賀廿生

（廣州鐵路（集團(tuán)）公司廣州工程建設(shè)指揮部，廣東廣州510440）

鐵路橋梁墩身施工模板爆裂的預(yù)防

賀廿生

（廣州鐵路（集團(tuán)）公司廣州工程建設(shè)指揮部，廣東廣州510440）

橋梁墩身施工中新澆筑混凝土側(cè)向壓力超過(guò)模板、拉桿、連接螺栓等的容許承載能力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致局部破壞從而引發(fā)整個(gè)模板支撐系統(tǒng)及新澆筑混凝土坍塌?；炷烈淮螡仓叨瘸^(guò)模板限定高度是橋梁模板爆裂的主要原因，模板結(jié)構(gòu)及安裝不規(guī)范也是模板爆裂發(fā)生的原因。預(yù)防墩身施工模板爆裂須做到對(duì)模板強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行檢算；須有施工專項(xiàng)方案；一次澆筑最大高度不得超過(guò)模板限定高度且不超過(guò)9m；墩身模板運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，須進(jìn)行驗(yàn)收；模板安裝須穩(wěn)固。

鐵路工程；橋梁施工；模板爆裂；預(yù)防與控制

1　概述

橋梁工程施工事故占鐵路工程事故總數(shù)的近35%，是鐵路工程事故高發(fā)領(lǐng)域之一。在橋梁施工事故中，墩身模板爆裂占橋梁施工事故的24%。橋梁事故分類及其比例如圖1所示。

圖1　橋梁事故分類及其比例

本文鐵路橋梁工程墩身施工模板爆裂發(fā)生的規(guī)律、原因和特點(diǎn)，遵照“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針，通過(guò)深入剖析其原因，給出橋梁施工模板爆裂的預(yù)防和控制措施。

表12006　—2010年鐵路橋梁施工模板爆裂統(tǒng)計(jì)

2　墩身施工模板爆裂原因剖析

對(duì)2006—2010年共發(fā)生的7起［1］鐵路橋梁施工模板爆裂事故（表1）加以分析，其原因如圖2所示。

2.1混凝土一次澆筑高度過(guò)高

橋梁墩身施工中新澆筑混凝土側(cè)向壓力超過(guò)模板、拉桿、連接螺栓等的容許承載能力時(shí)［2］，會(huì)導(dǎo)致局部破壞從而引發(fā)整個(gè)模板支撐系統(tǒng)及新澆筑混凝土坍塌。目前，鐵路橋梁工程混凝土施工機(jī)械化程度高，采用拌合站集中拌合，混凝土輸送車運(yùn)輸，泵送混凝土澆筑方式。在墩身施工中，組合式定型鋼模板應(yīng)用最為廣泛，其構(gòu)造一般包括鋼模板、緊固螺栓、模板拉桿等。泵送混凝土一般坍落度較大、流動(dòng)性較好、黏合性較大［3］。新澆筑混凝土的側(cè)向壓力超過(guò)模板支撐系統(tǒng)容許承載能力是引起模板爆裂的根本原因。對(duì)于泵送混凝土，決定側(cè)向壓力大小最主要的因素是新澆筑混凝土的高度，即側(cè)壓力的大小取決于一次澆筑高度，澆筑高度越高，側(cè)壓力越大［4］。一次澆筑高度超過(guò)模板設(shè)計(jì)容許高度，必然造成側(cè)向壓力超過(guò)容許承載能力。因此，混凝土一次澆筑高度超過(guò)模板限定高度是模板爆裂發(fā)生的主要原因。上文表1所列的事例中，模板爆裂發(fā)生時(shí)混凝土澆筑高度已接近或達(dá)到一次澆筑高度，新澆混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力達(dá)到模板所能承受的極限，造成模板支撐系統(tǒng)薄弱部分局部破壞，最終釀成模板爆裂事故。如2010年8月7日，小東江特大橋107#墩模板爆裂主要原因是一次澆筑混凝土高度超過(guò)模板設(shè)計(jì)限定高度。施工單位未對(duì)模板進(jìn)行檢算，模板生產(chǎn)廠家檢算結(jié)果表明模板能承受的最大混凝土澆筑高度為9m，而實(shí)際施工時(shí)定為10.5m，模板爆裂事故發(fā)生時(shí)，混凝土澆筑高度已達(dá)9.3m，超過(guò)容許高度0.3m。又如2009年9月11日，蔡家灣漢江特大橋引橋202#墩墩身混凝土澆筑過(guò)程中，模板爆裂并折斷，主要原因是混凝土一次澆筑高度過(guò)高，模板未經(jīng)檢算。施工單位計(jì)劃承臺(tái)以上17.25m墩身混凝土一次澆筑成型，模板爆裂事故發(fā)生時(shí)混凝土澆筑高度已達(dá)15m。

