高支模自動化監測與分析

陳俊民

(福建省建筑科學研究院有限責任公司 福建福州 350025)

0 引言

隨著國內建筑業快速發展，高大模板支架體系(簡稱高支模)應用越來越普遍，高支模因為支架高、受力大、裝配復雜等，造成施工過程中安全風險變高，高支模坍塌事故在重大安全事故比例極高[1-2]，因此住建部辦公廳在《關于實施<危險性較大的分部分項工程安全管理規定>有關問題的通知》中明確規定了搭設高度8 m及以上，或搭設跨度18 m及以上，或施工總荷載(設計值)15 kN/m2及以上，或集中線荷載(設計值)20 kN/m及以上，或高度大于支撐水平投影寬度且相對獨立無聯系構件的混凝土模板支撐工程為超過一定規模的危險性較大的分部分項工程。張永春等多名學者[3]認為利用無線自動化實時監測系統對高支模架體施工全過程進行實時監控測量，分析支架關鍵桿件、重點部位變形和預警情況，對預防高支模坍塌事故發生具有非常重要的現實意義。

1 工程概況

福州濱海新城某醫院(一期)位于福州濱海新城201省道東側、沙壺路南側、壺井路北側、萬沙路西側，建筑用地面積44 263.5 m2，建筑面積24 500 m2，地上建筑面積165 900 m2，地下建筑面積79 500 m2。其設計效果圖如圖1所示。其直線加速度房間為鋼筋混凝土結構，模板施工總荷載約為37.5 kN/m2，屬一類模板支撐系統(高支模)，根據危大工程專項施工方案要求，需要對該直線加速度房間混凝土澆筑階段進行高支模監測。

圖1 福州濱海新城某醫院效果圖

2 高支模設計方案

項目直線加速器房間共3個，1號房間最大開間為10.00 m，最大進深為13.50 m；2號房間最大開間為9.55 m，最大進深為13.50 m；3號房間最大開間為9.80 m，最大進深為13.50 m。房間最大高度為6.50 m，最小高度5.80 m，頂板、墻平面布置圖如圖2所示，各房間模板支撐平面布置圖如圖3所示。

圖2 直線加速器房間頂板、剪力墻平面布置圖注：①圖中“”區域頂板厚度均為2100 mm；②圖中“”區域頂板厚度均為3000 mm；③圖中“”區域頂板厚度均為1700 mm。

圖3 直線加速器房間模板支撐平面布置圖

3 現場施工監測

3.1 主要監測內容

本次高支模監測階段為混凝土澆注過程。根據《模板工程安全自動化監測技術規程》(T/CECS 542-2018)，該項目屬一類模板支撐系統，其監測內容為：①支撐軸力監測；②立桿傾角監測；③模板沉降監測；④支架整體水平位移監測。

3.2 數據采集系統

監測過程采用高支模無線實時監測警報系統，通過自動化監測手段，實現“實時監測、超限預警、危險報警、預防事故、減少損失”的功能。該系統包括智能數據傳感器、無線采集終端、采集儀、報警器和監測軟件，系統搭設及數據傳輸路徑如圖4所示。為保證監測的實時性和有效性，采樣時間間隔為5s。

圖4 數據采集系統示意圖

3.3 監測測點布置

本次監測共設置支撐軸力監測點8個，桿件傾角監測點8個，模板沉降監測點10個，支架整體水平位移監測點6個，共計32個監測點。各監測點布設位置如圖5～圖8所示。

圖5 支撐軸力測點(Z1～Z8)布置圖

圖6 桿件傾斜測點(Q1～Q8)布置

圖7 模板沉降測點(C1～C10)布置圖

圖8 支架整體水平位移測點(D1～D6)布置圖

4 預警值及報警值設置

該項目各監測參數的預警值和報警值設置依據如下：

①支撐軸力：監測的軸力預警值應為立桿設計承載力扣除模板、鋼筋自重和可變荷載。

②桿件傾角：監測報警值根據被監測桿件計算長度和允許變形值計算得到。

③模板沉降：監測報警值根據《建筑施工模板安全技術規范》(JGJ 162-2008)第4.4條確定。

④整體水平位移量：監測報警值可根據《建筑施工臨時支撐結構技術規范》(JGJ 300-2013)第8.0.9條確定。

根據施工方提供的《福州海濱新城某醫院(一期)直線加速器房間高大模板安全專項施工方案》，確定各監測參數的預警值和報警值設置，根據T/CECS 542-2018第6.2.6條，各監測項目的預警值取報警值的80%，具體詳見表1。該預警值及報警值經高大模板安全專項施工方案的設計單位確認。

