周向陽(yáng) 申 維 宋雪飛

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；

2. 重慶高新鼎誠(chéng)置業(yè)有限公司 重慶 400000

近年來(lái)，高大排架及模板支撐體系（下稱“高支?！保┌踩鹿暑l發(fā)。高支模安全事故發(fā)生的主要原因是在荷載作用下產(chǎn)生了過大的變形或荷載，誘發(fā)體系內(nèi)構(gòu)件失效，使局部或整體失去穩(wěn)定，從而導(dǎo)致高支模局部坍塌或整體傾覆，造成作業(yè)人員傷亡[1]。因此，在建筑工程安全監(jiān)督管理過程中，高支模的安全監(jiān)測(cè)尤為重要，采取科學(xué)、高效、精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)手段成為迫切需求。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，為高支模安全管控監(jiān)測(cè)技術(shù)提供了有利的發(fā)展前景，其能夠更好地實(shí)現(xiàn)高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的信息化監(jiān)管。

本文針對(duì)高支模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將高支模監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，建立集數(shù)據(jù)分析、展示、預(yù)警于一體的高支模安全管控平臺(tái)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高支模在混凝土澆筑及硬化過程中的力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)高支模的安全管控。

1 傳統(tǒng)技術(shù)及難點(diǎn)

傳統(tǒng)高支模的監(jiān)測(cè)手段采用光學(xué)測(cè)量?jī)x器，依靠人工進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此種監(jiān)測(cè)方法間隔較長(zhǎng)，達(dá)不到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的效果，且監(jiān)測(cè)內(nèi)容不夠全面，只能局部（外圍）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，覆蓋不夠全面。同時(shí)，監(jiān)測(cè)人員在異常問題的處理上存在一定的響應(yīng)不及時(shí)、反應(yīng)滯后等情況，不能及時(shí)反饋高支模的異常狀態(tài)，從而導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)施工作業(yè)人員不能及時(shí)撤離危險(xiǎn)覆蓋區(qū)域。

2 技術(shù)方案

針對(duì)高支模高效、全面、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求，本文闡述一種高支模安全管控自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案。

在對(duì)高支模的破壞機(jī)理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，以監(jiān)測(cè)高支模中的模板沉降情況、立桿軸力變化狀況、立桿傾斜偏移狀態(tài)及支架變形情況等為切入點(diǎn)，利用高精度位移傳感器、傾角傳感器、壓力傳感器以及自動(dòng)化采集設(shè)備等元件，集合成一整套高支模自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)在建高支模項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)覆蓋面廣、監(jiān)測(cè)參數(shù)全、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新、超限報(bào)警速度快的信息化安全監(jiān)管。

高支模安全監(jiān)控系統(tǒng)（圖1），采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過無(wú)線傳輸模式進(jìn)行高支模各參數(shù)的數(shù)據(jù)整合及匯總分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)警功能，大大減少或避免了安全事故的發(fā)生，從而達(dá)到安全管控的效果。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的對(duì)比分析如表1所示。

圖1 高支模安全監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

表1 傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

杭州西湖大學(xué)工程項(xiàng)目總計(jì)容建筑面積449 495 m2，其中地上計(jì)容建筑面積321 027 m2，地下計(jì)容建筑面積128 468 m2[2]。工程包括學(xué)術(shù)交流中心、行政辦公樓、教師食堂、學(xué)生食堂、師生活動(dòng)中心、研究生公寓、博士后公寓、教師周轉(zhuǎn)公寓、各類后勤用房等建筑單體，以及機(jī)動(dòng)車停車位、非機(jī)動(dòng)車停車位、人防用房等輔助用房，并配建體育活動(dòng)場(chǎng)所、室外道路、景觀綠化、綜合管線、學(xué)生活動(dòng)區(qū)域等室外工程。

3.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的必要性

在地下室頂板至屋頂層結(jié)構(gòu)中，有多種不同型號(hào)梁的集中線荷載均超20 kN/m，并且在上部結(jié)構(gòu)中，有多個(gè)部位的排架搭設(shè)高度超過8 m。其高度高、荷載大等特點(diǎn)給工程項(xiàng)目帶來(lái)了一定的安全隱患。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，本項(xiàng)目的模板支撐體系屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，為控制排架使用過程中的安全性，需針對(duì)排架使用過程開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[2-3]。

3.3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)排架及腳手架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與使用特點(diǎn)，提煉出安全控制要點(diǎn)包括立桿軸力、立桿豎向變形、立桿傾斜，據(jù)此選取相應(yīng)傳感器對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

立桿軸力：在立桿及其頂端設(shè)置傳感器，監(jiān)測(cè)模板傳遞至立桿的荷載，防止施工中立桿軸力超過規(guī)范允許值，一旦超過規(guī)范允許值立即報(bào)警，從而控制腳手架整體安全。

立桿豎向變形：立桿在軸力和側(cè)向力荷載作用下會(huì)產(chǎn)生變形，較大的豎向變形意味著立桿將失穩(wěn)破壞，因此通過監(jiān)測(cè)立桿豎向變形可控制腳手架整體安全。

立桿傾斜：立桿使用過程中要求與支撐面垂直，當(dāng)立桿在外部條件下出現(xiàn)過大的傾斜時(shí)，將對(duì)腳手架整體安全帶來(lái)影響，因此需要監(jiān)測(cè)混凝土澆筑前、中、后的立桿傾斜。

