摘要：本文结合范和港项目部0号块现场施工经验，针对高墩支架施工中坍塌事故频发的情况，通过荷载分析，各类工况分析计算，模型计算，稳定性验算等，用事故树定性分析坍塌事故的发生原因，从设计上保证高墩支架在各种条件下工作过程中的安全，并从设计、现场施工控制及人员管理三方面提出相应的管理思路。
关键词：高墩；事故树；管理
近些年，我局在大跨度桥梁建设中取得很多骄人的成绩，同时也积累了许多施工安全技术管理经验。在大跨度桥梁施工过程中，主塔、0号块主梁的施工是最主要的施工工序之一，也是危险因素最多的施工工序之一。在0号块主梁施工中，支架施工是其中的控制工序，标准高，在高空作业，施工安全至关重要。现就范和港大桥主墩0号块支架施工，浅谈下高墩支架施工安全技术管理思路。
1 工程概况
范和港大桥跨越景色优美的范和港湾，连接巽寮旅游度假区和稔平半岛，桥梁全长2071米，大桥按双向四车道高速公路标准设计，桥面宽度26.9米。主桥采用跨径300米的双塔单索面预应力混凝土箱梁斜拉桥，全长604米。墩身为圆端型空心墩，引桥上部为预应力混凝土连续箱梁结构。主墩0号块梁段长8.9米，重约1110吨。0-1号块梁段和0-1’号块梁段均长6.65米，重约400吨。
范和港大桥0号块梁段施工支架采用16根Φ609×16钢管作为钢立柱，钢立柱上设置6根2I32B 型钢作主横梁、4根2HN600×200 型钢和2根HN600×200型钢作为分配梁，其上搭设贝雷及脚手管架支撑挂篮主梁、模板及梁段。模板与贝雷之间的脚手管架结构由施工单位自行布置，模板厚度按86mm考虑。主桥墩身上埋设2层共8个附墙结构连接钢立柱，钢立柱柱脚通过埋件固接在承台上。斜撑以及平联采用Φ426×6 钢管和[]25b型钢。支架结构图见图1。
图1 0号块Φ609钢管支架图
图2 0号块Φ609钢管支架图
支架施工的主要流程：
（1）承台浇筑时安装柱脚预埋件。
（2）承台上钢立柱与承台预埋件连接，钢立柱按现场吊装能力确定分节用法兰连接。
（3）安装平联、斜撑、主横梁、分配梁等支架上部结构。
（4）安装挂篮主梁及贝雷、脚手管等结构。
（5）对称浇筑0号块梁段。
（6）对称浇筑0-1号块梁段、0-1’号块梁段以及主塔。
（7）拆除贝雷、脚手管等上部支架结构。
2 支架设计验算
2.1 荷载分析
（1）施工荷载：2.0KN/m2；
（2）模板荷载：2.0KN/m2；
（3）挂篮结构自重按160吨考虑。挂篮主梁单根为21墩；
（4）支架结构自重；
（5）使用脚手架，按0.46KN/m2的荷载考虑；
（6）砼重量：砼按26KN/m3考虑；主塔0号块砼方量426.8m3；主塔0-1及0-1’号块砼方量 153.6 m3；
（7）风荷载：最大工作风速：v=20m/s；
（8）温度荷载：按温差10℃考虑。
2.2 恒载、活载
（1）恒载：
支架结构自重；
模板载荷：2.0KN/m2；
砼自重：砼按26KN/m3考虑；
主塔0号块砼：1110吨（根据桥梁结构，0号块砼重量一部分由主墩支撑，另外部分由支架支撑和墩顶孔洞模板支架支撑）；
主塔 0-1及0-1’号块砼均重：399.4吨（均由施工支架支撑）。
（2）活载：
施工荷载：2.0KN/m2
风载荷：采用最大工作风速：v=20m/s
设计基准风压：
KN/m2
管型构件风荷载标准值：
ƒwh=k0k1k3Wd=0.75×1.2×1.0×0.89×d =0.797d
非管型构件风载标准值：
贝雷：ƒwh=k0k1k3Wd=0.75×1.8×0.9×0.89×h =1.08h
模板：ƒwh=k0k1k3Wd=0.75×1.3×1.0×0.89×h =0.88h
各构件风荷载标准值如下：
φ609：ƒ=0.797×0.609=0.49KN/m
φ426×6：ƒ=0.797×0.426 = 0.341KN/m
[]25b：ƒ=0.797×0.25 = 0.21KN/m
