桥梁支撑架坍塌的肇因与解决方案

刘 辉

支撑架坍塌事故是由一系列技术和成本因素互相纠结造成的，尽管国家曾几次下大力量整顿，有关专家也从技术、施工等专业角度论证事故的原因，协会和业界有识之士也试图努力扭转这种现状，但问题仍然没有得到有效遏制。相反，随着我国基础建设力度的加大，恶性事故的发生频率却有增长势头。今年1月3号昆明机场高架桥施工现场的脚手架跨塌事故，导致施工工人7人死亡，34人受伤。新年伊始，便为今年本行业的安全形势蒙上了阴影。

目前大量应用于桥梁支撑的碗扣式脚手架，除了其生产工艺粗糙、质量管理过程失控等制造过程中产生的问题，为了获得价格竞争优势，许多厂家还不得不主动地或者被动地降低材料的标准，甚至偷工减料，是问题的表现形式之一。例如， 《GJ166-2008建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》中规定，应采用壁厚为3.5mm的钢管。实际应用中的产品，普遍采用3.0mm，甚至有用2.5mm壁厚的钢管做立杆的。标准规定材质为Q235的优质钢材，而实际应用中，有用Q195材质的，甚至有使用回收废钢铁，材质和生产厂家均不明的钢管生产脚手架的。这些因素的综合效应，使产品的实际承载能力，远远低于产品的设计值。

由原英国SGB公司最早发明的碗扣式 (Cuplock)脚手架，其原始设计的3米立杆的极限承载值均在8吨以上。有国内权威检测机构，与国内知名碗扣生产租赁厂家合作，今年初做了几组8m高的架体荷载试验，立杆的极限承载值只有4吨上下。此次试验样品的制造工艺和材料选用，充分考虑了应用中的具体情况，稍微低于标准的规定，而又远远高于施工中实际应用的产品质量。钢管采用3.0mm壁厚，Q235材质的优质钢材。大量实际施工中应用的产品，其承载力的表现应远远不及这个实验数据。

面对残酷的价格竞争，业者明知问题所在，又不得不追随问题而行。各种客观因素形成的碗扣式脚手架租赁市场的操作习惯，造成没有租赁商愿意投入更高质量的产品，因为，好的产品运到工地上，极大的可能是退租时被换回来质量差的产品。任何试图提升产品和服务质量的努力，都会以自我的经济损失为代价。市场竞争的结果，不是优胜劣汰，而是劣币逐良币。

这些市场因素造成的另外一个更糟糕的问题，就是产品的防锈处理。施工方与产品和服务提供方均不得不无视锈蚀对产品寿命和承载力的巨大影响，以降低成本，去适应低价竞争的市场游戏规则。设计支撑和脚手架产品的一个重要考虑点，是千千万万个杆件的承载力必须一致且在产品寿命期内保持恒定不变。只有这样，搭建和拆除的架体结构设计和计算，才有切实可靠的产品保障。以国外的应用经验来看，热镀锌是钢铁制脚手架和支撑架防锈处理的最佳选择。在我国施工中应用的产品，几乎见不到热镀锌处理的。简单的防锈漆处理，无法真正满足钢管内外壁的防锈需求。其结果是，产品在投放市场后两到三年内，由锈蚀造成的壁厚锐减，使产品杆件的承载力大打折扣。

由于上述产品的材料选用和制造工艺等质量管理程序的失控，以及产品防锈处理的不当等综合效应，使施工中应用的产品的真实承载力变得不可知，则是架体结构设计时面临的最致命的问题。为获取较大的安全系数，以防止支架坍塌事故，用户方的项目经理和监理单位，不得不要求最大限度地密植支架的立杆。在架体搭建的力学结构计算时，立杆的承载力不得不按2吨计算。目前桥梁施工中的碗扣架大量采用600mm的柱距，300mm柱距的应用实例也有很多。市场上以吨计价与施工中不得不不合理地密植立杆的后果，是造成单位用钢量的不合理增加，使工程的总成本甚至高于发达国家的同类水平。

以笔者掌握的对比数据，我国目前以碗扣架做支撑的桥梁施工中，每立方米用钢量，是国外先进水平的3-4倍。也就是说，一个项目如果采用设计制造合理的支撑系统，实际用钢量是1000吨的话，采用现有碗扣架则需要3000-4000吨的用钢量。这不仅极大地浪费了资源，严重背离推行低碳经济的国际发展潮流和国家的政策导向，在阻碍了新技术和新产品的推广应用的同时，也并未真正降低施工总成本。市场把这个行业引向了一个坏的极端，既不利于用户，也不利于产品和租赁服务提供商。使业者失去了改善产品质量，提高行业总体水平的动力和源泉。有行业领先的专业公司，曾试图应用制造工艺符合国标的碗扣架，以达到减少立杆，减少单位用钢量，在减少成本的同时又保证安全系数的目的。但这种努力未获市场认可，现实是用户的项目经理和监理单位无法区分此碗扣架与彼碗扣架的区别，也就不敢接受适当减少立杆数量的合理应用。

