论碗扣式钢管支架倒塌成因及预控措施

宋林轩

摘 要：本文笔者根据多年的施工工作经验，主要对桥梁施工中碗扣式钢管支架倒塌的原因进行了分析，并针对问题，提出了相应的解决措施和建议。

关键词：碗扣式支架；原因分析；解决措施

1 碗扣式支架

目前，桥梁施工支撑较为常用的是 WDJ 碗扣式支架，该支架具有以下优点 ：1）在竖杆间距不变的情况下，可以通过改变横杆的层高来改变竖杆的承载力；2）通过选用不同长度的横杆可以调整竖杆的间距；3）竖杆的承载力大；4）通过可调底托可以调整横杆各层的标高，通过可调顶托可以调整支架顶部的标高。 此外，碗扣式支架还具有施工方便、施工方法相对简便、货源广泛、费用较低的优点，常用于旱地场合及城市桥梁的施工中。

由于这种支撑系统计算较为复杂，在工程中大都按照经验进行搭设，从而忽视了计算或者计算仅局限于经验和平面验算。 近年来在桥梁施工中由于地基沉降、支架失稳等原因引发的支架倒塌事故时有发生，给国家和人民的生命财产造成巨大的损失，所以如何在桥梁施工中防止支架倒塌事故的发生是施工企业应该高度重视的问题。

2 支架倒塌原因分析

根据历年来的工程事故、资料统计分析，引起支架倒塌的原因主要包括以下几个方面：

1）材料问题。按 GB 700-1989《碳素结构钢》要求，钢管应选择Ф48×3.5 的焊接普碳钢管或Ф48×2.5 的低合金钢管，但目前市场上的钢管质量参差不齐，许多生产厂家生产的普碳钢管壁厚为3.0～3.3 mm，有的甚至不足3 mm，而一些施工单位对材料进场缺乏管控，对不合格材料的进场不闻不问。此外，钢管材料本身性能存在问题，如材料锈蚀或磨损严重；钢管局部弯曲或开裂；钢管的管端经多次气割或电焊割，端面严重不平整。 这些因素都直接影响支架的强度、稳定性。

扣件来源杂乱，质量不均，主要表现为：有价格很低的劣质扣件进入施工现场； 旧扣件的螺栓有滑丝，但仍勉强使用。

如2002 年 2 月 8 日 ，四川省自贡市某大桥施工发生的支架倒塌事故，分析其倒塌原因时其中 1 条为钢管材料不合格，事后经检测有 47 %的钢管壁厚不足3.5 mm，最薄仅 2 mm。

2）缺少必要的强度、稳定性计算。 在桥梁施工中，支架的搭设往往依据经验进行，缺乏在不同环境、不同现场条件下的搭设考虑，更是缺少在各种施工荷载下的受力分析，强度、稳定性验算。 有些施工单位尽管也对支架的强度和稳定性进行了一些验算，但由于该支撑系统的杆件和节点数量大、计算复杂，也没有系统、准确的计算模型和计算方法可以借鉴，多数只是按照经验进行一些简单的计算，计算过程粗糙，没有起到实际的技术指导作用。

3）管理问题。 施工现场管理混乱，操作人员随意性大，有的未经培训就上岗操作，未严格按设计要求安装和拆除支撑或者安装质量不合格；技术管理混乱，支架设计及方案未按程序审批，没有准确的验算，搭设方案具有很大的随意性。如2000 年 11 月 27 日发生在深圳盐坝高速高架桥引桥的支架倒塌事故中，倒塌原因中就有横向剪刀撑没有设置、纵向剪刀撑设置不够，造成支架整体稳定性不够的问题。

4）没有针对性的加载预压。对支架没有设计加载预压方案，或者有方案但对操作程序没有严格规定，也没有检查验收；在加载过程中没有专人指挥，盲目进行加载，结果造成重心偏移，支撑体系整体失稳引发倒塌。如 2004 年12 月 13 日广清高速公路增槎路高架桥支架倒塌事故中就有未按规定进行加载预压的原因。

5）地基处理不当。 桥梁支架倒塌事故中有相当一部分是由于地基沉降、坍塌等原因引起的，此外，还有一些天气因素的原因，如雨季、冬春季的冻融等，由于局部支撑的沉降倾斜，致使该处承载力不足而引起整个支架的倒塌。 如 2007 年 6 月 13 日广州珠江黄埔大桥引桥支架倒塌原因之一就是由于地基处理不到位，雨水浸泡导致基础软化引起倒塌。

6）混凝土的浇筑方式、浇筑顺序。 混凝土浇筑未按设计给定的浇筑顺序或未按施工技术规范要求的浇筑方式和浇筑顺序进行，造成加载不均衡、不对称，致使整体支架受力不均衡，最终导致支架失稳而发生倒塌。如1996 年 12 月 20 日发生在韶关坪乳公路白桥坑大桥的支架倒塌事故，其原因之一就是浇筑方法错误。

