高支模自动化监测与分析

陈俊民

(福建省建筑科学研究院有限责任公司 福建福州 350025)

0 引言

随着国内建筑业快速发展，高大模板支架体系(简称高支模)应用越来越普遍，高支模因为支架高、受力大、装配复杂等，造成施工过程中安全风险变高，高支模坍塌事故在重大安全事故比例极高[1-2]，因此住建部办公厅在《关于实施<危险性较大的分部分项工程安全管理规定>有关问题的通知》中明确规定了搭设高度8 m及以上，或搭设跨度18 m及以上，或施工总荷载(设计值)15 kN/m2及以上，或集中线荷载(设计值)20 kN/m及以上，或高度大于支撑水平投影宽度且相对独立无联系构件的混凝土模板支撑工程为超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。张永春等多名学者[3]认为利用无线自动化实时监测系统对高支模架体施工全过程进行实时监控测量，分析支架关键杆件、重点部位变形和预警情况，对预防高支模坍塌事故发生具有非常重要的现实意义。

1 工程概况

福州滨海新城某医院(一期)位于福州滨海新城201省道东侧、沙壶路南侧、壶井路北侧、万沙路西侧，建筑用地面积44 263.5 m2，建筑面积24 500 m2，地上建筑面积165 900 m2，地下建筑面积79 500 m2。其设计效果图如图1所示。其直线加速度房间为钢筋混凝土结构，模板施工总荷载约为37.5 kN/m2，属一类模板支撑系统(高支模)，根据危大工程专项施工方案要求，需要对该直线加速度房间混凝土浇筑阶段进行高支模监测。

图1 福州滨海新城某医院效果图

2 高支模设计方案

项目直线加速器房间共3个，1号房间最大开间为10.00 m，最大进深为13.50 m；2号房间最大开间为9.55 m，最大进深为13.50 m；3号房间最大开间为9.80 m，最大进深为13.50 m。房间最大高度为6.50 m，最小高度5.80 m，顶板、墙平面布置图如图2所示，各房间模板支撑平面布置图如图3所示。

图2 直线加速器房间顶板、剪力墙平面布置图注：①图中“”区域顶板厚度均为2100 mm；②图中“”区域顶板厚度均为3000 mm；③图中“”区域顶板厚度均为1700 mm。

图3 直线加速器房间模板支撑平面布置图

3 现场施工监测

3.1 主要监测内容

本次高支模监测阶段为混凝土浇注过程。根据《模板工程安全自动化监测技术规程》(T/CECS 542-2018)，该项目属一类模板支撑系统，其监测内容为：①支撑轴力监测；②立杆倾角监测；③模板沉降监测；④支架整体水平位移监测。

3.2 数据采集系统

监测过程采用高支模无线实时监测警报系统，通过自动化监测手段，实现“实时监测、超限预警、危险报警、预防事故、减少损失”的功能。该系统包括智能数据传感器、无线采集终端、采集仪、报警器和监测软件，系统搭设及数据传输路径如图4所示。为保证监测的实时性和有效性，采样时间间隔为5s。

图4 数据采集系统示意图

3.3 监测测点布置

本次监测共设置支撑轴力监测点8个，杆件倾角监测点8个，模板沉降监测点10个，支架整体水平位移监测点6个，共计32个监测点。各监测点布设位置如图5～图8所示。

图5 支撑轴力测点(Z1～Z8)布置图

图6 杆件倾斜测点(Q1～Q8)布置

图7 模板沉降测点(C1～C10)布置图

图8 支架整体水平位移测点(D1～D6)布置图

4 预警值及报警值设置

该项目各监测参数的预警值和报警值设置依据如下：

①支撑轴力：监测的轴力预警值应为立杆设计承载力扣除模板、钢筋自重和可变荷载。

②杆件倾角：监测报警值根据被监测杆件计算长度和允许变形值计算得到。

③模板沉降：监测报警值根据《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ 162-2008)第4.4条确定。

④整体水平位移量：监测报警值可根据《建筑施工临时支撑结构技术规范》(JGJ 300-2013)第8.0.9条确定。

根据施工方提供的《福州海滨新城某医院(一期)直线加速器房间高大模板安全专项施工方案》，确定各监测参数的预警值和报警值设置，根据T/CECS 542-2018第6.2.6条，各监测项目的预警值取报警值的80%，具体详见表1。该预警值及报警值经高大模板安全专项施工方案的设计单位确认。

