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(shè)備檢驗研究院，四川成都 610000）

0 引言

施工作業(yè)的塔吊完成幾次吊裝轉(zhuǎn)運工作后，塔吊回轉(zhuǎn)臺以下位置發(fā)生斷裂，導(dǎo)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(zhuǎn)支承用聯(lián)接螺栓現(xiàn)場狀態(tài)

塔吊從回轉(zhuǎn)臺以下位置斷裂，吊臂、平衡臂、駕駛室落地后變形，塔吊機(jī)身與回轉(zhuǎn)臺聯(lián)接用螺栓全部斷裂，斷裂螺栓保存較完整，如圖1 所示?；剞D(zhuǎn)支承用聯(lián)接螺栓共36 顆，按順時針方向標(biāo)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(zhuǎn)支承

2 回轉(zhuǎn)支承用聯(lián)接螺栓外觀質(zhì)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(biāo)注等級為10.9 級，符合GB/T 13752—1992《塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)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(biāo)卡尺逐根測量當(dāng)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(qū)間，螺栓直徑差分布的最大區(qū)域在1.00～2.00 mm，螺栓直徑差分布結(jié)果如圖2 所示。

圖2 螺栓直徑差分布

3 回轉(zhuǎn)支承用聯(lián)接螺栓斷口宏觀形貌

螺栓斷口狀態(tài)主要有兩種類型，螺栓斷口類別及分布位置見表1：標(biāo)識為“○”的斷口較清晰，有金屬光澤，斷面裂紋起始區(qū)、擴(kuò)展區(qū)、終斷區(qū)和撕裂唇[2-3]明顯，統(tǒng)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(biāo)識為“●”的斷口表面無金屬光澤、已銹蝕、表面已損傷磨平，統(tǒng)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(zhuǎn)支承用聯(lián)接螺栓斷口微觀形貌

經(jīng)顯微觀察標(biāo)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(kuò)展留下的疲勞輝紋，受到較強作用力后快速擴(kuò)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(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬斷裂區(qū)及最終撕裂唇口明顯，典型微觀形貌如圖5 所示。標(biāo)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(jī)回轉(zhuǎn)支承的外圈齒與下轉(zhuǎn)臺用高強度螺栓緊固連接，塔機(jī)頂部的全部載荷由回轉(zhuǎn)支承傳遞到下轉(zhuǎn)臺，螺栓是塔身與回轉(zhuǎn)支承連接可靠性的關(guān)鍵零件，螺栓連接質(zhì)量與通孔同軸度、螺栓與通孔間隙、螺栓預(yù)緊力直接相關(guān)。該塔機(jī)設(shè)計使用36 個M20 的高強度螺栓，坍塌前已經(jīng)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(zhuǎn)臺上呈連續(xù)分布于標(biāo)識A26～A33，已斷裂的螺栓占連接螺栓總數(shù)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(zhì)量不良，部分螺桿彎曲，降低了螺栓安裝預(yù)緊力和材料機(jī)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(lián)接體通孔的間隙，螺栓承載能力急劇下降。

綜上所述，該塔機(jī)使用的回轉(zhuǎn)臺高強度連接螺栓中存在呈連續(xù)分布的斷裂件，螺栓表面質(zhì)量不良，幾何尺寸減小，連接緊固質(zhì)量嚴(yán)重下降，在反復(fù)交變載荷作用下，導(dǎo)致塔機(jī)從回轉(zhuǎn)支承外圈齒與下轉(zhuǎn)臺之間斷開倒塌。

6 預(yù)防措施

經(jīng)上述分析，建議塔吊使用單位應(yīng)該從以下方面做好預(yù)防措施。

（1）健全制度管理。塔吊使用單位應(yīng)按照特種設(shè)備安全法等法律法規(guī)的要求建立相關(guān)制度，如安全管理崗位責(zé)任制，安全技術(shù)檔案管理制度，司機(jī)、指揮作業(yè)人員等操作規(guī)程，維修保養(yǎng)制度等。必須分工明確，并應(yīng)設(shè)置專門的監(jiān)督管理部門落實各項制度執(zhí)行情況。

（2）加強培訓(xùn)教育。按照相關(guān)規(guī)程要求操作人員必須持證操作，塔吊使用單位應(yīng)該長期開展安全技術(shù)培訓(xùn)考核活動，提高塔吊司機(jī)、指揮作業(yè)人員等安全技術(shù)意識和素質(zhì)。

（3）落實過程管理。目前很多工地存在租用塔吊的現(xiàn)象，塔吊使用單位在落實過程管理中應(yīng)做到事前預(yù)防、事中控制、事后處理的原則。使用前應(yīng)做到檢查到位，塔吊安裝完成后應(yīng)檢驗合格后才能使用，使用過程中應(yīng)及時保養(yǎng)維修，針對回轉(zhuǎn)臺連接螺栓應(yīng)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(jiān)督檢查力度。塔吊等“兩工地”特種設(shè)備，當(dāng)?shù)亟ㄎ梢圆扇《ㄆ?、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(yīng)該針對塔吊檢測單位進(jìn)行檢查，做到實事求是、依法監(jiān)督。