某大型鋼筋混凝土筒倉整體坍塌事故分析

池 海，楊若愚

（重慶市建筑科學(xué)研究院重慶400015）

某大型鋼筋混凝土筒倉整體坍塌事故分析

池 海，楊若愚

（重慶市建筑科學(xué)研究院重慶400015）

某大型鋼筋混凝土筒倉在生產(chǎn)線調(diào)試過程中發(fā)生整體坍塌事故，本文通過對該筒倉整體坍塌事故現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查與檢測，分析確定了筒倉坍塌的原因，供同類工程參考。

大型鋼筋混凝土筒倉；整體坍塌；事故分析

1 工程概況

某水泥廠生料均化庫為鋼筋混凝土筒倉結(jié)構(gòu)，由倉下支承結(jié)構(gòu)、倉體、倉頂建筑等幾部分組成，總高度為65.950m，內(nèi)徑為20m，為圓型深倉；筒倉基礎(chǔ)為鋼筋混凝土環(huán)形基礎(chǔ)，倉下支承結(jié)構(gòu)為帶有扶壁柱的支承筒體。筒倉平面、立面示意圖如圖1、圖2所示。

該生料均化庫于2009年初安裝工程完成，同期開始進(jìn)行生產(chǎn)線調(diào)試工作。2009年3月21日21時17分，在生產(chǎn)線調(diào)試過程中生料均化庫發(fā)生整體坍塌事故，造成重大損失。

圖1 生料均化庫立面、平面示意圖

圖2 垮塌現(xiàn)場概貌

2 現(xiàn)場調(diào)查與檢測

2.1 生料均化庫修建及使用情況

該生料均化庫于2007年4月開始動工修建，2007年6月8日基礎(chǔ)工程施工完畢，2008年5月2日開始倉體滑模施工，至5月12日時施工至筒倉標(biāo)高+41.000m位置，2008年7月25日土建工程基本完畢，2009年初安裝工程完成，同期開始進(jìn)行生產(chǎn)線的調(diào)試工作，2009年3月21日21時17分發(fā)生整體坍塌事故。

據(jù)有關(guān)人員介紹，垮塌事故當(dāng)天白天及前段時間，廠內(nèi)未接到筒倉具有異響或傾斜等異常現(xiàn)象的報告。根據(jù)筒倉垮塌前兩天運行記錄可知：垮塌時筒倉內(nèi)貯料共約16720t，筒倉內(nèi)貯料高度約為40m。倉內(nèi)貯料最高溫度達(dá)80℃。

2.2 坍塌現(xiàn)場情況

據(jù)調(diào)查，該生料均化庫垮塌后上部倉體倒向西南方向，撞擊周圍多個建筑物后與地面呈60°斜靠在增濕器塔架及余熱發(fā)電框架上，坍塌后倉壁部分較為完好、標(biāo)高約為+45.000m～+65.743m；鋼筋混凝土錐體從原底標(biāo)高+11.166m豎向下塌至標(biāo)高約+2.000m，向西南方向略有傾斜；鋼結(jié)構(gòu)倉頂大部分在較為完好的筒體內(nèi)。生料均化庫周圍附屬結(jié)構(gòu)及大部分庫體構(gòu)件被掩埋在生料均化庫內(nèi)溢出的生料粉中，形成高度為7.7m的垮塌堆積物，倉下支承結(jié)構(gòu)被埋在垮塌堆積物中。鋼筋混凝土錐體及錐體下部環(huán)梁2在垮塌后保持了比較完好的狀態(tài)，上部倉壁從環(huán)梁2上部斷開，斷口比較整齊。

坍塌現(xiàn)場照片如圖2所示，采用全站儀及鋼尺等對垮塌現(xiàn)場及附近散落物進(jìn)行了測量，繪制垮塌現(xiàn)場及散落物情況如圖3所示。

2.3 生料均化庫坍塌時與周邊建筑位置關(guān)系

生料庫垮塌后，位于其西南方向的增濕器塔架上部鋼結(jié)構(gòu)圓筒在地面高度以上約48m位置有一個較大的凹坑，下部框架柱破損嚴(yán)重,柱頂傾斜達(dá)400mm。據(jù)分析，凹坑應(yīng)為生料庫垮塌時倉頂撞擊造成的。生料庫與增濕器塔架立面關(guān)系見圖4。

2.4 地基與基礎(chǔ)情況調(diào)查

生料均化庫采用環(huán)型鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為中風(fēng)化砂巖，地基承載力特征值為2700kPa，基坑、基槽開挖至設(shè)計標(biāo)高后，通過了相關(guān)人員的驗收并簽字認(rèn)可，達(dá)到設(shè)計要求，同時進(jìn)行了巖石單軸抗壓強度試驗，結(jié)果為滿足設(shè)計要求。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況分析，筒倉垮塌不是因為基礎(chǔ)不均勻變形引起的。

