美國柳樹島電廠冷卻塔坍塌事故

2016年11月24日，江西豐城電廠冷卻塔施工平臺坍塌，造成74人死亡。回顧歷史，38年前，美國柳樹島普萊森特電廠也曾發(fā)生過類似坍塌事故，國家安全監(jiān)管總局辦公廳（國際合作司）編譯了事故調(diào)查報告。

2016年11月24日7時40分左右，江西豐城發(fā)電廠三期在建項(xiàng)目工地冷卻塔施工平臺坍塌，事故造成74人死亡、2人受傷。38年前，美國也曾發(fā)生類似事故。1978年美國西弗吉尼亞州柳樹島普萊森特電廠在建冷卻塔操作平臺坍塌，共計造成51人死亡，成為美國建筑史上最嚴(yán)重的事故之一。

事故經(jīng)過

普萊森特電廠位于美國西弗吉尼亞州柳樹島俄亥俄河附近。事故發(fā)生前，該電廠正在修建兩座自然通風(fēng)雙曲混凝土冷卻塔。電廠共有兩座冷卻塔，1號塔殼體已于1977年8月修建完成，底座直徑109 m，高131 m。

1978年4月27日，2號塔頂部已經(jīng)修到51 m。上午10 時，2號塔頂部在建設(shè)過程中發(fā)生坍塌。腳手架原本固定在坍塌的殼體上，殼體坍塌致使腳手架也一同倒塌，腳手架上51名員工全部死亡。

冷卻塔除頂部和底部外，其他部分的修筑均按每天澆筑1.5 m的計劃進(jìn)行，坍塌時已完成28層。第28澆筑層在倒塌前一天剛剛完成澆筑，用于支撐第28澆筑層的模板已升至第29層位置。

據(jù)現(xiàn)場工人描述，當(dāng)?shù)?桶混凝土提升至施工平臺時，第28澆筑層開始倒塌，當(dāng)時第29層已經(jīng)澆筑混凝土約0.8 m3。據(jù)目擊者介紹，第28澆筑層在幾分鐘內(nèi)就完全塌陷，掉入冷卻塔內(nèi)。

事故背景

建筑方法：以完成的冷卻塔殼體為支撐，搭建爬升模板和腳手架系統(tǒng)

普萊森特電廠冷卻塔殼體厚度和直徑隨殼體高度而變化，采用已獲專利的提模施工法進(jìn)行澆筑作業(yè)，并使用模板和腳手架相結(jié)合的工作方式，為員工提供施工平臺。

提模施工法，即通過模板和腳手架系統(tǒng)搭建施工平臺，由爬升模板橫梁、頂托框架、剛性槽和模板，以及腳手架等基本功能部件組成，整個模板和腳手架系統(tǒng)需要靠之前完成的冷卻塔墻體作為支撐。其中，爬升模板橫梁由兩根3 m的橫梁經(jīng)夾板拼接成一根6 m的橫梁，隨著殼體澆筑層提升，爬升模板橫梁位置交替上升；頂托框架包括兩個結(jié)構(gòu)通道，分別位于爬升模板橫梁外凸緣的兩個表面；剛性槽和模板將新鮮混凝土置于拱肋之間，在整個頂托過程中，剛性槽、模板與頂托框架一起移動；腳手架鋪板和護(hù)欄橫跨于兩個拱肋之間，形成工作平臺，懸掛在所有96個拱肋區(qū)域頂托框架的內(nèi)外兩側(cè)。

建筑材料運(yùn)輸：起重系統(tǒng)支持，騎墻式吊車等間隔分布

在柳樹島工地，從第1層到第10層（含第10層），建筑材料均使用地面的移動絞車運(yùn)送，使用泵將混凝土澆筑到模板中。第10層以上的材料和混凝土由騎墻式吊車提升到工作平臺。1-6號騎墻式吊車環(huán)繞殼體頂部按相等間隔平均分布。每個騎墻式吊車由4條支腿支撐。四條支腿固定在兩個相鄰拱肋之間的頂托框架上。隨著建筑施工的推進(jìn)，騎墻式吊車同模板和腳手架系統(tǒng)一起向上移動。

在起重作業(yè)中，吊纜引導(dǎo)所有材料運(yùn)送到頂部工作區(qū)域。吊纜一端連在騎墻式吊車內(nèi)端的滑動板上，另一端固定至地面的錨固點(diǎn)。附在地面錨固點(diǎn)上的扣式起重機(jī)適時調(diào)整吊纜松緊度，防止吊起的材料撞擊塔頂腳手架。

事故調(diào)查

美國勞工部職業(yè)安全健康局（OSHA）調(diào)查組于事故當(dāng)天到達(dá)現(xiàn)場開展調(diào)查。兩天后，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）應(yīng)職業(yè)安全健康局要求加入調(diào)查組。在分析柳樹島普萊森特電廠冷卻塔外形尺寸、建筑材料、冷卻塔修筑方法，以及建筑材料提升系統(tǒng)后，調(diào)查組繼續(xù)開展深入的分析研究工作。

