基于施工全过程的高大支模架体安全监测技术研究与应用

瞿 鹏，陈 俊，王祥鑫

（南通一建集团有限公司，江苏 南通 226000）

0 引言

经济繁荣发展的当今，人们对建筑空间和外立面个性多样化要求导致超大跨距以及非标层高在建筑业特别是公建类项目中的应用日益广泛。住建部针对建筑技术中“超危大”高支模工程的技术标准化与安全性等问题，按照《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》等各类条例实施管控[1]。然而，架体材料偏差、从业实操人员素质及各种管控缺口的影响，导致高支模垮塌事故仍时有发生。在项目施工中，为保证高支模施工的安全性，可采取对高支模架体的受力变化、架体立杆倾斜变形水平等因素进行全过程监测，对高支模垮塌做到提前预警，大概率降低高支模垮塌引起的人员伤亡及经济损失[2]。

1 高大支模安全监测整体设计

结合高大支模工程特点，设计实时监控的数据采集与报警系统，监测内容包括模板沉降、立杆倾斜、立杆轴压等数据。测点布设在架体内部，且受力条件薄弱、易倾覆的位置，每个监测点布设末端传感器（支架位移变形、倾斜、轴压3 种）。安排专人在项目区域外围利用自动化采集仪，实时监测高支模预压、浇筑混凝土及混凝土初凝等施工过程。在监测主机中设置监测报警阙值，末端传感器可依据设置自动加密监测频次。达到报警值时，自动触发预警系统，通过声、光通信传达到项目各参建方的管理人员[3]。

该系统采用应力与变形传感器对架体轴向压力、横杆水平位移、立杆竖向倾角3 个因素进行监测，架体受力数据实时精准，，高支模架体整体或局部倾覆概率增长时及时预警，免除高支模垮塌事故产生。无须免除变更高支模架体支护方案及支护管材。轴压、位移、倾角等传感器组合广泛适用于盘扣、碗扣、钢管等市场常见架体支撑构件上，拆装便捷[4]。适用于上部荷载较大、结构跨度大、模板支设高度超高、结构楼板平整度要求高、结构楼板沉降值控制要求高等各类高危险性的模板支撑体系。

2 施工顺序及操作要点

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1 所示。

图1 施工工艺流程

2.2 施工操作要点

2.2.1 确定监测点位

高支模监测方案的编制应依据超高模板支撑架的计算结果，将模板支撑架体中轴力最大、架体失稳概率最高的位置，锁定为单个结构标准单元中的监测点位，并设置轴压传、位移器及倾角等末端传感器，以满足模板支撑架安全性监控的要求[5]。

2.2.2 传感器安装

（1）轴压传感器安装。轴压传感器需放置于架体顶托与龙骨之间。首先将顶托降下一个传感器的安装间距，传感器放置稳妥后再将顶托上紧固定。安装完毕应校核立杆顶托与龙骨之间的平整度以及轴压传感器与立杆、模板的垂直度，达到共同受力的目的。轴压传感器安装调试无误后，将相应工程的报警值、监测频率等参数输入监测主机中，以达到主机自动根据设置的相关参数进行数据采集与报警。

（2）位移传感器安装。位移传感器主要包括竖向位移传感器和水平位移传感器，监测位置与作用各不相同，具体如下。

模板下部木方梁底的横杆放置竖向位移传感器，用钢丝线一端连接传感器，一端连接足够重量的下部配重，需拉出约100mm 钢丝线并保证钢丝没有较大自身变形以保证传感器线头与地面垂直，传感器钢丝与配重应相互保持独立，并不与支架连接。传感器与采集终端无线联接，安装完成，记录终端编号并拉动线头端或复位再拉出，在主机中检查该编号位移读数是否异常，调试正常后主机中相应编号会有初始读数。

在立杆顶部放置水平位移传感器，使线头水平方向拉伸约100mm 并与另一侧立杆用钢丝固定。单个立杆应在两个水平垂直角度上分别安装1 个水平位移传感器，以监测两个水平方向位移。传感器与采集终端无线联接，安装完成，记录终端编号并拉动线头端或复位再拉出，在主机中检查该编号位移读数是否异常，调试正常后主机中相应编号会有初始读数。

