高支模自動化實時監測在混凝土澆筑過程中的分析與應用

許丹萍

摘? 要：高支模自動化實時監測為建筑業安全生產起到預防事故、減少損失的積極作用。該文通過對某工程建筑高大模板的自動化實時監測在混凝土澆筑過程中的支架整體水平位移、模板沉降、立桿軸力、立桿傾角監測值分析，論述了高支模自動化實時監測在混凝土澆筑過程中的應用，可以整體、實時、多參數監控監測高支模，能夠及時自動預、報警和排除險情，保障作業人員的人身安全。

關鍵詞：高支模;自動化實時監測;混凝土建筑過程

中圖分類號：TU755? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

高大模板支撐系統（高支模）坍塌在工程建設事故中頻發，其安全事故主要是因為高支模在荷載過大或變形過大誘發系統內構件失效，發生局部坍塌或整體傾覆，造成作業人員傷亡。因此需重視高支模監測。隨著近幾年高大支模事故頻發以及建筑工程的各種規模和空間出現，建筑物的結構類型和平面布局的復雜多樣化，大跨度、大截面梁及高空間的建筑物對高支模施工安全管理有了更高的要求。

目前，廣州已出文規定明確要求采用實時監測的自動化措施，實施無線傳輸實時監測高支模體系自動化實時監測平臺，它是通過在高大支模板與腳手架的關鍵部位或者薄弱部位安裝元器件，對各元器件的支架整體水平位移、模板沉降、立桿軸力、立桿傾角進行實時監測，對高支模進行預壓監測和混凝土澆筑過程中的安全監測，保證檢測數據的及時性和有效性。運用自動化實時監測實現“實時監測，超限預警，危險報警，預防事故，減少損失”。

1 高支模傳統方式監測與實時監測對比

1.1 傳統方式監測

傳統方式監測是在高支模體系內各關鍵部位或薄弱部位布置水平位移、外圍沉降監測點，采用光學儀器通過人工每20 min～30 min觀測一次高支模的變形情況。方法觀察間隔較長，高支模內部桿件較密，實際中只能觀察到支模體系外圍的變形情況，僅對外圍觀測，不能覆蓋整個高支模施工，掌握不了高支模的全面安全狀態，發生危險時作業人員難以及時安全撤離危險區域。

1.2 實時監測

實時監測是采用高支模實時監測警報系統，創新使用聲光報警。用高精度傳感器和自動采集儀，1 s內可讀取最新數據，對高支模支撐系統的整體支架變形、模板沉降和立桿軸力運用自動化實時監測實現“實時監測，超限預警，危險報警”的監測目標。在高支模搭設完成后，安裝各傳感器及坍塌觸發裝置，實時監測撓度、應力狀態及整體水平位移。混凝土澆筑前2 h開始監測至高支模各參數監測值趨于穩定期間，通過高支模自動化實時監測系統監測，監測數據實時上傳到智能無線數據采集系統，當各參數監測值達到預、報警時，系統自動預、報警，則應提醒現場項目負責人、監理、監督員等，排查造成高支模變形過大或承載過高的原因。當高支模發生局部坍塌事故時，報警觸發裝置觸發現場聲光報警器，讓作業人員及時安全撤離危險區域。

2 工程實例

2.1 工程概況

某工程建筑高度24 m，地上6層，局部地下1層，結構形式為鋼筋混凝土框架。有個大空間運動館C-2～C-7軸、C-C～C-G軸，空間面積971.8 m2，結構層高13.4 m，樓板厚120 mm，梁截面為：300 mm×800 mm，350 mm×1 400? mm，

400 mm×1 500 mm。采用扣件式鋼管腳手架支撐體系，底模材料為夾板，厚度18 mm，第一層龍骨材料為木枋（50 mm×10 mm），第二層龍骨材料為雙鋼管（Φ48×3.0），立桿支撐材料為鋼管（Φ48×3.0）。高支模區域：二層樓板區域部位C-2～C-7軸、C-C～C-G軸（層高11.9 m～12.6 m），判定高大支模依據：模板支架整體搭設高度超過8 m。

2.2 監測目的

為實時監控混凝土澆筑過程中高支模系統的工作狀態，實時監測高支模中關鍵部位或薄弱部位的各監測參數，協助現場施工人員及時發現混凝土澆搗過程中高支模系統監測參數的異常變化，防止高支模安全事故的發生。當高支模監測參數超過預設限值時，監測系統自動報警，現場作業人員停止作業，迅速撤離現場。

2.3 監測對象

高大模板支撐系統是指建設工程施工現場混凝土構件模板支撐：高度超過8 m，或搭設跨度超過18 m，或施工總荷載大于15 kN/㎡，或集中線荷載大于20 kN/㎡的模板支撐系統。

2.4 監測點布設

監測點布設在高支模的關鍵部位或薄弱部位，跨度較大的主梁跨中、雙向板板中、懸挑構件端部、拱頂及拱腳及穩定性較差或承受荷載較大的重要構件的部位。按如下原則布設監測點：

1）模板沉降監測點：豎向位移傳感器安裝在梁、板低模板，參考點為支模體系地面。

2）立桿軸力監測點：壓力傳感器安裝在模板和立桿頂托之間，挑選具有代表性或荷載較大的立桿。

3）支架整體水平位移監測點：水平位移傳感器按照以既有混凝土剪力墻、柱等固定結構為參考點安裝。

4）立桿傾角：傾角傳感器安裝在桿件上端部，挑選對傾斜較敏感、荷載較大或易產生水平位移的桿件。

該工程高支模監測測點布置在關鍵部位、薄弱部位、較大截面尺寸梁的交匯處、荷載較大或易產生水平位移的立桿、跨度最大的結構主梁跨中處，共布設立桿傾角監測點8點，支架整體水平位移監測點8點，立桿軸力監測點8點，模板沉降監測點8點，測點布置如圖1所示。

