某建筑高大模板提前拆除可行性分析

高小龍 （甘肅銅城工程建設(shè)有限公司，甘肅 白銀 730900）

當(dāng)前工程中通常會(huì)面臨施工進(jìn)度滯后、工期不足的問(wèn)題。根據(jù)常規(guī)工程施工方法，為了確保施工安全，模板支撐通常至少留有2 層作為架體。盡管此種方法比較安全，但拆除下層架體時(shí)，上層架體必須具有較大強(qiáng)度，這會(huì)推遲下層施工二次結(jié)構(gòu)和裝修的入場(chǎng)時(shí)間，延長(zhǎng)了項(xiàng)目施工周期[1-2]。高大模板體系是指在大型工程建設(shè)項(xiàng)目或者生產(chǎn)場(chǎng)所中所采用的一種支撐體系，其主要作用是在施工過(guò)程中對(duì)需要加固或支撐的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)和支撐，以確保工作安全和施工進(jìn)度的順利推進(jìn)[3]。高大模板工程危險(xiǎn)性較大，如若提前拆除，極易產(chǎn)生安全事故，因此，國(guó)家相關(guān)部門(mén)頒布了拆模標(biāo)準(zhǔn)?；炷两Y(jié)構(gòu)驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定，在構(gòu)件混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)才能進(jìn)行提前拆模。因此，提前拆模滿(mǎn)足要求的構(gòu)件能夠提高模板利用率，降低模架使用量，提高施工效率和降低工程成本[4]。盡管規(guī)范中給出了詳細(xì)的構(gòu)件拆模尺寸要求，但受到實(shí)際工程立板、梁的尺寸以及外部環(huán)境因素的影響，無(wú)法通過(guò)跨度或直接觀(guān)測(cè)來(lái)判斷是否能夠提前拆除模板，而借助自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變，可以準(zhǔn)確掌握構(gòu)件的受力變形狀態(tài)，判斷構(gòu)件是否處于安全狀態(tài)。通過(guò)監(jiān)測(cè)高大模板支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)施工，對(duì)模板拆除方案和混凝土澆筑方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并對(duì)模板危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，預(yù)防和避免模板支架事故的出現(xiàn)[5]。除此之外，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以?xún)?yōu)化局部受力過(guò)大和不合理的支架，完善模板支架受力狀態(tài)。曾向新[6]根據(jù)高大模板體系的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程，分析了高大模板體系的施工關(guān)鍵技術(shù)以及拆除模板時(shí)相應(yīng)的安全措施；張哲[7]對(duì)高大模板施工過(guò)程中的難點(diǎn)進(jìn)行了分析，對(duì)施工方案進(jìn)行了優(yōu)化；范遠(yuǎn)剛[8]通過(guò)激光位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了高大模板架體傾角、沉降的變化趨勢(shì)，并結(jié)合移動(dòng)端軟件實(shí)時(shí)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)測(cè)精度，降低了監(jiān)測(cè)成本，保證了高大模板的施工安全。

基于此，為了提高施工速度和工程進(jìn)度，針對(duì)高大模板工程采用了提前拆模施工方案。通過(guò)在不同部位設(shè)置光纖光柵傳感器對(duì)模板體系的應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，為類(lèi)似工程提供指導(dǎo)和借鑒。

1 項(xiàng)目概況

某工程建筑面積為24716.7m2，該建筑有多個(gè)躍層大廳，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工難度大，抗震設(shè)防等級(jí)達(dá)到9級(jí)。為了提高施工速度，縮短工程周期，針對(duì)工程中所用的高大模架支撐體系，在地下室施工過(guò)程中制定了提前拆模方案。在地下室原施工方案中，全部模板立桿在整個(gè)施工過(guò)程中均處于支撐狀態(tài)，這種方案能夠最大限度保證施工安全，但會(huì)降低模板使用率，并提高工程成本、模板使用量以及工程周期。圖1（a）為上述模板立桿支撐示意圖，圖1（b）為根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)混凝土強(qiáng)度和施工進(jìn)度提前拆除下部模板與立桿示意圖。為保證最下層模板與立桿提前拆除時(shí)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及方案的可行性，開(kāi)展模板體系應(yīng)力應(yīng)變的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形過(guò)大部位及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和保護(hù)。

