基于施工全過程的高大支模架體安全監測技術研究與應用

瞿 鵬，陳 俊，王祥鑫

（南通一建集團有限公司，江蘇 南通 226000）

0 引言

經濟繁榮發展的當今，人們對建筑空間和外立面個性多樣化要求導致超大跨距以及非標層高在建筑業特別是公建類項目中的應用日益廣泛。住建部針對建筑技術中“超危大”高支模工程的技術標準化與安全性等問題，按照《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》等各類條例實施管控[1]。然而，架體材料偏差、從業實操人員素質及各種管控缺口的影響，導致高支模垮塌事故仍時有發生。在項目施工中，為保證高支模施工的安全性，可采取對高支模架體的受力變化、架體立桿傾斜變形水平等因素進行全過程監測，對高支模垮塌做到提前預警，大概率降低高支模垮塌引起的人員傷亡及經濟損失[2]。

1 高大支模安全監測整體設計

結合高大支模工程特點，設計實時監控的數據采集與報警系統，監測內容包括模板沉降、立桿傾斜、立桿軸壓等數據。測點布設在架體內部，且受力條件薄弱、易傾覆的位置，每個監測點布設末端傳感器（支架位移變形、傾斜、軸壓3 種）。安排專人在項目區域外圍利用自動化采集儀，實時監測高支模預壓、澆筑混凝土及混凝土初凝等施工過程。在監測主機中設置監測報警闕值，末端傳感器可依據設置自動加密監測頻次。達到報警值時，自動觸發預警系統，通過聲、光通信傳達到項目各參建方的管理人員[3]。

該系統采用應力與變形傳感器對架體軸向壓力、橫桿水平位移、立桿豎向傾角3 個因素進行監測，架體受力數據實時精準，，高支模架體整體或局部傾覆概率增長時及時預警，免除高支模垮塌事故產生。無須免除變更高支模架體支護方案及支護管材。軸壓、位移、傾角等傳感器組合廣泛適用于盤扣、碗扣、鋼管等市場常見架體支撐構件上，拆裝便捷[4]。適用于上部荷載較大、結構跨度大、模板支設高度超高、結構樓板平整度要求高、結構樓板沉降值控制要求高等各類高危險性的模板支撐體系。

2 施工順序及操作要點

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程

2.2 施工操作要點

2.2.1 確定監測點位

高支模監測方案的編制應依據超高模板支撐架的計算結果，將模板支撐架體中軸力最大、架體失穩概率最高的位置，鎖定為單個結構標準單元中的監測點位，并設置軸壓傳、位移器及傾角等末端傳感器，以滿足模板支撐架安全性監控的要求[5]。

2.2.2 傳感器安裝

（1）軸壓傳感器安裝。軸壓傳感器需放置于架體頂托與龍骨之間。首先將頂托降下一個傳感器的安裝間距，傳感器放置穩妥后再將頂托上緊固定。安裝完畢應校核立桿頂托與龍骨之間的平整度以及軸壓傳感器與立桿、模板的垂直度，達到共同受力的目的。軸壓傳感器安裝調試無誤后，將相應工程的報警值、監測頻率等參數輸入監測主機中，以達到主機自動根據設置的相關參數進行數據采集與報警。

（2）位移傳感器安裝。位移傳感器主要包括豎向位移傳感器和水平位移傳感器，監測位置與作用各不相同，具體如下。

模板下部木方梁底的橫桿放置豎向位移傳感器，用鋼絲線一端連接傳感器，一端連接足夠重量的下部配重，需拉出約100mm 鋼絲線并保證鋼絲沒有較大自身變形以保證傳感器線頭與地面垂直，傳感器鋼絲與配重應相互保持獨立，并不與支架連接。傳感器與采集終端無線聯接，安裝完成，記錄終端編號并拉動線頭端或復位再拉出，在主機中檢查該編號位移讀數是否異常，調試正常后主機中相應編號會有初始讀數。

在立桿頂部放置水平位移傳感器，使線頭水平方向拉伸約100mm 并與另一側立桿用鋼絲固定。單個立桿應在兩個水平垂直角度上分別安裝1 個水平位移傳感器，以監測兩個水平方向位移。傳感器與采集終端無線聯接，安裝完成，記錄終端編號并拉動線頭端或復位再拉出，在主機中檢查該編號位移讀數是否異常，調試正常后主機中相應編號會有初始讀數。