表1 監測預警值和報警值設置

5 監測結果

根據現場混凝土澆筑情況，本次監測分為兩個階段進行。第一施工階段于2019年5月8日21時開始，至2019年5月9日22時結束，累計澆筑混凝土方量約為1100 m3；第二施工階段于2019年5月11日14時開始，至2019年5月12日12時結束，累計澆筑混凝土方量約為940 m3，高支模監測與混凝土澆筑同步進行。現場監測照片如圖9所示，現場混凝土澆筑照片如圖10所示。

圖9 現場監測 圖10 現場混凝土澆筑

限于篇幅，本文僅給出第一施工階段2號房間高支模支撐軸力、桿件傾角、模板沉降、支架整體水平位移監測結果如圖11所示。可以看出在2號房間頂板在第一施工階段澆搗開始至澆搗完成軸壓傳感器最大值為26.9kN，傾角傳感器最大變化量為0.24°，模板沉降最大變化量為4.10 mm；支架整體水平位移最大變化量為0.90 mm，所測各監測數據均小于監測設定的預警值，高支模在第一施工階段處于安全狀態。

(a)支撐軸力監測數據圖

(b)立桿傾角監測數據圖

(c)模板沉降監測數據圖

(d)支架整體水平位移監測數據圖圖11 第一施工階段2號房間高支模監測結果

通過對長樂濱海新城某醫院直線加速房間混凝土澆筑的兩個施工階段進行高支模監測，各監測數據結論如下：

(1)支撐軸力：在監測第一施工階段澆筑期間，3號房間的24號軸力測點于開始澆筑混凝土約19h20min(2019年5月9日16時20分)時，達到預警值30 kN；于開始澆筑混凝土后約23h30min(2019年5月9日20時30分)，達到報警值38 kN，監測結果如圖12所示。此時監測人員現場立即要求施工方暫停施工，同時查看附近的多個測點，均未超過限值要求，結合施工現場情況初步分析該測點報警是因為布料不均勻造成模板局部內力或變形過大，建議施工方在報警測點附近區域澆筑時保持緩慢、均勻，采取必要的加固措施，加強現場目測巡查，監測方應加強溝通并及時反饋監測數值變化情況。在后續澆筑過程中，該測點軸力最大值為39 kN，未發生顯著變化。其余測點數據均未超過預警值。

圖12 第一施工階段3號房間高支模立桿軸力監測數據

(2)相較于混凝土澆搗的第一施工階段監測，第二施工階段各監測參數的變化量較小，其中高支模支撐軸力變化量為1.1 kN，桿件傾角變化量為0.18°，模板沉降變化量為1 mm,支架整體水平位移變化量為0.1 mm。這是由于第一階段混凝土在第二施工階段時已經完成終凝，可以承受部分自重和第二次澆搗產生的荷載，因此第二階段測量的監測參數變化量小。

(3)在兩階段混凝土澆注過程中，桿件傾角傳感器最大累計變化量為0.62°，模板沉降累計最大變化量為8.70 mm，支架整體水平位移最大累計變化量為2.80 mm，這3類監測參數的測點監測數據均未超過設定的預警值。

6 結論

(1)在直線加速度房間頂板混凝土澆筑的兩個施工階段，無線自動化監測系統實現了對桿件、模板變形和支撐軸力的實時監控。

(2)監測過程中，支撐軸力和模板沉降呈現出了明顯的階段性變化特征，具有明顯的警示作用，需密切關注；立桿傾斜和整體水平位移呈現振蕩上行趨勢，整體變化量較小。

(3)在兩階段混凝土澆搗施工過程中，應該重點關注第一階段澆搗施工，這是由于第一階段混凝土在第二施工階段時完成終凝，可以承受部分自重和第二次澆搗產生的荷載，第二階段測量的監測參數變化量一般較小。

(4)無線監測系統可及時發現監測點的預警或報警情況，通過多個監測測點的比對，可以有效控制因布料不均勻造成模板局部內力或變形過大，保證了高支模體系在混凝土澆搗施工全過程的安全穩定。