高支模實時監測技術在工程應用中的探討

曹祥 王鵬華

甘肅第三建設集團有限公司 甘肅 蘭州 730000

引言

近年來高支撐架倒塌事故呈頻發態勢，引起國家高度重視。針對高支模工程具有高危性、多樣性、復雜性、事故突發的特點，有必要在施工期間對高支撐體系進行施工時的現場實時監測，確保高支撐體系在混凝土澆搗過程中不發生沉降或變形過大以及系統失穩等危險情況，保證工程的安全施工。據住建部對歷年來建筑工程中發生的較大安全事故統計分析，腳手架坍塌事故已成為較大及以上建筑生產安全事故之首[1]。

1 高支模坍塌事故原因

高支模坍塌的原因是多方面的，歸納起來主要有安全專項方案設計、原材料把控、現場施工作業、監控不到位。

專項方案設計人員對高大空間支撐體系的技術特性不熟悉，僅憑施工經驗進行搭設，設計不周全，計算出現錯誤或取值不合理；模板支撐體系荷載計算錯誤或考慮不周，如施工荷載估計不當，未能充分考慮施工過程中的附加荷載；計算模型不合理，未考慮立桿的偏心受壓影響，未能正確反映模板與立板之間的傳力體系等；設計構造措施設置不足。如在軟地面上搭設支撐架時立桿底部未設墊板的；掃地桿不足；扣件預緊力矩不足；支模架結構節點未雙向安裝水平連接桿的。

支模體系架體搭設用的鋼管和扣件的質量低劣，使用殘舊喪失工作性能的構件。如帶有裂縫、硬彎、壓痕等鋼管等；扣件是連接和固定鋼管式腳手架，關系到禁固安全，有些扣件都是多次利用，這樣一來其中有相當一部分為不合格品，這些質量不合格的扣件就成為建筑施工過程中的重大安全隱患。

現場施工作業模板支撐體系搭設不規范，如結構三維尺寸過大；人為減少鋼管、扣件的數量；立桿最高點未采用雙扣件；剪力撐過少；未編制施工方案；澆筑順序不當；泵管靠在支模架上，使之產生晃動；澆筑與加固交叉作業；混凝土養護時間不足即拆模等等，都是導致支模體系坍塌的重要因素。

傳統的高支模施工安全觀察采用光學儀器，在支撐體系內各關鍵部位布點，每半小時左右觀測高支模的變形情況，但由于高支模內部構件密集，實際只能觀測到支模體系外圍的變形情況，加之高支模外圍體系有安全網，往往連觀測外圍的變形情況都不可行；高支模是個柔性的時變體系，外圍的變化與內部沒有直接的關系，高支模坍塌往往發生在內部局部，導致體系連續倒塌，外圍觀測不能全面掌握高支模的安全狀態；原有的方法觀測間隔較長，實現不了實時監測，一旦出現變形超限，很難及時撤離危險區域。

2 高支模實時監測原理分析

針對危險性較大的混凝土模板支撐工程和承重支撐體系（以下簡稱高支模），在支架預壓和混凝土澆筑過程中，在樓板正中模板底部和梁跨中的模板底部安裝位移傳感器和壓力傳感器，實時監測該部位的撓度和應力；在高支模頂部角點布置水平位移傳感器，實時監測高支模整體水平位移；通過信息化的手段，利用高頻采樣實現全程、實時、連續監測；能監測到高支模體系中關鍵位置和薄弱部位的變形、軸力、傾角等安全指標；采用自動觸發機制實現即時報警和現場報警，提醒作業人員在緊急時刻撤離危險區域[2]。