2.2模板結(jié)構(gòu)及安裝不規(guī)范

模板結(jié)構(gòu)及安裝不規(guī)范也是模板爆裂發(fā)生的原因。對(duì)于特定的模板支撐系統(tǒng)，側(cè)向壓力的容許承載能力或混凝土一次澆筑高度是一定的。當(dāng)存在模板桿件、鋼板焊縫開(kāi)裂，模板安裝螺栓數(shù)量不夠、緊固不到位，拉桿連接不當(dāng)?shù)纫蛩貢r(shí)，將會(huì)直接降低模板承受新澆筑混凝土側(cè)向壓力的容許承載能力。在混凝土一次澆筑高度達(dá)到容許高度前就造成有問(wèn)題的模板系統(tǒng)局部破壞。如2010年6月12日，北江特大橋西引橋12#墩在墩身混凝土澆筑過(guò)程中，當(dāng)澆筑到9.5m高度時(shí)模板突然發(fā)生爆裂（圖3）。主要原因是一次澆筑混凝土高度過(guò)高，次要原因是模板節(jié)點(diǎn)焊縫質(zhì)量不符合規(guī)范要求。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，模板爆裂位置位于墩身高度3.3～7.3m處，北向直立面模板后第5層桁架三角節(jié)點(diǎn)焊縫爆裂，爆裂處有14.2cm焊縫為新鮮斷口，剩余20.8cm均為舊斷口，同時(shí)導(dǎo)致圓弧段第5、第6層桁架2根直徑為30mm角拉桿斷裂（其中1根螺紋處斷裂，另1根螺紋處滑絲脫扣）。

圖2　墩身施工模板爆裂原因

圖3　北江特大橋西引橋12#墩模板爆裂現(xiàn)場(chǎng)

3　模板爆裂預(yù)防及控制措施

海恩法則指出：每一起嚴(yán)重事故的背后，必然有29次輕微事故和300起事故苗頭及1000起事故隱患［5］。要消除一次嚴(yán)重事故就必須及時(shí)地發(fā)現(xiàn)這些事故苗頭和隱患，果斷采取措施加以控制或消除。根據(jù)橋梁模板爆裂事故發(fā)生的原因，預(yù)防和控制措施如下：

1）須對(duì)模板強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行檢算

《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424—2010）［6］規(guī)定：模板及支（拱）架應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)形式、地基承載力、施工設(shè)備、材料等條件進(jìn)行施工設(shè)計(jì)并編制施工技術(shù)方案，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，連接牢固，能承受所澆筑混凝土的重力、側(cè)壓力及施工荷載。只有對(duì)模板進(jìn)行檢算才能知道模板支撐系統(tǒng)一次澆筑混凝土的最大高度是否滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求。模板生產(chǎn)廠家的檢算資料只能參考。

2）高墩模板須有施工專項(xiàng)方案

《施工企業(yè)安全生產(chǎn)管理規(guī)范》（GB50656—2011）［7］規(guī)定：搭設(shè)高度5m及以上，或搭設(shè)跨度10m及以上，或施工總荷載10kN/m2及以上的混凝土模板支撐工程應(yīng)編制施工專項(xiàng)方案?！督ㄖ┕ぐ踩Y料手冊(cè)》將模板高度超過(guò)8m的定義為超高模板支撐系統(tǒng)，施工總荷載＞10kN/m2的定義為超重模板支撐系統(tǒng)，要進(jìn)行模板支撐設(shè)計(jì)并編制施工方案［8］。因此，模板高度超過(guò)8m的墩臺(tái)施工必須有專項(xiàng)方案。模板設(shè)計(jì)時(shí)，除應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性檢算外，還應(yīng)對(duì)圓弧段模板拉桿、拼縫處的連接螺栓進(jìn)行檢算，并應(yīng)考慮豎向拼縫螺栓可能同時(shí)承受剪力和拉力的情況。

3）混凝土一次澆筑最大高度不得超過(guò)模板限定高度且不超過(guò)9m

目前，我國(guó)新澆混凝土對(duì)模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值F主要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》（GB 50666—2011）［9］計(jì)算，計(jì)算式為

