某大型工程超高大模板工程安全可靠性研究

王志偉，王飛，馬洪偉，張震，李承明

（1.江蘇邗建集團(tuán)有限公司，江蘇 揚州 225127；2.揚州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚州 225127；3.揚州市金泰建設(shè)監(jiān)理有限公司，江蘇 揚州 225000）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代化城市建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)越來越高，建筑物的整體布局、結(jié)構(gòu)種類更是多種多樣。工程建設(shè)過程中，技術(shù)人員經(jīng)常遇到超高、大跨度、大截面等混凝土梁板的超高大模板支模施工問題。一般的超高大模板支撐體系[1]就是支撐高度超過8 m，或者是搭設(shè)的跨度大于18m，或施工總荷載高于15kN/m2，集中線荷載高于20kN/m的模板支撐體系。由于這類模板技術(shù)要求高、施工難度大、安全問題突出，因此這類模板極易造成群死群傷事件，給社會財產(chǎn)、人民的生命和安全造成嚴(yán)重威脅。例如：2015年4月11日晚11時，河北省的新樂市建材市場正在施工的一商業(yè)樓在混凝土澆筑過程中模板支撐架發(fā)生倒塌，導(dǎo)致5人死亡、4人受傷；2015年1月29日零時25分左右，江西某大學(xué)體育館頂層現(xiàn)澆混凝土過程中超高大模板工程發(fā)生倒塌，事故造成1人死亡，18人受傷，其中3人重傷。從上述可知，提高超高大模板工程的安全可靠性是具有重要現(xiàn)實意義的一個課題。本文嘗試從超高大模板工程體系的專項施工方案出發(fā)，做好超高大模板工程安全隱患的防患措施，真正做到“預(yù)防為主”[2]，從而提高超高大模板工程的安全可靠度。

江蘇省某購物中心工程效果圖

1 工程概況

本文以江蘇省某購物中心工程為例，總建筑面積為141578.7m2，建筑總平面被劃分為A、B、C和D四區(qū)，建筑的結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地下三層、地上五層，該工程效果圖如下圖所示。該工程A區(qū)有超高大模板工程8處，其中最高的高度達(dá)32.75m。本文主要從計算理論、專項施工方案及安全監(jiān)測三個方面對超高大模板工程安全控制進(jìn)行系統(tǒng)論述。

2 超高大模板工程計算理論

在該購物中心工程施工之前，施工企業(yè)集中項目部人員的所有技術(shù)力量對超高大模板工程進(jìn)行設(shè)計計算。超高大模板工程支撐體系中的受力構(gòu)件(包括模板、方木、鋼管、扣件等)要加以驗算其剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對整個超高大模板工程穩(wěn)定性進(jìn)行核算，對某些具體的部位進(jìn)行抗彎、抗剪和撓度等方面的驗算。

2.1 超高大模板工程承載力計算

超高大模板工程承載能力計算[3]是超高大模板工程專項施工方案的重要內(nèi)容，并以此作為該專項施工方案能否達(dá)到施工要求的重要依據(jù)。荷載主要包括：支撐體系自重、鋼筋自重、新澆筑混凝土自重、施工人員及施工設(shè)備荷載、振搗及傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載、風(fēng)荷載等荷載。

超高大模板工程支撐系統(tǒng)承載能力計算內(nèi)容包括：

①計算承載構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度；

②計算立桿(立柱)、地基承載力；

③計算連接扣件的抗滑承載力；

④計算支撐體系時，應(yīng)采用荷載效應(yīng)基本組合，并合理選擇桿件的計算模型。

2.2 超高大模板工程支撐體系穩(wěn)定性

由于超高大模板工程采用薄壁鋼管搭設(shè)且搭設(shè)高度較高，因此設(shè)計超高大模板工程時，就必須要考慮其穩(wěn)定性[4]。即使其支撐體系承載能力滿足實際要求的情況下，有時支撐體系立桿的穩(wěn)定性、風(fēng)荷載、豎向剪刀撐、立桿步距、豎向荷載不均勻分布等都會影響超高大模板工程的安全性，故要對超高大模板工程穩(wěn)定性進(jìn)行合理計算。其穩(wěn)定性計算主要有：

