裝配式混凝土建筑施工全過程安全管理解析＊

文/中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司 李 浩 馬文文 董潤萍 戴承良

0 引言

2018年1月22日，北京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)發(fā)布《2018年建筑施工安全生產(chǎn)和綠色施工管理工作要點(diǎn)》（京建發(fā)〔2018〕22號(hào)），提出研究制定裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)工程施工安全管理辦法，明確裝配式建筑安全管控要點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的存放、吊裝、安裝及高空作業(yè)安全防護(hù)等重要環(huán)節(jié)加強(qiáng)安全管理。

如何全過程解決安全隱患，是推進(jìn)裝配式建筑進(jìn)程中無法回避的重要課題。根據(jù)多個(gè)工程裝配式施工管理經(jīng)驗(yàn)，基于人員、設(shè)備等基本管理，對(duì)裝配式混凝土施工全過程的設(shè)計(jì)、制作、運(yùn)輸和吊裝安裝4方面的安全管控點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)管控措施提出建議。

1 設(shè)計(jì)階段安全管控點(diǎn)

不同于傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工過程，在裝配式混凝土建筑工程施工全過程中，設(shè)計(jì)對(duì)裝配式施工過程安全有至關(guān)重要的影響，預(yù)制構(gòu)件相關(guān)性能計(jì)算與校核、深化設(shè)計(jì)（包括水、暖、電、精裝、生產(chǎn)工藝、施工工藝等多項(xiàng)預(yù)留預(yù)埋）等均為可避免施工過程安全隱患的管控點(diǎn)。

在裝配式混凝土建筑施工過程中，安全管理的核心是預(yù)制構(gòu)件。設(shè)計(jì)階段，應(yīng)對(duì)預(yù)埋件、支撐體系、構(gòu)件承載力等進(jìn)行計(jì)算校核，具體包括在構(gòu)件運(yùn)輸、安裝階段，設(shè)計(jì)單位應(yīng)對(duì)相關(guān)預(yù)埋件進(jìn)行復(fù)核和確認(rèn)，包括構(gòu)件吊點(diǎn)設(shè)置、臨時(shí)支撐支點(diǎn)設(shè)置、塔式起重機(jī)和施工機(jī)械附墻預(yù)埋件、腳手架拉結(jié)點(diǎn)設(shè)置等，均需進(jìn)行布置方案計(jì)算和規(guī)格選擇計(jì)算。

1.1 預(yù)制墻體支撐體系支點(diǎn)設(shè)計(jì)

預(yù)制構(gòu)件安裝過程中，在施工臨時(shí)載荷作用下，需進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件支撐系統(tǒng)和臨時(shí)固定裝置的承載力驗(yàn)算（見圖1）。通過計(jì)算確定臨時(shí)固定斜支撐在預(yù)制墻板、疊合板上的連接件預(yù)埋位置；建立獨(dú)立支撐受力模型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)。

1.2 疊合板構(gòu)件吊點(diǎn)計(jì)算校核

疊合板在吊裝過程中的受力情況不同于疊合板在實(shí)際結(jié)構(gòu)使用中的受力情況。在吊裝過程中，疊合板應(yīng)設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，板的四邊此時(shí)就變成懸臂自由端，因此4個(gè)吊點(diǎn)就變成吊裝過程中的最不利位置?？紤]板的尺寸、吊鉤到板面的距離及吊索與鉛垂方向的傾斜角度，通過計(jì)算確定疊合板的吊點(diǎn)位置；并驗(yàn)算吊裝過程中疊合板在自重影響下是否在安全范圍內(nèi)操作。

1.3 連接件、預(yù)埋件承載力計(jì)算

連接件、預(yù)埋件是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中不可或缺的一部分。構(gòu)件在后期受力過程中，連接件、預(yù)埋件就成為構(gòu)件之間傳力的必要對(duì)象。因此，在設(shè)計(jì)過程中，要考慮連接件、預(yù)埋件在后期實(shí)際使用過程中的受力情況，并進(jìn)行承載力計(jì)算，確保始終在安全范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)和使用。

此后至今，國企改革動(dòng)作頻頻，成效初顯。特別是備受關(guān)注的央企，公司制改革已全面完成，混合所有制改革正分層分類推進(jìn)，基于法人治理結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代企業(yè)制度正不斷完善。今年有48家央企上榜世界500強(qiáng)。

除此之外，預(yù)制構(gòu)件在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)進(jìn)行脫模、吊裝及疊合式受彎構(gòu)件二階段受力等一系列校核與計(jì)算，以減少安全隱患，保證裝配式混凝土建筑工程全過程安全。

2 制作階段安全管控點(diǎn)

在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段，對(duì)于不同制作、堆放工藝有不同的安全管控重點(diǎn)，總結(jié)有以下2方面。