（3）傾角傳感器安裝。首先，選定儀器的放置點位以及傾斜角的測量方向，被測物的儀器放置點位應打磨平整；其次，將傾斜儀的支架放置于被測物的選定點位，并將傾斜傳感器固定在安裝支架上；最后將傾斜儀與讀數儀連接，調整安裝支架的定位螺釘，調節傾斜儀軸線的垂直度，保證初始測值接近零點，此外，亦可依據設計需求，自定義儀器的初始傾斜角度，以保證儀器的測量數據正負變化范圍能夠適應實際需求。傾斜儀定位時以外圓上標有儀器的正負方向記號作為測量規定的正負方向。傳感器底部有4 個螺釘，安裝時可以通過松開螺釘使儀器的正負方向記號做90°和180°調整以適應安裝需求。當安裝點位位于施工復雜區域和高大被測物的上端，應按照規范設置測點保護和防雷保護措施。

2.2.3 高支模施工全過程架體安全性監測

在架體安全監測系統中輸入監測點位，將無線數據采集儀連接位移、軸壓及傾角等多種傳感器，同時設置監測區域軸力、沉降變形及傾角等需監測數據的報警閾值，連接項目報警器，輸入管理人員手持終端設備等信息，即可實時監控模板支撐架在施工全過程中的安全性。高支模架體監測流程如圖2 所示。

圖2 高支模架體監測流程

2.2.4 監測數據反饋與方案修正

將高支模施工過程中采集的立桿軸力、傾角及位移數據導出并分析，計算出已施工高支模方案的失效概率（或安全系數），同時可計算得出結構板的差異沉降等數據。將失效概率、結構板差異沉降等數據進行計算分析，完善已施工高支模架體方案，提升高支模架體的安全性及經濟性，保證結構樓板的平整度。

3 質量控制

監測設備投入使用前，需進行精度檢測，確保監測數據的精確性。軸壓傳感器安裝完畢應保證立桿頂托與龍骨之間的平整度以及軸壓傳感器與立桿、模板的垂直度，達到共同受力的目的。傾角傳感器應保證垂直安裝，位移傳感器應保持水平安裝，并保證與架體連接牢固。

4 工程應用

在南通市通州區在建工程中應用高支模全過程架體安全監測技術，在超短工期的情況下將監測流水段劃分為154 段，保證了高支模流水段的安全性。以4#樓為例，建筑面積7996m2，分8 次澆筑平均每次澆筑面積約1000m2，每次澆筑面積內均勻布置各類傳感器4 個，埋設各類傳感器共計4×8=32 個。混凝土澆筑前監測1h，每次澆筑時長8h，混凝土澆筑后監測3h，共監測12h，每小時讀數2 次，監測24 次，監測方案如下。4#建筑高支模監測測點布設及數量如表1 所示，LCEB 0031 點傾角-時間變化曲線如圖3 所示，LCEB 0031 點軸力-時間變化曲線如圖4 所示，LCEB 0031 點模板沉降-時間變化曲線如圖5 所示。

表1 4# 建筑高支模監測測點布設及數量

圖3 LCEB 0031 點傾角-時間變化曲線

圖4 LCEB 0031 點軸力-時間變化曲線

圖5 LCEB 0031 點模板沉降-時間變化曲線

對高支模架體的受力變化、架體立桿傾斜變形水平等因素進行全過程監測，對高支模垮塌做到提前預警，大概率降低高支模垮塌引起的人員傷亡及經濟損失，具有廣泛的推廣意義。

5 結語

高支模項目危險性較高，垮塌事故時有發生。在此類項目施工過程中，通過全過程實時監控高支模立桿的軸力、架體傾斜水平、架體沉降等數據，對高支模垮塌等功能性失效具有預警作用，極大程度上避免了高支模架體施工垮塌事故導致的群死群傷和重大經濟損失。另外對高支模架體施工監測數據的進行計算與分析，可實時動態調整高支模施工方案，有效提高架體材料的合理性，保證施工全過程的安全。