自动监测技术在高支模中的应用

董俊杰 王 刚 范玮武 胡 欣

（中国建筑第八工程局有限公司，上海200240）

随着我国建筑行业的发展，高层建筑的数量越来越多，高大支模支撑体系的应用越来越普遍。高大支模体系，简称高支模[1]，支模体系越高大、复杂，安全风险也就越高。高支模坍塌事故时有发生，高支模安全事故发生时间普遍很短，从出现危险征兆到事故发生通常只有短短几分钟，具有突然性。而且高支模本身具有的高空间、大跨度等特点，使得高支模安全事故一旦发生，往往造成重大人员伤亡和巨大的经济损失[2]。针对这一问题，建设主管部门和建筑施工企业的安全管理工作已将模板坍塌作为重大危险源进行识别和控制[3]。

1 高支模监测方案

当高支模监测参数超过预设限值时，及时通知现场作业人员停止作业迅速撤离现场，预防和杜绝支架坍塌事故的发生。高支模监测以获取实时自动化采集数据为主，现场目测巡查为辅；各监测项目应在模板系统支架预压前测得稳定的初始值。

1.1 监测内容

根据高大模板工程在施工过程存在的整体倾覆、局部塌陷的工程事故形式，结合本工程的实际情况，本项目的监测内容包括如下四项：

（1）支架整体水平位移。为防止支架系统的整体倾覆，利用拉绳位移计在施工过程中对体系整体侧移进行监测。

（2）立杆倾角（倾斜）。为防止受力较大的立杆丧失稳定产生倾覆，对危险部位的立杆倾斜角度进行监测。

（3）立杆轴力。除监测立杆倾斜之外，对危险和重要部位的立杆承受的轴向压力进行监测。

（4）水平杆挠度。为防止屋面大梁浇筑过程中产生挠度过大的情况，对梁底水平杆挠度进行监测。

1.2 监测设备和测点布置

（1）支架整体水平位移。支架整体水平位移测点布置在支架系统顶部，沿支架平面外轮廓长边边线布置8 个测点。

在立杆顶部安装拉线式位移传感器，使线头水平方向拉伸，拉出约200mm，用钢丝与现场混凝土柱或其他已建成的结构固定。每个测点位置的立杆可安装两个位移传感器，成90°方向安装，分别测两个方向的位移。

（2）立杆倾角、轴力及水平杆挠度。选择部分屋面主梁梁底的支撑立杆作为测量的对象，分别位于1～2 轴跨中与主梁交汇处的梁底立杆，共八根立杆。立杆倾角采用SPI-509 双向倾角传感器监测，立杆轴力采用轮辐式压力传感器JLBU-1 进行监测。

1.3 监测频率

（1）浇筑前：测量三次，记录此值并以三次平均值为初始值。

（2）在浇筑过程，支撑系统整体位移由于是全站仪人工测量，每两小时测量一次；其余参数（立杆倾斜、立杆轴力、水平杆挠度）实时监测，采样频率1 次/10 秒。

（3）浇筑完成后养护阶段，前三天，每天一次。后二十四天，每三天采集一次。

1.4 监测预警值

根据《建筑施工临时支撑结构技术规范JGJ300-2013》确定报警值，当监测项目超过其警戒值时，必须迅速停止浇筑，查明原因，一般应急措施有：

（1）迅速停止浇筑，保证警戒值不再增大。

（2）修改方案，进行加固。

2 高支模监测数据分析

2.1 混凝土浇筑过程

混凝土现场浇筑持续时间共12 小时30 分钟，浇筑过程对立杆轴力、倾斜、挠度、水平位移等参数进行连续监测，采样频率为1 次/分钟。

（1）支架整体水平位移。支架整体水平位移变化如图1 所示，其中8 号整体位移测点在开始监测前遭人为破坏，其监测点在本次监测项目中无有效数据。从图中数据可以看出，支架整体水平位移在全监测过程中变化范围不大，除个别点有波动外，其余测点水平变化较平缓，且最大位移均在5mm 以内，未达到变形报警值。

图1 各测点整体水平位移变化图

（2）立杆倾斜。混凝土浇筑过程中，测试杆件两个方向的最大倾斜角度，大部分测点倾斜度未超过允许值。其中6 号点有突变现象，如图2 所示，分析其原因，是由于现场浇筑时的振动荷载造成的测点产生横向突发变形，变形后数据趋于稳定，说明整个浇筑施工过程，立杆稳定性良好。

图2 6 号测点倾斜角度变化图

（3）立杆轴力。从数据可以看出，随着混凝土浇筑，各立杆轴力逐步增大，在浇筑后期，各立杆轴力变化平缓，逐渐达到稳定值。

（4）水平挠度。从数据中可以看出，在混凝土浇筑初期，各测点均产生了不同程度的挠度，且随着时间的增长，挠度逐渐变大。各测点虽在某一阶段出现挠度减小的现象，但最终均产生了不同程度的挠度，且基本保持稳定不变，并未超过允许值。

2.2 混凝土养护过程

混凝土养护阶段持续时间为21 天，在此过程中对立杆轴力、倾斜和水平杆挠度等参数进行连续监测，采样频率约1 次/小时。图3 为部分测点在养护阶段的监测结果。

结果显示，各立杆倾斜角度略有波动，但与浇筑完成时的倾斜角度相比，没有产生过大的增长，立杆倾斜基本趋于稳定；各立杆轴力随着混凝土养护成型，轴力逐渐减小，各根立杆轴力变化程度虽不尽相同，但均未超过允许值；大部分的水平杆挠度在养护阶段中无较大变化，只有部分水平杆的挠度在监测后期有所增大，经分析发现，这是由于上部结构施工中的荷载所引起的，但其变化量均小于3mm，满足设计要求。

图3 养护过程部分测点数据

3 结论

针对科创中心项目高支模在混凝土浇筑过程和养护成型过程的结构安全性和稳定性，进行了包括高支模整体水平位移、立杆轴力与倾斜、水平杆挠度等多项数据的监测，并通过对监测数据的统计分析，对高支模结构体系进行了安全性评价。采用本文提出的高支模结构体系监测方法，可以有效监测高支模结构在施工过程中的内力与变形情况，能够及时发现结构的安全隐患，避免不必要的人员伤亡与经济损失。同时，该监测体系也可作为模板拆除时间及上部结构施工荷载对既有结构影响的判断依据，为施工全过程提供安全保障。