美国柳树岛电厂冷却塔坍塌事故

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2016年11月24日，江西丰城电厂冷却塔施工平台坍塌，造成74人死亡。回顾历史，38年前，美国柳树岛普莱森特电厂也曾发生过类似坍塌事故，国家安全监管总局办公厅（国际合作司）编译了事故调查报告。

2016年11月24日7时40分左右，江西丰城发电厂三期在建项目工地冷却塔施工平台坍塌，事故造成74人死亡、2人受伤。38年前，美国也曾发生类似事故。1978年美国西弗吉尼亚州柳树岛普莱森特电厂在建冷却塔操作平台坍塌，共计造成51人死亡，成为美国建筑史上最严重的事故之一。

事故经过

普莱森特电厂位于美国西弗吉尼亚州柳树岛俄亥俄河附近。事故发生前，该电厂正在修建两座自然通风双曲混凝土冷却塔。电厂共有两座冷却塔，1号塔壳体已于1977年8月修建完成，底座直径109 m，高131 m。

1978年4月27日，2号塔顶部已经修到51 m。上午10 时，2号塔顶部在建设过程中发生坍塌。脚手架原本固定在坍塌的壳体上，壳体坍塌致使脚手架也一同倒塌，脚手架上51名员工全部死亡。

冷却塔除顶部和底部外，其他部分的修筑均按每天浇筑1.5 m的计划进行，坍塌时已完成28层。第28浇筑层在倒塌前一天刚刚完成浇筑，用于支撑第28浇筑层的模板已升至第29层位置。

据现场工人描述，当第3桶混凝土提升至施工平台时，第28浇筑层开始倒塌，当时第29层已经浇筑混凝土约0.8 m3。据目击者介绍，第28浇筑层在几分钟内就完全塌陷，掉入冷却塔内。

事故背景

建筑方法：以完成的冷却塔壳体为支撑，搭建爬升模板和脚手架系统

普莱森特电厂冷却塔壳体厚度和直径随壳体高度而变化，采用已获专利的提模施工法进行浇筑作业，并使用模板和脚手架相结合的工作方式，为员工提供施工平台。

提模施工法，即通过模板和脚手架系统搭建施工平台，由爬升模板横梁、顶托框架、刚性槽和模板，以及脚手架等基本功能部件组成，整个模板和脚手架系统需要靠之前完成的冷却塔墙体作为支撑。其中，爬升模板横梁由两根3 m的横梁经夹板拼接成一根6 m的横梁，随着壳体浇筑层提升，爬升模板横梁位置交替上升；顶托框架包括两个结构通道，分别位于爬升模板横梁外凸缘的两个表面；刚性槽和模板将新鲜混凝土置于拱肋之间，在整个顶托过程中，刚性槽、模板与顶托框架一起移动；脚手架铺板和护栏横跨于两个拱肋之间，形成工作平台，悬挂在所有96个拱肋区域顶托框架的内外两侧。

建筑材料运输：起重系统支持，骑墙式吊车等间隔分布

在柳树岛工地，从第1层到第10层（含第10层），建筑材料均使用地面的移动绞车运送，使用泵将混凝土浇筑到模板中。第10层以上的材料和混凝土由骑墙式吊车提升到工作平台。1-6号骑墙式吊车环绕壳体顶部按相等间隔平均分布。每个骑墙式吊车由4条支腿支撑。四条支腿固定在两个相邻拱肋之间的顶托框架上。随着建筑施工的推进，骑墙式吊车同模板和脚手架系统一起向上移动。

在起重作业中，吊缆引导所有材料运送到顶部工作区域。吊缆一端连在骑墙式吊车内端的滑动板上，另一端固定至地面的锚固点。附在地面锚固点上的扣式起重机适时调整吊缆松紧度，防止吊起的材料撞击塔顶脚手架。

事故调查

美国劳工部职业安全健康局（OSHA）调查组于事故当天到达现场开展调查。两天后，美国国家标准局（NBS）应职业安全健康局要求加入调查组。在分析柳树岛普莱森特电厂冷却塔外形尺寸、建筑材料、冷却塔修筑方法，以及建筑材料提升系统后，调查组继续开展深入的分析研究工作。

