唐虎瀟，馬江濤

(1.應急管理部消防救援局昆明訓練總隊，云南 昆明 650208； 2.重慶大學管理科學與房地產(chǎn)學院，重慶 400044)

1 概述

我國是世界上地震災害最嚴重的國家之一，地震活動造成大量房屋倒塌，人員傷亡和巨大財產(chǎn)損失(見表1)。地震中建筑坍塌是導致人員埋壓被困的主要原因，大量人員被困于坍塌的廢墟中，需要救援人員深入坍塌建筑中搜索、營救。在廢墟中開展救援工作會面臨余震或其他因素導致的建筑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)發(fā)生的二次坍塌風險，確保救援作業(yè)空間安全是救援人員科學、專業(yè)、安全、高效開展建筑坍塌事故救援的保障。目前對救援空間支撐加固技術(shù)的研究較少，救援人員開展相關(guān)訓練的理論參考文獻也較少。本文結(jié)合建筑坍塌形式、特點、風險、被困人員生存空間等實際情況，對建筑坍塌現(xiàn)場的救援空間安全提供三種木支撐加固解決方案[1-2]。

表1 我國地震災害情況

2 地震災害中建筑坍塌特點及人員生存空間分析

地震對建筑的破壞是多種形式的，地震振動直接影響建筑、地震震動導致建筑地基破壞從而失去承載力、地震引發(fā)的次生災害等都可導致建筑的破壞。建筑在地震災害受到破壞的形式、破壞的程度不一樣，可將建筑分為完全坍塌、局部坍塌和未坍塌三種類型，但各種坍塌類型建筑內(nèi)部可能存在不同程度的局部垮塌，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并不能從外部就判斷確定出來。結(jié)合地震災害中建筑坍塌的類型、人員生存空間、救援技術(shù)應用等，將坍塌建筑分為傾斜型、塌落型、復合型。

2.1 傾斜型坍塌建筑特點及人員生存空間分析

傾斜型坍塌建筑如圖1所示。整體結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)較大破壞，主要損壞出現(xiàn)在門窗、樓梯等部位，建筑整體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，內(nèi)部人員生存空間較多，人員生存可能性大。

2.2 塌落型坍塌建筑特點及人員生存空間分析

有支撐的傾斜倒塌[3-5]如圖2所示。單側(cè)承重墻、柱破壞，樓板一側(cè)垮塌，另一側(cè)支撐在墻體、大型家具、電器上，從而形成有一定人員生存空間的有支撐的傾斜倒塌。樓板雖然支撐在構(gòu)件上，但倒塌結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定，被困人員大多存在于有支撐體一側(cè)的角落處。

無支撐的傾斜倒塌如圖3所示。形成原因與有支撐的傾斜倒塌成因相同，墻板倒塌后并未形成構(gòu)件支撐而是形成無支撐的懸空狀態(tài)。由于倒塌樓板一側(cè)依附在失去承重能力的承重構(gòu)件上，另一側(cè)處于懸空狀態(tài)，因此這種坍塌結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，很容易受到外力影響發(fā)生二次坍塌。被困人員有可能存在于樓板下靠近承載力遭到破壞的承重墻體一側(cè)。

“V”形倒塌如圖4所示。樓板中心部位過載或中心部位承重構(gòu)件遭到地震破壞，樓板從中間部位斷裂掉落至下一層樓板，兩側(cè)還依附于周圍的承重墻體，從而形成一個“V”形塌落。這一類倒塌穩(wěn)定性較高。人員生存空間較大，主要在“V”形空間的兩側(cè)靠近承重墻處。

“A”形倒塌如圖5所示。由于樓板兩側(cè)承重墻體遭到破壞，樓板向下倒塌，中間部位得到承重墻或非承重墻支撐，兩側(cè)向下掉落至下一層樓板，中間部分被支撐，從而形成“A”形空間。這一類倒塌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性取決于中間支撐作用的墻體的穩(wěn)定性，一般來說，具有比較好的穩(wěn)定性。人員生存可能性較大，主要在倒塌樓板下方中部支撐墻體附近。

夾層倒塌如圖6所示。上層承重構(gòu)件破壞，樓板垮塌掉落至下一層樓板，中間所有可承重構(gòu)件幾乎都被破壞。整個垮塌結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，人員生存空間較小。

懸臂倒塌如圖7所示。地震振動影響導致建筑縱向墻體垮塌，樓板一側(cè)與承重墻體連接，另一側(cè)處于懸空狀態(tài)。這一類倒塌結(jié)構(gòu)一般不穩(wěn)定，受到外力影響，樓板隨時有塌落的風險。人員有一定的生存空間，一般在懸臂上方。

