高大模板支撐體系施工全過程管控體系的研究與應用

張萬征，白華夏（河南興平工程管理有限公司， 河南 平頂山 467000）

0 引 言

近年來，很多項目管理企業(yè)針對高大模板支撐體系安全、質(zhì)量管控進行了研究，雖然取得了一定的成果，但是關(guān)于高大模板支撐體系安全施工問題的研究仍不夠全面和徹底，高大模板支撐體系在施工時倒塌的事故仍屢見不鮮。據(jù)有關(guān)方面的統(tǒng)計，在我國建筑施工安全事故中，坍塌事故占安全事故總數(shù)的54.12%；在全國較大及以上事故中，模板支撐體系坍塌事故占較大事故總數(shù)的52.0%。由此可以看出，高大模板支撐體系在施工過程中的模板坍塌事故不僅帶來了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，而且造成了極其惡劣的社會影響。

1 項目概況

中國平煤神馬集團尼龍科技二期項目建設(shè)中，各裝置土建施工均涉及有高大模板支撐體系施工，各裝置高支模施工情況各異，有：設(shè)計高度為14.2 m、厚度為0.25 m的鋼筋混凝土防爆墻，設(shè)計深度超過13 m的水池，單層設(shè)計高度大于16 m的廠房，單跨設(shè)計跨度大于18 m的會議室等。其高支模具體情況如下。

（1）己內(nèi)酰胺裝置具體數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 己內(nèi)酰胺裝置具體數(shù)據(jù)

（2）過氧化氫裝置具體數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 過氧化氫裝置具體數(shù)據(jù)

（3）公用工程循環(huán)水裝置具體數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 公用工程循環(huán)水裝置具體數(shù)據(jù)

（4）環(huán)己酮低壓框架具體數(shù)據(jù)，如表4所示。

表4 環(huán)己酮低壓框架具體數(shù)據(jù)

（5）污水處理裝置具體數(shù)據(jù)，如表5所示。

表5 污水處理裝置具體數(shù)據(jù)

各裝置高支模施工難度不等，各裝置總包單位項目管理能力與施工班組施工水平參差不齊；同時尼龍科技二期項目作為集團化工板塊的龍頭企業(yè)，項目建設(shè)工期緊、任務重。

2 全過程方案管控

2.1 確定模板支撐體系施工方案

在尼龍科技二期項目建設(shè)中，監(jiān)理在高支模施工前組織各施工單位就各自高支模施工計劃召開質(zhì)量、安全控制專題會議，從安全監(jiān)理的管理角度出發(fā)，綜合考慮各類腳手架支撐體系的優(yōu)缺點與擬建建筑物自身特點，討論各裝置中高支模施工的難點與質(zhì)量控制點，針對不同裝置高支模架采用不同形式的模板支撐體系（如表6所示）。

表6 各裝置高支模選用模板支撐體系

通過審查施工單位編制高支模專項施工方案，重點把控方案中架體安全性、穩(wěn)定性驗算，確保計算公式以及各項參數(shù)選用符合現(xiàn)場施工情況。重點分析高支模體系中的模架和建筑結(jié)構(gòu)中的主體構(gòu)造之間作用力，構(gòu)造出高支模體系計算的基本理論。

2.2 確定澆筑順序方案

通過使用MIDAS-GEN三維有限元分析計算軟件對較為典型的己內(nèi)酰胺主框架高支模腳手架搭設(shè)及受力進行模擬分析計算，不同混凝土澆筑順序下高支模架的應力（絕對值），如表7所示。

表7 不同混凝土澆筑順序下高支模架的應力（絕對值）

由以上分析計算得出結(jié)論：當從模板的一側(cè)往另一側(cè)澆筑混凝土時，高支模處于偏心狀態(tài)，承受的壓力最大，軸力和彎矩也最大，而從中間往兩側(cè)澆筑混凝土時，高支模穩(wěn)定性最好，軸力和彎矩也最小。

根據(jù)上述計算得出的結(jié)論，結(jié)合各裝置高支模澆筑高度、跨度以及混凝土澆筑量等因素，在高支?；炷翝仓A段，對高支模架體增強穩(wěn)定性的措施如下。

（1）澆筑過程控制措施主要圍繞兩個方面實行：一是澆筑順序結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行，由中間到兩邊組織對稱澆筑，均布澆筑；二是荷載控制，現(xiàn)場需對實際澆筑荷載實行監(jiān)控，防止?jié)仓炷恋倪^程中產(chǎn)生沖擊荷載、振搗荷載以及堆積荷載等而造成超載，影響整個架體的穩(wěn)定性。

（2）在高支模區(qū)域的柱?？上韧瓿苫炷翝仓w達到一定的強度，高支模的架體就可以與柱體用桿件連接，形成一個整體，提高其可靠性，保證整個架體的穩(wěn)定性。