表1 监测预警值和报警值设置

5 监测结果

根据现场混凝土浇筑情况，本次监测分为两个阶段进行。第一施工阶段于2019年5月8日21时开始，至2019年5月9日22时结束，累计浇筑混凝土方量约为1100 m3；第二施工阶段于2019年5月11日14时开始，至2019年5月12日12时结束，累计浇筑混凝土方量约为940 m3，高支模监测与混凝土浇筑同步进行。现场监测照片如图9所示，现场混凝土浇筑照片如图10所示。

图9 现场监测 图10 现场混凝土浇筑

限于篇幅，本文仅给出第一施工阶段2号房间高支模支撑轴力、杆件倾角、模板沉降、支架整体水平位移监测结果如图11所示。可以看出在2号房间顶板在第一施工阶段浇捣开始至浇捣完成轴压传感器最大值为26.9kN，倾角传感器最大变化量为0.24°，模板沉降最大变化量为4.10 mm；支架整体水平位移最大变化量为0.90 mm，所测各监测数据均小于监测设定的预警值，高支模在第一施工阶段处于安全状态。

(a)支撑轴力监测数据图

(b)立杆倾角监测数据图

(c)模板沉降监测数据图

(d)支架整体水平位移监测数据图图11 第一施工阶段2号房间高支模监测结果

通过对长乐滨海新城某医院直线加速房间混凝土浇筑的两个施工阶段进行高支模监测，各监测数据结论如下：

(1)支撑轴力：在监测第一施工阶段浇筑期间，3号房间的24号轴力测点于开始浇筑混凝土约19h20min(2019年5月9日16时20分)时，达到预警值30 kN；于开始浇筑混凝土后约23h30min(2019年5月9日20时30分)，达到报警值38 kN，监测结果如图12所示。此时监测人员现场立即要求施工方暂停施工，同时查看附近的多个测点，均未超过限值要求，结合施工现场情况初步分析该测点报警是因为布料不均匀造成模板局部内力或变形过大，建议施工方在报警测点附近区域浇筑时保持缓慢、均匀，采取必要的加固措施，加强现场目测巡查，监测方应加强沟通并及时反馈监测数值变化情况。在后续浇筑过程中，该测点轴力最大值为39 kN，未发生显著变化。其余测点数据均未超过预警值。

图12 第一施工阶段3号房间高支模立杆轴力监测数据

(2)相较于混凝土浇捣的第一施工阶段监测，第二施工阶段各监测参数的变化量较小，其中高支模支撑轴力变化量为1.1 kN，杆件倾角变化量为0.18°，模板沉降变化量为1 mm,支架整体水平位移变化量为0.1 mm。这是由于第一阶段混凝土在第二施工阶段时已经完成终凝，可以承受部分自重和第二次浇捣产生的荷载，因此第二阶段测量的监测参数变化量小。

(3)在两阶段混凝土浇注过程中，杆件倾角传感器最大累计变化量为0.62°，模板沉降累计最大变化量为8.70 mm，支架整体水平位移最大累计变化量为2.80 mm，这3类监测参数的测点监测数据均未超过设定的预警值。

6 结论

(1)在直线加速度房间顶板混凝土浇筑的两个施工阶段，无线自动化监测系统实现了对杆件、模板变形和支撑轴力的实时监控。

(2)监测过程中，支撑轴力和模板沉降呈现出了明显的阶段性变化特征，具有明显的警示作用，需密切关注；立杆倾斜和整体水平位移呈现振荡上行趋势，整体变化量较小。

(3)在两阶段混凝土浇捣施工过程中，应该重点关注第一阶段浇捣施工，这是由于第一阶段混凝土在第二施工阶段时完成终凝，可以承受部分自重和第二次浇捣产生的荷载，第二阶段测量的监测参数变化量一般较小。

(4)无线监测系统可及时发现监测点的预警或报警情况，通过多个监测测点的比对，可以有效控制因布料不均匀造成模板局部内力或变形过大，保证了高支模体系在混凝土浇捣施工全过程的安全稳定。