某建筑高大模板提前拆除可行性分析

高小龍 （甘肅銅城工程建設有限公司，甘肅 白銀 730900）

當前工程中通常會面臨施工進度滯后、工期不足的問題。根據常規工程施工方法，為了確保施工安全，模板支撐通常至少留有2 層作為架體。盡管此種方法比較安全，但拆除下層架體時，上層架體必須具有較大強度，這會推遲下層施工二次結構和裝修的入場時間，延長了項目施工周期[1-2]。高大模板體系是指在大型工程建設項目或者生產場所中所采用的一種支撐體系，其主要作用是在施工過程中對需要加固或支撐的區域進行保護和支撐，以確保工作安全和施工進度的順利推進[3]。高大模板工程危險性較大，如若提前拆除，極易產生安全事故，因此，國家相關部門頒布了拆模標準。混凝土結構驗收規范中規定，在構件混凝土強度滿足設計要求時才能進行提前拆模。因此，提前拆模滿足要求的構件能夠提高模板利用率，降低模架使用量，提高施工效率和降低工程成本[4]。盡管規范中給出了詳細的構件拆模尺寸要求，但受到實際工程立板、梁的尺寸以及外部環境因素的影響，無法通過跨度或直接觀測來判斷是否能夠提前拆除模板，而借助自動實時監測結構的應力應變，可以準確掌握構件的受力變形狀態，判斷構件是否處于安全狀態。通過監測高大模板支撐結構的應力應變，根據監測數據施工，對模板拆除方案和混凝土澆筑方案進行優化調整，并對模板危險狀態進行預警，預防和避免模板支架事故的出現[5]。除此之外，通過監測數據可以優化局部受力過大和不合理的支架，完善模板支架受力狀態。曾向新[6]根據高大模板體系的特點，結合實際工程，分析了高大模板體系的施工關鍵技術以及拆除模板時相應的安全措施；張哲[7]對高大模板施工過程中的難點進行了分析，對施工方案進行了優化；范遠剛[8]通過激光位移監測系統監測了高大模板架體傾角、沉降的變化趨勢，并結合移動端軟件實時查看監測數據，提高了監測精度，降低了監測成本，保證了高大模板的施工安全。

基于此，為了提高施工速度和工程進度，針對高大模板工程采用了提前拆模施工方案。通過在不同部位設置光纖光柵傳感器對模板體系的應變進行監測，判斷結構的安全性和穩定性，為類似工程提供指導和借鑒。

1 項目概況

某工程建筑面積為24716.7m2，該建筑有多個躍層大廳，結構較為復雜，施工難度大，抗震設防等級達到9級。為了提高施工速度，縮短工程周期，針對工程中所用的高大模架支撐體系，在地下室施工過程中制定了提前拆模方案。在地下室原施工方案中，全部模板立桿在整個施工過程中均處于支撐狀態，這種方案能夠最大限度保證施工安全，但會降低模板使用率，并提高工程成本、模板使用量以及工程周期。圖1（a）為上述模板立桿支撐示意圖，圖1（b）為根據工程現場混凝土強度和施工進度提前拆除下部模板與立桿示意圖。為保證最下層模板與立桿提前拆除時整體結構的穩定性以及方案的可行性，開展模板體系應力應變的動態實時監測工作，對結構構件變形過大部位及時進行調整和保護。

圖1 高大模板支撐方案

2 監測方案

2.1 監測對象

上層構件、模架重量和梁板自重在提前拆除高支模時施加在失去支撐反力的梁板構件上，使其瞬間產生較大的變形。此時構件的應變能夠將結構的受力狀態直觀、清晰地反映出來，同時也能體現結構的安全性，因此，在此次監測過程中的監測變量選取梁、板的跨中應變，對模板體系的工作狀態進行反應。

地下2 層板配筋的具體情況為：鋼筋間距200mm、直徑20mm，附加筋間距200、直徑16mm。板長9.3m、板寬9.6m，根據規范該板屬于雙向板。在板長邊和寬邊的中點分別設置一個測點監測板的應變，共2個監測點。地下1 層板下部設有橫向和縱向混凝土梁，橫向、縱向梁尺寸相同，均為高800mm、寬300mm，橫、縱向梁高共同承擔了地下1層模板架、地上1層板、地上1層模架以及地下1層板的重量。縱向承重梁下部設有10根直徑28mm的鋼筋，將應變傳感器安裝在其中一根鋼筋上；橫向承重梁下部設有8 根直徑22mm 的鋼筋，將應變傳感器安裝在其中一根鋼筋上；另采用相同的方法在1層梁中安裝應變傳感器。

