建筑起重机械质量安全事故是我国建筑质量安全事故的重要风险源。据不完全统计, 2016年我国共发生207起建筑起重机械安全事故, 其中14起是由机械拆卸施工中处置不当所致。2017年8月23日, 第13号超强台风“天鸽”正面登陆珠海, 风力达14级, 平均风速45m/s, 瞬间风速达67.5m/s, 其风力、降雨量是珠江口西岸地区几十年一遇。台风给珠海的建筑工程带来重大破坏, 造成大量塔式起重机不同程度损坏;同时, 由于塔式起重机原有平衡体系被打破, 若不及时拆除受损塔式起重机, 容易引发次生安全风险^[1]。而且实践表明, 对受损塔式起重机的拆卸难度和风险要高于正常塔式起重机。因此, 本文将结合具体工程案例进行研究、探索高层建筑受损塔式起重机的风险管理、拆卸和再利用技术, 确保安全拆除受损塔式起重机, 满足再利用价值最大化, 对抢险工作及灾后重建具有重大意义。

华发广场-3 (49号地块) 9号楼工程位于珠海市横琴特区横琴岛东北角, 总建筑面积21 844m², 主体43层, 建筑高度142.3m, 建筑结构形式为剪力墙, 建筑结构的类别为二类, 合理使用年限为50年, 抗震设防烈度为7度。工程所在地属亚热带季风气候, 4—9月盛行东南季风, 主要的灾害性天气是台风和暴雨, 台风出现时间多在6—10月, 年平均4次左右。严重影响珠海市的台风平均每年1次, 暴雨5次左右。

华发广场-3 (49号地块) 9号楼塔式起重机型号为TC6012 (自编号6号塔式起重机) , 独立式基础, 独立状态自由高度40.5m、拆卸高度158m, 附着7道。此次台风登陆时台风等级和风速均大于GB/T3811—2008《起重机设计规范》设计值 (10级, 42m/s) , 是塔式起重机倾倒事故发生的主要原因。事故发生时正是“天鸽”登陆风力值最强时段, 6号塔式起重机在台风的强力风压下, 塔身晃动幅度过大, 导致顶部2道附着受台风影响发生破坏扭曲, 自第5道扶墙标准节2个角螺栓断裂, 随风倾倒依附于结构的女儿墙 (见图 1, 2) 。

华发广场-3 (49号地块) 9号楼TC6012型塔式起重机最大臂长60m, 距离7, 8号楼仅3m, 生活区在塔式起重机100m的区域, 人员活动频繁, 加之台风过后部分脚手架被砸变形, 与倾倒标准节相互交织, 进一步增加拆除环境的复杂性^[1], 拆除不当极可能引起关联性次生风险和灾害。

塔式起重机拆卸高度达158m, 现场LTM1500-500t全液压汽车式起重机主臂长度84m, 不满足拆卸要求;同时, 塔式起重机定位于地下室板面内, 选用汽车式起重机会增大结构荷载, 带来巨大的安全风险。经测算, 25t屋面式起重机方可满足塔式起重机拆除要求;但其回转总成单件分解最大质量达4.00t, 现场施工升降机运力不满足要求。针对系列复杂因素, 组织相关专业技术人员对TC6012型塔式起重机的受损现状、拆卸和再利用进行风险评估。

采用风险评价公式D=LEC, 其中D表示岗位危险源危险性 (风险程度) ;L表示发生事故的概率;E表示人暴露在该危险源下的频繁度;C表示该风险发生会造成的损失和后果。结果如表1所示。

TC6012型塔式起重机加固→3t屋面式起重机机座基础处理→人工安装3t屋面式起重机→3t屋面式起重机吊装6t屋面式起重机机座基础并处理完成→3t屋面式起重机安装6t屋面式起重机→6t屋面式起重机吊装25t屋面式起重机机座基础并处理完成→6t屋面式起重机安装25t屋面式起重机→25t屋面式起重机与6t屋面式起重机配合拆卸倾倒的TC6012型塔式起重机→25t屋面式起重机吊拆至倾倒标准节。