式中：γc為混凝土的重度；t0為新澆筑混凝土的初凝時(shí)間；β為混凝土坍落度影響修正系數(shù)；V為混凝土的澆筑速度；H為混凝土一次澆筑高度。

當(dāng)采用插入式振動(dòng)器且澆筑速度≤10m/h、混凝土坍落度≤180mm時(shí)，新澆筑混凝土對(duì)模板的側(cè)向力的標(biāo)準(zhǔn)值可按式（1）、式（2）分別計(jì)算，取其中的較小值；當(dāng)澆筑速度＞10m/h，或混凝土坍落度＞180mm時(shí)側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值可按式（2）計(jì)算。

對(duì)初凝時(shí)間長(zhǎng)、坍落度大、澆筑速度快的泵送混凝土，宜按靜水壓力模式即式（2）計(jì)算其對(duì)模板的側(cè)壓力［10］，計(jì)算結(jié)果作為荷載標(biāo)準(zhǔn)值是偏于安全的。

根據(jù)混凝土特性，經(jīng)計(jì)算，一次混凝土澆筑高度不應(yīng)超過(guò)10m［11］。此高度模板的加工成本和安拆成本，施工的方便性、安全性、施工工效等方面綜合性價(jià)比最高。超過(guò)此高度，模板所受側(cè)壓力過(guò)大，模板的剛度和強(qiáng)度需要加強(qiáng)，須增加很多面板、肋、背楞等，從成本上而言是不經(jīng)濟(jì)的。為能有效預(yù)防及控制鐵路橋梁工程墩身施工模板爆裂，考慮到模板（特別是倒用舊模板時(shí)）結(jié)構(gòu)及安裝方面存在的問(wèn)題會(huì)降低模板容許的混凝土一次澆筑高度，為增加模板的安全冗余度，建議墩身模板最大高度按10m檢算，一次澆筑混凝土的最大高度不超過(guò)9m。從表1可知，鐵路橋梁工程墩身施工模板爆裂一般發(fā)生在一次澆筑混凝土9m以上高度，因此，混凝土一次澆筑最大高度不得超過(guò)模板限定高度且不超過(guò)9m。

4）大型墩身模板進(jìn)場(chǎng)須驗(yàn)收

《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50204—2015）［12］規(guī)定，模板及支架用材料的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)抽樣檢驗(yàn)?zāi)０搴椭Ъ懿牧系耐庥^、規(guī)格和尺寸。因此，墩身模板采用大型鋼模，由專業(yè)廠家制作，墩身模板運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，必須進(jìn)行驗(yàn)收。要注意焊接質(zhì)量，尤其是拼縫處連接板與面板間要焊牢。模板每倒用3～4次，必須對(duì)模板關(guān)鍵部位進(jìn)行檢查，并加焊補(bǔ)強(qiáng)。

5）模板安裝須穩(wěn)固

《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10424—2010）規(guī)定：模板及支（拱）架安裝必須符合施工設(shè)計(jì)要求。模板拼裝使用扭力扳手緊固，不得漏裝、少裝螺栓，模板拉桿應(yīng)擰緊。

4　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)海恩法則，通過(guò)預(yù)知固有的或潛在的危險(xiǎn)，預(yù)防及控制事故隱患，人為切斷事故苗頭的發(fā)展，將可以避免發(fā)生嚴(yán)重安全事故。預(yù)防鐵路橋梁工程墩身施工模板爆裂最主要的措施是限制一次澆筑混凝土的高度，最大高度不得超過(guò)模板限定高度且不超過(guò)9m。

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AbstractFormwork breakup during piers construction may occur when lateral pressure of fresh concrete exceeds allowable bearing capacity of formwork，rod and bolts.Failure of formwork or connection results in collapse of entire formwork system and fresh concrete.T he primary cause of formwork breakup is that the height of once casting fresh concrete is higher than the allowable value，and the secondary causes are the defects of the structure and installation of formwork system.T hus，strength and stability shall be checked to avoid breakup，and specific construction plan shall be established.T he maximum height shall not exceed the limit height of the formwork system and be within 9 m.Inspection shall be performed as the formwork is delivered to the site.Installation shall be firm and reliable.

Prevention and Control of Formwork Breakup During Pier Shaft Construction of Railway Bridge

HE Niansheng
（Guangzhou Engineering Project Construction Headquarters of Guangzhou Railway（Group）Corporation，Guangzhou Guangdong 510440，China）

Railway engineering；Bridge construction；Formwork breakup；Prevention and control

U448.3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.11

1003-1995（2016）04-0041-04

（責(zé)任審編葛全紅）

2015-10-20；

2015-12-10

賀廿生（1963—），男，高級(jí)工程師。