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(guó)內(nèi)建筑業(yè)快速發(fā)展，高大模板支架體系(簡(jiǎn)稱高支模)應(yīng)用越來(lái)越普遍，高支模因?yàn)橹Ъ芨?、受力大、裝配復(fù)雜等，造成施工過(guò)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(wèn)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(duì)獨(dú)立無(wú)聯(lián)系構(gòu)件的混凝土模板支撐工程為超過(guò)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(wú)線自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)高支模架體施工全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量，分析支架關(guān)鍵桿件、重點(diǎn)部位變形和預(yù)警情況，對(duì)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(wàn)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(duì)該直線加速度房間混凝土澆筑階段進(jìn)行高支模監(jiān)測(cè)。

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(gè)，1號(hào)房間最大開間為10.00 m，最大進(jìn)深為13.50 m；2號(hào)房間最大開間為9.55 m，最大進(jìn)深為13.50 m；3號(hào)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(chǎng)施工監(jiān)測(cè)

3.1 主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容

本次高支模監(jiān)測(cè)階段為混凝土澆注過(guò)程。根據(jù)《模板工程安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)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(cè)內(nèi)容為：①支撐軸力監(jiān)測(cè)；②立桿傾角監(jiān)測(cè)；③模板沉降監(jiān)測(cè)；④支架整體水平位移監(jiān)測(cè)。

3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)過(guò)程采用高支模無(wú)線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)警報(bào)系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段，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”的功能。該系統(tǒng)包括智能數(shù)據(jù)傳感器、無(wú)線采集終端、采集儀、報(bào)警器和監(jiān)測(cè)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(cè)的實(shí)時(shí)性和有效性，采樣時(shí)間間隔為5s。

圖4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖

3.3 監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

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

圖5 支撐軸力測(cè)點(diǎn)(Z1～Z8)布置圖

圖6 桿件傾斜測(cè)點(diǎn)(Q1～Q8)布置

圖7 模板沉降測(cè)點(diǎn)(C1～C10)布置圖

圖8 支架整體水平位移測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)報(bào)警值根據(jù)被監(jiān)測(cè)桿件計(jì)算長(zhǎng)度和允許變形值計(jì)算得到。

③模板沉降：監(jiān)測(cè)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(cè)報(bào)警值可根據(jù)《建筑施工臨時(shí)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(cè)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(cè)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(cè)預(yù)警值和報(bào)警值設(shè)置

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑情況，本次監(jiān)測(cè)分為兩個(gè)階段進(jìn)行。第一施工階段于2019年5月8日21時(shí)開始，至2019年5月9日22時(shí)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(shí)開始，至2019年5月12日12時(shí)結(jié)束，累計(jì)澆筑混凝土方量約為940 m3，高支模監(jiān)測(cè)與混凝土澆筑同步進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)照片如圖9所示，現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑照片如圖10所示。

圖9 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 圖10 現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑

限于篇幅，本文僅給出第一施工階段2號(hào)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(cè)結(jié)果如圖11所示?？梢钥闯鲈?號(hào)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(cè)各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均小于監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)圖

(b)立桿傾角監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

(c)模板沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

(d)支架整體水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖圖11 第一施工階段2號(hào)房間高支模監(jiān)測(cè)結(jié)果

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)樂(lè)濱海新城某醫(yī)院直線加速房間混凝土澆筑的兩個(gè)施工階段進(jìn)行高支模監(jiān)測(cè)，各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)論如下：

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

圖12 第一施工階段3號(hào)房間高支模立桿軸力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

(2)相較于混凝土澆搗的第一施工階段監(jiān)測(cè)，第二施工階段各監(jiān)測(cè)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(shí)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(cè)量的監(jiān)測(cè)參數(shù)變化量小。

(3)在兩階段混凝土澆注過(guò)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(cè)參數(shù)的測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均未超過(guò)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(gè)施工階段，無(wú)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)桿件、模板變形和支撐軸力的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(2)監(jiān)測(cè)過(guò)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(shì)，整體變化量較小。

(3)在兩階段混凝土澆搗施工過(guò)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(shí)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(cè)量的監(jiān)測(cè)參數(shù)變化量一般較小。

(4)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)警或報(bào)警情況，通過(guò)多個(gè)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的比對(duì)，可以有效控制因布料不均勻造成模板局部?jī)?nèi)力或變形過(guò)大，保證了高支模體系在混凝土澆搗施工全過(guò)程的安全穩(wěn)定。