高支模自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在混凝土澆筑過(guò)程中的分析與應(yīng)用

許丹萍

摘? 要：高支模自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為建筑業(yè)安全生產(chǎn)起到預(yù)防事故、減少損失的積極作用。該文通過(guò)對(duì)某工程建筑高大模板的自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在混凝土澆筑過(guò)程中的支架整體水平位移、模板沉降、立桿軸力、立桿傾角監(jiān)測(cè)值分析，論述了高支模自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在混凝土澆筑過(guò)程中的應(yīng)用，可以整體、實(shí)時(shí)、多參數(shù)監(jiān)控監(jiān)測(cè)高支模，能夠及時(shí)自動(dòng)預(yù)、報(bào)警和排除險(xiǎn)情，保障作業(yè)人員的人身安全。

關(guān)鍵詞：高支模;自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);混凝土建筑過(guò)程

中圖分類(lèi)號(hào)：TU755? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

高大模板支撐系統(tǒng)（高支模）坍塌在工程建設(shè)事故中頻發(fā)，其安全事故主要是因?yàn)楦咧Ｔ诤奢d過(guò)大或變形過(guò)大誘發(fā)系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)件失效，發(fā)生局部坍塌或整體傾覆，造成作業(yè)人員傷亡。因此需重視高支模監(jiān)測(cè)。隨著近幾年高大支模事故頻發(fā)以及建筑工程的各種規(guī)模和空間出現(xiàn)，建筑物的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和平面布局的復(fù)雜多樣化，大跨度、大截面梁及高空間的建筑物對(duì)高支模施工安全管理有了更高的要求。

目前，廣州已出文規(guī)定明確要求采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化措施，實(shí)施無(wú)線傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高支模體系自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，它是通過(guò)在高大支模板與腳手架的關(guān)鍵部位或者薄弱部位安裝元器件，對(duì)各元器件的支架整體水平位移、模板沉降、立桿軸力、立桿傾角進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)高支模進(jìn)行預(yù)壓監(jiān)測(cè)和混凝土澆筑過(guò)程中的安全監(jiān)測(cè)，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)性和有效性。運(yùn)用自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，超限預(yù)警，危險(xiǎn)報(bào)警，預(yù)防事故，減少損失”。

1 高支模傳統(tǒng)方式監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)比

1.1 傳統(tǒng)方式監(jiān)測(cè)

傳統(tǒng)方式監(jiān)測(cè)是在高支模體系內(nèi)各關(guān)鍵部位或薄弱部位布置水平位移、外圍沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用光學(xué)儀器通過(guò)人工每20 min～30 min觀測(cè)一次高支模的變形情況。方法觀察間隔較長(zhǎng)，高支模內(nèi)部桿件較密，實(shí)際中只能觀察到支模體系外圍的變形情況，僅對(duì)外圍觀測(cè)，不能覆蓋整個(gè)高支模施工，掌握不了高支模的全面安全狀態(tài)，發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)作業(yè)人員難以及時(shí)安全撤離危險(xiǎn)區(qū)域。

1.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是采用高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)警報(bào)系統(tǒng)，創(chuàng)新使用聲光報(bào)警。用高精度傳感器和自動(dòng)采集儀，1 s內(nèi)可讀取最新數(shù)據(jù)，對(duì)高支模支撐系統(tǒng)的整體支架變形、模板沉降和立桿軸力運(yùn)用自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，超限預(yù)警，危險(xiǎn)報(bào)警”的監(jiān)測(cè)目標(biāo)。在高支模搭設(shè)完成后，安裝各傳感器及坍塌觸發(fā)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)撓度、應(yīng)力狀態(tài)及整體水平位移?；炷翝仓? h開(kāi)始監(jiān)測(cè)至高支模各參數(shù)監(jiān)測(cè)值趨于穩(wěn)定期間，通過(guò)高支模自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到智能無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，當(dāng)各參數(shù)監(jiān)測(cè)值達(dá)到預(yù)、報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)、報(bào)警，則應(yīng)提醒現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、監(jiān)理、監(jiān)督員等，排查造成高支模變形過(guò)大或承載過(guò)高的原因。當(dāng)高支模發(fā)生局部坍塌事故時(shí)，報(bào)警觸發(fā)裝置觸發(fā)現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器，讓作業(yè)人員及時(shí)安全撤離危險(xiǎn)區(qū)域。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某工程建筑高度24 m，地上6層，局部地下1層，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架。有個(gè)大空間運(yùn)動(dòng)館C-2～C-7軸、C-C～C-G軸，空間面積971.8 m2，結(jié)構(gòu)層高13.4 m，樓板厚120 mm，梁截面為：300 mm×800 mm，350 mm×1 400? mm，

400 mm×1 500 mm。采用扣件式鋼管腳手架支撐體系，底模材料為夾板，厚度18 mm，第一層龍骨材料為木枋（50 mm×10 mm），第二層龍骨材料為雙鋼管（Φ48×3.0），立桿支撐材料為鋼管（Φ48×3.0）。高支模區(qū)域：二層樓板區(qū)域部位C-2～C-7軸、C-C～C-G軸（層高11.9 m～12.6 m），判定高大支模依據(jù)：模板支架整體搭設(shè)高度超過(guò)8 m。