事故前詳細(xì)經(jīng)過

調(diào)查人員通過訪談，根據(jù)事故當(dāng)天冷卻塔地面中心位置目擊工人的描述，得到如下信息：

坍塌前不久，第一桶混凝土運(yùn)送到4號騎墻式吊車，倒入手推車；5號騎墻式吊車也接收到第一桶混凝土，倒入手推車。

此時，冷卻塔地面中心位置的工人聽到響亮的破碎聲由4號騎墻式吊車方向傳來，發(fā)現(xiàn)第二桶混凝土已經(jīng)到達(dá)距離頂端約2/3處，吊纜松動。4號騎墻式吊車操作員馬上報告吊纜松動，并對吊纜采取制動操作。

第28澆筑層坍塌從4號騎墻式吊車開始，向5號騎墻式吊車方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)破壞呈圓周狀擴(kuò)散。所有腳手架和模板向冷卻塔內(nèi)部方向掉落。

冷卻塔地面中心的工人立即逃到混凝土卡車斜坡下避難。腳手架上51名工人在坍塌中全部喪生。

事故調(diào)查分析

坍塌發(fā)生時，只有0.8 m3（一桶裝載量）的混凝土被運(yùn)送到冷卻塔頂部（如圖1所示），坍塌是否由于模板系統(tǒng)的強(qiáng)度未能達(dá)到要求所致呢？

然而，通過對起重和腳手架系統(tǒng)關(guān)鍵部件的檢查和對實(shí)驗(yàn)室檢測數(shù)據(jù)的分析，調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)所有部件在坍塌發(fā)生之前均性能正常。因此，可以判斷坍塌并非由起重和腳手架系統(tǒng)組件失效造成。

那么，冷卻塔殼體是否能夠承受整個建筑施工的載荷？

據(jù)現(xiàn)場工人證實(shí)，坍塌發(fā)生時，其他的起重吊纜沒有處于工作狀態(tài)，這使得起重載荷只發(fā)生在4號騎墻式吊車拱肋側(cè)翼位置。

柳樹島普萊森特電廠冷卻塔建造方法的整體安全與可靠性，完全依賴于已完成的冷卻塔殼體承受全部的施工載荷。這就要求前期施工中必須為后續(xù)施工留下足夠強(qiáng)度的基層殼體，以使殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度適當(dāng)高于載荷作用力，從而確保安全。

但是，已建成殼體明顯未能達(dá)到足夠承受額外物料載荷的強(qiáng)度。為確認(rèn)建筑物料載荷超出殼體承受限度的具體程度，調(diào)查人員開展了計算機(jī)力學(xué)建模分析。分析表明，第28澆筑層的底緣上方0.3 m處、沿殼體圓周開始發(fā)生的混凝土殼體壓縮破壞，而殼體可能在達(dá)到最大載荷量之前就已經(jīng)發(fā)生崩潰。

調(diào)查人員得出結(jié)論，第28澆筑層坍塌是由于4號騎墻式吊車承受較大施工物料載荷，而該騎墻式吊車所處的殼體混凝土強(qiáng)度不足導(dǎo)致；由于混凝土受壓破碎，進(jìn)而導(dǎo)致第28澆筑層頂部區(qū)域結(jié)構(gòu)破裂，釀成事故。

確定最終原因

根據(jù)一系列的現(xiàn)場調(diào)查、實(shí)驗(yàn)室檢測及力學(xué)分析，結(jié)合冷卻塔建設(shè)施工圖紙和美國職業(yè)安全健康局提供的相關(guān)案例記錄分析，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局最終認(rèn)定了西弗吉尼亞州柳樹島普萊森特電廠冷卻塔建設(shè)工地垮塌事故原因。

一是事發(fā)當(dāng)時，混凝土桶正從地面提升至4號騎墻式吊車位置。現(xiàn)場實(shí)測提升吊纜的長度，可知混凝土桶當(dāng)時位于騎墻式吊車搖臂下方16.4 cm處。可以推斷混凝土桶體未曾撞擊騎墻式吊車，因此，并非造成坍塌事故的直接原因。

二是盡管4號和5號騎墻式吊車提升吊纜均已破損，現(xiàn)場觀測和實(shí)驗(yàn)室檢測的結(jié)果均表明，吊纜斷裂僅發(fā)生在第28澆筑層垮塌之后。因此，吊纜斷裂也并非造成事故的原因。

三是通過現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)起重、腳手架和模板系統(tǒng)的各主要構(gòu)件在坍塌發(fā)生之前均未發(fā)生破壞。坍塌事故與各系統(tǒng)均無直接關(guān)系。

四是根據(jù)殼體分析工作結(jié)果與現(xiàn)場目擊記錄，認(rèn)定第28澆筑層坍塌始于4號騎墻式吊車所在位置，即第28澆筑層的底緣上方0.3 m處、沿殼體圓周開始發(fā)生混凝土殼體壓縮破壞。

以上分析結(jié)果表明，事故最有可能的原因在于第28澆筑層的混凝土未能充分固化，未達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，不能有效支撐載荷以至于發(fā)生解體和坍塌。

編輯 秦運(yùn)巧