一起墩柱模板倒塌事故的技術(shù)分析

1、起墩柱模板倒塌事故的技術(shù)分析工程概況某高速公路匝道橋2#墩柱直徑1.5m,高26.9m,采用無支架一模到頂連續(xù)澆注工藝施工。 模板底部放置在樁基承臺上, 頂部由纜風(fēng)繩固定，懸挑式操作平臺。砼采用吊車配吊斗垂直 運(yùn)輸。事故經(jīng)過當(dāng)時陰有間斷小雨，風(fēng)力34級，氣溫13C左右，澆注速度V3m/h。澆注到6.2m時， 吊車失穩(wěn),吊臂碰撞到頂部操作平臺的鋼管護(hù)欄上,導(dǎo)致模板傾斜,纜風(fēng)繩崩脫,接著從兩 節(jié)模板的連接處斷裂，先慢后快整體朝對面方向倒塌，造成4名工人墜落傷亡。事故現(xiàn)場照 片見圖1?，F(xiàn)場調(diào)查及技術(shù)分析3.1 吊車作業(yè)3.1.1 作業(yè)方案的制定 之前澆注的墩柱全部采用同一型號的吊車垂直運(yùn)輸，澆注過程

2、都非常順利，因此在制定 作為全橋最高的 2#墩柱的施工方案時，對高度增加帶來的風(fēng)險估計不足，明知吊車主臂長 度不夠，仍然決定充分利用現(xiàn)有吊車。浦沅QY20H-2吊車主要性能參數(shù)見表1?？紤]到若采用副臂吊裝，起重量小，需要減少砼一次裝載量，存在起吊次數(shù)多、澆注時 間長、必須夜間施工等不利因素，最后選擇了加高吊車作業(yè)場地、主臂配副鉤（安裝臂尖滑 輪）的作業(yè)方案。3.1.2 作業(yè)場地吊車停放于比柱底高1.5m的便道上。檢查發(fā)現(xiàn)，便道的填筑寬度不夠，兩側(cè)的填土松 散，造成了作業(yè)過程中支腿附近的地面下沉。經(jīng)計算，當(dāng)內(nèi)側(cè)支腿沉降100mm時，吊臂與 護(hù)欄的凈距將減少 0.9m。實(shí)際作業(yè)參數(shù)模板高27m，操

3、作平臺高1.2m，邊長2.5m。吊斗外徑1.2m，高2.7m（包括索具長1.2m）, 重29kN （吊具、吊斗和1m3砼重）。吊車側(cè)向放置，吊車內(nèi)側(cè)至墩柱中心水平距離4.3m， 側(cè)、后方作業(yè)，四節(jié)主臂配副鉤起吊。主臂細(xì)部尺寸見表2。由以上條件計算得：仰角=79.8V80。工作幅度=5.6m吊臂與護(hù)欄的凈距=0.9m（不考慮吊臂變形和晃動）起重量=29V30kN （由副鉤控制）查額定起重量表，主臂額定起重量65kN，但不推薦在此極端仰角下作業(yè)主臂額定起重力矩=29 X 5.6=162.4V458.6kNm最佳作業(yè)參數(shù)計算相關(guān)已知條件不變，根據(jù)文獻(xiàn)1得：仰角=64.6V79.8工作幅度=13.75

4、.6m吊臂與護(hù)欄的凈距=1.80.9m查額定起重量表，主臂額定起重量=3229kN主臂額定起重力矩=29 X 13.7=397.3 V458.6kNm3.1.5 分析作業(yè)場地加高后，相對增加了吊臂長度，但由于其平面尺寸和強(qiáng)度不符合要求，造成了 地面下沉后吊車失穩(wěn)。并且，從以上計算可以了解到，作業(yè)參數(shù)未進(jìn)行優(yōu)化，存在仰角大、 幅度小、安全距離偏小的缺陷，操作中稍有不慎，極易造成吊臂與護(hù)欄相撞。3.2 模板水平連接墩柱模板由2片半圓形的定型鋼模組成，節(jié)長2.0、2.5m，專業(yè)廠生產(chǎn)。上下節(jié)模板采用12mm法蘭盤連接，豎肋加勁，螺栓孔徑d0=17.5mm,孔距160mm。普通螺栓規(guī)格M16, 長度5

5、0mm,性能等級4.6級，產(chǎn)品等級C級（GB/T 5782-M16X50）。模板斷裂部位位于距底面5m的第二、三節(jié)模板連接處，螺栓彎曲變形，內(nèi)外螺紋脫扣。 檢查發(fā)現(xiàn)，螺栓孔距偏大（8d0），且螺栓只安裝了一半。對殘留模板的連接螺栓進(jìn)行敲 擊檢測，未發(fā)現(xiàn)漏擰、欠擰，但不能排除超擰的可能。分析認(rèn)為，碰撞引起連接螺栓松動和模板彎曲變形，致使模板重心偏移，產(chǎn)生附加彎曲 應(yīng)力，當(dāng)某一截面的結(jié)構(gòu)抗力小于此應(yīng)力時，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞。而在模板的結(jié)構(gòu)抗力中，由于 水平連接螺栓只安裝了一半，且螺栓的脫扣強(qiáng)度又小于螺桿的抗拉強(qiáng)度，因此，在外力的作 用下，受力最大的螺栓首先脫扣，進(jìn)而影響周邊的螺栓依次脫扣失效，模板倒塌。

