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1、某工程基坑支护冠梁断裂处理实例南京工大建设监理咨询有限公司杜明【摘要】 本文通过某工程基坑支护冠梁断裂的实例并结合笔者多年的工程实践积累，对该案例的事故原因及抢险加固的处理方法等进行了分析阐述, 以供工程技术人员遇到类似问题时借鉴参考。【关键词】基坑支护冠梁断裂事故原因加固处理1 概述1.1 工程概况该工程为综合办公楼， 位于南京市河西地区， 建筑面积约 37000 ，由主楼及东西辅楼组成。主楼地下一层，地上十六层。基坑开挖面积约为9800 ，地下室大面积挖土深度为 -6.9m 。但西南侧主楼位置（- 轴和A - D轴范围内）因设计有多桩承台和电梯井， 该部位基础开挖呈现为坑中坑型式。坑中坑紧
2、靠支护桩边，其中一个坑内开挖面积约为18m 13m，另一个坑内开挖面积约为6m4m，两坑实际开挖深度为 -9.4m 。（见图 1）图 1 支护局部平面图1.2 支护结构方案1图 2 支护剖面图本项目西南侧支护结构（见图 1、图 2）采用柱列式钻孔灌注桩排桩的支护形式作为挡土结构，一道混凝土水平支撑，单排 700 的双轴深层搅拌桩成形全封闭止水帷幕。西南侧主楼部位钻孔灌注桩8001000，深 -19.7m ，水平支撑设置（见图 1）。1.3 主要危险源南侧距支护桩 9m处的地下管线中有直径 1.6m 的城西自来水主供管；西南侧距支护桩 11m处有一座大型高压线铁塔耸立。 如因基坑险情而涉及到它们
3、的受损后果都将十分严重。基坑影响深度范围内的土层以厚层流塑状态的淤泥质粉质粘土（软土）为主，易造成软土流变出现坑壁坍塌或变形过大。2 事故经过2008 年 7 月 2 日，西南侧基坑水平支撑梁轴力据监测反馈信息已达报警值，7 月 11 日 13 日当地连降数天大雨。 7 月 15 日，地下室基坑土方挖到 -6.9m 后，遂进行了坑中坑土方的开挖。当天下午4 时许在挖掘 - 轴附近 -9.4m 深的坑中坑即将开挖结束时，突然发出“噼噼”的砼崩裂声音，该坑附近- 轴线段斜向冠梁出现断裂。裂缝与横截面成45 度角方向，自断裂开始几分钟后裂缝宽扩大到25mm，此后裂缝不再扩大，冠梁断裂后的当天测得支护
4、桩水平位移值为236mm（设计报警值为21.75mm）。该处冠梁上部土方斜坡面（挂网喷浆面）及施工现场临时水泥地面出现裂缝，但附近市政路面及市政管线尚未出现异常。因该冠梁断裂处南侧附近埋设有市政自来水管线，西侧有高压供电铁塔， 当时现场气氛十分紧张，立即通知相关单位技术代表及部分专家召开应急抢险会议。3 事故原因分析从裂缝的发生过程及形状来看，该冠梁是受剪切破坏而断裂。引起此次事故的原因有以下几个方面：3.1 支护结构设计存在缺陷是导致此次事故的主要原因水平支撑布置的设计缺陷：断裂的斜冠梁与南北两侧的冠梁呈“Z”字形，两侧东西向的冠梁对斜冠梁形成了强大的扭力矩。若在沿 A 轴方向设计一道水平支
5、撑来抵住A 轴冠梁产生的水平推力， 既可消除斜冠梁受到的扭力矩，而不至于出现受扭被剪切破坏的现象。挡土支护结构设计的缺陷：西南侧设计的挡土排桩是按开挖深度-8.6m 设计的，后因该处电梯井基坑的变化承台等基础结构做了调整，调整后的开挖深度达到了 -9.4m ，而挡土支护结构并未随之修改原设计（业主未能在支护桩施工前及时将变更明确告知支护设计单位）。3.2 工程管理上存在问题是导致此次事故的次要原因坑内地下水、雨水均由水泵抽排汇流于西南侧地面临时排水沟，而该处排水沟渗漏严重， 现场管理人员未予重视， 导致大部分排放水又返回渗入西南侧护坡土体内， 再加之冠梁断裂前的数日连降大雨，大大增加了该处支护
6、桩所受到的侧压力。斜梁断裂前数十日，附近支撑梁轴力已达报警值。工程管理人员未能采取有效措施制止事态的进一步发展，直至冠梁最终发生断裂。4 处理方案4.1 突击施工坑内砼结构，减少基坑土体暴露时间。迅速完成断裂处附近坑内承台结构，为了节约时间， 在地下室底板底面标高处留设施工缝，将承台砼浇筑到底板底标高（6.7m）的位置。取消原设计的碎3石垫层，全部改用素砼快速将断裂处附近底板垫层施工完成，以使土体被砼封底后减少暴露时间，同时应将砼浇至支护桩边。4.2 封填地表裂缝，减少坑外荷载。坑外地面、挂网喷浆护坡面凡已出现地表裂缝应及时用水泥砂浆封填，如遇雨天应及时用防水彩条布覆盖。原集水沟用防水砂浆重新