2.1 脫模、堆放過程的構(gòu)件相關(guān)驗(yàn)算

脫模工況下的吊裝節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算是吊裝預(yù)埋件設(shè)計(jì)時(shí)一個(gè)重要的施工階段驗(yàn)算數(shù)據(jù)。此階段，構(gòu)件混凝土強(qiáng)度只達(dá)到75%，另附加有模具的吸附力、吊裝設(shè)備的動(dòng)荷載等，是較危險(xiǎn)的工況之一。因此，為保證預(yù)制構(gòu)件在脫模過程不產(chǎn)生破壞，保證預(yù)制構(gòu)件完整性，需進(jìn)行脫模過程驗(yàn)算，以保證預(yù)制構(gòu)件表面美觀和整體安全性。

預(yù)制構(gòu)件在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行堆放應(yīng)提前制定預(yù)制構(gòu)件堆放方案，其中內(nèi)容應(yīng)包括：運(yùn)輸次序、堆放場(chǎng)地、運(yùn)輸路線、固定要求、堆放支墊及成品保護(hù)措施等。對(duì)于超高、超寬、形狀特殊的大型預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸和堆放應(yīng)有專門的安全保證措施。構(gòu)件的疊放層數(shù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，無設(shè)計(jì)要求時(shí)應(yīng)經(jīng)過技術(shù)部門計(jì)算并經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn)，防止構(gòu)件堆放超限產(chǎn)生安全隱患。

構(gòu)件堆放過程，應(yīng)依據(jù)各單位、各項(xiàng)目不同的工藝、工器具進(jìn)行單獨(dú)核算。以中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展公司的預(yù)制墻體專用堆放架體為例（見圖2），在項(xiàng)目使用前，需根據(jù)項(xiàng)目構(gòu)件、場(chǎng)地等實(shí)際情況，對(duì)堆放架體的桿件強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算與校核，預(yù)留安全系數(shù)，保證堆放過程安全。

圖1 預(yù)制墻體支撐體系

圖2 預(yù)制外墻板插放架

2.2 對(duì)于不同的構(gòu)件生產(chǎn)工藝應(yīng)對(duì)其生產(chǎn)過程進(jìn)行安全管理

在構(gòu)件生產(chǎn)過程中，對(duì)應(yīng)各個(gè)工藝流程進(jìn)行相應(yīng)的安全管理，杜絕安全隱患。如在混凝土澆筑前，必須進(jìn)行隱蔽性檢查工作，對(duì)線盒、埋件的定位進(jìn)行精準(zhǔn)核算，以防在安裝施工過程中由于預(yù)留偏差導(dǎo)致安裝不順、工人私自進(jìn)行剔鑿等，留下安全隱患。

3 運(yùn)輸階段安全管控點(diǎn)

構(gòu)件運(yùn)輸過程采用專用運(yùn)輸架體及固定措施，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算校核。

構(gòu)件運(yùn)輸前應(yīng)根據(jù)構(gòu)件尺寸、重量、數(shù)量、道路、場(chǎng)地情況等合理選用運(yùn)輸車輛和運(yùn)輸路線。運(yùn)輸陽臺(tái)板等異形構(gòu)件時(shí)應(yīng)采取防止構(gòu)件損壞的措施，運(yùn)輸車上應(yīng)設(shè)有經(jīng)驗(yàn)算校核的專用架體，并有可靠的穩(wěn)定構(gòu)件措施。以運(yùn)輸預(yù)制墻體為例，在運(yùn)輸前根據(jù)實(shí)際運(yùn)輸?shù)臉?gòu)件，對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行全面檢查，對(duì)運(yùn)輸架體的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性及捆綁構(gòu)件安全繩索強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，并檢驗(yàn)繩索的緊固程度，以保證構(gòu)件在運(yùn)輸過程中的安全（見圖3）。

運(yùn)輸車輛行駛過程中應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸構(gòu)件情況及路況合理控制車速，通過彎道時(shí)緩慢行駛，防止構(gòu)件偏移而引起車輛失控。

4 吊裝與安裝階段安全管控點(diǎn)

裝配式混凝土建筑施工全過程安全管理風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別內(nèi)容包括預(yù)制構(gòu)件吊裝與安裝。對(duì)于這一過程中存在的安全隱患問題應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)安全管控：吊鉤、平衡梁與吊索的計(jì)算；支撐體系的計(jì)算；鋁模板的選擇與計(jì)算及外防護(hù)架體的計(jì)算。

4.1 構(gòu)件吊裝過程安全管理

預(yù)制構(gòu)件吊運(yùn)應(yīng)根據(jù)構(gòu)件特征、重量、形狀等選擇合適的吊裝方式和配套工具。豎向構(gòu)件起吊點(diǎn)不應(yīng)少于2個(gè)，預(yù)制樓板起吊點(diǎn)不應(yīng)少于4個(gè)。構(gòu)件吊運(yùn)過程中應(yīng)保持平衡、穩(wěn)定，吊具受力均衡。因此，應(yīng)對(duì)吊鉤強(qiáng)度、鋼絞線強(qiáng)度、平衡梁強(qiáng)度和變形及構(gòu)件預(yù)埋吊鉤強(qiáng)度等進(jìn)行計(jì)算，以保證吊裝過程安全。以平衡梁為例，在荷載確定后，需對(duì)平衡梁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核。