（3）模板支架的監(jiān)控采用人工監(jiān)測與設(shè)備監(jiān)測相結(jié)合。按照高大支模的要求，人工監(jiān)測與維護是必不可少的，但難以做到全面、準確；在監(jiān)測的過程中充分利用人工監(jiān)測與無線監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合的方法，如發(fā)現(xiàn)異常情況，需立即停止?jié)仓⒉槊髟?，作出相關(guān)處理。

3 高支模施工過程安全、質(zhì)量控制要點

3.1 高支模架穩(wěn)定性驗算與控制

考慮到高支模架的初始缺陷以及桿件相交處的半剛性特性，采用有限元軟件ANSYS，創(chuàng)建各裝置高支模架半剛性數(shù)值模型，驗證各裝置高支模架搭設(shè)方案的可行性。

原材料是組成結(jié)構(gòu)主體的基礎(chǔ)，是影響支撐結(jié)構(gòu)承載力的關(guān)鍵因素。在導致模板支架坍塌事故的因素中，構(gòu)成模板支架的鋼管及扣件質(zhì)量的缺陷，是主要因素之一。因此，針對模板支撐體系搭設(shè)過程中所用材料易發(fā)生初始缺陷的部分（包括鋼管壁厚、鋼管直徑以及螺栓扭轉(zhuǎn)力矩等）進行穩(wěn)定承載力影響程度分析。

通過分析發(fā)現(xiàn)，高支模架的穩(wěn)定承載力也會隨著鋼管壁厚、直徑的增加逐漸增大，隨著螺栓扭轉(zhuǎn)力矩的增大而逐漸增大。

通過對高大模板支撐架體材料質(zhì)量的研究可以分析得出結(jié)論：架體材料是保證架體質(zhì)量的重中之重。因此，為保證高大模板支撐體系所用材料符合規(guī)范要求的強度、剛度、穩(wěn)定性等方面的要求，尼龍科技二期項目監(jiān)理部聯(lián)合建設(shè)單位制定了《尼龍科技二期項目建設(shè)設(shè)備、材料質(zhì)量檢驗管理規(guī)定》，對進場材料質(zhì)量進行三方驗收；同時如發(fā)現(xiàn)有不合格材料，按規(guī)定對施工單位進行處罰，驗收合格材料經(jīng)簽字確認后方可投入使用，確保用于各裝置高支模的材料滿足施工安全、質(zhì)量要求。

3.2 高支模腳手架搭設(shè)構(gòu)造因素分析

高支模支撐結(jié)構(gòu)作為一種臨時支撐結(jié)構(gòu)，受力和工作狀況受許多變化因素的影響。高支模架體坍塌事故現(xiàn)象表明支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在這種臨時性結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵作用，應使用有限元軟件ANSYS分析高支模架穩(wěn)定承載力隨構(gòu)造因素的變化情況，對各裝置高架支模方案進行技術(shù)分析。

（1）水平桿步距對高支模架穩(wěn)定承載力的影響，如表8所示。

表8 高支模架體穩(wěn)定承載力隨步距的變化情況

（2）縱橫桿件間距對高支模架穩(wěn)定承載力的影響，如 表9所示。

表9 高支模架體穩(wěn)定承載力隨間距的變化情況

（3）水平剪刀撐對高支模架穩(wěn)定承載力的影響，如表10所示。

表10 高支模架體穩(wěn)定承載力隨水平剪刀撐布置方案的變化情況

由上表可知，隨著水平桿件步距的增大，高支模架的穩(wěn)定承載力逐漸減小，結(jié)合承載力隨步距增大而下降的整體趨勢，適當?shù)恼{(diào)整水平桿件步距，能較大幅度提高該支撐體系的承載力；同時，隨著高支模架縱橫桿件間距逐漸增大，其穩(wěn)定承載力逐漸減少，但其變化并非是線性的，因此適當調(diào)整縱橫桿件間距，可有效提高高支模架的穩(wěn)定性從而增大結(jié)構(gòu)的安全可靠性；在高支模支撐體系中布置水平剪刀撐數(shù)量越多，高支模架穩(wěn)定承載力逐漸增大，但水平剪刀撐布置得越多，其本身自重也會隨之提高，從而會在一定程度上對提高其穩(wěn)定承載力起反作用。從提高施工安全性與經(jīng)濟性的雙重角度出發(fā)，根據(jù)各裝置高支模架高度、跨度不同，設(shè)置不同的水平剪刀撐的數(shù)量。

