高支模自動化監(jiān)測與分析

陳俊民

(福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 福建福州 350025)

0 引言

隨著國內(nèi)建筑業(yè)快速發(fā)展，高大模板支架體系(簡稱高支模)應(yīng)用越來越普遍，高支模因?yàn)橹Ъ芨摺⑹芰Υ?、裝配復(fù)雜等，造成施工過程中安全風(fēng)險(xiǎn)變高，高支模坍塌事故在重大安全事故比例極高[1-2]，因此住建部辦公廳在《關(guān)于實(shí)施<危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定>有關(guān)問題的通知》中明確規(guī)定了搭設(shè)高度8 m及以上，或搭設(shè)跨度18 m及以上，或施工總荷載(設(shè)計(jì)值)15 kN/m2及以上，或集中線荷載(設(shè)計(jì)值)20 kN/m及以上，或高度大于支撐水平投影寬度且相對獨(dú)立無聯(lián)系構(gòu)件的混凝土模板支撐工程為超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程。張永春等多名學(xué)者[3]認(rèn)為利用無線自動化實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)對高支模架體施工全過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控測量，分析支架關(guān)鍵桿件、重點(diǎn)部位變形和預(yù)警情況，對預(yù)防高支模坍塌事故發(fā)生具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

福州濱海新城某醫(yī)院(一期)位于福州濱海新城201省道東側(cè)、沙壺路南側(cè)、壺井路北側(cè)、萬沙路西側(cè)，建筑用地面積44 263.5 m2，建筑面積24 500 m2，地上建筑面積165 900 m2，地下建筑面積79 500 m2。其設(shè)計(jì)效果圖如圖1所示。其直線加速度房間為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，模板施工總荷載約為37.5 kN/m2，屬一類模板支撐系統(tǒng)(高支模)，根據(jù)危大工程專項(xiàng)施工方案要求，需要對該直線加速度房間混凝土澆筑階段進(jìn)行高支模監(jiān)測。

圖1 福州濱海新城某醫(yī)院效果圖

2 高支模設(shè)計(jì)方案

項(xiàng)目直線加速器房間共3個，1號房間最大開間為10.00 m，最大進(jìn)深為13.50 m；2號房間最大開間為9.55 m，最大進(jìn)深為13.50 m；3號房間最大開間為9.80 m，最大進(jìn)深為13.50 m。房間最大高度為6.50 m，最小高度5.80 m，頂板、墻平面布置圖如圖2所示，各房間模板支撐平面布置圖如圖3所示。

圖2 直線加速器房間頂板、剪力墻平面布置圖注：①圖中“”區(qū)域頂板厚度均為2100 mm；②圖中“”區(qū)域頂板厚度均為3000 mm；③圖中“”區(qū)域頂板厚度均為1700 mm。

圖3 直線加速器房間模板支撐平面布置圖

3 現(xiàn)場施工監(jiān)測

3.1 主要監(jiān)測內(nèi)容

本次高支模監(jiān)測階段為混凝土澆注過程。根據(jù)《模板工程安全自動化監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(T/CECS 542-2018)，該項(xiàng)目屬一類模板支撐系統(tǒng)，其監(jiān)測內(nèi)容為：①支撐軸力監(jiān)測；②立桿傾角監(jiān)測；③模板沉降監(jiān)測；④支架整體水平位移監(jiān)測。

3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

監(jiān)測過程采用高支模無線實(shí)時監(jiān)測警報(bào)系統(tǒng)，通過自動化監(jiān)測手段，實(shí)現(xiàn)“實(shí)時監(jiān)測、超限預(yù)警、危險(xiǎn)報(bào)警、預(yù)防事故、減少損失”的功能。該系統(tǒng)包括智能數(shù)據(jù)傳感器、無線采集終端、采集儀、報(bào)警器和監(jiān)測軟件，系統(tǒng)搭設(shè)及數(shù)據(jù)傳輸路徑如圖4所示。為保證監(jiān)測的實(shí)時性和有效性，采樣時間間隔為5s。

圖4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖

3.3 監(jiān)測測點(diǎn)布置

本次監(jiān)測共設(shè)置支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)8個，桿件傾角監(jiān)測點(diǎn)8個，模板沉降監(jiān)測點(diǎn)10個，支架整體水平位移監(jiān)測點(diǎn)6個，共計(jì)32個監(jiān)測點(diǎn)。各監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)位置如圖5～圖8所示。

圖5 支撐軸力測點(diǎn)(Z1～Z8)布置圖

圖6 桿件傾斜測點(diǎn)(Q1～Q8)布置

圖7 模板沉降測點(diǎn)(C1～C10)布置圖

圖8 支架整體水平位移測點(diǎn)(D1～D6)布置圖

4 預(yù)警值及報(bào)警值設(shè)置

該項(xiàng)目各監(jiān)測參數(shù)的預(yù)警值和報(bào)警值設(shè)置依據(jù)如下：

①支撐軸力：監(jiān)測的軸力預(yù)警值應(yīng)為立桿設(shè)計(jì)承載力扣除模板、鋼筋自重和可變荷載。

②桿件傾角：監(jiān)測報(bào)警值根據(jù)被監(jiān)測桿件計(jì)算長度和允許變形值計(jì)算得到。

③模板沉降：監(jiān)測報(bào)警值根據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 162-2008)第4.4條確定。

④整體水平位移量：監(jiān)測報(bào)警值可根據(jù)《建筑施工臨時支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 300-2013)第8.0.9條確定。