2I32b：ƒ=0.797×0.32 = 0.28KN/m
贝雷风荷载（不包括模板）：
ƒ=1.08×1.5×0.2 = 0.324 KN/m，
模板风荷载平均值（侧向）：
0.89×2.875 = 2.56KN/m（作用于贝雷）
温度荷载：按温差10℃考虑
2.3 工况分析
0号块施工支架施工期间及砼浇筑期间，无台风，工况中不考虑抗台风影响。
（1）工况一：
支架搭设完成，单侧挂篮主梁、脚手管架、贝雷及模板安装完成，砼未浇筑，最大工作风横桥向作用。
载荷组合：0.9（1.2 恒载+1.4 活载）
（2）工况二：
支架搭设完成，两侧挂篮主梁、脚手管架、贝雷及模板均安装完成，砼未浇筑，最大工作风横桥向作用。
载荷组合：0.9（1.2 恒载+1.4 活载）
（3）工况三：
支架搭设完成，挂篮主梁、脚手管架、贝雷及模板安装完成，0号、0-1号（或0-1’号）砼浇筑完成，最大工作风横桥向作用。
载荷组合：0.9（1.2 恒载+1.4 活载）
（4）工况四：
支架搭设完成，挂篮主梁、脚手管架、贝雷及模板安装完成，0号、0-1号及0-1’号砼全部浇筑完成，最大工作风横桥向作用。
载荷组合：0.9（1.2 恒载+1.4 活载）
（5）工况五：
0号、0-1号及0-1’号砼浇筑完成达到强度后，脚手管架、贝雷等支架上部结构拆除，单侧挂篮组装完成，最大工作风横桥向作用。
载荷组合：0.9（1.2 恒载+1.4 活载）
（6）工况六：
0号、0-1号及0-1’号砼浇筑完成达到强度后，脚手管架、贝雷等支架上部结构拆除，两侧挂篮全部组装完成，最大工作风横桥向作用。
载荷组合：0.9（1.2 恒载+1.4 活载）
2.4 模型计算
采用ANSYS11.0 建模分析，全部单元用Beam188 模拟，整体模型如下图3：
图3 计算模型
通过ANSYS11.0软件计算，各个工况最大应力分别如下：
表1 各工况最大应力表
从以上六种工况计算结果来看，均满足要求。但是，从墩身以及支架受力以及施工安全性方面来说，建议0号块以及0-1、0-1’号浇注时，应对称浇注。尽量避免不对称浇注或者避免不对称浇注程度。
2.5 钢立柱φ609×16 稳定性验算
钢立柱最大轴应力 46.4MPa，最大弯应力72Mpa，A = 29807mm2，i 
= 0.21m；
计算长度l0=μl=10m；则λ =10.0 0.21 = 48；属于b类截面
查表得：φ=0.865
则：
钢立柱的稳定性满足要求。
2.6 斜撑稳定性验算
（1）φ426×6 斜撑1 钢管稳定性验算
按工况五进行计算，斜撑 1 最大轴应力60Mpa，最大弯应力67Mpa，A = 7917mm2，i 
= 0.149m；
计算长度l0=μl=10.388m；则λ=10.388/0.149 = 69.7；属于b类截面
查表得：φ=0.751
则：
稳定性满足要求。
（2）φ426×6 斜撑2 钢管稳定性验算
按工况四进行计算，最大轴应力45.5MPa，最大弯应力20.7Mpa，A =7917mm2，i 
=0.149m；
计算长度l0=μl=7.895m；则λ= 7.895/0.149=54；属于b类截面
查表得：φ=0.838
则：
稳定性满足要求。
（3）斜撑[]25b 稳定性验算
按工况四进行计算，最大轴应力29.1MPa，最大弯应力13.9Mpa，A=7980mm2，i = 
= 0.069m；
计算长度 l0=μl= 9.763m；则λ=4.5 /0.069=65
属于 b 类截面
查表得：φ=0.78
则：
稳定性满足要求。
从上述计算结果可以看出，在设计上此0号块支架系统是符合规范要求的。
3 支架坍塌事故树分析
在支架施工中危害程度最高，发生频率最高的是支架坍塌事故，以下用安全系统工程的重要分析方法，事故树分析法来进行事故的原因分析，并提出相应的预控措施。
图4 支架坍塌事故树分析图