经全站仪精准测绘, 塔身倾倒至大屋面女儿墙位置, 最上面一道附着撕裂, 平衡臂方向弯矩大于起重臂方向弯矩, 塔式起重机向平衡臂方向倾倒严重。经分析决定将该塔式起重机进行多道软附着和硬附着的加固处理, 分为3步:①软拉 分别在35, 37, 40, 42层用ϕ18钢丝绳每1层拉1次 (见图3a) ;②硬连接 分别在36, 38, 41, 43层 4层用[20a对扣形成20mm×20mm方钢呈八字形进行硬连接 (见图3b) ;③加焊 为防止在拆卸过程中34层标准节螺栓断裂处移位、底座不稳造成整体下沉而发生事故, 必须在2个标准节连接处的开口位置用20mm厚钢板连接加焊, 焊接应按照分段、对称要求, 焊缝饱满, 无夹渣、无气孔 (见图3c) 。

根据现场实际情况及各台屋面式起重机的工作内容和拆塔需要, 采用施工升降机垂直运输3t屋面式起重机, 人工水平搬运并安装于既定位置。采用3t屋面式起重机安装6t屋面式起重机, 6t屋面式起重机安装25t屋面式起重机, 25t屋面式起重机与6t屋面式起重机共同配合对现场倾倒变形的TC6012型塔式起重机实施拆卸。本文重点分析25t屋面式起重机的受力与安装要点。

25t屋面式起重机需要安装1节3m过渡节、2节3m标准节、30m起重臂长的平衡重。基础平面如图4所示, 每个支座点支座反力为570kN (受压力) 及152kN (受拉力) , 水平荷载200kN, 水平力方向支座平面为任意角度 (起重机可以360°旋转) 。

1) 采用安装完成的6t屋面式起重机作为起重设备安装25t屋面式起重机, 如图5, 6所示。

2) 在满足屋面式起重机受力的前提条件下进行十字钢梁安装。将十字钢梁的马凳与基础铁板进行焊接, 钢梁安装后实施满焊, 焊脚尺寸≥20mm。

3) 在地面采用50t汽车式起重机拼装起重臂。采用6t屋面式起重机吊装至屋面, 起重臂拼装完成后再行安装, 并注意在起重臂安装前将吊钩穿绕完成。起重臂安装后将安装钢丝绳安装牢固, 变幅绳安装后解除6t屋面式起重机吊钩。

4) 25t屋面式起重机安装完成后, 安装单位组织检测单位对25t屋面式起重机进行检测, 合格后方可使用。

由于起重臂在x, y轴两方向倾倒严重, 现有塔式起重机状态无法将起升绳完整拆卸, 必须将起重臂前的起升绳报废拆除。需要3t屋面式起重机配合25t屋面式起重机拆卸起升绳, 采用25t屋面式起重机将3t手拉葫芦吊装至塔顶靠近起重臂一侧, 并将手拉葫芦固定在第1节起重臂5m上弦杆位置, 吊钩一端采用与起升钢丝绳等直径的4m钢绳通过3个猫爪固定在塔顶出绳处靠近起重臂一侧, 保持下钩动作速度与手拉葫芦速度相同, 在此操作过程中应密切关注吊钩跟随状态。当吊钩与起重臂剩余500mm时停止手拉葫芦拉链操作, 并放松塔顶钢丝绳, 拆卸人员采用10m手绳爬至塔顶的操作平台将后平衡臂方向的钢丝绳拴系牢固。最后, 利用气割枪将手拉葫芦塔顶方向的起升钢丝绳割除, 并在10m手绳的控制下将剩余钢丝绳放置在平衡臂上, 指挥驾驶人员将钢丝绳回收至卷筒。