（3）倾角传感器安装。首先，选定仪器的放置点位以及倾斜角的测量方向，被测物的仪器放置点位应打磨平整；其次，将倾斜仪的支架放置于被测物的选定点位，并将倾斜传感器固定在安装支架上；最后将倾斜仪与读数仪连接，调整安装支架的定位螺钉，调节倾斜仪轴线的垂直度，保证初始测值接近零点，此外，亦可依据设计需求，自定义仪器的初始倾斜角度，以保证仪器的测量数据正负变化范围能够适应实际需求。倾斜仪定位时以外圆上标有仪器的正负方向记号作为测量规定的正负方向。传感器底部有4 个螺钉，安装时可以通过松开螺钉使仪器的正负方向记号做90°和180°调整以适应安装需求。当安装点位位于施工复杂区域和高大被测物的上端，应按照规范设置测点保护和防雷保护措施。

2.2.3 高支模施工全过程架体安全性监测

在架体安全监测系统中输入监测点位，将无线数据采集仪连接位移、轴压及倾角等多种传感器，同时设置监测区域轴力、沉降变形及倾角等需监测数据的报警阈值，连接项目报警器，输入管理人员手持终端设备等信息，即可实时监控模板支撑架在施工全过程中的安全性。高支模架体监测流程如图2 所示。

图2 高支模架体监测流程

2.2.4 监测数据反馈与方案修正

将高支模施工过程中采集的立杆轴力、倾角及位移数据导出并分析，计算出已施工高支模方案的失效概率（或安全系数），同时可计算得出结构板的差异沉降等数据。将失效概率、结构板差异沉降等数据进行计算分析，完善已施工高支模架体方案，提升高支模架体的安全性及经济性，保证结构楼板的平整度。

3 质量控制

监测设备投入使用前，需进行精度检测，确保监测数据的精确性。轴压传感器安装完毕应保证立杆顶托与龙骨之间的平整度以及轴压传感器与立杆、模板的垂直度，达到共同受力的目的。倾角传感器应保证垂直安装，位移传感器应保持水平安装，并保证与架体连接牢固。

4 工程应用

在南通市通州区在建工程中应用高支模全过程架体安全监测技术，在超短工期的情况下将监测流水段划分为154 段，保证了高支模流水段的安全性。以4#楼为例，建筑面积7996m2，分8 次浇筑平均每次浇筑面积约1000m2，每次浇筑面积内均匀布置各类传感器4 个，埋设各类传感器共计4×8=32 个。混凝土浇筑前监测1h，每次浇筑时长8h，混凝土浇筑后监测3h，共监测12h，每小时读数2 次，监测24 次，监测方案如下。4#建筑高支模监测测点布设及数量如表1 所示，LCEB 0031 点倾角-时间变化曲线如图3 所示，LCEB 0031 点轴力-时间变化曲线如图4 所示，LCEB 0031 点模板沉降-时间变化曲线如图5 所示。

表1 4# 建筑高支模监测测点布设及数量

图3 LCEB 0031 点倾角-时间变化曲线

图4 LCEB 0031 点轴力-时间变化曲线

图5 LCEB 0031 点模板沉降-时间变化曲线

对高支模架体的受力变化、架体立杆倾斜变形水平等因素进行全过程监测，对高支模垮塌做到提前预警，大概率降低高支模垮塌引起的人员伤亡及经济损失，具有广泛的推广意义。

5 结语

高支模项目危险性较高，垮塌事故时有发生。在此类项目施工过程中，通过全过程实时监控高支模立杆的轴力、架体倾斜水平、架体沉降等数据，对高支模垮塌等功能性失效具有预警作用，极大程度上避免了高支模架体施工垮塌事故导致的群死群伤和重大经济损失。另外对高支模架体施工监测数据的进行计算与分析，可实时动态调整高支模施工方案，有效提高架体材料的合理性，保证施工全过程的安全。