3.4 測(cè)點(diǎn)布置

以工程某一分區(qū)（E區(qū)）為例，對(duì)高支模的安全監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行研究。地下室、地上結(jié)構(gòu)選取4個(gè)區(qū)域進(jìn)行支架模板監(jiān)測(cè)，學(xué)術(shù)堂選取1個(gè)區(qū)域進(jìn)行支架模板監(jiān)測(cè)。區(qū)域位置如圖2所示，各區(qū)域監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖2 地下室、地上結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)區(qū)域示意

圖3 測(cè)點(diǎn)布置

在上述各監(jiān)測(cè)區(qū)域選取關(guān)鍵部件位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)區(qū)域支架立桿承受的壓力分布、立桿頂部的傾斜狀態(tài)以及模板底部的豎向變形，具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如表2所示。

表2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

在表2中，每個(gè)監(jiān)測(cè)部位均選取3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面：2個(gè)梁會(huì)交斷面、1個(gè)梁跨中斷面。每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上，在立桿頂部布置1個(gè)壓力傳感器、1個(gè)傾斜傳感器，并在模板底方木上布置1個(gè)位移傳感器，合計(jì)12個(gè)壓力傳感器、12個(gè)傾斜傳感器、12個(gè)位移傳感器。

3.5 設(shè)備安裝

現(xiàn)場(chǎng)采用由上海建工集團(tuán)工程研究總院自主研發(fā)的集高精度傳感設(shè)備以及無(wú)線智能采集設(shè)備于一體的高支模無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)包括傳感設(shè)備、采集設(shè)備、聲光報(bào)警、無(wú)線傳輸及數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析展示、預(yù)警報(bào)警等功能。

3.6 監(jiān)測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

以E區(qū)19#塊高支模測(cè)點(diǎn)為例進(jìn)行分析，測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。

圖4 E區(qū)19#塊測(cè)點(diǎn)示意

3.6.1 傾斜變化

排架立桿傾斜在混凝土澆筑過程中變化明顯，主要表現(xiàn)為：澆筑前，傾角變化趨于穩(wěn)定；澆筑過程中，傾角出現(xiàn)急劇變化；澆筑完成后，傾角變化再次趨于穩(wěn)定。

混凝土澆筑前，x/y向傾角位移變化趨于穩(wěn)定，變化幅度在0°～0.02°之間；混凝土澆筑過程中，x/y向傾角位移出現(xiàn)急劇變化，變化幅度最大為－0.09°；混凝土澆筑后，x/y向傾角位移變化趨于穩(wěn)定，變化幅度在0°～0.01°之間。立桿傾斜變化幅度小于報(bào)警值，符合傾角變化規(guī)律。

3.6.2 壓力變化

模板軸向壓力在混凝土澆筑過程中變化明顯（圖5）：受混凝土荷載影響，模板及支架所承受的壓力出現(xiàn)增大趨勢(shì)；混凝土澆筑完成且無(wú)施工荷載增大后，壓力變化趨于穩(wěn)定。

圖5 模板軸向壓力變化時(shí)程曲線

在圖5中，混凝土分塊澆筑趨勢(shì)明顯，分2個(gè)階段進(jìn)行澆筑?；炷翝仓?，壓力基本保持不變。隨著混凝土施工荷載不斷增大，壓力急劇增大，達(dá)到8 kN后趨于穩(wěn)定。進(jìn)行二次澆筑后，混凝土荷載繼續(xù)增大，壓力相應(yīng)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。但總的變化幅度小于報(bào)警值，符合壓力變化規(guī)律。

3.6.3 位移變化

模板位移在混凝土澆筑過程中變化明顯（圖6）：受混凝土荷載影響，模板及支架的位移出現(xiàn)增大趨勢(shì)；混凝土澆筑完成且無(wú)施工荷載增大后，位移趨于穩(wěn)定。

圖6 模板位移變化時(shí)程曲線（正為升，負(fù)為降）

在圖6中，隨著混凝土荷載增大，模板位移也逐漸增大，3個(gè)測(cè)點(diǎn)的模板位移變化趨勢(shì)保持一致，最大位移穩(wěn)定在4.5 mm，直至澆筑完畢。從圖5與圖6對(duì)比分析可以得出，在混凝土澆筑過程中，模板軸向壓力與模板的位移變化情況基本保持一致。

在本次高支模安全監(jiān)測(cè)過程中，模板的位移變化、模板軸向壓力變化、立桿傾斜變化基本保持一致。隨著混凝土施工荷載的不斷增大，模板軸向壓力逐漸增大，位移沉降也呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。立桿傾斜受外界影響因素較多（如施工振搗等），偶然會(huì)出現(xiàn)不規(guī)律的變化趨勢(shì)，但總體仍按混凝土荷載變化情況呈現(xiàn)相應(yīng)的變化趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)今工程建設(shè)中，高支模是不可或缺的一部分，其結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定一直是關(guān)注的重點(diǎn)[3]。高支模因結(jié)構(gòu)荷載大、高度高、跨度大等特點(diǎn)，對(duì)其材料配件等參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)要求極為嚴(yán)格，易造成承壓過大、模板沉降、整體偏移傾斜等不良狀態(tài)。因此，對(duì)高支模的安全管控必不可少。利用高精度的傳感設(shè)備配合無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，掌握監(jiān)控體系的安全狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、反饋分析并進(jìn)行安全評(píng)估，可以達(dá)到預(yù)警效果，保證整個(gè)體系的安全可控及項(xiàng)目的安全平穩(wěn)推進(jìn)。