拆除配重会造成塔式起重机受力变化, 过程中要求指挥人员对配重及起重臂自身的重力进行平衡计算, 确保剩余构件可以保持塔身平衡^[2]。安全起见, 配重拆卸前将2根200m麻绳吊装至起重臂上, 1根拴系在60m臂尖、另1根拴系在臂根位置。在平衡臂方向拴系直径10mm钢丝绳和麻绳各50m与屋面结构拴系保持松弛状态。TC6012型塔式起重机配重组成为6×2.4t+1.8t, 采用25t屋面式起重机拆卸配重。先进行1.8t配重拆卸, 再逐个拆卸2.4t配重, 并保留最后一块配重, 即拆卸顺序为“7-6-5-4-3-2”^[2] (见图7) 。拆卸配重以产生转动趋势的平衡重为界限 (拆卸有转动趋势则应立即停止该块平衡重拆卸) , 起重臂没有转动趋势方可拆除。屋面钢丝绳保持松弛状态方可拆除第2块2.4t平衡重, 拆除平衡重数量以起重臂即将发生转动为准。

观察起重臂倾倒趋势, 采用2台5t手拉葫芦调整臂根销轴的状态, 直到销轴可以轻松轴向运动为止。人员撤离起重臂, 将起重臂与塔顶连接的销轴取出, 同时采用撬棍进行约束, 轻微调节小车取出撬棍 (取撬棍前必须采用直径10mm钢丝绳与塔顶缠绕做溜绳保护) 。起重臂在2根200m麻绳的引导下缓缓放置地面, 此时暂不进行解体作业。

平衡臂采用4根8m钢丝绳吊装 (与起重臂相同, 挂2台5t手拉葫芦进行调平) 。缓缓起钩解除平衡臂拉杆销轴约束, 拆卸平衡臂与塔顶销轴方法和拆卸起重臂相同。

后续安装过程中, 对塔式起重机基础及非受损标准节进行垂直度、沉降及位移检测, 确定满足相关规范, 并合理加以利用, 在经济上节约了重新布置塔式起重机基础及部分标准节的费用, 作为TC6012型塔式起重机安装方案, 也通过了专家评审论证。所以, 合理利用非受损构件的施工做法, 在台风及其他自然灾害多发地区具有借鉴意义^[3]。

根据工程特点及施工工艺的实际情况, 认真组织对危险源和环境因素的识别与评价, 制定本项目发生紧急情况或事故的应急措施, 开展应急知识教育和应急演练, 提高现场操作人员应急能力, 减少突发事件造成的损坏和不良环境影响。其应急准备和响应工作程序如图8所示。

1) 所有在平台上工作的人员必须戴安全帽, 系好安全带, 熟知拆除塔式起重机的程序方法及屋面式起重机的使用、拆装方法, 负责人员进行技术与安全交底^[4]。

2) 施工前必须用警戒带将塔式起重机悬挂部位下方地面围护起来, 禁止人员进入 (见图9) 。拆卸过程中, 施工便道采取临时封闭措施, 防止上方掉落小物件伤人。塔式起重机拆除作业人员和地面值勤人员每人配备1部对讲机, 保持通信畅通^[1]。

3) 外脚手架和模板支撑拆除时必须有专人指挥, 并将红白相间布条系在栏杆上, 用栏杆作为危险区护栏, 并派专人站岗, 不允许进入危险区内。施工过程中, 架子队必须派专人定点在施工现场随时进行外架加固维修工作^[1]。

4) 悬挂部分根据施工方案顺序依次进行拆除, 直至拆除作业完成为止。拆除时, 找准待拆部件的垂直吊点, 与主吊钢丝绳绑扎牢固。所有物件从拆卸面向下降时都必须拉设牵引导向绳, 以保护下降过程中的安全。利用2～3根加固钢丝绳作为安全绳, 一端绑扎在部件上, 另一端固定在建筑框架柱上。吊住部件后先往上吊1m, 确定稳固无误后再缓慢将其吊至地面^[1]。

5) 信号指挥员在发出指挥信号前, 应再次检查吊点位置、部件质量是否与起重设备性能相符、是否有未经固定的散件、被吊物上下方是否有人等, 确认无误后方可发出指挥信号。信号指挥员应密切联系、配合默契, 作业前明确信号交接部位, 严禁出现同时发出指挥信号的现象^[5]。

本工程倾倒塔式起重机于17d后顺利拆除, 施工方案切实可行, 拆除过程安全可靠, 既拆除了受台风影响倾倒的塔式起重机, 又保证了建筑工程施工及周边安全, 拆除过程安全高效, 取得了良好的社会效益^[6]。