①立桿與橫桿的穩(wěn)定性；

②豎向荷載與水平荷載的影響。

3 超高大模板工程專項施工方案

在該購物中心工程施工前，施工單位集中項目部所有技術(shù)力量，編制超高大模板工程專項施工方案[5]初稿，企業(yè)技術(shù)總工召開三次內(nèi)部技術(shù)研討會對該初稿進(jìn)行優(yōu)化，將建設(shè)單位、設(shè)計單位、承包單位由監(jiān)理單位組織相關(guān)專家對該超高大模板工程專項施工方案進(jìn)行評審并進(jìn)行整改，經(jīng)監(jiān)理單位審核后定稿并報批。該超高大模板工程專項施工方案主要內(nèi)容包括施工工藝流程、搭設(shè)與拆除以及成品保護(hù)。

3.1 超高大模板工程施工工藝流程

調(diào)研超高大模板工程資料→編制超高大模板工程搭設(shè)與拆除專項施工方案→組織專家審查→測量放線→平整場地與地基處理→安裝墊板→搭設(shè)超高大模板支撐體系→驗收支撐體系→對梁板主次龍骨進(jìn)行安裝→梁板底模板的安裝→梁鋼筋進(jìn)行綁扎→梁側(cè)模的安裝→板模板的安裝→模板驗收→板鋼筋的綁扎→驗收鋼筋→澆筑混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)→模板拆除→模板維修。

3.2 超高大模板工程施工要求

3.2.1 超高大模板工程系搭設(shè)要求

①在支撐體系搭設(shè)前，項目技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)按照國家有關(guān)安全技術(shù)規(guī)范[6]和施工方案的要求，由搭設(shè)和使用的人員進(jìn)行安全和技術(shù)交底。

②架子工進(jìn)入現(xiàn)場必須做好個人安全防護(hù)，所用的工具必須由繩索系在腰上。還需要進(jìn)行定期體檢，體檢合格才能持證上崗。不適于在高空中作業(yè)的人員，嚴(yán)禁高空作業(yè)，禁止私自拆除架上的架桿，帶板和機(jī)件等固體支撐和拉桿的桿件，腳手架上的工作人員不得集中且不準(zhǔn)打鬧。

③采用的鋼管、扣件等材料所搭設(shè)的支架，必須符合規(guī)范要求，并具有相應(yīng)的質(zhì)保資料。

④超高大模板工程應(yīng)符合專項施工方案和相關(guān)規(guī)范要求，使立桿縱距、立桿橫距、支架步距必須符合構(gòu)造要求。

⑤應(yīng)結(jié)合周邊結(jié)構(gòu)情況，實行有效連接措施來加強(qiáng)支架整體的穩(wěn)固性。

⑥如遇不可逆的自然天氣情況（如雷雨、霧及六級以上大風(fēng)）應(yīng)該停止支撐體系的搭設(shè)與拆除作業(yè)。風(fēng)雨過后要做好防滑工作，并要檢查架體有無松動、下沉和歪斜現(xiàn)象。

⑦做好良好的絕緣措施，處理好電線及電動機(jī)具與腳手架的接觸，嚴(yán)禁將電線扯在腳桿上。

3.2.2 超高大模板工程體系拆除要求

①超高大模板工程拆除之前，應(yīng)按照國家有關(guān)安全技術(shù)規(guī)范和專項模板拆除施工方案，由項目技術(shù)負(fù)責(zé)人向拆除人員進(jìn)行安全和技術(shù)交底。

②模板拆除的順序和方法，應(yīng)按施工技術(shù)方案進(jìn)行，通常采取先支后拆、后支先拆，先拆非承重模板、后拆承重模板的順序，并應(yīng)從上而下進(jìn)行拆除。

③底模和其支架拆除時，應(yīng)當(dāng)與結(jié)構(gòu)在同一條件養(yǎng)護(hù)的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后方可再拆除。

④超高大模板工程支撐體系的拆除須經(jīng)項目負(fù)責(zé)人與專職安全員檢查驗收并確認(rèn)，由監(jiān)理單位和有關(guān)監(jiān)管部門審批合格后方可進(jìn)行。

⑤在拆除支撐體系前，應(yīng)當(dāng)先對支撐體系上的材料、工具和雜物進(jìn)行清掃，清除的同時要有專職人員負(fù)責(zé)警戒，并且設(shè)置警戒區(qū)和警戒標(biāo)志。

3.3 超高大模板工程成品保護(hù)