造成问题的另外一个至关重要的原因，是由于我国本行业独特的发展历程，把原本设计为脚手架的碗扣架大量用做支撑使用，甚至应用于荷载较高的高大桥梁施工中。由前英国SGB公司最早发明的碗扣式脚手架，原本是一款优秀的重型脚手架系统，目前仍广泛应用于欧美国家的化工、能源等工业设施的维护等领域，但将碗扣式脚手架用做桥梁支撑架使用，则不是最佳的方案。以发达国家的经验来看，支撑架与脚手架因其应用的范围与承载的不同，在产品设计和施工方案设计中，也各自有着很大的不同，因此在实践中形成两类完全不同的产品体系。关于脚手架与支撑架的具体讨论，见笔者已经发表于行业杂志上的文章 “脚手架与支撑架的应用与设计不同”。

如此应用碗扣架，至少有如下弱点：第一、立杆的承载力太低，造成单位用钢量相对于设计为专业支撑的系统较高。第二、碗扣式节点设计的特点，造成无法根据架体力学结构设计的需求，随意安装斜杆，而斜杆缺失，是造成高大支撑架体失稳坍塌的主要原因。第三、无法实现整体吊装等更高程度机械化施工的需求，以减少搭设和拆除的施工工时成本。

问题似乎纠结于一个无解的死循环里，要解决问题需要从一个更高的角度来审视其原因，并找出解决之道。我国日益增长的基础建设规模和对产品安全性能的关注，呼唤一种专为桥梁施工设计的专业支撑系统。这个系统，至少应该具备以下特点：第一、产品具备高度可靠的安全性能，应遵循国际惯例，产品在销售给租赁商和用户时，应该附带在保险公司投保的产品责任险 (Product Liability Insurance)保单。第二、产品的有效使用寿命，应该达到15-20年。第三、在产品的有效使用寿命期间，杆件的承载力应该一致可靠，克服现行碗扣架存在的产品因锈蚀造成的承载力不可知这个严重问题。第四、系统本身应该配备水平斜杆和竖向斜杆等杆件，以便搭建几何不变体的稳定结构。第五、系统在施工中的单位用钢量，应该达到国际先进水平，比现有碗扣架和扣件钢管式脚手架减少3-4倍。第六、系统的施工方式，应该比现有的碗扣式和钢管扣件式脚手架的施工方式节约更多的工时，既满足我国现阶段许多靠人工施工的情形，又满足整体吊装，机械化施工的发展趋势。提高施工效率，缩短施工周期。

为了实现上述特点，在产品的设计制造过程中，至少应该遵循如下原则：第一、产品单肢立杆的直径应该大于现行的碗扣式脚手架的立杆直径，采用Q345以上高强度材质的钢管，其承载能力应该远远大于碗扣式脚手架的立杆承载力。只有这样，才能节约立杆的使用量，降低总用钢量，减少搭建和拆除过程中的工时用量，从而降低工程总成本。第二、工艺严格遵循质量零缺欠原则，零配件必须采用优良的工艺制造，焊接必须是专业的焊接工艺水平，产品必须采用热镀锌浸镀防锈处理。

同时具备这些特点的桥梁支撑系统，将会在不增加目前碗扣式脚手架作为支撑架使用所形成的工程总造价水平的基础上，满足施工对安全性的需求，解决我国目前桥梁施工领域中支架垮塌事故频发的问题。

方易鼎M60模板支撑系统，是我公司根据上述研究和思考，综合多年来为发达国家模板脚手架企业加工出口的经验，又体察国内施工应用中的许多习惯和细节，设计出的一款适合桥梁施工的模板支撑系统。在施工方式和工艺设计等许多细节上均有创新，在产品的安全性和应用效率上，都有良好的表现。其立杆极限承载的理论设计值，以有限元法分析计算，可达28吨，架体荷载试验值，也高达20吨，这就为系统在保证安全性的前提下，大量节约用钢量，降低工程总成本提供了有效的产品保证。该系统独特的花盘与自锁插销式节点设计，以及系统大量应用斜杆的塔式结构设计，确保系统得以实现机械化整体吊装的施工方法，可节约70%以上的搭建与拆除的工时成本，施工工期亦可大大缩短。该系统已经申请了20项专利，其中发明专利一项，实用新型专利九项，外观专利九项。该项目自2009年11月立项，历时整整一年，产品已设计定型，并在我公司投入批量生产。希望能借由此系统的交流与推广，为解决目前我国建筑支架坍塌事故频发的问题，做出贡献，为行业里的合作与发展，提供一款可靠的产品。更希望能抛砖引玉，开阔业内的思路，呼唤出我国更多的拥有自主知识产权和品牌的创新产品来。