圖1 高大模板支撐方案

2 監(jiān)測(cè)方案

2.1 監(jiān)測(cè)對(duì)象

上層構(gòu)件、模架重量和梁板自重在提前拆除高支模時(shí)施加在失去支撐反力的梁板構(gòu)件上，使其瞬間產(chǎn)生較大的變形。此時(shí)構(gòu)件的應(yīng)變能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)直觀(guān)、清晰地反映出來(lái)，同時(shí)也能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的安全性，因此，在此次監(jiān)測(cè)過(guò)程中的監(jiān)測(cè)變量選取梁、板的跨中應(yīng)變，對(duì)模板體系的工作狀態(tài)進(jìn)行反應(yīng)。

地下2 層板配筋的具體情況為：鋼筋間距200mm、直徑20mm，附加筋間距200、直徑16mm。板長(zhǎng)9.3m、板寬9.6m，根據(jù)規(guī)范該板屬于雙向板。在板長(zhǎng)邊和寬邊的中點(diǎn)分別設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)板的應(yīng)變，共2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。地下1 層板下部設(shè)有橫向和縱向混凝土梁，橫向、縱向梁尺寸相同，均為高800mm、寬300mm，橫、縱向梁高共同承擔(dān)了地下1層模板架、地上1層板、地上1層模架以及地下1層板的重量?？v向承重梁下部設(shè)有10根直徑28mm的鋼筋，將應(yīng)變傳感器安裝在其中一根鋼筋上；橫向承重梁下部設(shè)有8 根直徑22mm 的鋼筋，將應(yīng)變傳感器安裝在其中一根鋼筋上；另采用相同的方法在1層梁中安裝應(yīng)變傳感器。

2.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備

光纖光柵傳感器主體材料為二氧化硅，具有可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，很大程度上降低了監(jiān)測(cè)誤差和噪聲；傳感頭尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠適用各種應(yīng)用場(chǎng)合，尤其適合埋入材料內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，且抗腐蝕、抗電磁干擾，可在惡劣的化學(xué)環(huán)境中持續(xù)工作，具有較強(qiáng)的可復(fù)用性。而振弦式應(yīng)變計(jì)占用的空間較大，在混凝土內(nèi)部安裝不易，且潮濕惡劣的環(huán)境也容易對(duì)電阻應(yīng)變片造成影響，另外，電類(lèi)傳感器主要為金屬材質(zhì)，容易受到電磁干擾。對(duì)比之下，光纖光柵傳感器的各項(xiàng)性能均優(yōu)于其余監(jiān)測(cè)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)變的長(zhǎng)期精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。因此，此次研究中選擇光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)模板體系的應(yīng)力應(yīng)變。該傳感器測(cè)量精度、量程和分辨率和量程分別為1με、±1500με 和1‰，型號(hào)為si255型。

2.3 布設(shè)傳感器

現(xiàn)場(chǎng)安裝和測(cè)試光纖光柵傳感器如圖2 所示。先把應(yīng)變傳感器安裝在各部位梁、板的同直徑鋼筋上，再將鋼筋和原板底部鋼筋焊接固定。同時(shí)，在應(yīng)變傳感器附近安裝一個(gè)溫度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，并對(duì)混凝土板內(nèi)部溫度進(jìn)行測(cè)量。安裝傳感器后，測(cè)試傳感器信號(hào)是否正常，以保證后續(xù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確。

圖2 光纖傳感器現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)示意

3 分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

此次監(jiān)測(cè)時(shí)采樣率為2Hz，與靜應(yīng)變相比較高，同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)外界環(huán)境的影響下，傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)存在明顯的噪聲干擾。監(jiān)測(cè)周期內(nèi)地下2 層板2 個(gè)傳感器的應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 地下2層板應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果/με

