模板坍塌事故的预防及应急预案的编制.doc

模板坍塌事故的防止及应急预案的编制 
论文概要： 《建设工程安全生产管理条例》已于 2023 年 2 月 1 日开始实行，条例规定（第四十九条）：施工单位应当制定本单位生产安全事故应急救援预案 ..... ；本文从一起模板坍塌事故分析入手，阐述了扣件式钢管模板支撑体系坍塌事故发生的因素，以及防止措施，同时对模板坍塌事故应急预案的编制作了简要的分析。 
第一部分 案例技术分析 
模板坍塌事故是建筑施工中极易引发群体伤亡的危险源之一，特别随着城市现代化的发展，大层高的建筑越来越多，一些高度大于 4.5 米，且采用扣件式钢管模板支撑架的模板工程屡屡发生了坍塌事故，导致重大的人身伤亡和财产损失。 
2023 年某月，上海某正在浇筑砼的锅炉房工程屋面平台忽然发生坍塌事故，导致 11 人死亡、 2 人重伤、 1 人轻伤 , 直接经济损失达 257.5 万元。坍塌部位位于整个锅炉房北侧，平面尺寸约为 18m × 34.6m ，标高＋ 20.00m （＋ 21.00m ）。屋面为梁板结构， 18m 跨度主梁尺寸为 400mm × 1500mm ，重要次梁的尺寸为 250mm × 900mm ，板厚 120mm 。框架柱＋ 16.50m ～＋ 20.00 （＋ 21.00m ）范围与梁板一起浇筑。屋面排架支撑采用φ 48 × 3.5 的钢管搭设，传力至＋ 4.50m 的二层平台。 
排架搭设基本以主梁轴线为基准，距梁轴线 0.5m 左右两侧设立两根立杆，其余部分以间距不超过 1.8m 为原则平均分派立杆间距，立杆间距实际最大值为 1.7m 左右，水平杆的竖向间距为 1.8m 左右。立杆上下搭接大部分采用对接扣件，仅在接近屋面板模板部位，为了调整高度而采用两个旋转扣件作搭接。据勘查，水平杆在纵横方向每隔一个步距均缺设一根，排架支撑中没有设立连续的竖向和水平剪刀撑。在二层平台中有三个 4.0m × 8.6m × 1.5m 集料坑区域，立杆直接落于坑底。排架搭设没有设计计算文献及指导施工的书面技术文献。施工时，平台东端砼采用泵车送达后人工驳运，西端为直接布料。 
从标高＋ 20.00m （＋ 21.00m ）屋面结构平面布置图分析，得出排架支撑最大受载区域大体为 3.25 m 2 （ 2.5m × 1.3m ），其下部支撑立杆为 2 根φ 48 × 3.5 的钢管。下面按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（ JGJ130 － 2023 ）对架体进行力学分析： 
㈠荷载分析 
⑴结构静荷载 
主梁 0.4 × 1.5 × 1.3 ＝ 0.78m 3 
次梁 0.25 × 0.9 × 2.5 ＝ 0.563m 3 
楼板 ［（ 2.5 × 1.3 ）－（ 0.4 × 1.3 ）－（ 2.1 × 0.25 ）］× 0.12 ＝ 0.27m 3 
（ 0.78 ＋ 0.563 ＋ 0.27 ）× 25000 ＝ 40325N 
⑵木模板荷载 
3.25 × 300 ＝ 975N 
⑶施工活荷载 
3.25 × 1000 ＝ 3250N 
1.2 ［⑴＋⑵］＋ 1.4 ⑶＝ 54110N 
传递至单根立杆的荷载为 27055N 
㈡稳定分析 
用钢管、扣件作排架的支撑设计必须进行具体的受力分析和计算，是施工安全管理中的强制性规定，这对于本案例支撑高度大于 4.5 米的高支撑架尤为重要。而模板支撑的实际搭设解决与理论计算假定是否相近又是极其重要的计算依据。由于采用扣件互相连接，各个节点都存在一系列的可变因素，如偏心、位移、紧固扭矩局限性等，这些因素均影响到计算中杆件长细比的拟定。长细比的难以拟定直接影响杆件的稳定分析。因此，实际工程中的计算模式的假定必须严格按最有助于安全的角度出发。 