7、粉刷，制止排放水严重渗漏的现象。4.3 迅速加固支护结构。4.3.1断裂附近水平支承系统的加固46将- 轴断裂处附近水平支撑的两个三角空格按双层双向、配置16 200的钢筋，先植筋后绑扎网片， 满浇成 400mm厚 C40 砼板，将支撑杆件于后浇板连成整体，增强该处支护结构的整体刚度。 （见图 3、图 4）图 3加固平面示意图GLXLZCC40板图 4图-水6平空支格撑内增混设凝砼土板板1:2004断裂冠梁的加固在轴斜冠梁上断裂位置（见图3 所示） 8m 长度范围增加截面为1000mm400mm叠梁（见图 5、图 6），具体做法如下：将坑中坑 2 的承台砼浇到地下室底板底标高以后，把原冠梁顶表
8、面砼凿开，到露出顶面箍筋为止；冠梁顶按排距 400mm间距 500mm梅花式植入16 抗减钢筋，钢筋植入深度 200mm、外露冠梁面长度380mm；叠梁两侧各配 5 根25 纵向筋；梁内上下各配 2 根16 纵向筋；箍筋为 ?8200，与原冠梁筋焊接；叠合梁砼强度等级为C40，砼中掺加 1.8 的JM-9 早强剂。图图35 冠梁顶植筋排列图冠梁顶植筋排列图1:1008200416叠梁1025后植筋16原冠梁图-4叠梁示意图图 6叠梁剖面图1:30054.4 加强监测将西南侧高压线铁塔列入监测范围，对其进行垂直度观测；对南侧距支护桩8m处的地下自来水主供管进行深层土体变形观测。4.5 这里值得一
9、提的是，在研讨确定处理方案时，较多技术人员曾提议补设一道水平钢支撑， 具体为，由轴线起沿 A 轴方向向东至轴线补设一道水平钢支撑形成边桁架（见图 3 所示）。该方案经再三讨论最终被推翻而取消，最后事实证明该决定是一个大胆而正确的决议。取消不设该支撑的理由为：拟补设的支承钢支撑梁施工困难，耗费时间太长。补设的钢梁由轴线起沿 A 轴方向向东至轴线，总长约 18m，中间须设一立柱支撑该钢梁。设立柱需要有立柱桩， 而沿钢梁走向无法找到可以直接利用来设该立柱的桩基。 最简易的办法也需对立柱所在位置进行地基处理 （因为该基坑土层为流塑状态的淤泥质粉质粘土），施工困难，耗费时间太长，待完成该项施工时，地下室
10、底板也已基本抢完，故对抢险处理的实际意义不大。发生冠梁断裂时，基坑土方已挖至设计标高，并且冠梁断裂当天的支护桩水平位移值达到36mm后，再无明显增大趋势。这说明冠梁断裂时应力被全部释放，挡土结构又一次达到新的平衡状态。因坑内土方已挖至设计标高，坑外已采取卸载、 控制雨水回渗等措施， 再加之支撑结构局部也得到加固，因此这种平衡状态不会再被破坏。5 结束语采取了以上抢险处理措施后， 经工程实际检验证明该抢险处理方案是经济合理、安全可靠的。至 2008 年 7 月下旬各项处理措施落实完毕时，实测冠梁断裂处支护桩的水平位移值累计为 45mm，整个基坑支护体系处于稳定安全状态。通过本案例可总结出以下几点
11、经验：5.1 工程技术人员应加强图纸审查工作， 对土方实际需要的开挖深度应认真与基坑支护设计的开挖深度进行校核， 尤其是电梯井、 群桩承台、 集水坑等易出现坑中坑的部位更应仔细校核。如有疑问应及时与设计人员沟通。5.2 基坑支护设计中，一些边缘形状复杂的细部绝不能被忽视。如本案例中6断裂部位的斜冠梁与南北两侧的冠梁呈“Z”字形，“ Z”字形构件是很容易受扭剪切破坏的。设计时，应通过合理布置水平支撑、增大挡土桩的刚度等（如加大直径、增加排数）以避免类似本案例事件的发生。5.3 在制定事故抢险方案时， 应认真分析事故产生的原因以及抢险加固等要达到的目标，所选择的方案既要满足安全可靠又要经济实惠方便。不能因为险情的发生而惊慌失措，浪费人、财、力不说，还没能在最关键的时刻“集中全力抢在要害” 上。这就要求我们广大技术人员必须具备扎实的技术理论功底、丰富的实践积累经验以及事故发生时冷静思考、缜密分析的判断。7
某工程基坑支护冠梁断裂处理实例