3 監測點選取及布設原則

高支模關鍵部位或薄弱部位為：跨度較大的主梁跨中、跨度較大的雙向板板中、跨度較大的拱頂及拱腳、懸挑構件端部以及其他重要構件承受荷載最大的部位。①以既有混凝土柱、剪力墻等固定結構為參考點，設置水平位移傳感器，監測高支模支架的整體水平位移；②以支模體系地面為參考點，在梁底，板底模板安裝豎向位移傳感器，監測模板沉降；③選取荷載較大或有代表性的立桿，在立桿頂托和模板之間安裝壓力傳感器，監測立桿軸力；④選取對傾斜較敏感的桿件（如荷載較大或易產生水平位移的立桿），在桿件上端部安裝傾角傳感器，監測桿件傾角。

4 高支模實時監測技術應用實例

4.1 模板支架系統設計概況

某市一民用建筑工程項目施工超危大工程概況：東側大門：板面200000×6200mm，板厚200mm，梁KL4 、WKL2截面尺寸：350×2000mm層高：7.95m，支模高度：5.95m，最大跨度：19m混凝土強度C30，超危判定：超線荷載、超高、超跨；WKL1截面尺寸：350×1500mm，層高：4.5m，支模高度：3.00m，最大跨度：5.0m混凝土強度C30，超危判定：超線荷載；板截面尺寸：200mm，層高：7.95m，支模高度：7.75m，最大跨度：19m混凝土強度C30，超危判定：超跨；支撐體系地基情況3；7灰土夯實基礎（-0.150）架體安全等級I級9.000至30.000為鋼結構屋面。

圖1

根據委托方提供的《高大模板專項施工方案》以及對現場高支模支架搭設現場查勘結果，結合相關單位的監測要求，本工程高支模關鍵部位及薄弱部位定為：①能反映高支模體系整體水平位移的部位。②跨度較大或截面尺寸較大的現澆梁跨中等荷載較大、模板沉降較大的部位。③跨度較大的現澆混凝土雙向板中部等荷載較大、模板沉降較大的部位。

東大門高支模監測共設置模板沉降監測點2個，立桿軸力監測點2個，立桿傾角監測點2個，支架整體水平位移監測點2個，共計6個監測點。

圖2

4.2 監測參數預警值及報警值設置

根據委托方提供的《高大模板專項施工方案》和經過各方會審的《高大模板專項施工方案》，各監測參數的預警值和報警值設置詳見下表：

表1

4.3 混凝土澆筑過程監測

在澆筑過程中每隔五秒自動采集一次數據，數據自動保存；混凝土澆搗開始即進行不間斷監測，如遇監測現場斷電，在使用后備電源保證連續監測的同時，應要求委托方立即協調恢復供電；混凝土澆筑過程中密切注意高支模各監測參數的實時監測值及變化趨勢，保證監測過程中傳感器工作正常，保護傳感器不受破壞，發現監測參數數值或變化趨勢發生異常時，應及時通知委托方聯系人。當監測參數超過預警值時，應立即通知現場項目負責人或監理人員，以便及時排除影響安全的不利因素，當監測值達到報警值而觸發報警時，立即通知現場作業人員停止施工并迅速撤離，同時通知現場項目負責人、項目總監；待險情排除后，經現場項目負責人、項目總監確認后，方可繼續施工；混凝土澆搗完成后，應繼續監測各參數的變化趨勢，直至參數趨于穩定。

5 高支模實時監測應用的經濟效益

高支模實時監測減少了傳統監測方式布置麻煩，不易監控，人為因素影響較大，實時監測系統安裝快捷便利，歷史監測數據隨時可查，操作簡便，功能直觀，誤差小、精度高、連續性強、操作簡單；可大大降低施工現場安全事故的發生；對于提高工程質量，降低高支模施工的安全風險將起到至關重要的作用，提高普通模板、高支模施工安全性，防止現場發生坍塌事故；社會效益和經濟效益顯著。

6 結束語

綜上所述，高支模實時監測技術能及時發現高支模支撐體系在混凝土澆筑過程中的變形發展趨勢，及時反饋信息，對高支模的模板沉降、支架變形和立桿軸力實時監測，可以實現“實時監測、超限預警、危險報警、預防事故、減少損失”有效預防被監測對象的異常事故發生，保障了施工現場工作人員的生命財產安全。