由于轴心受压杆件的长细比按规范规定应限制在λ＝ 150 之内，也就是当考虑钢管的计算长度 L0 ≤ 2370mm 时，才干符合规范规定。若要满足此规定，就必须在计算杆件两端形成良好的铰接状态（如安装水平剪刀撑，形成水平刚度较强的状态）。本案例支撑水平杆步距虽规定为 1800mm ，但实际水平杆“在纵横方向每隔一个步距均缺设一根”，因此按 2 步高作为“良好的铰接状态”进行验算，则λ＝ 3600 ／ 15.78 ＝ 228 ，此时的φ＝ 0.146 。 
稳定验算：σ＝ N ／（φ× A ）＝ 378.8Mpa 
以上分析不难看出事故的技术因素重要是： 
⒈本案例屋面设计标高较大，离地面达 21m ，与二层平台（标高＋ 4.50m ）间距达 16.5m 。因此，支撑竖向高度较大，采用φ 48 × 3.5 钢管作竖向立杆，水平间距 1.0m~1.7m 明显过大，水平杆上下间距 1.8m ，没有设立连续的竖向和水平剪刀撑，导致支撑系统整体性极差，即没有形成可靠的空间受力结构。 
⒉在未计入施工中泵送砼直接对模板支撑的冲击力时，支撑立杆受力已达 27kN 以上。假设钢管立杆的计算长度为 3600mm ，则钢管稳定验算中的计算应力已达 378.8Mpa ，此值已大大超过 Q235 钢的设计强度值 205Mpa 和屈服强度值 235Mpa 。因此支撑立杆已不稳定，发生坍塌事故已是必然。 
在我国，扣件式钢管模板支撑架是建筑施工中常用的支模方式，但由于缺少相相应的设计计算专业标准，使现有的设计计算存在着不拟定、不安全的因素，特别是对于支撑高度大于 4.5m 的梁板模板支撑架，更是由于安全技术和事故预案的不完善，导致模板坍塌事故屡屡发生。加上施工现场缺少必要的紧急救援系统，无法在坍塌事故发生后及时施救，以至于导致大量的人员伤亡，为防止模板坍塌事故的发生，保证扣件式钢管模板支撑架的使用安全和施工人员安全，有必要对同类事故的防止措施和应急预案进行分析及探讨。 
第二部分 扣件式钢管模板支撑架坍塌事故的防止措施 
㈠保证架体稳定的构造措施 
关于扣件式钢管模板支撑架的设计计算，仅在近期颁布实行的《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（ JGJ130 － 2023 ）中 5 · 6 条作了一些计算规定，但规定是借鉴了国外近似“几何不可变杆系结构”力学模型的计算方法，由于我国现行相关标准对常用的扣件式钢管模板支撑架的构造规定没有国外标准那样严格，加上扣件钢管的安装质量受人为因素的影响较大，使得按传统习惯搭没的扣件式钢管模板支撑架不易达成“几何不可变杆系结构”的力学规定，因此 , 若按现行规范设计计算支撑架，还必须通过构造手段来提高架体的整体刚度，以保证架体的使用安全。 
⑴设立纵横向扫地杆和粱下纵横向水平杆。 
由于根据有关实验，如不设立这二项杆件，立杆的极限承载能力将下降 11.1 ％。设立时应注意：纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于 200mm 处的立杆上。横向扫地杆应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。 
为保证立杆的整体稳定，还必须在安装立杆的同时设立纵、横向水平杆。 
⑵支撑架的步距以 0.9~1.5m 为宜，且最大不能超 1.8m 。 
由于支撑架步距的大小与立杆的极限承载力之间存在近似反比的线性关系，当施工荷载较大时，适当缩小纵横向水平杆的步距，以减小立杆的长细比，则可充足发挥钢管的强度，使其更为经济合理。根据测算 , 杆件的计算长度增大一倍则其极限承载力将减少 50 ％ ~70 ％。 
⑶模板支撑架立杆应优先使用对接接长的方式。 
立杆接长的方式有对接和搭接两种，根据有关测试，对接的最大承载力是搭接的 3 倍多。 
值得注意的是当顶部立杆使用搭接接长时，由于模板上的荷载是直接作用在支撑架顶层横杆上，并通过扣件与钢管间的摩擦力将力传到立杆上的，又由于扣件所能传递的力较小，且有一定的偏心，致使支撑架整体受力性能较差。此时搭接接长的构造规定是：扣件间距应大于 800mm ，且每根立杆的允许荷载以小于 12 kN 为宜。 
在搭设支撑架时还应注意，立杆和水平杆的接长位置应做到相邻杆错开，且不在同一步跨内。 