3 防止支架倒塌的对策

3. 1 理论计算及注意事项

在过去的很长时期内，支架的搭设大都是依据经验进行，基本不进行设计计算，即使进行计算也是一些简单的计算，缺少设计计算依据，对具体施工没有实际的指导意义，施工中的随意性较大，使支架的安全性得不到科学的保证。 随着施工技术的发展以及近几年来工程事故不断出现，迫切需要建立起科学、系统、实用的支架计算方法，为施工人员提供依据和参考资料。

理论计算的注意事项如下：

1）根据工程实际情况并结合气候 、环境等因素 ，研究支架在各种施工荷载下的受力情况及稳定性验算。根据支架的结构构造和实际受力情况，利用现行结构规范的习惯设计程序、相关公式和计算资料进行计算。

2）充分考虑工程实体的形式、宽度、高度等设计和施工要求，确定支架应采用的适宜形式和尺寸。根据荷载具体使用条件，可采用缩小立杆间距、下部使用双立杆等措施。

3. 2 搭设要求

3. 2. 1 地基处理原则

地基发生整体或局部沉降是支架倒塌的重要原因。 支架搭设前一定要进行地基处理，确保地基具有良好的承载力。 一般情况下，地基均可满足支架的荷载要求（3 t/m2），只要将基础碾压平整即可。 对于地基均匀、防水的要求，一般多采用换填砂石、灰土、二灰材料或混凝土基础的方法，换填后碾压平整。同时应充分考虑到雨季支架施工地基应有可靠的排水措施，汛期时基础四周设排水沟，防止雨水浸泡地基，引起支架的不均匀沉降。

3. 2. 2 支架搭设

1）碗扣式支架及其配件应按施工顺序安装，立杆最大长度限制为6.5 m，每根钢管质量控制在 25 kg 以内，立柱底部要铺设 5 cm 厚的垫板以扩散压力。

2）支架立柱按规定要求设双向斜撑和剪力撑。 在基础上墨线交叉点处摆放底座，将立杆插于底座上，当相邻立杆地基高差＜ 0.6 m 时，可直接用立杆可调座调整立杆高度，使立杆碗扣接头处于同一水平面内；当相邻立杆地基高差＞ 0.6 m 时，先调整立杆节间距，使同一层碗扣接头高差< 0.6 m，再用立杆可调座调整高度，使其处于同一水平面内。

3）在安装完最下 2 层水平杆后，首先检查并调整水平框架的方向和纵向直顺度，其次应检查水平杆的水平度，通过调整立杆使水平杆的水平偏差小于 L/400（L为水平杆长度），同时逐个检查立杆底脚，并确保所有立杆没有出现悬空和松动现象。 当底层支架符合搭设要求后，检查所有碗扣接头并锁紧，在搭设过程中随时检查上述内容，及时调整。

4）在安装立杆时应及时设置扫地横杆 ，将所装立杆连成一个整体，以保证立杆的整体稳定性。扫地横杆的安装方法与水平杆相同。

5）支架搭设时应严格控制立杆垂直度和水平杆水平度，整架垂直度偏差不得＞h/500（h 为立杆高度），水平杆水平度偏差＜ L1/400（L1为水平杆长度），纵向直线度应＜L2/200（L2为水平杆总长）。

6）支架设专用螺旋千斤顶托，顶托逐个顶紧，使所有立杆均匀受力。 顶托的外悬长度不应＜50 mm，且不宜大于自身长度的1/2。

7）碗扣式支架及其配件拆除时应按施工设计规定的程序进行，拆除要由上到下、由小到大、横向和纵向对称均衡卸落。

8）为保证支架的整体稳定性，在顺桥方向设置剪力撑，必要时在横桥向也需设置。剪力撑与地面夹角为45～60 °，其斜杆除两端用旋转扣件与支架立杆扣紧外，还应分别与其他相交立杆扣紧。 剪力撑应按要求设置，不得随意拆去，如因搭设需要需暂时拆去时，应控制根数并随时装上。

9）支架与已成型的建筑结构之间的连接构造要设计周到、牢固。

4 结语

支架搭设虽然只是桥梁施工中的一个暂时环节，但也是不可缺少的组成部分，直接关系到桥梁的质量、施工人员的安全和企业的经济效益。如何保证支架施工安全，归根到底在于人的重视程度，只要施工人员时刻把国家和人民的生命财产安全放在第一位，在思想上高度重视，施工时除了运用经验之外 ，还要进行准确的支撑设计、选择合理的搭设方案，同时，具体操作人员严格按设计方案和相关规范进行搭设和拆除，就一定能够避免事故的发生。

参考文献：

[1] 杜荣军. 建筑施工脚手架实用手册[M]. 北京 ：中国建筑工业出版社，1994：205-209.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。