事故前详细经过

调查人员通过访谈，根据事故当天冷却塔地面中心位置目击工人的描述，得到如下信息：

坍塌前不久，第一桶混凝土运送到4号骑墙式吊车，倒入手推车；5号骑墙式吊车也接收到第一桶混凝土，倒入手推车。

此时，冷却塔地面中心位置的工人听到响亮的破碎声由4号骑墙式吊车方向传来，发现第二桶混凝土已经到达距离顶端约2/3处，吊缆松动。4号骑墙式吊车操作员马上报告吊缆松动，并对吊缆采取制动操作。

第28浇筑层坍塌从4号骑墙式吊车开始，向5号骑墙式吊车方向发展，结构破坏呈圆周状扩散。所有脚手架和模板向冷却塔内部方向掉落。

冷却塔地面中心的工人立即逃到混凝土卡车斜坡下避难。脚手架上51名工人在坍塌中全部丧生。

事故调查分析

坍塌发生时，只有0.8 m3（一桶装载量）的混凝土被运送到冷却塔顶部（如图1所示），坍塌是否由于模板系统的强度未能达到要求所致呢？

然而，通过对起重和脚手架系统关键部件的检查和对实验室检测数据的分析，调查人员发现所有部件在坍塌l生之前均性能正常。因此，可以判断坍塌并非由起重和脚手架系统组件失效造成。

那么，冷却塔壳体是否能够承受整个建筑施工的载荷？

据现场工人证实，坍塌发生时，其他的起重吊缆没有处于工作状态，这使得起重载荷只发生在4号骑墙式吊车拱肋侧翼位置。

柳树岛普莱森特电厂冷却塔建造方法的整体安全与可靠性，完全依赖于已完成的冷却塔壳体承受全部的施工载荷。这就要求前期施工中必须为后续施工留下足够强度的基层壳体，以使壳体结构强度适当高于载荷作用力，从而确保安全。

但是，已建成壳体明显未能达到足够承受额外物料载荷的强度。为确认建筑物料载荷超出壳体承受限度的具体程度，调查人员开展了计算机力学建模分析。分析表明，第28浇筑层的底缘上方0.3 m处、沿壳体圆周开始发生的混凝土壳体压缩破坏，而壳体可能在达到最大载荷量之前就已经发生崩溃。

调查人员得出结论，第28浇筑层坍塌是由于4号骑墙式吊车承受较大施工物料载荷，而该骑墙式吊车所处的壳体混凝土强度不足导致；由于混凝土受压破碎，进而导致第28浇筑层顶部区域结构破裂，酿成事故。

确定最终原因

根据一系列的现场调查、实验室检测及力学分析，结合冷却塔建设施工图纸和美国职业安全健康局提供的相关案例记录分析，美国国家标准局最终认定了西弗吉尼亚州柳树岛普莱森特电厂冷却塔建设工地垮塌事故原因。

一是事发当时，混凝土桶正从地面提升至4号骑墙式吊车位置。现场实测提升吊缆的长度，可知混凝土桶当时位于骑墙式吊车摇臂下方16.4 cm处。可以推断混凝土桶体未曾撞击骑墙式吊车，因此，并非造成坍塌事故的直接原因。

二是尽管4号和5号骑墙式吊车提升吊缆均已破损，现场观测和实验室检测的结果均表明，吊缆断裂仅发生在第28浇筑层垮塌之后。因此，吊缆断裂也并非造成事故的原因。

三是通过现场和实验室调查工作，发现起重、脚手架和模板系统的各主要构件在坍塌发生之前均未发生破坏。坍塌事故与各系统均无直接关系。

四是根据壳体分析工作结果与现场目击记录，认定第28浇筑层坍塌始于4号骑墙式吊车所在位置，即第28浇筑层的底缘上方0.3 m处、沿壳体圆周开始发生混凝土壳体压缩破坏。

以上分析结果表明，事故最有可能的原因在于第28浇筑层的混凝土未能充分固化，未达到设计强度，不能有效支撑载荷以至于发生解体和坍塌。