⑷立杆的间距不得超过支撑设计规定，且间距的实际取值不应超过 1m 。 
立杆底部支承结构必须具有支承上层荷载的能力。当用楼板作支承结构时 , 由于模板支承立杆所承受的施工荷载往往大于楼板的设计荷载，因此要以计算拟定保持两层或多层立杆。为合理传递荷载，立杆底部应设立木垫板，并且使上下层立杆处在同一垂直线上。 
⑸合理设立剪刀撑。 
剪刀撑有助于提高架体的整体稳定，特别是支撑高度大于 4.5m 的支撑架，合理设立剪刀撑能有效防止泵送砼对模板支撑的冲击所导致的架体整体失稳，根据相关实验表白，合理设立剪刀撑的支撑体系其极限承载能力可提高 17 ％，因此 , 满堂的模板支承架应沿架体四周外立面满设竖向剪刀撑，竖向剪刀撑均由底至顶连续设立。支撑架较高时，或者高寛比≥ 6 时 , 为提高架体的整体刚度，在架体顶部、底部设扫地杆处、以及中部每隔 4~6m 处必须设立满堂水平剪刀撑，剪刀撑必须与立杆相连接。 
⑹严格控制支撑架的变形 , 保证架体的稳定性。 
除架体承载引起架体变形外 , 尚有地基的不均匀沉降导致立杆受力不均发生局部失稳 , 模板下部的支撑梁变形过大 , 也会引起支撑架的变形。 
当特殊结构施工或支撑荷载较大时 , 支撑架要尽也许通过已具有一定强度的相邻构件（墙、柱等）实行卸载 , 并尽量与建筑物实现可靠连接。 
㈡保证架体安全的管理措施 
⑴模板支撑工程必须做到先设计后施工。设计内容应涉及： 
a. 支撑系统强度计算 
计算时应考虑①模板及支撑重量 
②砼及钢筋自重 
③施工人员和设备荷载 
④砼倾倒和振捣产生的荷载 
⑤风荷载 
并按荷载的最不利状态和组合计算。 
还必须以单扣件抗滑力小于 8.5 kN 、 双扣件抗滑力小于 12 kN, 对扣件连接点进行验算。 
b. 支承模板支撑系统的楼、地面等的强度计算。 
c. 支撑材料的选用、规格尺寸、接头方法、水平杆步距和剪刀撑设立等构造措施。 
d. 绘制支撑布置图、细部构造大样图。 
e. 砼浇筑方法及程序、模板支撑的安装拆除顺序以及其他安全技术措施。 
f. 支撑系统安装验收方法和标准。 
⑵将模板支撑工程施工列入危险作业管理范围。在签发“砼浇筑令”前 , 除对模板体系验收外 , 还必须对支撑体系实行整体验收 , 且技术设计人员必须参与验收。 
⑶精心设计砼浇筑方案 , 保证模板支撑均衡受载 , 并优先考虑从中部开始向四周扩展的浇筑方法。在砼浇筑过程中 , 应派专业技术人员观测模板、支撑系统的应力、变形情况 , 发现异常应立即停工排险。 
第三部分 扣件式钢管模板支撑架坍塌事故的应急预案 
1 、扣件式钢管模板支撑架坍塌重点防范部位一般涉及： 
①支撑高度大于 4.5m 或者高寛比≥ 6 的支撑架 
②社会影响较大工程。如市区中心、居民密集区、重大公共设施项目等。 
③特殊结构工程。如大跨度、大截面框架梁、大截面悬挑梁板、大跨度大面积浇筑的梁板结构等。 
④作业环境恶劣、施工人员集中、施救困难的工程。 
2 、扣件式钢管模板支撑架坍塌事故预案编制的基本内容和规定 
⑴预案的基本内容 
①重点防范部位概况 
a. 重点防范部位所处的区域位置、周边环境、施工通道。 
b. 重点防范部位作业性质、作业人数、使用工具、作业方法等。 
②重点防范部位施工顺序 
具体列出每项作业操作程序以及所涉及的工种。 
③重点防范部位施工过程中的隐患 
a. 施工过程中每一行为也许导致的不良后果 , 以及也许引发的事故类型。 
b. 事故也许波及的范围。 
④控制措施及负责人 
针对隐患进行安全分析 , 制定出相应的控制措施以保证作业安全。为保证控制措施的贯彻 , 还须明确相应的负责人。 
⑤施救措施 
a. 针对不同的施工行为、人员数量和事发类型、部位 , 制定出相应的施救方法。 
b. 对事发后也许出现的各种情况制定出防止事态扩大的措施。 
c. 针对事故发生的不同阶段也许出现的各种情况制定出防止事态恶化的措施。 
d. 拟定施救和疏散人员、物资的办法和路线，以及紧急联络与通讯的方法。 
