高支模实时监测技术在工程应用中的探讨

曹祥 王鹏华

甘肃第三建设集团有限公司 甘肃 兰州 730000

引言

近年来高支撑架倒塌事故呈频发态势，引起国家高度重视。针对高支模工程具有高危性、多样性、复杂性、事故突发的特点，有必要在施工期间对高支撑体系进行施工时的现场实时监测，确保高支撑体系在混凝土浇捣过程中不发生沉降或变形过大以及系统失稳等危险情况，保证工程的安全施工。据住建部对历年来建筑工程中发生的较大安全事故统计分析，脚手架坍塌事故已成为较大及以上建筑生产安全事故之首[1]。

1 高支模坍塌事故原因

高支模坍塌的原因是多方面的，归纳起来主要有安全专项方案设计、原材料把控、现场施工作业、监控不到位。

专项方案设计人员对高大空间支撑体系的技术特性不熟悉，仅凭施工经验进行搭设，设计不周全，计算出现错误或取值不合理；模板支撑体系荷载计算错误或考虑不周，如施工荷载估计不当，未能充分考虑施工过程中的附加荷载；计算模型不合理，未考虑立杆的偏心受压影响，未能正确反映模板与立板之间的传力体系等；设计构造措施设置不足。如在软地面上搭设支撑架时立杆底部未设垫板的；扫地杆不足；扣件预紧力矩不足；支模架结构节点未双向安装水平连接杆的。

支模体系架体搭设用的钢管和扣件的质量低劣，使用残旧丧失工作性能的构件。如带有裂缝、硬弯、压痕等钢管等；扣件是连接和固定钢管式脚手架，关系到禁固安全，有些扣件都是多次利用，这样一来其中有相当一部分为不合格品，这些质量不合格的扣件就成为建筑施工过程中的重大安全隐患。

现场施工作业模板支撑体系搭设不规范，如结构三维尺寸过大；人为减少钢管、扣件的数量；立杆最高点未采用双扣件；剪力撑过少；未编制施工方案；浇筑顺序不当；泵管靠在支模架上，使之产生晃动；浇筑与加固交叉作业；混凝土养护时间不足即拆模等等，都是导致支模体系坍塌的重要因素。

传统的高支模施工安全观察采用光学仪器，在支撑体系内各关键部位布点，每半小时左右观测高支模的变形情况，但由于高支模内部构件密集，实际只能观测到支模体系外围的变形情况，加之高支模外围体系有安全网，往往连观测外围的变形情况都不可行；高支模是个柔性的时变体系，外围的变化与内部没有直接的关系，高支模坍塌往往发生在内部局部，导致体系连续倒塌，外围观测不能全面掌握高支模的安全状态；原有的方法观测间隔较长，实现不了实时监测，一旦出现变形超限，很难及时撤离危险区域。

2 高支模实时监测原理分析

针对危险性较大的混凝土模板支撑工程和承重支撑体系（以下简称高支模），在支架预压和混凝土浇筑过程中，在楼板正中模板底部和梁跨中的模板底部安装位移传感器和压力传感器，实时监测该部位的挠度和应力；在高支模顶部角点布置水平位移传感器，实时监测高支模整体水平位移；通过信息化的手段，利用高频采样实现全程、实时、连续监测；能监测到高支模体系中关键位置和薄弱部位的变形、轴力、倾角等安全指标；采用自动触发机制实现即时报警和现场报警，提醒作业人员在紧急时刻撤离危险区域[2]。

3 监测点选取及布设原则

高支模关键部位或薄弱部位为：跨度较大的主梁跨中、跨度较大的双向板板中、跨度较大的拱顶及拱脚、悬挑构件端部以及其他重要构件承受荷载最大的部位。①以既有混凝土柱、剪力墙等固定结构为参考点，设置水平位移传感器，监测高支模支架的整体水平位移；②以支模体系地面为参考点，在梁底，板底模板安装竖向位移传感器，监测模板沉降；③选取荷载较大或有代表性的立杆，在立杆顶托和模板之间安装压力传感器，监测立杆轴力；④选取对倾斜较敏感的杆件（如荷载较大或易产生水平位移的立杆），在杆件上端部安装倾角传感器，监测杆件倾角。

4 高支模实时监测技术应用实例

4.1 模板支架系统设计概况

某市一民用建筑工程项目施工超危大工程概况：东侧大门：板面200000×6200mm，板厚200mm，梁KL4 、WKL2截面尺寸：350×2000mm层高：7.95m，支模高度：5.95m，最大跨度：19m混凝土强度C30，超危判定：超线荷载、超高、超跨；WKL1截面尺寸：350×1500mm，层高：4.5m，支模高度：3.00m，最大跨度：5.0m混凝土强度C30，超危判定：超线荷载；板截面尺寸：200mm，层高：7.95m，支模高度：7.75m，最大跨度：19m混凝土强度C30，超危判定：超跨；支撑体系地基情况3；7灰土夯实基础（-0.150）架体安全等级I级9.000至30.000为钢结构屋面。

图1

根据委托方提供的《高大模板专项施工方案》以及对现场高支模支架搭设现场查勘结果，结合相关单位的监测要求，本工程高支模关键部位及薄弱部位定为：①能反映高支模体系整体水平位移的部位。②跨度较大或截面尺寸较大的现浇梁跨中等荷载较大、模板沉降较大的部位。③跨度较大的现浇混凝土双向板中部等荷载较大、模板沉降较大的部位。

东大门高支模监测共设置模板沉降监测点2个，立杆轴力监测点2个，立杆倾角监测点2个，支架整体水平位移监测点2个，共计6个监测点。

图2

4.2 监测参数预警值及报警值设置

根据委托方提供的《高大模板专项施工方案》和经过各方会审的《高大模板专项施工方案》，各监测参数的预警值和报警值设置详见下表：

表1

4.3 混凝土浇筑过程监测

在浇筑过程中每隔五秒自动采集一次数据，数据自动保存；混凝土浇捣开始即进行不间断监测，如遇监测现场断电，在使用后备电源保证连续监测的同时，应要求委托方立即协调恢复供电；混凝土浇筑过程中密切注意高支模各监测参数的实时监测值及变化趋势，保证监测过程中传感器工作正常，保护传感器不受破坏，发现监测参数数值或变化趋势发生异常时，应及时通知委托方联系人。当监测参数超过预警值时，应立即通知现场项目负责人或监理人员，以便及时排除影响安全的不利因素，当监测值达到报警值而触发报警时，立即通知现场作业人员停止施工并迅速撤离，同时通知现场项目负责人、项目总监；待险情排除后，经现场项目负责人、项目总监确认后，方可继续施工；混凝土浇捣完成后，应继续监测各参数的变化趋势，直至参数趋于稳定。

5 高支模实时监测应用的经济效益

高支模实时监测减少了传统监测方式布置麻烦，不易监控，人为因素影响较大，实时监测系统安装快捷便利，历史监测数据随时可查，操作简便，功能直观，误差小、精度高、连续性强、操作简单；可大大降低施工现场安全事故的发生；对于提高工程质量，降低高支模施工的安全风险将起到至关重要的作用，提高普通模板、高支模施工安全性，防止现场发生坍塌事故；社会效益和经济效益显著。

6 结束语

综上所述，高支模实时监测技术能及时发现高支模支撑体系在混凝土浇筑过程中的变形发展趋势，及时反馈信息，对高支模的模板沉降、支架变形和立杆轴力实时监测，可以实现“实时监测、超限预警、危险报警、预防事故、减少损失”有效预防被监测对象的异常事故发生，保障了施工现场工作人员的生命财产安全。