2.2 監(jiān)測(cè)目的

為實(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土澆筑過(guò)程中高支模系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高支模中關(guān)鍵部位或薄弱部位的各監(jiān)測(cè)參數(shù)，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)施工人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土澆搗過(guò)程中高支模系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)的異常變化，防止高支模安全事故的發(fā)生。當(dāng)高支模監(jiān)測(cè)參數(shù)超過(guò)預(yù)設(shè)限值時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員停止作業(yè)，迅速撤離現(xiàn)場(chǎng)。

2.3 監(jiān)測(cè)對(duì)象

高大模板支撐系統(tǒng)是指建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土構(gòu)件模板支撐：高度超過(guò)8 m，或搭設(shè)跨度超過(guò)18 m，或施工總荷載大于15 kN/㎡，或集中線荷載大于20 kN/㎡的模板支撐系統(tǒng)。

2.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在高支模的關(guān)鍵部位或薄弱部位，跨度較大的主梁跨中、雙向板板中、懸挑構(gòu)件端部、拱頂及拱腳及穩(wěn)定性較差或承受荷載較大的重要構(gòu)件的部位。按如下原則布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：

1）模板沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)：豎向位移傳感器安裝在梁、板低模板，參考點(diǎn)為支模體系地面。

2）立桿軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)：壓力傳感器安裝在模板和立桿頂托之間，挑選具有代表性或荷載較大的立桿。

3）支架整體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)：水平位移傳感器按照以既有混凝土剪力墻、柱等固定結(jié)構(gòu)為參考點(diǎn)安裝。

4）立桿傾角：傾角傳感器安裝在桿件上端部，挑選對(duì)傾斜較敏感、荷載較大或易產(chǎn)生水平位移的桿件。

該工程高支模監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置在關(guān)鍵部位、薄弱部位、較大截面尺寸梁的交匯處、荷載較大或易產(chǎn)生水平位移的立桿、跨度最大的結(jié)構(gòu)主梁跨中處，共布設(shè)立桿傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)8點(diǎn)，支架整體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)8點(diǎn)，立桿軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)8點(diǎn)，模板沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)8點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

根據(jù)經(jīng)審批后的《高支模自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)方案》以及高支模支架搭設(shè)的實(shí)際情況，在樓板正中模板底部和梁跨中模板底部分別安裝位移傳感器和壓力計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該部位的撓度和應(yīng)力狀態(tài);在高支模頂部角點(diǎn)布置水平位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高支模整體水平位移;在樓板正中模板底部和梁跨中模板底部安裝坍塌觸發(fā)裝置，安裝完成各監(jiān)測(cè)點(diǎn)，連接好無(wú)線智能數(shù)據(jù)采集儀監(jiān)測(cè)平臺(tái)并進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，初始值采集，混凝土澆筑時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)過(guò)程：混凝土澆筑開(kāi)始即進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，從混凝土開(kāi)始澆筑至混凝土澆筑完成后，監(jiān)測(cè)人員應(yīng)密切注意高支模各監(jiān)測(cè)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值和變化趨勢(shì)，直到各監(jiān)測(cè)參數(shù)的監(jiān)測(cè)值趨于穩(wěn)定，方可停止監(jiān)測(cè)。

該次實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自2018年2月2日7：00開(kāi)始，至3日4：00結(jié)束，共21h。

3.6 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

該項(xiàng)目高支模監(jiān)測(cè)結(jié)果：除立桿傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)Q1-6監(jiān)測(cè)最大值0.26°超過(guò)預(yù)警值（0.25°），其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均為未超限值。

圖2為立桿傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)Q1-6實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值曲線圖，從圖中可以看出17：32：30立桿傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)Q1-6監(jiān)測(cè)值是0.26°，超過(guò)了預(yù)警值（0.25°），下一時(shí)刻恢復(fù)到正常值，后繼續(xù)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)值均未再超預(yù)警值，并趨于平穩(wěn)，結(jié)合周?chē)钠渌?lèi)型傳感器的數(shù)據(jù)一起綜合分析得出的結(jié)果為誤報(bào)警。立桿傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)Q1-6附近的立桿軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)F1-6及模板沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)D1-6的時(shí)程曲線圖如圖3、圖4所示。

通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)工藝分析，由于立桿傾角項(xiàng)目監(jiān)測(cè)受現(xiàn)場(chǎng)澆筑過(guò)程中振搗產(chǎn)生瞬間動(dòng)荷載影響，出現(xiàn)瞬間超預(yù)警值情況，持續(xù)時(shí)間短（持續(xù)1 s～2 s），不滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)置持續(xù)時(shí)間超過(guò)5 s，現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)出預(yù)警、報(bào)警響應(yīng)。并且立桿傾角傳感器精度要求高，在混凝土澆筑過(guò)程中，受鋼管腳手架在各個(gè)方向發(fā)生微小擺動(dòng)的影響，傾角監(jiān)測(cè)值都會(huì)很敏感。因此，在監(jiān)測(cè)中，若立桿傾角監(jiān)測(cè)值超過(guò)預(yù)、報(bào)警值，下一時(shí)刻恢復(fù)到正常值，則可判定為誤報(bào)警;若立桿傾角監(jiān)測(cè)值持續(xù)超過(guò)預(yù)、報(bào)警值，則可認(rèn)為是支架處于不安全狀態(tài)，應(yīng)立即通知相關(guān)單位進(jìn)行排查。

