高支模自动化实时监测在混凝土浇筑过程中的分析与应用

许丹萍

摘  要：高支模自动化实时监测为建筑业安全生产起到预防事故、减少损失的积极作用。该文通过对某工程建筑高大模板的自动化实时监测在混凝土浇筑过程中的支架整体水平位移、模板沉降、立杆轴力、立杆倾角监测值分析，论述了高支模自动化实时监测在混凝土浇筑过程中的应用，可以整体、实时、多参数监控监测高支模，能够及时自动預、报警和排除险情，保障作业人员的人身安全。

关键词：高支模;自动化实时监测;混凝土建筑过程

中图分类号：TU755          文献标志码：A

0 引言

高大模板支撑系统（高支模）坍塌在工程建设事故中频发，其安全事故主要是因为高支模在荷载过大或变形过大诱发系统内构件失效，发生局部坍塌或整体倾覆，造成作业人员伤亡。因此需重视高支模监测。随着近几年高大支模事故频发以及建筑工程的各种规模和空间出现，建筑物的结构类型和平面布局的复杂多样化，大跨度、大截面梁及高空间的建筑物对高支模施工安全管理有了更高的要求。

目前，广州已出文规定明确要求采用实时监测的自动化措施，实施无线传输实时监测高支模体系自动化实时监测平台，它是通过在高大支模板与脚手架的关键部位或者薄弱部位安装元器件，对各元器件的支架整体水平位移、模板沉降、立杆轴力、立杆倾角进行实时监测，对高支模进行预压监测和混凝土浇筑过程中的安全监测，保证检测数据的及时性和有效性。运用自动化实时监测实现“实时监测，超限预警，危险报警，预防事故，减少损失”。

1 高支模传统方式监测与实时监测对比

1.1 传统方式监测

传统方式监测是在高支模体系内各关键部位或薄弱部位布置水平位移、外围沉降监测点，采用光学仪器通过人工每20 min～30 min观测一次高支模的变形情况。方法观察间隔较长，高支模内部杆件较密，实际中只能观察到支模体系外围的变形情况，仅对外围观测，不能覆盖整个高支模施工，掌握不了高支模的全面安全状态，发生危险时作业人员难以及时安全撤离危险区域。

1.2 实时监测

实时监测是采用高支模实时监测警报系统，创新使用声光报警。用高精度传感器和自动采集仪，1 s内可读取最新数据，对高支模支撑系统的整体支架变形、模板沉降和立杆轴力运用自动化实时监测实现“实时监测，超限预警，危险报警”的监测目标。在高支模搭设完成后，安装各传感器及坍塌触发装置，实时监测挠度、应力状态及整体水平位移。混凝土浇筑前2 h开始监测至高支模各参数监测值趋于稳定期间，通过高支模自动化实时监测系统监测，监测数据实时上传到智能无线数据采集系统，当各参数监测值达到预、报警时，系统自动预、报警，则应提醒现场项目负责人、监理、监督员等，排查造成高支模变形过大或承载过高的原因。当高支模发生局部坍塌事故时，报警触发装置触发现场声光报警器，让作业人员及时安全撤离危险区域。

2 工程实例

2.1 工程概况

某工程建筑高度24 m，地上6层，局部地下1层，结构形式为钢筋混凝土框架。有个大空间运动馆C-2～C-7轴、C-C～C-G轴，空间面积971.8 m2，结构层高13.4 m，楼板厚120 mm，梁截面为：300 mm×800 mm，350 mm×1 400  mm，

400 mm×1 500 mm。采用扣件式钢管脚手架支撑体系，底模材料为夹板，厚度18 mm，第一层龙骨材料为木枋（50 mm×10 mm），第二层龙骨材料为双钢管（Φ48×3.0），立杆支撑材料为钢管（Φ48×3.0）。高支模区域：二层楼板区域部位C-2～C-7轴、C-C～C-G轴（层高11.9 m～12.6 m），判定高大支模依据：模板支架整体搭设高度超过8 m。

2.2 监测目的

为实时监控混凝土浇筑过程中高支模系统的工作状态，实时监测高支模中关键部位或薄弱部位的各监测参数，协助现场施工人员及时发现混凝土浇捣过程中高支模系统监测参数的异常变化，防止高支模安全事故的发生。当高支模监测参数超过预设限值时，监测系统自动报警，现场作业人员停止作业，迅速撤离现场。

2.3 监测对象

高大模板支撑系统是指建设工程施工现场混凝土构件模板支撑：高度超过8 m，或搭设跨度超过18 m，或施工总荷载大于15 kN/㎡，或集中线荷载大于20 kN/㎡的模板支撑系统。

2.4 监测点布设

监测点布设在高支模的关键部位或薄弱部位，跨度较大的主梁跨中、双向板板中、悬挑构件端部、拱顶及拱脚及稳定性较差或承受荷载较大的重要构件的部位。按如下原则布设监测点：

1）模板沉降监测点：竖向位移传感器安装在梁、板低模板，参考点为支模体系地面。

2）立杆轴力监测点：压力传感器安装在模板和立杆顶托之间，挑选具有代表性或荷载较大的立杆。

3）支架整体水平位移监测点：水平位移传感器按照以既有混凝土剪力墙、柱等固定结构为参考点安装。

4）立杆倾角：倾角传感器安装在杆件上端部，挑选对倾斜较敏感、荷载较大或易产生水平位移的杆件。

该工程高支模监测测点布置在关键部位、薄弱部位、较大截面尺寸梁的交汇处、荷载较大或易产生水平位移的立杆、跨度最大的结构主梁跨中处，共布设立杆倾角监测点8点，支架整体水平位移监测点8点，立杆轴力监测点8点，模板沉降监测点8点，测点布置如图1所示。