層疊倒塌如圖8所示。建筑內(nèi)部垂直承重構(gòu)件破壞，樓板垮塌直至建筑地基，所有樓板塌落形成疊加效果，類似餡餅狀，因此也稱此類坍塌為“餡餅式倒塌”。這一類倒塌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，樓板間間隙較小，人員生存空間小。

2.3 復合型坍塌建筑特點及人員生存空間分析

建筑體存在傾斜和塌落兩種破壞類型，在建筑整體傾斜情況下，建筑內(nèi)部承重體的破壞出現(xiàn)內(nèi)部塌落。這一類坍塌整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，人員在傾斜建筑內(nèi)生存空間較大，在局部塌落樓層內(nèi)生存空間參考塌落類型。

3 地震建筑坍塌事故中救援空間安全措施的運用

救援人員在坍塌建筑現(xiàn)場開展搜索、營救行動時，應該通過對建筑的四面外墻、地基和屋頂或吊頂?shù)挠^察，重點了解建筑使用性質(zhì)、建筑結(jié)構(gòu)類型、裂縫開口情況、墻體傾斜情況、梁柱和承重墻等承重構(gòu)件受損情況、墻體連接部位受損情況、使用年限等，確定三個方面的信息：潛在的人員生存空間、潛在空間的結(jié)構(gòu)安全風險、潛在空間結(jié)構(gòu)安全風險化解措施[6-9]。重點對現(xiàn)場風險進行識別，評估救援行動承擔的風險大小，并對承擔的風險制定化解風險的措施。木支撐技術(shù)是救援現(xiàn)場對坍塌建筑進行支撐加固，防止二次坍塌的有效手段，在傾斜型坍塌、無支撐的傾斜倒塌、“V”形倒塌，“A”形倒塌，夾層倒塌、懸臂倒塌等坍塌建筑中支撐加固，為垂直方向破拆、保障救援空間安全提供化解結(jié)構(gòu)風險的解決措施。

3.1 雙立柱木支撐對坍塌建筑支撐加固的運用

雙立柱木支撐護板型如圖9所示。2類支撐，主要用于建筑受損程度一般，需快速保障現(xiàn)場作業(yè)空間安全區(qū)域，用于對面積較小樓板、橫梁等的支撐，如現(xiàn)場支撐面積較大可多個聯(lián)用，最為穩(wěn)定的單點支撐，可提前預制[10]。

實施程序如下:

1)確定支撐位置，測量支撐高度，并移除影響支撐的碎渣；2)制作基底和頂帽，選用10 cm×10 cm方木，長度90 cm；3)制作立柱，選用10 cm×10 cm方木，立柱高度通過支撐高度減去基底、頂帽、楔子厚度后確定；4)制作楔子、D-護板、半護板，楔子選用5 cm×10 cm方木，長度30 cm，護板選用1.9 mm薄板，D-護板尺寸30 cm×60 cm，半護板尺寸30 cm×15 cm；5)預固定連接頂帽和立柱，用D-護板雙側(cè)固定立柱和頂帽并確保立柱和頂帽垂直，立柱和立柱保持平行，護板在頂帽處用14釘法固定，在立柱處用5釘法固定；6)在立柱中間位置調(diào)整立柱間距確保平行后單側(cè)固定水平拉板，采用8釘法固定；7)選定支撐位置，將頂帽和立柱放置在居中位置，放置基底、楔子，確保支撐系統(tǒng)垂直；8)確定好立柱垂直，系統(tǒng)穩(wěn)定后雙側(cè)同時敲擊楔子，將立柱與基底固定緊；9)固定立柱與基底，用半護板在立柱與基底外側(cè)固定并確保二者垂直，半護板在立柱和基底上都采用4釘法固定；10)固定基底和頂帽，現(xiàn)場情況允許，可將基底在地基上固定、頂帽在樓板上固定。

技術(shù)要點如下:

1)整個支撐高度不超過366 m，立柱高度不超過337 cm；2)基底、頂帽、立柱尺寸應相同；3)兩立柱間距最大60 cm，最小40 cm；4)支撐高度不超過180 cm時，不需要水平拉板；5)設計荷載：高度240 cm為7 256 kg，高度3 000 cm為4 535 kg，高度366 cm為3 174 kg；6)時刻監(jiān)測立柱形變，基底和頂帽受力處擠壓裂紋、楔子位移等預警信號；7)遇到余震或每12 h后應重新檢查系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2 三維立體木支撐對坍塌建筑支撐加固的運用

三維立體木支撐護板型60 cm×120 cm，如圖10所示，3類支撐，與三維立體木支撐拉桿型類似，采用薄板進行水平支撐，自重更輕，便于攜帶到支撐區(qū)域，可提前預制。

實施程序如下:

1)確定支撐位置，測量支撐高度，確定立柱高度，并移除影響支撐的碎渣；2)可先制作單立柱或雙立柱支撐對現(xiàn)場進行保護，降低現(xiàn)場安裝時的坍塌風險；3)制作基底和頂帽，選用10 cm×10 cm方木，基底和頂帽長120 cm；4)根據(jù)測量高度制作立柱，用斜釘將立柱固定在頂帽上，測量對角線長度，確保兩根立柱與頂帽垂直且相互平行；5)固定立柱與頂帽，用D-護板固定立柱與頂帽，頂帽處采用14釘法，立柱處采用5釘法，再次測量對角線長度，保持兩根立柱與頂帽垂直且相互平行，固定水平支撐板，采用14釘法；6)以第一個預制部分為模板，制作第二部分；7)將兩個基底放置在支撐合適位置，將兩個預制部分放置在基底上部，立柱下放楔子，調(diào)整兩個預制部分的間距為120 cm，保證立柱與基底垂直，兩部分平行，擰緊楔子；8)用側(cè)支撐板從側(cè)面固定兩部分，采用8釘法，從下至上的順序固定側(cè)水平支撐板，采用14釘法；9)用半護板固定基底與立柱，雙側(cè)固定，護板邊緣與立柱外側(cè)平齊，采用4釘法；10)固定基底和頂帽，現(xiàn)場情況允許，可將基底在地基上固定、頂帽在樓板上固定。

技術(shù)要點如下：

1)整個支撐高度不超過396 cm；2)基底、頂帽、立柱尺寸應相同；3)立柱間距為60 cm，兩部分間距120 cm；4)支撐高度超過120 cm時，需要在中間位置安裝水平支撐板，支撐高度超過270 cm時，需要安裝兩處水平支撐板；5)當高度超過270 cm時，基底和頂帽距離最近的側(cè)水平支撐板的最大距離為60 cm；6)設計荷載為14 512 kg；7)時刻監(jiān)測立柱形變，基底和頂帽受力處擠壓裂紋、楔子位移等預警信號；8)遇到余震或每12 h后應重新檢查系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

三維立體木支撐護板型120 cm×120 cm，如圖11所示，3類支撐，與三維立體木支撐護板型60 cm×120 cm類似，支撐高度更高，立柱間距更大，可支撐空間更大，可提前預制。

實施程序如下:

1)確定支撐位置，測量支撐高度，確定立柱高度，并移除影響支撐的碎渣；2)可先制作單立柱或雙立柱支撐對現(xiàn)場進行保護，降低現(xiàn)場安裝時的坍塌風險；3)制作基底和頂帽，選用10 cm×10 cm方木，基底和頂帽長為180 cm；4)根據(jù)測量高度制作立柱，用斜釘將立柱固定在頂帽上，測量對角線長度，確保兩根立柱與頂帽垂直且相互平行；5)固定立柱與頂帽，用半護板固定立柱與頂帽，外側(cè)固定，采用4釘法，再次測量對角線長度，保持兩根立柱與頂帽垂直且相互平行，固定水平支撐板，采用14釘法；6)以第一個預制部分為模板，制作第二部分；7)將兩個基底放置在支撐合適位置，將兩個預制部分放置在基底上部，立柱下放楔子，調(diào)整兩個預制部分的間距為120 cm，保證立柱與基底垂直，兩部分平行，擰緊楔子；8)用側(cè)支撐板從側(cè)面固定兩部分，采用8釘法，從下至上的順序固定水平支撐板，采用14釘法；9)用半護板固定基底與立柱，雙側(cè)固定，護板邊緣與立柱外側(cè)平齊，采用4釘法；10)固定基底和頂帽，現(xiàn)場情況允許，可將基底在地基上固定、頂帽在樓板上固定。

技術(shù)要點如下:

1)整個支撐高度不超過518 cm；2)基底、頂帽、立柱尺寸應相同；3)立柱間距為120 cm，兩部分間距120 cm；4)支撐高度超過120 cm時，需要在中間位置安裝水平支撐板，支撐高度超過270 cm時，需要安裝兩處水平支撐板，支撐高度超過390 cm時，需要安裝三處水平支撐板；5)當高度超過270 cm時，基底和頂帽距離最近的水平支撐板的最大距離為60 cm；6)設計荷載為14 512 kg；7)時刻監(jiān)測立柱形變，基底和頂帽受力處擠壓裂紋、楔子位移等預警信號；8)遇到余震或每12 h后應重新檢查系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

地震建筑坍塌事故救援對于救援人員的專業(yè)要求較高、所面臨的風險較大，在科學、專業(yè)、安全、高效的救援理念下，救援人員需要評估救援現(xiàn)場風險，制定相應的化解風險措施。本文對結(jié)合地震建筑坍塌形式和被困人員潛在位置特點，對化解建筑坍塌救援空間二次坍塌風險提供了三種類型的木支撐加固技術(shù)解決方案，保障救援空間安全，為救援人員化解救援空間風險提供參考方案，為救援人員開展日常訓練提供參考。