由表1可知，地下2層板不同傳感器應(yīng)變的變化趨勢(shì)基本相同，9月6 日至9月8 日，應(yīng)變快速增大，之后有小幅下降；9月10日應(yīng)變繼續(xù)增大，之后逐漸保持穩(wěn)定。地下3 層模板拆除時(shí)間與上述各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變的變化趨勢(shì)相一致，由此能夠得出，地下3 層模架拆除是導(dǎo)致初始階段應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)過(guò)大的主要原因，提高幅度近31με。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，所得應(yīng)變峰值在43με 以下，板的應(yīng)變均在可控范圍內(nèi)。

地下1層梁應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。由表2可知，9月20日地下1層梁的增長(zhǎng)幅度較大，達(dá)到29με，主要是由當(dāng)日地下2層的拆模造成的，這與地下2層板應(yīng)變相接近；9月20日后，地下1層梁應(yīng)變基本保持不變，應(yīng)變最大值接近70με，處于安全允許范圍之內(nèi)，表明提前拆模施工期間地下1層梁處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

表2 地下1層梁應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果/με

監(jiān)測(cè)周期內(nèi)地下2 層板和地下1 層梁溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 地下2層板應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果/°C

由表3可知，板混凝土和梁混凝土內(nèi)部溫度變化趨勢(shì)基本和環(huán)境溫度相重合，這是由于該板和梁澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，混凝土水化熱所產(chǎn)生的溫度未被板中安裝的溫度傳感器監(jiān)測(cè)記錄到造成的。

1層梁溫度和應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 1層梁應(yīng)變和溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表4可知，9月6日1層梁的溫度提高幅度最大；9月8日提高了近35℃，這與通常情況下混凝土凝固時(shí)的內(nèi)部溫度提高幅度和規(guī)律相同。同時(shí)能夠得出，在初期階段1層梁應(yīng)變值較低，僅有19με，而在11月1日應(yīng)變明顯增大，之后逐漸保持穩(wěn)定。通過(guò)分析能夠得知，11月1日1層梁應(yīng)變的大幅提高主要是由地下1層模板拆除引起的。在1層梁的施工過(guò)程中，應(yīng)變峰值為81.4με，處于安全范圍內(nèi)。

綜上所述，通過(guò)對(duì)地下2層板、地下1層板下梁和1層板下梁的溫度和應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)各構(gòu)件的應(yīng)變峰值均在安全可控范圍之內(nèi)，表明該項(xiàng)目高大模板提前拆除方案安全可靠，具有一定的可行性。

4 結(jié)語(yǔ)

為了提高施工速度和工程進(jìn)度，針對(duì)高大模板工程采用了提前拆模施工方案。通過(guò)在不同部位設(shè)置光纖光柵傳感器對(duì)模板體系的應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，得出以下結(jié)論：

（1）地下2層板不同傳感器應(yīng)變的變化趨勢(shì)基本相同，應(yīng)變?cè)?月6日至9月8日內(nèi)快速增大，之后有小幅下降；9月10 日應(yīng)變繼續(xù)增大，之后逐漸保持穩(wěn)定，應(yīng)變峰值在43με 以下；9月20 日地下1 層梁的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)幅度較大，達(dá)到29με，主要是由當(dāng)日地下2層的拆模造成的；9月20日后，地下1層梁應(yīng)變基本保持不變，應(yīng)變最大值接近70με。

（2）9月6 日1 層梁的溫度提高幅度最大，至9月8日提高了近35℃，這與通常情況下混凝土凝固時(shí)的內(nèi)部溫度提高幅度和規(guī)律相同；11月1 日梁應(yīng)變明顯增大，峰值達(dá)到81.4με，之后逐漸保持穩(wěn)定。

（3）地下2層板、地下1層板下梁和1層板下梁的應(yīng)變峰值均在安全可控范圍之內(nèi)，表明該項(xiàng)目高大模板提前拆除方案安全可靠，具有一定的可行性。