4 高大模板支撐體系安全、質(zhì)量管理體系的構(gòu)建

4.1 典型事故原因匯總

通過對國內(nèi)典型高支模事故發(fā)生原因進行統(tǒng)計，分析得出造成高支模支撐體系坍塌主要原因，結(jié)合現(xiàn)場施工情況，構(gòu)建全過程管控體系。

由表11可以看出，造成模板支撐體系坍塌的主要原因按比例依次為：構(gòu)成架體的主要材料不合格；不執(zhí)行安全專項施工方案（如支撐體系桿件間距過大，未設(shè)置剪刀撐，與結(jié)構(gòu)無可靠連接）；柱、梁、板同時澆筑；專項施工方案有重大缺陷或架體穩(wěn)定性計算錯誤。

表11 高架支模事故原因統(tǒng)計

由此可知，高大模板支撐是一個體系，需要從設(shè)計、用料、施工、監(jiān)測等方面嚴格把關(guān)，尼龍科技二期各裝置高支模施工存在復雜性、多樣性的特點，因此在管理控制、質(zhì)量控制、安全控制等方面存在較大難度。

4.2 高支模體系安全、質(zhì)量管控流程

完善的高支模管控流程加強了施工現(xiàn)場管理人員對高價支模體系的認識，從流程上保證質(zhì)量，避免施工人員忽略部分重要環(huán)節(jié)而導致事故的發(fā)生。

為優(yōu)化施工過程管控流程，通過組織各單位技術(shù)管理人員進行多輪專項研討，監(jiān)理部與施工單位共同確定以下管控流程圖（如圖1所示），要求施工單位嚴格按照高支模管控流程圖制定質(zhì)量控制體系，將責任分解落實到個人，監(jiān)督每道程序均按流程圖執(zhí)行，確保高支模施工質(zhì)量。

圖1 高支模施工管控流程圖

4.3 高支模體系全過程控制

高大模板的安全控制與質(zhì)量控制是息息相關(guān)的，往往由于質(zhì)量問題引起安全問題，而安全問題往往是因為監(jiān)控的疏忽導致的。因而在日常的管理過程中，高支模施工需引起高度重視，作為一項工程的重點來抓。

4.3.1 監(jiān)控要點

（1）把好方案關(guān)。高支模方案必須嚴格按照各項審批程序，并通過專家論證簽字確認后才可進行搭設(shè)。在施工方案中必須包括受力計算書，計算書從剛度、強度和穩(wěn)定性等方面對高支模進行承載力驗算，其中必須要以材料實測強度值為計算依據(jù)。施工方案應具體詳細，需包括立面圖、剖面圖、各個桿件設(shè)置的平面圖等。

（2）把好材料關(guān)。高支模所需材料進場時必須嚴格做好進場檢驗,一是檢驗進場材料是否具備相應質(zhì)量證明文件，二是檢驗材料本身是否符合規(guī)范要求，按要求比例進行抽檢，各項檢查必須嚴格按照相關(guān)要求進行。

（3）把好施工關(guān)。施工前明確施工單位各個部門相關(guān)責任，并細分落實到個人，監(jiān)督施工單位做好安全、技術(shù)交底工作，并留存書面記錄；架子工必須持證上崗，嚴格按照方案要求進行搭設(shè)，組織好相關(guān)人員進行驗收。

（4）把好監(jiān)測關(guān)。在搭設(shè)以及澆筑混凝土過程中，督促施工單位嚴格按照監(jiān)測的要求組織相關(guān)人員對其進行全過程監(jiān)測。一旦發(fā)現(xiàn)異常，應馬上要求停止施工，查明原因，并重新做好加固工作。如出現(xiàn)緊急情況，必須要求全體員工疏散，首先確保施工人員的生命安全。

4.3.2 全過程流程控制

為明確高支模整個體系安全控制要點，項目監(jiān)理部制定了全過程控制流程圖，如圖2所示。

圖2 高支模全過程控制流程圖

5 結(jié) 語

通過構(gòu)建高大模板支撐全過程安全、質(zhì)量管控體系，促進了尼龍科技二期各裝置高支模安全施工，有效避免坍塌及其他事故發(fā)生，減少施工人員傷亡，避免了重大人員及財產(chǎn)損失；高大支模安全、質(zhì)量管理體系的建立，不僅讓高支模的安全性有所提高、施工過程更加透明，同時讓現(xiàn)場施工管理人員了解安全、質(zhì)量管理方面不足的原因，有的放矢尋找對策，減少了延誤工期的因素，為工程施工節(jié)約寶貴時間，可提前實現(xiàn)投產(chǎn)，為社會創(chuàng)造更多使用價值。

與此同時，構(gòu)建高大模板支撐全過程安全、質(zhì)量管控體系，對規(guī)范整個建筑行業(yè)現(xiàn)場施工管理，全面提高建筑施工質(zhì)量，提升工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)能力均起到一定推動作用。