某河中橋墩蓋梁高支模自動(dòng)化監(jiān)測

封良泉

（廣州市吉華勘測股份有限公司）

0 引言

模板支撐體系種類繁多，不管采用何種模板支撐體系，必須確保在混凝土澆筑過程中的安全。近年來，模板支撐體系坍塌事故造成的人員傷亡數(shù)占建筑安全事故引起的人員傷亡數(shù)比例最高，達(dá)到了近40%[1-3]。為了嚴(yán)防模板支撐體系安全事故的發(fā)生，廣州市規(guī)定超過一定規(guī)模危險(xiǎn)性較大的混凝土模板支撐工程和承重支撐體系（搭設(shè)高度8m及以上;搭設(shè)跨度18m及以上;施工總荷載15kN/m2及以上;集中線荷載20kN/m 及以上）必須進(jìn)行高支模自動(dòng)化監(jiān)測[4]。自從高支模自動(dòng)化監(jiān)測實(shí)施以來，取得了顯著效果，廣州市未產(chǎn)生重大模板支撐系統(tǒng)坍塌事故。

1 工程概況

本工程為市政道路工程，道路總長約1.2km，紅線寬度為15m，設(shè)計(jì)速度20km/h，雙向兩車道，跨越市區(qū)A河，新建1 座跨河橋，橋型為16m+2×20m+16m 預(yù)應(yīng)力砼空心板，16m 空心板梁高0.85m，20m 空心板梁高0.95m，橋梁寬18.6m。

跨河橋設(shè)有1#、2#、3#橋墩，1#和3#橋墩位于A河兩岸，蓋梁底與原地面相差1.5m，蓋梁采用地膜施工，即用黃土四周放坡回填（1∶1 放坡）至低于蓋梁底標(biāo)高低于20cm 處，澆筑20cm 厚C20 素混凝土作為梁底受力面。2#橋墩位于河中，蓋梁寬1700mm，高1500mm，采用穿心棒法施工，具體見圖1、圖2：①橋墩施工時(shí)，在橋墩相應(yīng)標(biāo)高位置預(yù)留直徑110mm 孔，待橋墩混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí)，將直徑90mm、長2500mm的高強(qiáng)度實(shí)心鋼棒插入預(yù)留孔中作為主梁工字鋼支撐點(diǎn)；②為方便拆模，在穿心棒上設(shè)置臨時(shí)支座砂筒，砂筒與鋼棒焊接牢固。砂筒采用不薄于10mm 厚的鋼管制造砂筒，砂筒底部焊接鋼板封堵，在正面留一個(gè)螺絲孔并用螺絲梗塞，筒內(nèi)裝入適量細(xì)砂，細(xì)砂頂擱置略小于砂筒直徑的活塞，活塞選擇為鋼板封口的鋼管，使其活塞頂面高于砂筒3cm～5cm。松開底部螺絲放出桶內(nèi)細(xì)砂，到達(dá)撤除臨時(shí)支座的目標(biāo)，完成梁板系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，方便模板拆除；③在砂筒上安裝兩根長度為20.6m的I56a號(hào)工字鋼為受力主梁，在主梁工字鋼端頭開孔，利用φ25 精軋螺紋鋼對(duì)拉夾緊主梁工字鋼，主梁上安裝10 號(hào)工字鋼為分配梁，間距為600mm，分配梁與主梁接觸部位用焊接方式，防止分配梁傾倒。分配梁上安裝50mm×100mm 的木方為小梁，間距為150mm。④防護(hù)欄桿采用Φ48的鋼管搭設(shè)，在橫向分布梁工字鋼上每隔1.8m 設(shè)一道2m 高的鋼管立柱，立柱與工字鋼焊接牢固，豎向間隔0.6m 設(shè)一道橫桿，掃地桿距平臺(tái)地面高度為18cm。工作平臺(tái)設(shè)在橫向分布梁懸出端，離河堤最近位置搭設(shè)上下作業(yè)安全通道。

圖1 穿心棒法及高支模監(jiān)測儀器安裝

圖2 高支模監(jiān)測點(diǎn)平面布設(shè)圖

2 傳統(tǒng)監(jiān)測方法

2#橋墩蓋梁周圍沒有遮擋，可以在一側(cè)河岸上架設(shè)全站儀測量沉降和水平位移，監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)志采用反射片粘貼在主梁工字鋼上，也可以將L 型棱鏡用膠水固定或焊接在主梁工字鋼上。采用這種傳統(tǒng)監(jiān)測方法雖然可以掌握支撐體系變化情況，但是具有以下幾項(xiàng)缺點(diǎn)：①需要通過人工計(jì)算才能獲得變化值；②數(shù)據(jù)采集頻率低，不能實(shí)時(shí)獲取變化值，監(jiān)測結(jié)果滯后，不能及時(shí)預(yù)警；③不能同時(shí)獲取所有監(jiān)測點(diǎn)變化值；④需要采取其他輔助手段去埋設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。