e. 施救过程中应注意的事项。 
⑵预案的基本规定 
①要有针对性和实用性。 
要针对不同的工程特点、不同的施工方法、不同的施工机具、不同的作业性质和不同的施工环境。预案要贯穿施工全过程，力求细致全面、具体。措施要简朴易行，具有较强的操作性和实用性。 
②拟定最不利状态，进行科学的计算和分析。 
在广泛调研的基础上，拟定重点防范部位，以假设的最不利状态对模板支撑架进行强度计算和稳定性分析。并对也许出现的事故危害作出科学的评价，为施救措施的制订提供准确的依据。 
③绘制预案实行网络图。 
根据假设的事故情况 , 拟定所采用的防止手段 , 并以此绘制出预案实行网络图 , 以便操作和实行。预案制订后要进行审核 , 合格后才干投入应用。 
④应随施工情况的变化而及时修订。 
预案经审定投入应用后若施工情况发生变化 , 要及时进行修订 , 以适应新情况下的安全需要。 
第四部分 施工现场应急救援体系的建立 
由于模板支撑架坍塌发生后，施工人员常发生因异物吸入导致呼吸功能衰竭而死亡，本文案例 11 个死亡人员中因异物吸入致死的 8 人 , 占 73 ％。从中可知事故发生后不能有效施救是导致惨案的又一因素 , 因此紧急救援系统的建立是减小伤亡的有效措施。模板支撑架坍塌事故紧急救援系统应涉及 : 
㈠紧急设施 
⑴事故报警系统 
事故发生时 , 现场用于救助的报警装置。事故报警系统必须与工地的办公区、值班室、门卫等重要岗位相连。 
⑵支撑应力监测及自动预警系统 
用于自动监控模板支撑承载后的应力、变形 , 一旦应力、变形超过警戒值就予报警。 
⑶紧急救援工具
重要是用于清除坍塌物的起重和切割机具。如千斤顶、起重葫芦、吊索具和金属切割机等。 
⑷应急照明
用于事故现场紧急停电时以及救援时的照明。 
⑸紧急医疗工具 
用于紧急医疗救护的基本器材 , 如急救药箱、担架等。 
㈡紧急联络与通讯 
发生事故需要外部救援时，除起动工地报警系统外，应拨打 119 报警和医疗救护 120 。同时按预案规定的通讯方法向有关部门联络。 
㈢紧急撤离方法 
一旦事故发生，作业人员应立即停止作业，在采用必要的应急措施后，撤离危险区域。撤离时以人员安全为主，不要急于抢救财物，并针对现场具体情况有序地向安全区域撤离。 
㈣紧急工作组 
紧急工作组的组成目的是对工地内也许发生的重大险情作出响应。其工作宗旨是减少人员伤亡，并关注财产损失和环境污染。紧急工作组成员必须通过紧急医疗救护和事故预案等紧急救援知识的培训，并能纯熟掌握和运用。紧急工作组应经常组织培训和演习。 
紧急工作组的组成和职责： 
⑴救援组：重要负责人员和物质的抢救、疏散，排除险情及排除救援障碍。 
⑵事故解决组：按事故预案使用各种安全可靠的手段，迅速控制事故的发展。并针对现场具体情况，向救援组提供相应的救援方法和必要的施救工具及条件。 
⑶联络组：负责事故报警和上报，以及现场救援联络、后勤供应，接应外部专业救援单位施救。指挥、清点、联络各类人员。 
⑷警戒组：重要负责安全警戒任务，维护事故现场秩序，劝退或撤离现场围观人员，严禁外人闯入现场保护区。 
㈤紧急救援的一般原则 
以保证人员的安全为第一，另一方面是控制材料的损失。紧急救援最关键是速度，由于大多数坍塌死亡者是窒息死亡，因此，救援时间就是生命。此外要培养施工人员对的的处险意识，凡发现险情要立刻使用事故报警系统进行通报，紧急救援响应者必须是紧急工作组成员，其它人员应当撤离至安全区域，并服从紧急工作组成员的指挥。 
㈥急救知识与技术 
鉴于模板支撑架坍塌事故所导致的伤害重要是机械性窒息引起呼吸功能衰竭和颅脑损伤所致中枢神经系统功能衰竭 , 因此紧急工作组成员必须纯熟掌握止血包扎、骨折固定、伤员搬运及心肺复苏等急救知识与技术。 
坍塌是建筑施工“四大伤害”之一，而模板支撑工程又是坍塌事故多发的重要危险源之一，为此建设部发布了《关于防止建筑施工模板倒塌事故的告知》，并规定作为施工安全专项治理的重要内容。本文针对上海地区模板支撑工程的设计、构造和管理以及事故预案作了一点分析和规定，以求模板支撑工程施工的安全技术更趋完善。