6、3.3 纜風(fēng)繩模板頂部對稱設(shè)有1組4根纜風(fēng)繩，纜風(fēng)繩型號6X19W+IWR，直徑12mm,與地面夾 角4750，纜風(fēng)繩與模板、地錨之間，分別采用鋼絲繩夾和花籃螺栓連接。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：纜風(fēng)繩僅用于模板垂直度的調(diào)節(jié)，實(shí)際拉力（垂度）隨意性很大，拉力不 均、不足現(xiàn)象嚴(yán)重；模板高達(dá)27m，按規(guī)定習(xí)，纜風(fēng)繩應(yīng)不少于2組。纜風(fēng)繩的拉力應(yīng)能保證模板在荷載作用下不發(fā)生傾覆。計算時取以下兩種荷載效應(yīng)的較 大值：砼澆注之前，模板自重和可能出現(xiàn)的最大風(fēng)荷載；澆注過程中，模板自重、其它施工 荷載以及6級風(fēng)荷載（吊車作業(yè)最大風(fēng)力）。纜風(fēng)繩的設(shè)計拉力一般由第一種情況控制。計算模板頂部僅設(shè) 1 組纜風(fēng)繩時的設(shè)計拉力。已知：模

7、板整體抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)1.3，自重4.5kN/m；纜風(fēng)繩重5.84N/m，最小破斷拉力80.5kN；當(dāng)?shù)卦O(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速25.7m/s，施工階段的設(shè)計風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)0.753。根據(jù)模板的抗傾覆穩(wěn)定性計算得：纜風(fēng)繩設(shè)計拉力地錨設(shè)計荷載=17.9kN纜風(fēng)繩跨中垂度=56mmuL/450（L為纜風(fēng)繩水平投影長度）纜風(fēng)繩安全系數(shù)=80.5/17.9=4.53.53.4 地錨砂性土地基，（p48單鋼管樁式地錨，打入深度0.70.9m。經(jīng)計算，地錨承載力=3.7 kN。 檢查發(fā)現(xiàn)， 2 個地錨的頂部出現(xiàn) 120mm 左右的水平位移，由于纜風(fēng)繩未采取防滑措施，導(dǎo) 致纜風(fēng)繩與地錨滑脫。參考有關(guān)規(guī)定：當(dāng)土質(zhì)堅實(shí)，

8、地錨受力小于15kN時，可選用樁式地錨，但應(yīng)滿足鋼 管樁的根數(shù)三2,間距三0.5m，埋置深度三1.7m的要求。而地錨設(shè)計荷載=17.915kN，地 錨承載力=3.7V17.9kN，可見地錨的結(jié)構(gòu)形式和承載力都不符合要求。結(jié)論綜上所述，引起事故的根本原因是吊車性能無法滿足施工安全要求；地面下沉加上安全 距離偏小，直接導(dǎo)致了事故的發(fā)生；模板水平連接、纜風(fēng)繩和地錨等方面存在的缺陷，加劇 了事故的嚴(yán)重程度。當(dāng)然，事故的嚴(yán)重程度還與撞擊力的大小以及發(fā)生碰撞時的剩余澆注高 度有關(guān)。經(jīng)驗教訓(xùn)無支架一模到頂連續(xù)澆注工藝，具有模板結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，機(jī)械化程度高，勞動 強(qiáng)度低，施工速度快，砼外觀質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。但

9、存在模板整體穩(wěn)定性差，且無法提供可靠的 安全防護(hù)等致命弱點(diǎn)，若砼再采用吊車垂直運(yùn)輸，危險性將進(jìn)一步增大，因此該工藝應(yīng)限制 或禁止使用。鐵路客運(yùn)專線砼施工規(guī)定:墩高V15m時，宜采用一模到頂連續(xù)澆注工藝施工;墩高15 40m宜采用翻模施工；墩高40m時，宜采用液壓爬模施工。2#墩柱若按翻模法并配合砼泵車垂直運(yùn)輸，分兩次澆注，風(fēng)險要小得多。但應(yīng)嚴(yán)格控制 砼澆注速度和自由下落高度，以免因側(cè)壓力過大爆模。與一般構(gòu)件的吊裝不同，砼采用吊車垂直運(yùn)輸時，吊車位置固定不變，作業(yè)時間長， 地面受到動載的反復(fù)作用，因而應(yīng)具有較高地強(qiáng)度和抵抗變形的能力。采用臂尖滑輪吊裝能提高作業(yè)效率，但必須是在主臂長度足夠的條件下

10、。為避免發(fā)生碰 撞，在確定作業(yè)參數(shù)時，吊臂、起吊物、模板相互之間的安全距離應(yīng)比一般規(guī)定值大;吊裝 過程中，宜采用不變幅、不伸縮吊臂，只操控吊臂回轉(zhuǎn)、吊繩升降的方式作業(yè)，嚴(yán)禁同時進(jìn) 行兩種及以上的操作動作。螺栓連接正常情況下的失效形式應(yīng)該是螺桿斷裂。脫扣是指作用于內(nèi)外螺紋上的應(yīng)力 超過材料強(qiáng)度時，發(fā)生的一種剪切破壞，屬非正常失效。影響螺栓脫扣強(qiáng)度的因素包括：產(chǎn) 品規(guī)格及質(zhì)量、欠擰或超擰、重復(fù)使用情況等6。與機(jī)械行業(yè)不同，建筑鋼結(jié)構(gòu)中的普通螺栓（V8.8級）連接按松連接設(shè)計，剩余預(yù)緊 力為零，緊固時保證接觸面無明顯間隙即可，而施工中采用普通扳手憑經(jīng)驗擰緊，容易出現(xiàn) 欠擰、超擰。鋼模板連接中常用的C級普通螺栓為粗制螺栓，制作精度低，加上重復(fù)使用 所導(dǎo)致的偏差增大、缺陷增多，使得鎖緊功效下降，也造成了脫扣強(qiáng)度小于螺桿的抗拉