自動監測技術在高支模中的應用

董俊杰 王 剛 范瑋武 胡 欣

（中國建筑第八工程局有限公司，上海200240）

隨著我國建筑行業的發展，高層建筑的數量越來越多，高大支模支撐體系的應用越來越普遍。高大支模體系，簡稱高支模[1]，支模體系越高大、復雜，安全風險也就越高。高支模坍塌事故時有發生，高支模安全事故發生時間普遍很短，從出現危險征兆到事故發生通常只有短短幾分鐘，具有突然性。而且高支模本身具有的高空間、大跨度等特點，使得高支模安全事故一旦發生，往往造成重大人員傷亡和巨大的經濟損失[2]。針對這一問題，建設主管部門和建筑施工企業的安全管理工作已將模板坍塌作為重大危險源進行識別和控制[3]。

1 高支模監測方案

當高支模監測參數超過預設限值時，及時通知現場作業人員停止作業迅速撤離現場，預防和杜絕支架坍塌事故的發生。高支模監測以獲取實時自動化采集數據為主，現場目測巡查為輔；各監測項目應在模板系統支架預壓前測得穩定的初始值。

1.1 監測內容

根據高大模板工程在施工過程存在的整體傾覆、局部塌陷的工程事故形式，結合本工程的實際情況，本項目的監測內容包括如下四項：

（1）支架整體水平位移。為防止支架系統的整體傾覆，利用拉繩位移計在施工過程中對體系整體側移進行監測。

（2）立桿傾角（傾斜）。為防止受力較大的立桿喪失穩定產生傾覆，對危險部位的立桿傾斜角度進行監測。

（3）立桿軸力。除監測立桿傾斜之外，對危險和重要部位的立桿承受的軸向壓力進行監測。

（4）水平桿撓度。為防止屋面大梁澆筑過程中產生撓度過大的情況，對梁底水平桿撓度進行監測。

1.2 監測設備和測點布置

（1）支架整體水平位移。支架整體水平位移測點布置在支架系統頂部，沿支架平面外輪廓長邊邊線布置8 個測點。

在立桿頂部安裝拉線式位移傳感器，使線頭水平方向拉伸，拉出約200mm，用鋼絲與現場混凝土柱或其他已建成的結構固定。每個測點位置的立桿可安裝兩個位移傳感器，成90°方向安裝，分別測兩個方向的位移。

（2）立桿傾角、軸力及水平桿撓度。選擇部分屋面主梁梁底的支撐立桿作為測量的對象，分別位于1～2 軸跨中與主梁交匯處的梁底立桿，共八根立桿。立桿傾角采用SPI-509 雙向傾角傳感器監測，立桿軸力采用輪輻式壓力傳感器JLBU-1 進行監測。

1.3 監測頻率

（1）澆筑前：測量三次，記錄此值并以三次平均值為初始值。

（2）在澆筑過程，支撐系統整體位移由于是全站儀人工測量，每兩小時測量一次；其余參數（立桿傾斜、立桿軸力、水平桿撓度）實時監測，采樣頻率1 次/10 秒。

（3）澆筑完成后養護階段，前三天，每天一次。后二十四天，每三天采集一次。

1.4 監測預警值

根據《建筑施工臨時支撐結構技術規范JGJ300-2013》確定報警值，當監測項目超過其警戒值時，必須迅速停止澆筑，查明原因，一般應急措施有：

（1）迅速停止澆筑，保證警戒值不再增大。

（2）修改方案，進行加固。

2 高支模監測數據分析

2.1 混凝土澆筑過程

混凝土現場澆筑持續時間共12 小時30 分鐘，澆筑過程對立桿軸力、傾斜、撓度、水平位移等參數進行連續監測，采樣頻率為1 次/分鐘。

（1）支架整體水平位移。支架整體水平位移變化如圖1 所示，其中8 號整體位移測點在開始監測前遭人為破壞，其監測點在本次監測項目中無有效數據。從圖中數據可以看出，支架整體水平位移在全監測過程中變化范圍不大，除個別點有波動外，其余測點水平變化較平緩，且最大位移均在5mm 以內，未達到變形報警值。

圖1 各測點整體水平位移變化圖

（2）立桿傾斜。混凝土澆筑過程中，測試桿件兩個方向的最大傾斜角度，大部分測點傾斜度未超過允許值。其中6 號點有突變現象，如圖2 所示，分析其原因，是由于現場澆筑時的振動荷載造成的測點產生橫向突發變形，變形后數據趨于穩定，說明整個澆筑施工過程，立桿穩定性良好。

圖2 6 號測點傾斜角度變化圖

（3）立桿軸力。從數據可以看出，隨著混凝土澆筑，各立桿軸力逐步增大，在澆筑后期，各立桿軸力變化平緩，逐漸達到穩定值。

（4）水平撓度。從數據中可以看出，在混凝土澆筑初期，各測點均產生了不同程度的撓度，且隨著時間的增長，撓度逐漸變大。各測點雖在某一階段出現撓度減小的現象，但最終均產生了不同程度的撓度，且基本保持穩定不變，并未超過允許值。

2.2 混凝土養護過程

混凝土養護階段持續時間為21 天，在此過程中對立桿軸力、傾斜和水平桿撓度等參數進行連續監測，采樣頻率約1 次/小時。圖3 為部分測點在養護階段的監測結果。

結果顯示，各立桿傾斜角度略有波動，但與澆筑完成時的傾斜角度相比，沒有產生過大的增長，立桿傾斜基本趨于穩定；各立桿軸力隨著混凝土養護成型，軸力逐漸減小，各根立桿軸力變化程度雖不盡相同，但均未超過允許值；大部分的水平桿撓度在養護階段中無較大變化，只有部分水平桿的撓度在監測后期有所增大，經分析發現，這是由于上部結構施工中的荷載所引起的，但其變化量均小于3mm，滿足設計要求。

圖3 養護過程部分測點數據

3 結論

針對科創中心項目高支模在混凝土澆筑過程和養護成型過程的結構安全性和穩定性，進行了包括高支模整體水平位移、立桿軸力與傾斜、水平桿撓度等多項數據的監測，并通過對監測數據的統計分析，對高支模結構體系進行了安全性評價。采用本文提出的高支模結構體系監測方法，可以有效監測高支模結構在施工過程中的內力與變形情況，能夠及時發現結構的安全隱患，避免不必要的人員傷亡與經濟損失。同時，該監測體系也可作為模板拆除時間及上部結構施工荷載對既有結構影響的判斷依據，為施工全過程提供安全保障。