.2 -29.2米，厚度1.0米;净跨径23.2 -26.2米，厚度0.8米；净跨径20.2 -22.2米，厚度0.6米；净跨径20.2 -22.2米，厚度0.6米；净跨径15.2 -19.2米，厚度0.5米；
二、支架形式
本工程采用满堂式脚手架结构，他是一个空间框架结构，所有杆件通过碗扣联结，钢管的直径为φ48.25mm，壁厚3.5mm。由立杆、小横杆、大横杆、剪刀撑组成。支架的搭设方案拱板厚度1.1m的先后在立杆间距、横杆步距的数据上采取了三个不同方案，第一方案是立杆纵向0.6m、横向0.9m，横杆步距1.2m；第二方案为第一方案的加固方案，立杆间距不变的情况下（立杆纵向0.6m、横向0.9m）将横杆步距调整为0.6m；第三方案为第二方案的优化方案，立杆间距纵向0.6m、横向0.6m，横杆步距调为1.2m。经过荷载分析计算，在拱圈厚度为1.1m的跨径拱支架搭设按照60×90cm的间距、横杆步距按照60cm高搭设，拱圈厚度为0.8m～1.0m的按照60×90cm的间距、横杆步距按照120cm高搭设，剪刀撑按照2.4m/2.7m的间距搭设（顺桥向按2.4m，横桥向按2.7m），拱圈厚度为0.5m～0.6m的按照90×90cm的间距、横杆步距按照120cm高搭设。剪刀撑按照2.7m/2.7m的间距搭设（顺桥向按2.4m，横桥向按2.7m），剪刀撑搭设时上通到顶、下通到底，同时底部用水平杆连成一个整体。
三、支架坍塌事故的发生：
2010年12月3日晚6时正在浇筑北侧第20﹟孔拱板时，突然发生支架坍塌，正在浇筑混凝土的13名工人纷纷随塌落的支架和模板坠落，部分工人被塌落的支架、模板和混凝土掩埋，拱板混凝土共计1024 立方米，当时浇筑了大约900立方米，事故造成了2人死亡11人受伤，直接经济损失上百万元。第20﹟孔跨径32.2米，支架高度18米，为所有拱圈跨径第二大的（19﹟孔最大35.2米），事故发生前已浇筑完成了9个拱圈，浇筑完的拱圈最大跨径为21﹟孔31.2米，拱板厚度也是1.1米。事故发生后当地政府非常重视立即组织救援，到次日凌晨两点最后一名失踪人员才在坍塌的混凝土中找到，已经死亡。
四、事故发生的原因分析：
事故发生后市安监局会同有关部门立即成立了事故调查组，根据事故处理“四不放过”的原则，调查组聘请了设计、监理、施工等方面的桥梁专家，对事故原因进行分析。由于现场同类支架当时已搭设还未浇筑的有十几孔，查找原因就比较直观。造成坍塌的原因专家的一致意见是支架失稳，而造成支架失稳的原因经过专家现场勘查、查找支架评审的相关资料、复核计算，主要有以下几个方面：1、方案评审的程序不合规范：支架的专家评审会应在支架搭设前进行，本项目支架的专家评审会召开时部分支架已搭设完成。
2、施工单位对方案评审专家的意见执行力不够：施工单位未能严格按照专家方案评审的意见执行，仅把方案评审作为一个必须走的程序。
3、支架承受垂直荷载的能力达不到要求：坍塌支架立杆采用60×90cm的间距，横杆采用1.2m的步距。根据天津市市政工程局主编的《道路桥梁工程施工手册》当支架高度在10m以下时，横杆步距为1.2m时，按每根立杆设计荷载为30kN，并不计支撑架自重。如果支架高在10m以上，横杆步距仍为1.2m时，每根立杆设计荷载减为2.7t，同时加支撑自重1.6kN/㎡。通过计算机分析单杆最大荷载为30kN已经超过了每根立杆设计荷载27kN。就碗扣支架立杆的设计荷载问题本人专门向山东高速路桥集团的总工程师进行咨询，一般情况下经验取值在20-25kN。
4、支架承受水平荷载的能力达不到稳定性要求：半圆形拱圈支架由于跨度较大（31.2米），高度较高（18米），因此支架本身在浇筑时不仅受到垂直荷载还要受到很大的水平荷载，由于碗扣支架本身抗水平荷载的能力较差，在支架搭设时横杆存在弯弯曲曲的现象，不在一条直线上，更降低了支架的稳定性。必须增设纵横向的长十字撑，以便使支架受到的水平力相互抵消，达到稳定性要求。
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5、支架的地基处理达不到要求:坍塌的支架包括事故发生前搭设的其他支架仅仅做了灰土处理（表面撒小石子），没有做混凝土基层。存在地基不均匀沉降的可能性，会造成部分立杆不受力而相邻杆件受力过大，影响支架稳定。
6、支架搭设不规范：具体表现为顶托、底托过长；支架底部没有设置扫地杆；剪刀撑没有到顶到底，剪刀撑没有全部与立杆连接；剪刀撑或十支撑的长杆件（6米一节）连接不牢；木支架和钢支架结合部位不牢固；部分杆件有弯曲不合格；支架底部的木板宽窄不一，高低不等，木板与地基存在虚空现象等等问题。