从以上事故树分析中，可以看出导致支架坍塌发生的基本事件大都是独立存在的，即单一不安全因素就可能导致事故。因此各个方面均需严格控制，现建议采取以下相应的预控措施：
（1）设计部分的风险控制
可以说，任何一起模板支架坍塌事故都有其技术原因和相关施工管理人员的技术安全工作责任。设计部分属于施工前期的规划组织，以项目总工为首的技术控制人员应当把主要精力放在掌管好工程施工的技术安全和努力推动技术进步的工作上，并且应当有职有权，确保达到各项工作要求，不以经济效益换取施工质量和安全。该事故树中所列出的设计失误均源于安全系数考虑过低，故在考虑成本与进度的同时，必须使安全性能达到最优化。
（2）现场施工控制
现场施工控制体现的则是一个施工企业的管理水平。再完善的技术和方案、措施，如果没有强有力的施工管理，不被认真执行，或者可以随意改变，也是难以起到它应有的保障作用。而技术管理又是施工管理的重要组成部分。在支架坍塌的事故提前控制中以下几个问题尤其需要引起重视：
1.支撑面变形大。立柱支撑面为防止变形应进行加固处理，以使承载力达到要求；地基为主墩承台，沉降可能性低，但考虑到雨水等气候条件影响，建议定期进行观测；立柱通过预埋件固定在承台上，必须保证预埋件的合格安设。
2.材料破损。在施工中应加强材料的维护保养工作，防止腐蚀，考虑到检查支架的高空危险性，重点还是检查进场材料的合格性，包括钢管、螺栓的生产许可证、质量合格检测证明和厂家标志；要求钢管壁厚偏差不得低于标准值；其力学性能应进行抽样送检；对达不到设计要求、弯曲变形、严重腐蚀的严禁使用。
3.搭设出错。搭设必须由具备相应资质的专业施工队伍承担，搭设人员必须持特种作业上岗证。作业前由项目部对操作班组人员就施工技术专项方案、搭设构造要求、技术参数和安全质量注意事项等进行书面和口头技术交底。安排专业测量员对支撑立柱位置进行测量定位，确保立柱的位置和间距正确；同时支撑系统搭设过程中对构造设置、立柱接头位置、横向连接位置等进行跟踪检查和记录，对立柱垂直度采取经纬仪检测，对法兰盘连接螺栓拧紧程度进行检查，发现不符合要求，立即责令整改。
支架正式投入使用前需按110%荷载进行分级预压，堆载采用砂袋和钢筋，布置形式模拟箱梁砼。
为了保证支架的搭设水平，支架在预压前应对关键部位焊缝进行检测，方式可采取外观检测、超声波探伤或磁粉探伤。检测应结合现场条件采取适当的方式，确保操作安全。检测范围包括柱脚焊缝、横联焊缝、附墙焊缝、桩头焊缝、主梁及分配梁对接焊缝、横联对接焊缝等。
实际施工过程中，技术员必须按照规范和设计要求对整个支架和模板系统进行检查，检查内容包括型钢型号、尺寸、公差、原材料抽检资料、焊缝、连接、螺栓、标高等。支架和模板分别在安装完成即开展验收，验收重点是杆件型号、尺寸、标高、焊缝等。初次验收发现的问题等到整改后才能复检，全部合格后方可进入下道工序。验收按照规范和设计要求制定专业表格，由项目部生产、技术和安全人员参与，并签字存档。
4.荷载过大。混凝土浇筑过程中，模板面的堆载超过设计的施工荷载，混凝土泵送产生的水平冲击力引起的诱发荷载。混凝土浇筑路径不当产生反力放大效应引起的等效荷载。严禁将泵管固定在支撑系统上，避免混凝土泵的振动作用破坏支撑系统的整体稳定性；混凝土的浇筑方向尽可能对称，以确保受荷均衡，对高大跨的大梁混凝土采取水平分层浇筑，使其力均衡；指派专业人员对模板支撑系统立杆支撑面的变形情况进行监测，以确保浇注安全。另外，局部作业面严禁堆放过多的设备、材料等，防止荷载的局部堆积过多。
5.拆模出错。若拆模过早、拆模不按规定顺序进行，在支撑系统拆除过程中导致混凝土结构受荷与结构设计不吻合，未按操作规程拆模等。此时必须加强安全技术交底，进行跟踪检查并指导拆除施工，拆模前应对混凝土强度进行检测。当混凝土强度达到设计强度值的100％后，方可拆除支撑系统，支撑系统拆除顺序按结构受荷情况符合结构设计要求。待混凝土自然养护后，混凝土试块由监理工程师见证送检，检测结果强度均大于设计强度值，由项目部向监理工程师申请，经监理工程师批准后方可按规定顺序拆除。拆除过程要严格按照方案的拆除顺序进行，严禁随意拆除承重系统。
