某大型工程超高大模板工程安全可靠性研究

王志伟，王飞，马洪伟，张震，李承明

（1.江苏邗建集团有限公司，江苏 扬州 225127；2.扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225127；3.扬州市金泰建设监理有限公司，江苏 扬州 225000）

1 引言

随着我国经济的快速发展，现代化城市建设的标准越来越高，建筑物的整体布局、结构种类更是多种多样。工程建设过程中，技术人员经常遇到超高、大跨度、大截面等混凝土梁板的超高大模板支模施工问题。一般的超高大模板支撑体系[1]就是支撑高度超过8 m，或者是搭设的跨度大于18m，或施工总荷载高于15kN/m2，集中线荷载高于20kN/m的模板支撑体系。由于这类模板技术要求高、施工难度大、安全问题突出，因此这类模板极易造成群死群伤事件，给社会财产、人民的生命和安全造成严重威胁。例如：2015年4月11日晚11时，河北省的新乐市建材市场正在施工的一商业楼在混凝土浇筑过程中模板支撑架发生倒塌，导致5人死亡、4人受伤；2015年1月29日零时25分左右，江西某大学体育馆顶层现浇混凝土过程中超高大模板工程发生倒塌，事故造成1人死亡，18人受伤，其中3人重伤。从上述可知，提高超高大模板工程的安全可靠性是具有重要现实意义的一个课题。本文尝试从超高大模板工程体系的专项施工方案出发，做好超高大模板工程安全隐患的防患措施，真正做到“预防为主”[2]，从而提高超高大模板工程的安全可靠度。

江苏省某购物中心工程效果图

1 工程概况

本文以江苏省某购物中心工程为例，总建筑面积为141578.7m2，建筑总平面被划分为A、B、C和D四区，建筑的结构为钢筋混凝土框架结构，地下三层、地上五层，该工程效果图如下图所示。该工程A区有超高大模板工程8处，其中最高的高度达32.75m。本文主要从计算理论、专项施工方案及安全监测三个方面对超高大模板工程安全控制进行系统论述。

2 超高大模板工程计算理论

在该购物中心工程施工之前，施工企业集中项目部人员的所有技术力量对超高大模板工程进行设计计算。超高大模板工程支撑体系中的受力构件(包括模板、方木、钢管、扣件等)要加以验算其刚度、强度和稳定性，对整个超高大模板工程稳定性进行核算，对某些具体的部位进行抗弯、抗剪和挠度等方面的验算。

2.1 超高大模板工程承载力计算

超高大模板工程承载能力计算[3]是超高大模板工程专项施工方案的重要内容，并以此作为该专项施工方案能否达到施工要求的重要依据。荷载主要包括：支撑体系自重、钢筋自重、新浇筑混凝土自重、施工人员及施工设备荷载、振捣及倾倒混凝土时产生的荷载、风荷载等荷载。

超高大模板工程支撑系统承载能力计算内容包括：

①计算承载构件的刚度、强度；

②计算立杆(立柱)、地基承载力；

③计算连接扣件的抗滑承载力；

④计算支撑体系时，应采用荷载效应基本组合，并合理选择杆件的计算模型。

2.2 超高大模板工程支撑体系稳定性

由于超高大模板工程采用薄壁钢管搭设且搭设高度较高，因此设计超高大模板工程时，就必须要考虑其稳定性[4]。即使其支撑体系承载能力满足实际要求的情况下，有时支撑体系立杆的稳定性、风荷载、竖向剪刀撑、立杆步距、竖向荷载不均匀分布等都会影响超高大模板工程的安全性，故要对超高大模板工程稳定性进行合理计算。其稳定性计算主要有：

①立杆与横杆的稳定性；

②竖向荷载与水平荷载的影响。

3 超高大模板工程专项施工方案

在该购物中心工程施工前，施工单位集中项目部所有技术力量，编制超高大模板工程专项施工方案[5]初稿，企业技术总工召开三次内部技术研讨会对该初稿进行优化，将建设单位、设计单位、承包单位由监理单位组织相关专家对该超高大模板工程专项施工方案进行评审并进行整改，经监理单位审核后定稿并报批。该超高大模板工程专项施工方案主要内容包括施工工艺流程、搭设与拆除以及成品保护。

