某工地塔吊倒塌事故原因分析

李 信，段洪斌，敬碩肄，劉映宇

（四川省特種設備檢驗研究院，四川成都 610000）

0 引言

施工作業的塔吊完成幾次吊裝轉運工作后，塔吊回轉臺以下位置發生斷裂，導致倒塌事故。事故時塔吊吊鉤已收回，未鉤掛任何物品。塔吊型號QTZ50，制造完成時間2009 年10 月。

1 回轉支承用聯接螺栓現場狀態

塔吊從回轉臺以下位置斷裂，吊臂、平衡臂、駕駛室落地后變形，塔吊機身與回轉臺聯接用螺栓全部斷裂，斷裂螺栓保存較完整，如圖1 所示?；剞D支承用聯接螺栓共36 顆，按順時針方向標記為A1～A36：2 顆缺失，34 顆全部斷裂；斷裂螺栓中25 顆斷口形貌較清晰，9 顆螺栓斷口被泥土污染。

圖1 回轉支承

2 回轉支承用聯接螺栓外觀質量

將螺栓按編號放入0#柴油中浸泡約20 min，用軟毛刷逐顆清洗表面，去除表面油污及塵土。螺栓標注等級為10.9 級，符合GB/T 13752—1992《塔式起重機設計規范》[1]。清洗后的螺栓外觀表面呈鐵銹色，腐蝕凹坑密集，軸向有彎曲變形，直徑明顯變小，用游標卡尺逐根測量當前螺栓最大和最小直徑，所測螺栓直徑差分布在0.12～2.44 mm。排列其分布區間，螺栓直徑差分布的最大區域在1.00～2.00 mm，螺栓直徑差分布結果如圖2 所示。

圖2 螺栓直徑差分布

3 回轉支承用聯接螺栓斷口宏觀形貌

螺栓斷口狀態主要有兩種類型，螺栓斷口類別及分布位置見表1：標識為“○”的斷口較清晰，有金屬光澤，斷面裂紋起始區、擴展區、終斷區和撕裂唇[2-3]明顯，統計分析此類斷口主要分布在A13～A34，典型宏觀形貌如圖3 所示；標識為“●”的斷口表面無金屬光澤、已銹蝕、表面已損傷磨平，統計分析主要分布在A26～A33，典型宏觀形貌如圖4 所示。

表1 螺栓斷口類別及分布位置

圖3 A7 螺栓斷口形貌

圖4 A5 螺栓斷口形貌

4 回轉支承用聯接螺栓斷口微觀形貌

經顯微觀察標識為“○”的斷口是典型的疲勞斷口，斷口與螺栓的軸線基本呈90°，表面相對平滑，疲勞斷裂特征明顯。裂紋源沿螺紋牙底部呈弧線，有裂紋不斷擴展留下的疲勞輝紋，受到較強作用力后快速擴展有明顯的放射棱線，最終斷裂留下了撕裂唇口。疲勞裂紋起始區、裂紋擴展區、瞬斷裂區及最終撕裂唇口明顯，典型微觀形貌如圖5 所示。標識為“●”的斷口表面無金屬光澤、已銹蝕、斷面有二次損傷特征，為“陳舊性”斷口，典型微觀形貌如圖6 所示。

圖5 螺栓疲勞斷口

圖6 螺栓陳舊性斷口

5 分析與討論

塔式起重機回轉支承的外圈齒與下轉臺用高強度螺栓緊固連接，塔機頂部的全部載荷由回轉支承傳遞到下轉臺，螺栓是塔身與回轉支承連接可靠性的關鍵零件，螺栓連接質量與通孔同軸度、螺栓與通孔間隙、螺栓預緊力直接相關。該塔機設計使用36 個M20 的高強度螺栓，坍塌前已經斷裂螺栓并具有“陳舊性”斷口特征的螺栓共9 個，其中8 個斷裂螺栓在轉臺上呈連續分布于標識A26～A33，已斷裂的螺栓占連接螺栓總數約25%，除去滅失的2 個螺栓，實際工作的螺栓僅有70%。螺栓表面質量不良，部分螺桿彎曲，降低了螺栓安裝預緊力和材料機械性能；幾何尺寸測試表明，螺栓直徑均小于名義尺寸。螺栓尺寸變化減小了螺栓橫截面積、增大了與聯接體通孔的間隙，螺栓承載能力急劇下降。

綜上所述，該塔機使用的回轉臺高強度連接螺栓中存在呈連續分布的斷裂件，螺栓表面質量不良，幾何尺寸減小，連接緊固質量嚴重下降，在反復交變載荷作用下，導致塔機從回轉支承外圈齒與下轉臺之間斷開倒塌。

6 預防措施

經上述分析，建議塔吊使用單位應該從以下方面做好預防措施。

（1）健全制度管理。塔吊使用單位應按照特種設備安全法等法律法規的要求建立相關制度，如安全管理崗位責任制，安全技術檔案管理制度，司機、指揮作業人員等操作規程，維修保養制度等。必須分工明確，并應設置專門的監督管理部門落實各項制度執行情況。

（2）加強培訓教育。按照相關規程要求操作人員必須持證操作，塔吊使用單位應該長期開展安全技術培訓考核活動，提高塔吊司機、指揮作業人員等安全技術意識和素質。

（3）落實過程管理。目前很多工地存在租用塔吊的現象，塔吊使用單位在落實過程管理中應做到事前預防、事中控制、事后處理的原則。使用前應做到檢查到位，塔吊安裝完成后應檢驗合格后才能使用，使用過程中應及時保養維修，針對回轉臺連接螺栓應做到及時更換，涂抹防銹油脂等方式確保其安全性能。

（4）加大監督檢查力度。塔吊等“兩工地”特種設備，當地建委可以采取定期、不定期、突擊檢查等方式加大檢查力度，不僅對塔吊使用單位，還應該針對塔吊檢測單位進行檢查，做到實事求是、依法監督。