高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)在工程應(yīng)用中的探討

曹祥 王鵬華

甘肅第三建設(shè)集團(tuán)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(fā)態(tài)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(fù)雜性、事故突發(fā)的特點(diǎn)，有必要在施工期間對高支撐體系進(jìn)行施工時(shí)的現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保高支撐體系在混凝土澆搗過程中不發(fā)生沉降或變形過大以及系統(tǒng)失穩(wěn)等危險(xiǎn)情況，保證工程的安全施工。據(jù)住建部對歷年來建筑工程中發(fā)生的較大安全事故統(tǒng)計(jì)分析，腳手架坍塌事故已成為較大及以上建筑生產(chǎn)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(xiàng)方案設(shè)計(jì)、原材料把控、現(xiàn)場施工作業(yè)、監(jiān)控不到位。

專項(xiàng)方案設(shè)計(jì)人員對高大空間支撐體系的技術(shù)特性不熟悉，僅憑施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行搭設(shè)，設(shè)計(jì)不周全，計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤或取值不合理；模板支撐體系荷載計(jì)算錯(cuò)誤或考慮不周，如施工荷載估計(jì)不當(dāng)，未能充分考慮施工過程中的附加荷載；計(jì)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(shè)計(jì)構(gòu)造措施設(shè)置不足。如在軟地面上搭設(shè)支撐架時(shí)立桿底部未設(shè)墊板的；掃地桿不足；扣件預(yù)緊力矩不足；支模架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)未雙向安裝水平連接桿的。

支模體系架體搭設(shè)用的鋼管和扣件的質(zhì)量低劣，使用殘舊喪失工作性能的構(gòu)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(guān)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(dāng)一部分為不合格品，這些質(zhì)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(xiàn)場施工作業(yè)模板支撐體系搭設(shè)不規(guī)范，如結(jié)構(gòu)三維尺寸過大；人為減少鋼管、扣件的數(shù)量；立桿最高點(diǎn)未采用雙扣件；剪力撐過少；未編制施工方案；澆筑順序不當(dāng)；泵管靠在支模架上，使之產(chǎn)生晃動(dòng)；澆筑與加固交叉作業(yè)；混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足即拆模等等，都是導(dǎo)致支模體系坍塌的重要因素。

傳統(tǒng)的高支模施工安全觀察采用光學(xué)儀器，在支撐體系內(nèi)各關(guān)鍵部位布點(diǎn)，每半小時(shí)左右觀測高支模的變形情況，但由于高支模內(nèi)部構(gòu)件密集，實(shí)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(wǎng)，往往連觀測外圍的變形情況都不可行；高支模是個(gè)柔性的時(shí)變體系，外圍的變化與內(nèi)部沒有直接的關(guān)系，高支模坍塌往往發(fā)生在內(nèi)部局部，導(dǎo)致體系連續(xù)倒塌，外圍觀測不能全面掌握高支模的安全狀態(tài)；原有的方法觀測間隔較長，實(shí)現(xiàn)不了實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)變形超限，很難及時(shí)撤離危險(xiǎn)區(qū)域。

2 高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測原理分析

針對危險(xiǎn)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(yù)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(shí)時(shí)監(jiān)測該部位的撓度和應(yīng)力；在高支模頂部角點(diǎn)布置水平位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)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(shí)現(xiàn)全程、實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測；能監(jiān)測到高支模體系中關(guān)鍵位置和薄弱部位的變形、軸力、傾角等安全指標(biāo)；采用自動(dòng)觸發(fā)機(jī)制實(shí)現(xiàn)即時(shí)報(bào)警和現(xiàn)場報(bào)警，提醒作業(yè)人員在緊急時(shí)刻撤離危險(xiǎn)區(qū)域[2]。

3 監(jiān)測點(diǎn)選取及布設(shè)原則

高支模關(guān)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(gòu)件端部以及其他重要構(gòu)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(jié)構(gòu)為參考點(diǎn)，設(shè)置水平位移傳感器，監(jiān)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(diǎn)，在梁底，板底模板安裝豎向位移傳感器，監(jiān)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(jiān)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(chǎn)生水平位移的立桿），在桿件上端部安裝傾角傳感器，監(jiān)測桿件傾角。