（3）人员管理
除了以上事故树研究的事故发生的直接因素外，我们还应该注意现场人员的管理问题。
1.控制好每道工序。每道工序均做到：工前有安全交底，有岗前培训，工中有安检人员跟班作业，工后有安检人员的检查评定，从而牢牢地控制住工序作业进程以保证整个施工安全。
2.成立专门安全领导小组。小组成员必须负责以下工作：定期组织安全大检查，召开安全会议。建立安全生产制度，传达安全检查情况，并注重对职工的安全教育，开展多种形式的群众性安全活动，实行安全生产分区责任制和检查监督制度，健全安全生产管理体系。
3.深化安全教育，强化安全意识。根据“木桶定律”，一桶水的盛水量取决于桶壁上最短的那块木板，也就是说决定现场安全管理水平的高低，不是能力最强的人，而是能力最弱的人，所以应该将一线工人作为安全教育的重点。所有施工人员上岗前必须进行安全教育和技术培训，牢记“安全第一”的宗旨，加强各级作业人员的安全意识，使安全意识深入到每个作业人员的心中，从而将“我要安全”的理念，变成“我能安全”的实践。
4.制定安全作业规章制度。在施工中做到各项工作有章可循，主要包括以下内容：高空作业安全制度；起重作业安全制度；车辆运输运行安全作业制度；用电安全须知；各种机械的操作规则及注意事项。
5.特殊工种（主要为架子搭设人员、起重作业人员）安全技术要求：
①特种作业人员必须持证上岗，并熟悉支架施工相关技术要求。
②相关工种作业人员必须正确穿戴防护用品。
③各工种必须严格遵守并执行相关操作规程。
6.创造良好的安全氛围。现场提倡目视化管理，也就是是通过看得见、摸得着的实物，把理论上的安全及教育上的安全都变成了有形的、直观的，一眼望去就能时刻提示大家注意的安全事项及安全规则等，将课堂式的安全教育搬到现场，将理论灌输式安全教育变成自觉的安全行为规范，让工人在执行安全行为规范时，一看就懂、一学就会、一用就灵。主要通过在醒目位置增加安全警示牌，安全温馨提示语，企业安全管理口号、每日天气预报、每日安全注意事项，重要工序操作规程等，大型起重吊装须用醒目警示带设立安全警戒区域。
7.应急救援知识的普及。考虑到支架坍塌事故的危害程度极高，要求现场所有作业人员必须熟知并掌握应急救援知识。在每次的技术交底和安全教育中都应反复强调应急举措，并应定期进行现场的应急演练，主要强调的是紧急医疗处理，事故现场保护和防止事故的蔓延扩大。
（4）实施效果
通过系统化的分析剖解之后，现场控制到位，主要体现在以下几点：
1.通过技术交底，现场管理人员对各道工序掌控，现场实施严格按照设计要求进行，极大的增加了该系统的安全系数，该系统后期效果明显。
2.支架系统在浇筑完成后，经过对各部位检查，结构未出现任何异常。
3.支架系统在预压过程中及浇筑过程中、浇筑完成后，根据测量沉降观测报告实时监测弹性变量范围在 1mm~8mm，满足规范要求。
4 结束语
范和港大桥项目部0号块、0-1、0-1’施工采用高墩支架施工，作为其中的控制工序，在高标准、高风险，施工安全风险极大的情况下，并且作为危险因素最多的施工工序之一，从开始到结束未出现任何技术安全问题，在建设单位、设计单位、监理单位中得到了一致好评。总的来说，支架系统作为关键施工点，为后续0号块施工提供了安全保障。根据本项目实际情况，在设计合理，安全系数保障的情况下高墩支架为0号块施工的首要选择。
参考文献：
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论文作者:李洋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/29
标签：支架论文; 荷载论文; 工况论文; 作业论文; 立柱论文; 挂篮论文; 大工论文; 《基层建设》2019年第16期论文;