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桥梁墩柱倒塌事故案例分析

发布时间:2018-03-23 16:45:01

事故发生经过
当时阴有间断小雨,风力3~4级,气温13℃左右,浇注速度<3m/h。浇注到6.2m时,吊车失稳,吊臂碰撞到顶部操作平台的钢管护栏上,导致模板倾斜,缆风绳崩脱,接着从两节模板的连接处断裂,先慢后快整体朝对面方向倒塌,造成4名工人坠落伤亡。墩柱
现场调查及技术分析
1、吊车作业
1.1作业方案的制定
之前浇注的墩柱全部采用同一型号的吊车垂直运输,浇注过程都非常顺利,因此在制定作为全桥最高的2#墩柱的施工方案时,对高度增加带来的风险估计不足,明知吊车主臂长度不够,仍然决定充分利用现有吊车。
考虑到若采用副臂吊装,起重量小,需要减少砼一次装载量,存在起吊次数多、浇注时间长、必须夜间施工等不利因素,最后选择了加高吊车作业场地、主臂配副钩(安装臂尖滑轮)的作业方案。
1.2作业场地
吊车停放于比柱底高1.5m的便道上。检查发现,便道的填筑宽度不够,两侧的填土松散,造成了作业过程中支腿附近的地面下沉。经计算,当内侧支腿沉降100mm时,吊臂与护栏的净距将减少0.9m。
1.3实际作业参数
模板高27m,操作平台高1.2m,边长2.5m。吊斗外径1.2m,高2.7m(包括索具长1.2m),重29kN(吊具、吊斗和1m3砼重)。吊车侧向放置,吊车内侧至墩柱中心水平距离4.3m,侧、后方作业,四节主臂配副钩起吊。由以上条件计算得:
仰角=79.8<80°
工作幅度=5.6m
吊臂与护栏的净距=0.9m(不考虑吊臂变形和晃动)
起重量=29<30kN(由副钩控制)
查《额定起重量表》,主臂额定起重量>65kN,但不推荐在此极端仰角下作业
主臂额定起重力矩=29×5.6=162.4<458.6kN·m
1.4最佳作业参数计算
相关已知条件不变,根据文献得:
仰角=64.6<79.8°
工作幅度=13.7>5.6m
吊臂与护栏的净距=1.8>0.9m
查《额定起重量表》,主臂额定起重量=32>29kN
主臂额定起重力矩=29×13.7=397.3<458.6kN·m 1.5分析
作业场地加高后,相对增加了吊臂长度,但由于其平面尺寸和强度不符合要求,造成了地面下沉后吊车失稳。并且,从以上计算可以了解到,作业参数未进行优化,存在仰角大、幅度小、安全距离偏小的缺陷,操作中稍有不慎,极易造成吊臂与护栏相撞。墩柱

墩柱

2、模板水平连接
墩柱模板由2片半圆形的定型钢模组成,节长2.0、2.5m,专业厂生产。上下节模板采用12mm法兰盘连接,竖肋加劲,螺栓孔径d0=17.5mm,孔距160mm。普通螺栓规格M16,长度50mm,性能等级4.6级,产品等级C级(GB/T 5782-Ml6×50)。
模板断裂部位位于距底面5m的第二、三节模板连接处,螺栓弯曲变形,内外螺纹脱扣。检查发现,螺栓孔距偏大(>8d0),且螺栓只安装了一半。对残留模板的连接螺栓进行敲击检测,未发现漏拧、欠拧,但不能排除超拧的可能。
分析认为,碰撞引起连接螺栓松动和模板弯曲变形,致使模板重心偏移,产生附加弯曲应力,当某一截面的结构抗力小于此应力时,产生结构破坏。而在模板的结构抗力中,由于水平连接螺栓只安装了一半,且螺栓的脱扣强度又小于螺杆的抗拉强度,因此,在外力的作用下,受力最大的螺栓首先脱扣,进而影响周边的螺栓依次脱扣失效,模板倒塌。
3、缆风绳
模板顶部对称设有1组4根缆风绳,缆风绳型号6×19W+IWR,直径12mm,与地面夹角47~50°,缆风绳与模板、地锚之间,分别采用钢丝绳夹和花篮螺栓连接。
调查中发现:缆风绳仅用于模板垂直度的调节,实际拉力(垂度)随意性很大,拉力不均、不足现象严重;模板高达27m,按规定,缆风绳应不少于2组。
缆风绳的拉力应能保证模板在荷载作用下不发生倾覆。计算时取以下两种荷载效应的较大值:砼浇注之前,模板自重和可能出现的最大风荷载;浇注过程中,模板自重、其它施工荷载以及6级风荷载(吊车作业最大风力)。缆风绳的设计拉力一般由第一种情况控制。
计算模板顶部仅设1组缆风绳时的设计拉力。已知:模板整体抗倾覆稳定系数1.3,自重4.5kN/m;缆风绳重5.84N/m,最小破断拉力80.5kN;当地设计基准风速25.7m/s,施工阶段的设计风速重现期换算系数0.75。根据模板的抗倾覆稳定性计算得:
缆风绳设计拉力≈地锚设计荷载=17.9kN
缆风绳跨中垂度=56mm≈L/450(L为缆风绳水平投影长度)
缆风绳安全系数=80.5/17.9=4.5>3.5
4、地锚
砂性土地基,φ48单钢管桩式地锚,打入深度0.7~0.9m。经计算,地锚承载力=3.7 kN。检查发现,2个地锚的顶部出现120mm左右的水平位移,由于缆风绳未采取防滑措施,导致缆风绳与地锚滑脱。墩柱
参考有关规定:当土质坚实,地锚受力小于15kN时,可选用桩式地锚,但应满足钢管桩的根数≥2,间距≥0.5m,埋置深度≥1.7m的要求。而地锚设计荷载=17.9>15kN,地锚承载力=3.7<17.9kN,可见地锚的结构形式和承载力都不符合要求。


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