從圖3、圖4可以看出，模板沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)D1-6沉降值穩(wěn)定在5.7 mm，直至澆筑完畢。在混凝土澆筑過(guò)程中立桿軸力與模板的沉降變形保持相同的變化趨勢(shì)。

理論上模板沉降監(jiān)測(cè)值為正值，是因?yàn)樵跐仓^(guò)程中模板會(huì)因混凝土對(duì)模板與支架施加荷載，而產(chǎn)生向下的變形;若有時(shí)發(fā)現(xiàn)模板沉降監(jiān)測(cè)值為負(fù)值，之后又慢慢增大至正值，這是由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員沒(méi)有盡可能地采用對(duì)稱(chēng)澆筑，而是從梁的一端向另外一端推移澆筑，這樣會(huì)使模板在混凝土澆筑過(guò)程中上翹，等到混凝土澆筑到此區(qū)域時(shí)模板沉降值又恢復(fù)為正值。

在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，若一個(gè)支點(diǎn)的軸向壓力增大，模板底板的位移不斷增大，最后會(huì)導(dǎo)致支撐桿傾斜，此時(shí)就是高支模的危險(xiǎn)點(diǎn)。但是在澆筑混凝土中采用振動(dòng)棒進(jìn)行振搗施工時(shí)，會(huì)擾動(dòng)模板進(jìn)行不規(guī)則擾動(dòng)，此時(shí)會(huì)使裝在支撐桿的傳感器個(gè)別出現(xiàn)誤報(bào)警，因此應(yīng)結(jié)合其他監(jiān)測(cè)傳感器綜合分析評(píng)判得出正確的結(jié)論;若傳感器的變形或荷載有逐漸增大的趨勢(shì)，當(dāng)超過(guò)預(yù)、報(bào)警值（包括模板翹起的變形超過(guò)限值），應(yīng)立即通知相關(guān)單位負(fù)責(zé)人，要求立即停止?jié)仓?，采取相關(guān)措施排查險(xiǎn)情，待具備澆筑條件后方能繼續(xù)施工。

立桿水平位移在實(shí)際布點(diǎn)時(shí)沒(méi)有可靠的支持橫梁或立柱，導(dǎo)致水平位移監(jiān)測(cè)值準(zhǔn)確性不是太高，目前存在一定的局限性。其通過(guò)與立桿傾角的三角函數(shù)進(jìn)行相互換算和驗(yàn)證。立桿水平位移、立桿傾角傳感器測(cè)得的角度變化量就是支撐鋼管的傾斜角度，通過(guò)傾斜角度與傾角傳感器的安裝高度計(jì)算支撐鋼管頂端的水平位移變化量。因此在實(shí)際監(jiān)測(cè)模板與支架安全時(shí)用立桿傾角傳感器代替。

3.7 結(jié)論及建議

該次通過(guò)監(jiān)測(cè)在高支模體系內(nèi)的關(guān)鍵部位和薄弱部位布設(shè)傳感器，采用無(wú)線傳輸自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的方法，完成了該項(xiàng)目混凝土澆筑高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該次監(jiān)測(cè)除立桿傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)Q1-6監(jiān)測(cè)值較為敏感，瞬時(shí)超預(yù)警，其他監(jiān)測(cè)參數(shù)均未超限值。建議現(xiàn)場(chǎng)施工單位對(duì)集中堆載的混凝土進(jìn)行分散處理，同時(shí)減少該區(qū)域的集中振搗，以免因受振搗棒、地泵等集中振動(dòng)因素影響，造成位移突然增大，誤報(bào)警。

4 結(jié)語(yǔ)

高支模坍塌往往發(fā)生在內(nèi)部、局部，導(dǎo)致高支模連續(xù)倒塌，利用高精度傳感器和自動(dòng)采集儀對(duì)高支模進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，告別傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)空間、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、時(shí)間及人工通報(bào)響應(yīng)的盲區(qū)缺點(diǎn)，可以整體、實(shí)時(shí)、多參數(shù)監(jiān)控監(jiān)測(cè)高支模，能夠及時(shí)自動(dòng)預(yù)、報(bào)警和排除險(xiǎn)情，保障作業(yè)人員的人身安全。隨著高支模自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)警報(bào)系統(tǒng)的投入使用，將會(huì)對(duì)建筑業(yè)安全生產(chǎn)起到預(yù)防事故、減少損失的積極作用。

參考文獻(xiàn)

[1]劉宗濤.高支模實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)及相關(guān)應(yīng)用[J].工程質(zhì)量，2017（3）：47-50.