3.1 超高大模板工程施工工艺流程

调研超高大模板工程资料→编制超高大模板工程搭设与拆除专项施工方案→组织专家审查→测量放线→平整场地与地基处理→安装垫板→搭设超高大模板支撑体系→验收支撑体系→对梁板主次龙骨进行安装→梁板底模板的安装→梁钢筋进行绑扎→梁侧模的安装→板模板的安装→模板验收→板钢筋的绑扎→验收钢筋→浇筑混凝土→混凝土养护→模板拆除→模板维修。

3.2 超高大模板工程施工要求

3.2.1 超高大模板工程系搭设要求

①在支撑体系搭设前，项目技术负责人应当按照国家有关安全技术规范[6]和施工方案的要求，由搭设和使用的人员进行安全和技术交底。

②架子工进入现场必须做好个人安全防护，所用的工具必须由绳索系在腰上。还需要进行定期体检，体检合格才能持证上岗。不适于在高空中作业的人员，严禁高空作业，禁止私自拆除架上的架杆，带板和机件等固体支撑和拉杆的杆件，脚手架上的工作人员不得集中且不准打闹。

③采用的钢管、扣件等材料所搭设的支架，必须符合规范要求，并具有相应的质保资料。

④超高大模板工程应符合专项施工方案和相关规范要求，使立杆纵距、立杆横距、支架步距必须符合构造要求。

⑤应结合周边结构情况，实行有效连接措施来加强支架整体的稳固性。

⑥如遇不可逆的自然天气情况（如雷雨、雾及六级以上大风）应该停止支撑体系的搭设与拆除作业。风雨过后要做好防滑工作，并要检查架体有无松动、下沉和歪斜现象。

⑦做好良好的绝缘措施，处理好电线及电动机具与脚手架的接触，严禁将电线扯在脚杆上。

3.2.2 超高大模板工程体系拆除要求

①超高大模板工程拆除之前，应按照国家有关安全技术规范和专项模板拆除施工方案，由项目技术负责人向拆除人员进行安全和技术交底。

②模板拆除的顺序和方法，应按施工技术方案进行，通常采取先支后拆、后支先拆，先拆非承重模板、后拆承重模板的顺序，并应从上而下进行拆除。

③底模和其支架拆除时，应当与结构在同一条件养护的混凝土强度达到设计要求后方可再拆除。

④超高大模板工程支撑体系的拆除须经项目负责人与专职安全员检查验收并确认，由监理单位和有关监管部门审批合格后方可进行。

⑤在拆除支撑体系前，应当先对支撑体系上的材料、工具和杂物进行清扫，清除的同时要有专职人员负责警戒，并且设置警戒区和警戒标志。

3.3 超高大模板工程成品保护

①应按规定对超高大模板工程的通道口做好防护措施，现场由安全人员来监护，不允许让无关人员在模板支撑底下。

②梁板混凝土浇筑前，支撑体系和扣件及垫脚，应由组织专门小组检查其可靠性。

③梁板混凝土浇筑过程中，派专人在模板面架设水准仪，方便随时观测模板面的标高和已浇筑混凝土面标高的变化，并同时派人在模板下观察支撑体系的变形情况，若发现杆件出现变形或者异常时，应立即报告，及时加固变形的杆件，防止安全事故的发生。

④不允许使用大锤或撬棍进行拆模，防止损伤混凝土的表面和楞角，拆除下来的模板，应做到及时修整模板，以便重复利用。

⑤在吊装模板时，做到轻放轻起，不允许碰坏已完成的结构，并做好防护措施防止模板变形。

⑥模板拆除后，应当立即对模板的板面及缝隙进行全面清理，以保证下次使用不会出现粘模的现象。并要求对模板进行维修清理，如模板清理、校正模板变形、更换模板配件等。

4 超高大模板工程安全监测

该购物中心工程A区就有超高大模板工程8处，其中最高的达32.75m，考虑到超高大模板工程的安全可靠度，施工单位决定对该超高大模板工程进行全过程安全监测[7]。

4.1 超高大模板工程监测制度

①超高大模板工程监测方案由项目技术负责人编制，并经总监理工程师确认，并聆听模板工程方面专家意见。

②施工过程中，每次监测结果必须及时经项目经理与总监理工程师签字后，才能提供给施工、监理、设计、业主等各方。

③要保持对浇筑过程中的实时监测，每30min进行一次监测，对混凝土实凝前后及混凝土终凝前至混凝土7d龄期进行实时监测，终凝后的监测频率为每天一次。

④监测结果报告必须包括项目监测、频率监测、监测允许值、报警值、监测数据分析、监测结果。

⑤为防止监测数据接近报警值，应组织相关各方启动应急措施或抢险措施。

4.2 超高大模板工程安全监测方案

4.2.1 监测目的

混凝土浇筑过程中和浇筑结束后的一段时间内，超高大模板工程支撑体系由于受竖向荷载与水平荷载的作用，可能会发生竖向位移、水平位移或失稳，当变形过大时可能发生倒塌事故。为避免安全事故的发生，需要对支撑系统支撑体系竖向位移和水平位移进行实时监测。