根據(jù)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.6條規(guī)定，吊裝鋼梁的壓彎強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性分別用式（1）、式（2）進(jìn)行計(jì)算：

鋼梁的壓彎強(qiáng)度：

鋼梁整體穩(wěn)定性：

式中，An為吊裝鋼梁組合截面面積；Wnx，Wny為截面抵抗矩；γx，γy為系數(shù)；Mx、My為所計(jì)算構(gòu)件范圍內(nèi)對(duì)強(qiáng)軸、弱軸的最大彎矩；βmx、βty為等效彎矩系數(shù)；φx為對(duì)強(qiáng)軸軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；W1x為對(duì)x軸的毛截面慣性矩；W1y為在My作用下，對(duì)較大受壓纖維的毛截面模量；N′Ex為參數(shù)，根據(jù)換算長細(xì)比確定。

4.2 構(gòu)件安裝過程安全管理

構(gòu)件安裝過程需要支撐體系作為最重要的一層安全保障，而支撐體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，以極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)采用兩端鉸接桿件的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性驗(yàn)算。采用三腳架穩(wěn)固支撐時(shí)，需進(jìn)行支撐體系的抗傾覆驗(yàn)算。支撐拆除時(shí)，應(yīng)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查確認(rèn)，在項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人同意后方可拆除，拆除前混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，拆除的支撐構(gòu)配件應(yīng)及時(shí)分類，存放在指定位置。

豎向構(gòu)件采用斜支撐，水平構(gòu)件采用獨(dú)立支撐（見圖4，5）。以獨(dú)立支撐為例，應(yīng)驗(yàn)算獨(dú)立支撐的抗壓、抗彎承載力，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立支撐的選取和數(shù)量的選取。在已知獨(dú)立支撐承受的最大豎向荷載條件下，分別對(duì)支撐進(jìn)行受壓穩(wěn)定性、鋼管壁受壓強(qiáng)度、插銷受剪承載力的計(jì)算，計(jì)算公式如下。

圖3 預(yù)制墻板運(yùn)輸

圖4 斜支撐安裝

圖5 獨(dú)立支撐安裝

式中，φ為系數(shù)；A為鋼支柱截面面積；f為抗壓強(qiáng)度；Ac為去除螺紋鋼管截面面積；fv為抗剪強(qiáng)度。

4.3 模板使用安全管理

裝配式混凝土建筑在施工過程中，也同樣需要各種各樣的模板。鋁模板作為主要應(yīng)用對(duì)象，比傳統(tǒng)木模板更能夠發(fā)揮其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。由于預(yù)制外墻板的布置導(dǎo)致部分節(jié)點(diǎn)處無法形成封閉空間，因此預(yù)制混凝土保溫裝飾一體化模板（PCF板）就應(yīng)用到此處以代替模板的作用，并且待混凝土澆筑完畢后無需拆除，可作為建筑的外部圍護(hù)，有保溫和裝飾作用（見圖6）。PCF板實(shí)際計(jì)算內(nèi)容包括：PCF脫模起吊計(jì)算、PCF翻身在拉彎狀態(tài)下計(jì)算、PCF吊裝吊鉤計(jì)算、PCF與內(nèi)側(cè)鋼模連接計(jì)算等。鋁模板的計(jì)算內(nèi)容如下。

式中，γc為混凝土的重力密度；V為混凝土的澆筑速度；t0為新澆筑混凝土的初凝時(shí)間：t0=200/(T+15)=5h（T為混凝土的溫度，取25℃）；β1為外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1.2；β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)，坍落度小于30mm時(shí)，取0.85；50～90mm時(shí)，取1.0；110～150mm時(shí)，取1.15；H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處新澆筑混凝土頂面的高度。

4.4 外防護(hù)架體安全管理

安全防護(hù)體系是整個(gè)施工階段的重要組成部分，防護(hù)架的承載力應(yīng)按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算（見圖7）。防護(hù)架中的受彎構(gòu)件應(yīng)驗(yàn)算變形。待最上層墻體安裝完畢后，下隔一層的外架方可拆除，整體吊運(yùn)至最上層已安裝好的預(yù)制墻體上。

5 結(jié)語

施工過程是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)階段安全管控的集中反映，前期的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)是否合理，是否達(dá)到安全要求，均會(huì)在施工階段集中反映出來。因此，裝配式建筑的施工安全管理應(yīng)面向全過程，包括設(shè)計(jì)、制作、運(yùn)輸、吊裝安裝4方面。然而在此過程中，最危險(xiǎn)的是預(yù)制構(gòu)件吊裝，應(yīng)采用精細(xì)化專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)各環(huán)節(jié)安全因素進(jìn)行驗(yàn)算；安排專業(yè)管理人員；選用標(biāo)準(zhǔn)化器具、專業(yè)運(yùn)輸工具、專業(yè)堆放架體，并進(jìn)行驗(yàn)算；專用支撐體系、安全防護(hù)體系進(jìn)行計(jì)算校核后方可應(yīng)用，以此保證整個(gè)施工過程安全。

圖6 PCF板安裝