2.5 上部結(jié)構(gòu)材料強度檢測結(jié)果

對坍塌后的生料均化庫采用取芯法檢測混凝土抗壓強度，倉壁部分共抽取混凝土芯樣20個，錐體及環(huán)梁部分共抽取混凝土芯樣12個。檢測結(jié)果為：倉壁混凝土抗壓強度推定上限值為31.2MPa，滿足設(shè)計強度等級C30的要求。倉下支承結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強度推定上限值為36.6MPa，滿足設(shè)計強度等級C30的要求。

在垮塌后的生料均化庫中抽取部分型號的主要受力鋼筋進(jìn)行鋼筋力學(xué)性能試驗，共抽取5種型號鋼筋進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果抽樣鋼筋力學(xué)性能合格。

2.6 倉壁結(jié)構(gòu)尺寸及配筋情況檢測

對倉壁主筋進(jìn)行檢查，倉壁厚度及主筋型號滿足設(shè)計要求，但部分環(huán)向鋼筋間距偏差較大（抽檢環(huán)向筋間距最大值160mm）。

對垮塌后的倉壁進(jìn)行觀察，局部存在多根環(huán)向鋼筋在同一部位接頭等連接不規(guī)范的現(xiàn)象。

圖3 垮塌現(xiàn)場散落物情況示意圖

圖4 生料均化庫與增濕器塔架立面關(guān)系圖

3 生料均化庫坍塌原因分析

該生料均化庫筒倉垮塌具有突然性，在垮塌之前一直未見有明顯傾斜等異常情況。根據(jù)地基與基礎(chǔ)情況調(diào)查結(jié)果，筒倉垮塌不是因為基礎(chǔ)不均勻變形而引起的。

3.1 筒倉坍塌破壞位置分析

根據(jù)筒倉與臨近建筑物（構(gòu)筑物）立面關(guān)系以及增濕塔架撞擊凹坑位置關(guān)系情況分析，筒倉顯然不是由于倉頂建筑、倉壁中上部失效等因素而引起垮塌；鋼筋混凝土錐體及錐體下部環(huán)梁2在垮塌后保持了比較完好的狀態(tài)，上部倉壁從環(huán)梁2上部斷開，斷口比較整齊。說明垮塌事故源應(yīng)位于環(huán)梁2與倉壁結(jié)合處附近。

3.2 貯料效應(yīng)

事故垮塌當(dāng)天庫內(nèi)貯料總重量約16720t，換算后貯料高度約40m，倉壁中下部環(huán)向處于較大應(yīng)力狀態(tài)。

3.3 溫度效應(yīng)

該筒倉倉內(nèi)減壓錐與漏斗、倉壁為剛性連接，溫度效應(yīng)明顯。垮塌時倉內(nèi)貯料溫度達(dá)80℃，同時疊加環(huán)境溫度效應(yīng)等因素，在溫差作用下倉壁環(huán)向應(yīng)力進(jìn)一步增大。

3.4 其他不利因素影響

（1）倉壁局部存在多根環(huán)向鋼筋在同一部位接頭等連接不規(guī)范的現(xiàn)象，鋼筋骨架整體性較差。

（2）由于施工速度快，加上滑模施工特殊性，混凝土強度較低時又遭遇地震損傷（筒倉倉壁中下部混凝土澆筑時間距離地震時間約10天），鋼筋與混凝土之間粘結(jié)力有一定削弱。

5 事故分析結(jié)論

綜上分析，該筒倉存在多根環(huán)向鋼筋在同一部位接頭等連接不規(guī)范、鋼筋骨架整體性較差，混凝土澆筑早期在地震作用影響下鋼筋與混凝土之間粘結(jié)力有一定削弱，設(shè)計缺陷等先天不足因素，在生產(chǎn)調(diào)試階段裝料后倉內(nèi)溫度升高導(dǎo)致減壓錐膨脹，疊加貯料產(chǎn)生內(nèi)壓等綜合因素使倉壁中下部環(huán)向處于高應(yīng)力工作狀態(tài)，倉壁中下部環(huán)向承載力不足導(dǎo)致垮塌事故。

Analysison the Collapseof A Large Reinforced ConcreteSilo

A large reinforced concrete silo collapsed during the commissioning of its production lines.Through on-site investigation,inspection and analysis,the causesof the collapseobtained can serveas referenceand caution for other sim ilarprojects.

a large reinforced concretesilo;collapse;accidentanalysis

TU 712+.4

A

1671-9107（2012）05-0036-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2012.05.036

2012-03-20

池海（1976-），男，重慶人，工程師，主要從事建筑工程質(zhì)量檢測工作。