3.5 现场监测

根据经审批后的《高支模自动化实时监测技术方案》以及高支模支架搭设的实际情况，在楼板正中模板底部和梁跨中模板底部分别安装位移传感器和压力计，实时监测该部位的挠度和应力状态;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;在楼板正中模板底部和梁跨中模板底部安装坍塌触发装置，安装完成各监测点，连接好无线智能数据采集仪监测平台并进行设备调试，初始值采集，混凝土浇筑时进行现场安全监测。监测过程：混凝土浇筑开始即进行不间断监测，从混凝土开始浇筑至混凝土浇筑完成后，监测人员应密切注意高支模各监测参数的实时监测值和变化趋势，直到各监测参数的监测值趋于稳定，方可停止监测。

该次实时监测自2018年2月2日7：00开始，至3日4：00结束，共21h。

3.6 监测数据及分析

该项目高支模监测结果：除立杆倾角监测点Q1-6监测最大值0.26°超過预警值（0.25°），其他监测点数据均为未超限值。

图2为立杆倾角监测点Q1-6实时监测值曲线图，从图中可以看出17：32：30立杆倾角监测点Q1-6监测值是0.26°，超过了预警值（0.25°），下一时刻恢复到正常值，后继续监测，监测值均未再超预警值，并趋于平稳，结合周围的其他类型传感器的数据一起综合分析得出的结果为误报警。立杆倾角监测点Q1-6附近的立杆轴力监测点F1-6及模板沉降监测点D1-6的时程曲线图如图3、图4所示。

通过施工现场实际作业工艺分析，由于立杆倾角项目监测受现场浇筑过程中振捣产生瞬间动荷载影响，出现瞬间超预警值情况，持续时间短（持续1 s～2 s），不满足系统设置持续时间超过5 s，现场未发出预警、报警响应。并且立杆倾角传感器精度要求高，在混凝土浇筑过程中，受钢管脚手架在各个方向发生微小摆动的影响，倾角监测值都会很敏感。因此，在监测中，若立杆倾角监测值超过预、报警值，下一时刻恢复到正常值，则可判定为误报警;若立杆倾角监测值持续超过预、报警值，则可认为是支架处于不安全状态，应立即通知相关单位进行排查。

从图3、图4可以看出，模板沉降监测点D1-6沉降值稳定在5.7 mm，直至浇筑完毕。在混凝土浇筑过程中立杆轴力与模板的沉降变形保持相同的变化趋势。

理论上模板沉降监测值为正值，是因为在浇筑过程中模板会因混凝土对模板与支架施加荷载，而产生向下的变形;若有时发现模板沉降监测值为负值，之后又慢慢增大至正值，这是由于现场作业人员没有尽可能地采用对称浇筑，而是从梁的一端向另外一端推移浇筑，这样会使模板在混凝土浇筑过程中上翘，等到混凝土浇筑到此区域时模板沉降值又恢复为正值。

在实际监测过程中，若一个支点的轴向压力增大，模板底板的位移不断增大，最后会导致支撑杆倾斜，此时就是高支模的危险点。但是在浇筑混凝土中采用振动棒进行振捣施工时，会扰动模板进行不规则扰动，此时会使装在支撑杆的传感器个别出现误报警，因此应结合其他监测传感器综合分析评判得出正确的结论;若传感器的变形或荷载有逐渐增大的趋势，当超过预、报警值（包括模板翘起的变形超过限值），应立即通知相关单位负责人，要求立即停止浇筑，采取相关措施排查险情，待具备浇筑条件后方能继续施工。

立杆水平位移在实际布点时没有可靠的支持横梁或立柱，导致水平位移监测值准确性不是太高，目前存在一定的局限性。其通过与立杆倾角的三角函数进行相互换算和验证。立杆水平位移、立杆倾角传感器测得的角度变化量就是支撑钢管的倾斜角度，通过倾斜角度与倾角传感器的安装高度计算支撑钢管顶端的水平位移变化量。因此在实际监测模板与支架安全时用立杆倾角传感器代替。

3.7 结论及建议

该次通过监测在高支模体系内的关键部位和薄弱部位布设传感器，采用无线传输自动化监测的方法，完成了该项目混凝土浇筑高支模实时监测。该次监测除立杆倾角监测点Q1-6监测值较为敏感，瞬时超预警，其他监测参数均未超限值。建议现场施工单位对集中堆载的混凝土进行分散处理，同时减少该区域的集中振捣，以免因受振捣棒、地泵等集中振动因素影响，造成位移突然增大，误报警。

4 结语

高支模坍塌往往发生在内部、局部，导致高支模连续倒塌，利用高精度传感器和自动采集仪对高支模进行实时监测，告别传统监测空间、监测内容、时间及人工通报响应的盲区缺点，可以整体、实时、多参数监控监测高支模，能够及时自动预、报警和排除险情，保障作业人员的人身安全。随着高支模自动化实时监测警报系统的投入使用，将会对建筑业安全生产起到预防事故、减少损失的积极作用。

参考文献

[1]刘宗涛.高支模实时监控报警系统及相关应用[J].工程质量，2017（3）：47-50.