①應(yīng)按規(guī)定對超高大模板工程的通道口做好防護(hù)措施，現(xiàn)場由安全人員來監(jiān)護(hù)，不允許讓無關(guān)人員在模板支撐底下。

②梁板混凝土澆筑前，支撐體系和扣件及墊腳，應(yīng)由組織專門小組檢查其可靠性。

③梁板混凝土澆筑過程中，派專人在模板面架設(shè)水準(zhǔn)儀，方便隨時觀測模板面的標(biāo)高和已澆筑混凝土面標(biāo)高的變化，并同時派人在模板下觀察支撐體系的變形情況，若發(fā)現(xiàn)桿件出現(xiàn)變形或者異常時，應(yīng)立即報告，及時加固變形的桿件，防止安全事故的發(fā)生。

④不允許使用大錘或撬棍進(jìn)行拆模，防止損傷混凝土的表面和楞角，拆除下來的模板，應(yīng)做到及時修整模板，以便重復(fù)利用。

⑤在吊裝模板時，做到輕放輕起，不允許碰壞已完成的結(jié)構(gòu)，并做好防護(hù)措施防止模板變形。

⑥模板拆除后，應(yīng)當(dāng)立即對模板的板面及縫隙進(jìn)行全面清理，以保證下次使用不會出現(xiàn)粘模的現(xiàn)象。并要求對模板進(jìn)行維修清理，如模板清理、校正模板變形、更換模板配件等。

4 超高大模板工程安全監(jiān)測

該購物中心工程A區(qū)就有超高大模板工程8處，其中最高的達(dá)32.75m，考慮到超高大模板工程的安全可靠度，施工單位決定對該超高大模板工程進(jìn)行全過程安全監(jiān)測[7]。

4.1 超高大模板工程監(jiān)測制度

①超高大模板工程監(jiān)測方案由項目技術(shù)負(fù)責(zé)人編制，并經(jīng)總監(jiān)理工程師確認(rèn)，并聆聽模板工程方面專家意見。

②施工過程中，每次監(jiān)測結(jié)果必須及時經(jīng)項目經(jīng)理與總監(jiān)理工程師簽字后，才能提供給施工、監(jiān)理、設(shè)計、業(yè)主等各方。

③要保持對澆筑過程中的實時監(jiān)測，每30min進(jìn)行一次監(jiān)測，對混凝土實凝前后及混凝土終凝前至混凝土7d齡期進(jìn)行實時監(jiān)測，終凝后的監(jiān)測頻率為每天一次。

④監(jiān)測結(jié)果報告必須包括項目監(jiān)測、頻率監(jiān)測、監(jiān)測允許值、報警值、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測結(jié)果。

⑤為防止監(jiān)測數(shù)據(jù)接近報警值，應(yīng)組織相關(guān)各方啟動應(yīng)急措施或搶險措施。

4.2 超高大模板工程安全監(jiān)測方案

4.2.1 監(jiān)測目的

混凝土澆筑過程中和澆筑結(jié)束后的一段時間內(nèi)，超高大模板工程支撐體系由于受豎向荷載與水平荷載的作用，可能會發(fā)生豎向位移、水平位移或失穩(wěn)，當(dāng)變形過大時可能發(fā)生倒塌事故。為避免安全事故的發(fā)生，需要對支撐系統(tǒng)支撐體系豎向位移和水平位移進(jìn)行實時監(jiān)測。

4.2.2 監(jiān)測儀器與參數(shù)要求

監(jiān)測儀器與監(jiān)測精度詳見表1，監(jiān)測預(yù)警值與允許值詳見表2。

監(jiān)測儀器與監(jiān)測精度（單位：mm） 表1

監(jiān)測項目預(yù)警值與允許值（單位：mm） 表2

4.2.3 監(jiān)測點的布置和基準(zhǔn)點的埋設(shè)

①水平位移監(jiān)測參考點和監(jiān)測點的布置

a.水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)點埋設(shè)：基準(zhǔn)點對超高大模板工程水平位移監(jiān)測起著重要作用，該點應(yīng)放置在監(jiān)測區(qū)域之外，利于觀察和基礎(chǔ)穩(wěn)定的地方。為方便校核基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性，應(yīng)布置3個以上水平位移基準(zhǔn)點。水平位移監(jiān)測參考點應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況埋置，選擇距離監(jiān)測區(qū)域30米的位置采用純混凝土埋置。當(dāng)實施監(jiān)控時，根據(jù)實際需要可布設(shè)多個工作基點。

b.超大型模板工程支撐系統(tǒng)水平位移監(jiān)測點的布置方法：采用小的反射棱鏡或反射鏡標(biāo)記水平位移監(jiān)測點。根據(jù)支護(hù)系統(tǒng)理論，每1.8m計算柱的最大固定監(jiān)測標(biāo)志。