4 高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

4.1 模板支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況

某市一民用建筑工程項(xiàng)目施工超危大工程概況：東側(cè)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度C30，超危判定：超跨；支撐體系地基情況3；7灰土夯實(shí)基礎(chǔ)（-0.150）架體安全等級(jí)I級(jí)9.000至30.000為鋼結(jié)構(gòu)屋面。

圖1

根據(jù)委托方提供的《高大模板專項(xiàng)施工方案》以及對現(xiàn)場高支模支架搭設(shè)現(xiàn)場查勘結(jié)果，結(jié)合相關(guān)單位的監(jiān)測要求，本工程高支模關(guān)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(xiàn)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(xiàn)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(jiān)測共設(shè)置模板沉降監(jiān)測點(diǎn)2個(gè)，立桿軸力監(jiān)測點(diǎn)2個(gè)，立桿傾角監(jiān)測點(diǎn)2個(gè)，支架整體水平位移監(jiān)測點(diǎn)2個(gè)，共計(jì)6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。

圖2

4.2 監(jiān)測參數(shù)預(yù)警值及報(bào)警值設(shè)置

根據(jù)委托方提供的《高大模板專項(xiàng)施工方案》和經(jīng)過各方會(huì)審的《高大模板專項(xiàng)施工方案》，各監(jiān)測參數(shù)的預(yù)警值和報(bào)警值設(shè)置詳見下表：

表1

4.3 混凝土澆筑過程監(jiān)測

在澆筑過程中每隔五秒自動(dòng)采集一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)自動(dòng)保存；混凝土澆搗開始即進(jìn)行不間斷監(jiān)測，如遇監(jiān)測現(xiàn)場斷電，在使用后備電源保證連續(xù)監(jiān)測的同時(shí)，應(yīng)要求委托方立即協(xié)調(diào)恢復(fù)供電；混凝土澆筑過程中密切注意高支模各監(jiān)測參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測值及變化趨勢，保證監(jiān)測過程中傳感器工作正常，保護(hù)傳感器不受破壞，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測參數(shù)數(shù)值或變化趨勢發(fā)生異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知委托方聯(lián)系人。當(dāng)監(jiān)測參數(shù)超過預(yù)警值時(shí)，應(yīng)立即通知現(xiàn)場項(xiàng)目負(fù)責(zé)人或監(jiān)理人員，以便及時(shí)排除影響安全的不利因素，當(dāng)監(jiān)測值達(dá)到報(bào)警值而觸發(fā)報(bào)警時(shí)，立即通知現(xiàn)場作業(yè)人員停止施工并迅速撤離，同時(shí)通知現(xiàn)場項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目總監(jiān)；待險(xiǎn)情排除后，經(jīng)現(xiàn)場項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目總監(jiān)確認(rèn)后，方可繼續(xù)施工；混凝土澆搗完成后，應(yīng)繼續(xù)監(jiān)測各參數(shù)的變化趨勢，直至參數(shù)趨于穩(wěn)定。

5 高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益

高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測減少了傳統(tǒng)監(jiān)測方式布置麻煩，不易監(jiān)控，人為因素影響較大，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)安裝快捷便利，歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時(shí)可查，操作簡便，功能直觀，誤差小、精度高、連續(xù)性強(qiáng)、操作簡單；可大大降低施工現(xiàn)場安全事故的發(fā)生；對于提高工程質(zhì)量，降低高支模施工的安全風(fēng)險(xiǎn)將起到至關(guān)重要的作用，提高普通模板、高支模施工安全性，防止現(xiàn)場發(fā)生坍塌事故；社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6 結(jié)束語

綜上所述，高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)高支模支撐體系在混凝土澆筑過程中的變形發(fā)展趨勢，及時(shí)反饋信息，對高支模的模板沉降、支架變形和立桿軸力實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)監(jiān)測、超限預(yù)警、危險(xiǎn)報(bào)警、預(yù)防事故、減少損失”有效預(yù)防被監(jiān)測對象的異常事故發(fā)生，保障了施工現(xiàn)場工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。