2.2 監測設備

光纖光柵傳感器主體材料為二氧化硅，具有可靠性好、抗干擾能力強等特點，很大程度上降低了監測誤差和噪聲；傳感頭尺寸小、結構簡單，能夠適用各種應用場合，尤其適合埋入材料內部進行監測工作，且抗腐蝕、抗電磁干擾，可在惡劣的化學環境中持續工作，具有較強的可復用性。而振弦式應變計占用的空間較大，在混凝土內部安裝不易，且潮濕惡劣的環境也容易對電阻應變片造成影響，另外，電類傳感器主要為金屬材質，容易受到電磁干擾。對比之下，光纖光柵傳感器的各項性能均優于其余監測方式，能夠實現應變的長期精準監測。因此，此次研究中選擇光纖光柵傳感器監測模板體系的應力應變。該傳感器測量精度、量程和分辨率和量程分別為1με、±1500με 和1‰，型號為si255型。

2.3 布設傳感器

現場安裝和測試光纖光柵傳感器如圖2 所示。先把應變傳感器安裝在各部位梁、板的同直徑鋼筋上，再將鋼筋和原板底部鋼筋焊接固定。同時，在應變傳感器附近安裝一個溫度傳感器進行溫度補償，并對混凝土板內部溫度進行測量。安裝傳感器后，測試傳感器信號是否正常，以保證后續監測的準確。

圖2 光纖傳感器現場布設示意

3 分析監測數據

此次監測時采樣率為2Hz，與靜應變相比較高，同時，在現場外界環境的影響下，傳感器監測到的數據存在明顯的噪聲干擾。監測周期內地下2 層板2 個傳感器的應變監測結果見表1。

表1 地下2層板應變監測結果/με

由表1可知，地下2層板不同傳感器應變的變化趨勢基本相同，9月6 日至9月8 日，應變快速增大，之后有小幅下降；9月10日應變繼續增大，之后逐漸保持穩定。地下3 層模板拆除時間與上述各測點應變的變化趨勢相一致，由此能夠得出，地下3 層模架拆除是導致初始階段應變增長過大的主要原因，提高幅度近31με。在監測過程中，所得應變峰值在43με 以下，板的應變均在可控范圍內。

地下1層梁應變監測數據見表2。由表2可知，9月20日地下1層梁的增長幅度較大，達到29με，主要是由當日地下2層的拆模造成的，這與地下2層板應變相接近；9月20日后，地下1層梁應變基本保持不變，應變最大值接近70με，處于安全允許范圍之內，表明提前拆模施工期間地下1層梁處于安全穩定的狀態。

表2 地下1層梁應變監測結果/με

監測周期內地下2 層板和地下1 層梁溫度監測結果見表3。

表3 地下2層板應變監測結果/°C

由表3可知，板混凝土和梁混凝土內部溫度變化趨勢基本和環境溫度相重合，這是由于該板和梁澆筑時間過長，混凝土水化熱所產生的溫度未被板中安裝的溫度傳感器監測記錄到造成的。

1層梁溫度和應變監測結果見表4。

表4 1層梁應變和溫度監測結果

由表4可知，9月6日1層梁的溫度提高幅度最大；9月8日提高了近35℃，這與通常情況下混凝土凝固時的內部溫度提高幅度和規律相同。同時能夠得出，在初期階段1層梁應變值較低，僅有19με，而在11月1日應變明顯增大，之后逐漸保持穩定。通過分析能夠得知，11月1日1層梁應變的大幅提高主要是由地下1層模板拆除引起的。在1層梁的施工過程中，應變峰值為81.4με，處于安全范圍內。

綜上所述，通過對地下2層板、地下1層板下梁和1層板下梁的溫度和應變進行監測，發現各構件的應變峰值均在安全可控范圍之內，表明該項目高大模板提前拆除方案安全可靠，具有一定的可行性。

4 結語

為了提高施工速度和工程進度，針對高大模板工程采用了提前拆模施工方案。通過在不同部位設置光纖光柵傳感器對模板體系的應變進行監測，判斷結構的安全性和穩定性，得出以下結論：

（1）地下2層板不同傳感器應變的變化趨勢基本相同，應變在9月6日至9月8日內快速增大，之后有小幅下降；9月10 日應變繼續增大，之后逐漸保持穩定，應變峰值在43με 以下；9月20 日地下1 層梁的應變增長幅度較大，達到29με，主要是由當日地下2層的拆模造成的；9月20日后，地下1層梁應變基本保持不變，應變最大值接近70με。

（2）9月6 日1 層梁的溫度提高幅度最大，至9月8日提高了近35℃，這與通常情況下混凝土凝固時的內部溫度提高幅度和規律相同；11月1 日梁應變明顯增大，峰值達到81.4με，之后逐漸保持穩定。

（3）地下2層板、地下1層板下梁和1層板下梁的應變峰值均在安全可控范圍之內，表明該項目高大模板提前拆除方案安全可靠，具有一定的可行性。