3 自動(dòng)化監(jiān)測傳感器安裝

由于現(xiàn)場條件限制，2#橋墩蓋梁的穿心棒法施工，高支模自動(dòng)化監(jiān)測測不了軸力，水平位移也不好測，最后只測沉降和傾角。為了測得準(zhǔn)確的沉降和傾角變化值，最有效的方法就是在主梁工字鋼上焊接Φ48 的鋼管，將位移和傾角傳感器安裝在焊接的鋼管上。采用這種方案，需要焊工配合，同時(shí)還需要鉤機(jī)將人送到主梁工字鋼附近焊接、裝拆傳感器，不僅增加費(fèi)用成本，還浪費(fèi)時(shí)間。為了有效利用現(xiàn)場已有條件，兼顧又能獲得準(zhǔn)確、可靠的變化數(shù)據(jù)，最后共布設(shè)6 個(gè)高支模監(jiān)測點(diǎn)，具體見圖2。現(xiàn)場采用了以下方法安裝傳感器：①傾角傳感器安裝在護(hù)欄立柱鋼管，盡量靠近分布梁。護(hù)欄立柱鋼管與分配梁工字鋼焊接，分配梁又與主梁工字鋼焊接，主梁產(chǎn)生傾斜和沉降，會(huì)帶動(dòng)護(hù)欄立柱鋼管產(chǎn)生相應(yīng)的變化。②沉降傳感器安裝在護(hù)欄掃地桿上。沉降傳感器安裝好后，需要通過拉繩將傳感器鋼絲繩固定在參照基準(zhǔn)上，由于河中有深水，不能直接將拉線固定到河底地面上，需要綁重物沉到河底，結(jié)合現(xiàn)場已有條件，最終決定用細(xì)鐵絲當(dāng)拉線，將細(xì)鐵絲一端綁一個(gè)U 型托沉入水底地面，細(xì)鐵絲另一端綁在沉降傳感器鋼絲繩上。雖然修建橋墩時(shí)采用圍堰，不存在淤泥影響，但是有松軟土的影響，將U 型托沉入水底時(shí)，多次往上拉0.5m～1m后放下去，盡量減小松軟土對(duì)沉降的影響。

4 現(xiàn)場監(jiān)測

混凝土澆筑前開始采集初始數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化，初始化后采集所得數(shù)據(jù)，通過軟件自動(dòng)計(jì)算，直接將變化量和變化曲線呈現(xiàn)在顯示器上。現(xiàn)場監(jiān)測員應(yīng)時(shí)刻關(guān)注各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化值和變化曲線，分析數(shù)據(jù)變化原因，變化值大時(shí)，及時(shí)向各參建單位匯報(bào)，以便判斷支撐結(jié)構(gòu)是否安全、能否繼續(xù)澆筑混凝土，不能繼續(xù)澆筑時(shí)，該采取何種方法進(jìn)行加固。

5 數(shù)據(jù)分析

⑴G1、G2、G3、G4、G5、G6 累 計(jì) 沉 降 值 分 別 為-14.9mm、-17.7mm、-14.6mm、11.5mm、-8.3mm、-8.2mm，主要有以下幾個(gè)原因：①安裝砂筒時(shí)，西側(cè)橋墩上的砂筒掉到河里，重新裝砂后再安裝到穿心棒上，重新裝砂后的密實(shí)度更差，加載混凝土后，該砂筒部位的主梁工字鋼、分布梁工字鋼、護(hù)欄鋼管等均會(huì)比其他部位沉降更大；②3 個(gè)橋墩上砂筒中活塞頂部標(biāo)高不一致，中間活塞頂部標(biāo)高更低，施工時(shí)在活塞和主梁工字鋼之間放置了2 塊鋼板，活塞和鋼板、鋼板和鋼板、鋼板和主梁工字鋼都會(huì)有縫隙，加載混凝土后，這些縫隙都會(huì)消除，最終歸算到沉降值中；③3 個(gè)橋墩預(yù)留孔，北側(cè)比南側(cè)低，重心偏移導(dǎo)致穿心棒北段承受的荷載更大，北側(cè)沉降更大。

⑵受西橋墩砂筒重裝砂子、中間橋墩墊2 塊鋼板雙重因素影響，G2 沉降比受單一因素影響的G1 和G3 沉降大。

⑶G4 不是向下沉降，而是向上隆起，應(yīng)該是以下因素的影響：①東橋墩西側(cè)主梁工字鋼承受的混凝土重量比東側(cè)的重，加上主梁工字鋼具有一定剛度，會(huì)導(dǎo)致東橋墩西側(cè)下沉，東側(cè)向上翹起；②橋墩預(yù)留孔北側(cè)比南側(cè)低，重心偏移也會(huì)導(dǎo)致北側(cè)下沉，南側(cè)向上翹起；③水流有一定沖擊力，使細(xì)鐵絲不是直的，具有一定弧度，帶動(dòng)鋼絲繩拉出傳感器長度更長，測出的沉降值為正值；④受松軟土層的影響，水底的U 型托可能下沉，帶動(dòng)鋼絲繩拉出傳感器長度更長，測出的沉降值為正值。

⑷G1、G2、G3、G4、G5、G6 累計(jì)傾角變化值分別為-0.114°、0.186°、0.323°、-0.040°、0.091°、0.089°，G1、G2、G3 累計(jì)傾角變化值比G4、G5、G6 累計(jì)沉降大累計(jì)傾角變化值，跟沉降變化情況相符。

⑸G5、G6 累計(jì)沉降值相差很小，累計(jì)傾角變化值也相差很小，在沒有特殊因素影響下，變化基本一致。

6 結(jié)論

本工程跟常見高支模監(jiān)測項(xiàng)目有很大的不同，其特殊性就是：①支撐基礎(chǔ)為高強(qiáng)度實(shí)心鋼棒、支撐體系為工字鋼，沒有直接安裝傳感器的位置；②下方河中有深水，看不到沉降監(jiān)測參照基準(zhǔn)，人也過不去直接固定拉線。采用安裝傳感器進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測，需要充分考慮現(xiàn)場已有條件，找到一種既能節(jié)省成本，又能獲取準(zhǔn)確變化值的方法。

現(xiàn)場監(jiān)測人員要時(shí)刻關(guān)注各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化值，分析具體原因，讓監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)混凝土澆筑施工。