4.2.2 监测仪器与参数要求

监测仪器与监测精度详见表1，监测预警值与允许值详见表2。

监测仪器与监测精度（单位：mm） 表1

监测项目预警值与允许值（单位：mm） 表2

4.2.3 监测点的布置和基准点的埋设

①水平位移监测参考点和监测点的布置

a.水平位移监测基准点埋设：基准点对超高大模板工程水平位移监测起着重要作用，该点应放置在监测区域之外，利于观察和基础稳定的地方。为方便校核基准点的稳定性，应布置3个以上水平位移基准点。水平位移监测参考点应根据现场实际情况埋置，选择距离监测区域30米的位置采用纯混凝土埋置。当实施监控时，根据实际需要可布设多个工作基点。

b.超大型模板工程支撑系统水平位移监测点的布置方法：采用小的反射棱镜或反射镜标记水平位移监测点。根据支护系统理论，每1.8m计算柱的最大固定监测标志。

水平位移用红色油漆编号。并且在相同位置布置水平位移计，由计算机采集数据进行检验。

②沉降监测基准点和监测点的布设

a.沉降监测基准点埋设：根据现场实际情况，在距离监测区域30m处设置3个以上的沉降监测基准点，并设置角标线或浅埋金属管道。

b.支撑体系沉降监测点布设：支撑体系沉降监测点，一般在受力较大的位置选取。根据施工图纸，用一根短钢管横着把一根长钢管竖着引出来。钢管上端固定，下端不固定。观察尺固定在长度约1m的垂直钢管上。并相同位置布置垂直位移计，由计算机采集数据进行检验。

4.2.4 超高大模板工程安全监测

①水平位移监测

采用极坐标法进行水平位移的监测，根据现场实际情况来选取。基点的稳定性可以用后角交叉检查。采用极坐标法和后方交会法，野外采用全站仪进行监测，必须满足规范的要求。监控系统通过计算对数据进行校正和调整，然后生成各种图表和报表、变形的速率及变形的预报。

②沉降监测

根据二级水准测量的要求，进行基准点之间的联合测量，采用背对测量法，采用水准计和匹配比例尺。固定在观测点上的钢尺作为前视尺，参考点上的立尺作为后视尺。使用水平仪分别读取后视标尺数据和前视标尺数据。

同一点相邻两相的后视读数减去前标尺读数之差即为观测点的沉降量。

4.2.5 监测周期与频率

①监测周期：从模板支撑体系搭设完成后，混凝土浇筑前起至混凝土浇筑完成后21天为止。

②监测频率：浇筑混凝土过程中应进行实时监测。浇筑前观测二次作为初始参数，并调整好位移计位置；浇筑混凝土时，每15min观察一次；浇筑后12h内，每1h观察一次，连续观察12h。然后每天观测2次。监测期间若发生异常情况，则需加密监测。若连续两次观测变形值在0.5mm以内则可终止监测。

5 结语

随着我国现代化城市建设的不断推进，大空间、大跨度、超高层的结构形式不断涌现，因而超高大模板工程施工技术在这类建筑中得到了广泛的运用，本文中江苏省某购物中心工程只是其中一例。目前我国的超高大模板工程尚缺乏完善的理论指导，其设计计算仍存在诸多的不确定性因素，存在很多的安全隐患。在江苏省某购物中心工程施工时，施工单位首先对超高大模板工程进行设计计算，集中技术力量编制专项施工方案，邀请相关专家进行论证并整改，按照相关手续进行报批。施工过程中超高大模板工程专项施工方案对整个模板施工起到必不可少的指导性作用。安全监控能帮助现场管理人员及时了解超高大模板工程的工作状态。该工程顺利竣工并已启用，因而可以说，实践证明计算合理、方案得当、监测到位是超高大模板工程满足强度、刚度和稳定性要求的基本保证。