水平位移用紅色油漆編號。并且在相同位置布置水平位移計，由計算機(jī)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗。

②沉降監(jiān)測基準(zhǔn)點和監(jiān)測點的布設(shè)

a.沉降監(jiān)測基準(zhǔn)點埋設(shè)：根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在距離監(jiān)測區(qū)域30m處設(shè)置3個以上的沉降監(jiān)測基準(zhǔn)點，并設(shè)置角標(biāo)線或淺埋金屬管道。

b.支撐體系沉降監(jiān)測點布設(shè)：支撐體系沉降監(jiān)測點，一般在受力較大的位置選取。根據(jù)施工圖紙，用一根短鋼管橫著把一根長鋼管豎著引出來。鋼管上端固定，下端不固定。觀察尺固定在長度約1m的垂直鋼管上。并相同位置布置垂直位移計，由計算機(jī)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗。

4.2.4 超高大模板工程安全監(jiān)測

①水平位移監(jiān)測

采用極坐標(biāo)法進(jìn)行水平位移的監(jiān)測，根據(jù)現(xiàn)場實際情況來選取。基點的穩(wěn)定性可以用后角交叉檢查。采用極坐標(biāo)法和后方交會法，野外采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測，必須滿足規(guī)范的要求。監(jiān)控系統(tǒng)通過計算對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和調(diào)整，然后生成各種圖表和報表、變形的速率及變形的預(yù)報。

②沉降監(jiān)測

根據(jù)二級水準(zhǔn)測量的要求，進(jìn)行基準(zhǔn)點之間的聯(lián)合測量，采用背對測量法，采用水準(zhǔn)計和匹配比例尺。固定在觀測點上的鋼尺作為前視尺，參考點上的立尺作為后視尺。使用水平儀分別讀取后視標(biāo)尺數(shù)據(jù)和前視標(biāo)尺數(shù)據(jù)。

同一點相鄰兩相的后視讀數(shù)減去前標(biāo)尺讀數(shù)之差即為觀測點的沉降量。

4.2.5 監(jiān)測周期與頻率

①監(jiān)測周期：從模板支撐體系搭設(shè)完成后，混凝土澆筑前起至混凝土澆筑完成后21天為止。

②監(jiān)測頻率：澆筑混凝土過程中應(yīng)進(jìn)行實時監(jiān)測。澆筑前觀測二次作為初始參數(shù)，并調(diào)整好位移計位置；澆筑混凝土?xí)r，每15min觀察一次；澆筑后12h內(nèi)，每1h觀察一次，連續(xù)觀察12h。然后每天觀測2次。監(jiān)測期間若發(fā)生異常情況，則需加密監(jiān)測。若連續(xù)兩次觀測變形值在0.5mm以內(nèi)則可終止監(jiān)測。

5 結(jié)語

隨著我國現(xiàn)代化城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，大空間、大跨度、超高層的結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)，因而超高大模板工程施工技術(shù)在這類建筑中得到了廣泛的運用，本文中江蘇省某購物中心工程只是其中一例。目前我國的超高大模板工程尚缺乏完善的理論指導(dǎo)，其設(shè)計計算仍存在諸多的不確定性因素，存在很多的安全隱患。在江蘇省某購物中心工程施工時，施工單位首先對超高大模板工程進(jìn)行設(shè)計計算，集中技術(shù)力量編制專項施工方案，邀請相關(guān)專家進(jìn)行論證并整改，按照相關(guān)手續(xù)進(jìn)行報批。施工過程中超高大模板工程專項施工方案對整個模板施工起到必不可少的指導(dǎo)性作用。安全監(jiān)控能幫助現(xiàn)場管理人員及時了解超高大模板工程的工作狀態(tài)。該工程順利竣工并已啟用，因而可以說，實踐證明計算合理、方案得當(dāng)、監(jiān)測到位是超高大模板工程滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求的基本保證。