7、坍塌支架搭设完没有预压：半圆拱圈很难进行加载预压，可采取单独预压钢支架的折中办法，能够检验承受垂直荷载，同时消除一部分非弹性变形。水平荷载可用计算机有限元程序Midas进行分析。该施工单位仅实验性的进行了个别支架的预压，坍塌的20﹟孔没有进行预压。
8、混凝土浇筑的速度过快：混凝土的浇筑应该按浇筑方案均匀、对称的进行。事后调查发现浇筑速度比预定方案快了近10立方米∕小时。
9、混凝土浇筑时支架观测不到位：事故发生时正值工人交接班，整个支架在瞬间坍塌，观察人员紧靠简单的工具难以发现事故隐患。
总之事故的发生由于安全意识淡薄、重视程度不够、施工经验不足、技术力量欠缺、项目管理混乱造成的，是一起完全可以避免发生的事故。
五、事故处理：
1、停工整顿，查找原因：事故发生后，当地政府及工程参建单位一方面进行伤员的救治及善后处理；一方面全面停工，查找事故原因及事故隐患。
2、追究相关责任人的责任：此次事故按照事故的等级划分属于一般事故（指造成3人以下死亡，或者10人以下重伤，或者1000万元以下直接经济损失的事故）。项目相关责任人根据责任大小分别给予了相应的处理，项目总监和项目经理进行了更换。
3、整改措施：
⑴ 安全管理方面:加强对施工企业的管理力度，规范企业的技术管理、现场管理、用工管理，严格三级安全教育，对工人进行现场危险危害因素和紧急救援、逃生知识的安全教育；加强对监理单位的管理工作，监理人员必须持证上岗，充实安全技术专业监理人员，对施工过程中的每个环节，特别是技术性强、工艺复杂、危险性较大的项目一定要监理到位。
⑵ 安全技术措施：
重新编制支架专项施工方案:
对已经搭设完的部分支架采取加固措施，其中1.1米厚的拱圈支架的一个主要措施就是在支架不用拆除、立杆间距（纵向0.6米、横向0.9米）不变的情况下将横杆1.2米的步距增加横杆变为0.6米的步距，单个立杆承载能力提高了33％，另外增加纵横向的长十支撑，纵向长水平杆通到拱圈两侧，以便使浇筑拱圈产生的水平力相互抵消，同时严格支架搭设的施工验收程序，保证搭设质量。经过专家评审，加固方案满足施工要求。这种加固方案的优点是避免了拆除重搭，节省了时间和大量资金，缺点是0.6米的步距搭设支架的工人操作困难。
尚未搭设或仅少量搭设的采用新的支架方案，即1.1米厚的拱圈支架纵横立杆间距由0.6×0.9米改为0.6×0.6米，横杆步距仍为1.2米，其余部分同上。为慎重起见，该方案由中交第二公路勘察设计研究院建模验算，支架受力分析均采用有限元程序Midas进行，主要分为静力计算与稳定性分析两项。建模时，立杆、横杆、剪刀撑均按梁单元模拟，木支架按虚拟梁单元进行等效，拱圈混凝土的刚度按0.01倍进行折减后的实体单元进行模拟（即拱圈混凝土自身基本不受力）。计算结果显示，靠近拱顶的水平杆为轴力最大杆件，同时此处支架的变形量最大，水平杆承受轴力的同时承受弯矩作用，其受力较为不利。若局部加强此区域的平杆将能在付出较小代价的前提下增加支架的安全度。经过受力和稳定性验算后认为方案基本满足要求并给出了建议：处理地基时应做到压实均匀、基层混凝土厚度一致、条形垫木刚度一致；搭设钢管支架时应首先剔除外观不合格的钢管、同一道立杆或平杆均应保持直线以避免偏心、适当增加剪刀撑与支架平杆间的连接数量；支撑模板的木支架应具备一定的整体性且在顺桥向应设置平杆以加强横向联系。
浇筑混凝土时对支架杆件的实际受力监测：为切实保证施工安全，在浇筑拱圈时在杆件上贴上应力感应片对杆件的实际受力进行监控。同时严格控制浇筑混凝土的速度，保证均匀对称的浇筑。
通过对这起事故的调查分析、事故处理及采取相应的管理和技术措施，后续64个拱圈的施工质量安全有了保证，工程整体于2013年7月竣工通车。事故的教训是惨痛的，我们在今后的工作中应吸取这次事故教训，举一反三，重视安全工作，加强施工管理、规范建设程序、科学严谨的组织工程建设，避免类似事故的发生，保证生命和财产安全。
作者简介：李振齐（1972.11--）；性别：男，籍贯：山东济宁人，学历：本科，毕业于同济大学；现有职称：高级工程师；研究方向：桥梁工程管理。
论文作者:李振齐
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/2
标签：支架论文; 拱圈论文; 横杆论文; 事故论文; 荷载论文; 方案论文; 间距论文; 《防护工程》2018年第18期论文;