3.5 現場監測

根據經審批后的《高支模自動化實時監測技術方案》以及高支模支架搭設的實際情況，在樓板正中模板底部和梁跨中模板底部分別安裝位移傳感器和壓力計，實時監測該部位的撓度和應力狀態;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;在樓板正中模板底部和梁跨中模板底部安裝坍塌觸發裝置，安裝完成各監測點，連接好無線智能數據采集儀監測平臺并進行設備調試，初始值采集，混凝土澆筑時進行現場安全監測。監測過程：混凝土澆筑開始即進行不間斷監測，從混凝土開始澆筑至混凝土澆筑完成后，監測人員應密切注意高支模各監測參數的實時監測值和變化趨勢，直到各監測參數的監測值趨于穩定，方可停止監測。

該次實時監測自2018年2月2日7：00開始，至3日4：00結束，共21h。

3.6 監測數據及分析

該項目高支模監測結果：除立桿傾角監測點Q1-6監測最大值0.26°超過預警值（0.25°），其他監測點數據均為未超限值。

圖2為立桿傾角監測點Q1-6實時監測值曲線圖，從圖中可以看出17：32：30立桿傾角監測點Q1-6監測值是0.26°，超過了預警值（0.25°），下一時刻恢復到正常值，后繼續監測，監測值均未再超預警值，并趨于平穩，結合周圍的其他類型傳感器的數據一起綜合分析得出的結果為誤報警。立桿傾角監測點Q1-6附近的立桿軸力監測點F1-6及模板沉降監測點D1-6的時程曲線圖如圖3、圖4所示。

通過施工現場實際作業工藝分析，由于立桿傾角項目監測受現場澆筑過程中振搗產生瞬間動荷載影響，出現瞬間超預警值情況，持續時間短（持續1 s～2 s），不滿足系統設置持續時間超過5 s，現場未發出預警、報警響應。并且立桿傾角傳感器精度要求高，在混凝土澆筑過程中，受鋼管腳手架在各個方向發生微小擺動的影響，傾角監測值都會很敏感。因此，在監測中，若立桿傾角監測值超過預、報警值，下一時刻恢復到正常值，則可判定為誤報警;若立桿傾角監測值持續超過預、報警值，則可認為是支架處于不安全狀態，應立即通知相關單位進行排查。

從圖3、圖4可以看出，模板沉降監測點D1-6沉降值穩定在5.7 mm，直至澆筑完畢。在混凝土澆筑過程中立桿軸力與模板的沉降變形保持相同的變化趨勢。

理論上模板沉降監測值為正值，是因為在澆筑過程中模板會因混凝土對模板與支架施加荷載，而產生向下的變形;若有時發現模板沉降監測值為負值，之后又慢慢增大至正值，這是由于現場作業人員沒有盡可能地采用對稱澆筑，而是從梁的一端向另外一端推移澆筑，這樣會使模板在混凝土澆筑過程中上翹，等到混凝土澆筑到此區域時模板沉降值又恢復為正值。

在實際監測過程中，若一個支點的軸向壓力增大，模板底板的位移不斷增大，最后會導致支撐桿傾斜，此時就是高支模的危險點。但是在澆筑混凝土中采用振動棒進行振搗施工時，會擾動模板進行不規則擾動，此時會使裝在支撐桿的傳感器個別出現誤報警，因此應結合其他監測傳感器綜合分析評判得出正確的結論;若傳感器的變形或荷載有逐漸增大的趨勢，當超過預、報警值（包括模板翹起的變形超過限值），應立即通知相關單位負責人，要求立即停止澆筑，采取相關措施排查險情，待具備澆筑條件后方能繼續施工。

立桿水平位移在實際布點時沒有可靠的支持橫梁或立柱，導致水平位移監測值準確性不是太高，目前存在一定的局限性。其通過與立桿傾角的三角函數進行相互換算和驗證。立桿水平位移、立桿傾角傳感器測得的角度變化量就是支撐鋼管的傾斜角度，通過傾斜角度與傾角傳感器的安裝高度計算支撐鋼管頂端的水平位移變化量。因此在實際監測模板與支架安全時用立桿傾角傳感器代替。

3.7 結論及建議

該次通過監測在高支模體系內的關鍵部位和薄弱部位布設傳感器，采用無線傳輸自動化監測的方法，完成了該項目混凝土澆筑高支模實時監測。該次監測除立桿傾角監測點Q1-6監測值較為敏感，瞬時超預警，其他監測參數均未超限值。建議現場施工單位對集中堆載的混凝土進行分散處理，同時減少該區域的集中振搗，以免因受振搗棒、地泵等集中振動因素影響，造成位移突然增大，誤報警。

4 結語

高支模坍塌往往發生在內部、局部，導致高支模連續倒塌，利用高精度傳感器和自動采集儀對高支模進行實時監測，告別傳統監測空間、監測內容、時間及人工通報響應的盲區缺點，可以整體、實時、多參數監控監測高支模，能夠及時自動預、報警和排除險情，保障作業人員的人身安全。隨著高支模自動化實時監測警報系統的投入使用，將會對建筑業安全生產起到預防事故、減少損失的積極作用。

參考文獻

[1]劉宗濤.高支模實時監控報警系統及相關應用[J].工程質量，2017（3）：47-50.