根據(jù)施工方提供的《福州海濱新城某醫(yī)院(一期)直線加速器房間高大模板安全專項(xiàng)施工方案》，確定各監(jiān)測參數(shù)的預(yù)警值和報(bào)警值設(shè)置，根據(jù)T/CECS 542-2018第6.2.6條，各監(jiān)測項(xiàng)目的預(yù)警值取報(bào)警值的80%，具體詳見表1。該預(yù)警值及報(bào)警值經(jīng)高大模板安全專項(xiàng)施工方案的設(shè)計(jì)單位確認(rèn)。

表1 監(jiān)測預(yù)警值和報(bào)警值設(shè)置

5 監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場混凝土澆筑情況，本次監(jiān)測分為兩個階段進(jìn)行。第一施工階段于2019年5月8日21時開始，至2019年5月9日22時結(jié)束，累計(jì)澆筑混凝土方量約為1100 m3；第二施工階段于2019年5月11日14時開始，至2019年5月12日12時結(jié)束，累計(jì)澆筑混凝土方量約為940 m3，高支模監(jiān)測與混凝土澆筑同步進(jìn)行。現(xiàn)場監(jiān)測照片如圖9所示，現(xiàn)場混凝土澆筑照片如圖10所示。

圖9 現(xiàn)場監(jiān)測 圖10 現(xiàn)場混凝土澆筑

限于篇幅，本文僅給出第一施工階段2號房間高支模支撐軸力、桿件傾角、模板沉降、支架整體水平位移監(jiān)測結(jié)果如圖11所示。可以看出在2號房間頂板在第一施工階段澆搗開始至澆搗完成軸壓傳感器最大值為26.9kN，傾角傳感器最大變化量為0.24°，模板沉降最大變化量為4.10 mm；支架整體水平位移最大變化量為0.90 mm，所測各監(jiān)測數(shù)據(jù)均小于監(jiān)測設(shè)定的預(yù)警值，高支模在第一施工階段處于安全狀態(tài)。

(a)支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

(b)立桿傾角監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

(c)模板沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

(d)支架整體水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)圖圖11 第一施工階段2號房間高支模監(jiān)測結(jié)果

通過對長樂濱海新城某醫(yī)院直線加速房間混凝土澆筑的兩個施工階段進(jìn)行高支模監(jiān)測，各監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)論如下：

(1)支撐軸力：在監(jiān)測第一施工階段澆筑期間，3號房間的24號軸力測點(diǎn)于開始澆筑混凝土約19h20min(2019年5月9日16時20分)時，達(dá)到預(yù)警值30 kN；于開始澆筑混凝土后約23h30min(2019年5月9日20時30分)，達(dá)到報(bào)警值38 kN，監(jiān)測結(jié)果如圖12所示。此時監(jiān)測人員現(xiàn)場立即要求施工方暫停施工，同時查看附近的多個測點(diǎn)，均未超過限值要求，結(jié)合施工現(xiàn)場情況初步分析該測點(diǎn)報(bào)警是因?yàn)椴剂喜痪鶆蛟斐赡０寰植績?nèi)力或變形過大，建議施工方在報(bào)警測點(diǎn)附近區(qū)域澆筑時保持緩慢、均勻，采取必要的加固措施，加強(qiáng)現(xiàn)場目測巡查，監(jiān)測方應(yīng)加強(qiáng)溝通并及時反饋監(jiān)測數(shù)值變化情況。在后續(xù)澆筑過程中，該測點(diǎn)軸力最大值為39 kN，未發(fā)生顯著變化。其余測點(diǎn)數(shù)據(jù)均未超過預(yù)警值。

圖12 第一施工階段3號房間高支模立桿軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)

(2)相較于混凝土澆搗的第一施工階段監(jiān)測，第二施工階段各監(jiān)測參數(shù)的變化量較小，其中高支模支撐軸力變化量為1.1 kN，桿件傾角變化量為0.18°，模板沉降變化量為1 mm,支架整體水平位移變化量為0.1 mm。這是由于第一階段混凝土在第二施工階段時已經(jīng)完成終凝，可以承受部分自重和第二次澆搗產(chǎn)生的荷載，因此第二階段測量的監(jiān)測參數(shù)變化量小。

(3)在兩階段混凝土澆注過程中，桿件傾角傳感器最大累計(jì)變化量為0.62°，模板沉降累計(jì)最大變化量為8.70 mm，支架整體水平位移最大累計(jì)變化量為2.80 mm，這3類監(jiān)測參數(shù)的測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)均未超過設(shè)定的預(yù)警值。

6 結(jié)論

(1)在直線加速度房間頂板混凝土澆筑的兩個施工階段，無線自動化監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對桿件、模板變形和支撐軸力的實(shí)時監(jiān)控。

(2)監(jiān)測過程中，支撐軸力和模板沉降呈現(xiàn)出了明顯的階段性變化特征，具有明顯的警示作用，需密切關(guān)注；立桿傾斜和整體水平位移呈現(xiàn)振蕩上行趨勢，整體變化量較小。

(3)在兩階段混凝土澆搗施工過程中，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注第一階段澆搗施工，這是由于第一階段混凝土在第二施工階段時完成終凝，可以承受部分自重和第二次澆搗產(chǎn)生的荷載，第二階段測量的監(jiān)測參數(shù)變化量一般較小。

(4)無線監(jiān)測系統(tǒng)可及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)的預(yù)警或報(bào)警情況，通過多個監(jiān)測測點(diǎn)的比對，可以有效控制因布料不均勻造成模板局部內(nèi)力或變形過大，保證了高支模體系在混凝土澆搗施工全過程的安全穩(wěn)定。