技术专访第十期 | 高大模板支撑系统实时监控技术

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技术专访第十期 | 高大模板支撑系统实时监控技术

2018-8-29 11:30

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前言模板支撑系统在建筑施工中不可或缺，但安全事故时有发生。在混凝土浇筑过程中，需对模板支撑系统进行监测，而现有的监测方法存在时效性差、监测频率低、监测数据误差大、观测人员自身安全无保障等问题。52监测网 ...

前言

模板支撑系统在建筑施工中不可或缺，但安全事故时有发生。在混凝土浇筑过程中，需对模板支撑系统进行监测，而现有的监测方法存在时效性差、监测频率低、监测数据误差大、观测人员自身安全无保障等问题。52监测网小编偶然在一次监测交流会上听到了王玉田博士团队研究的高大模板支撑系统实时监测技术，可实时、自动、高效、准确的对模板支撑系统进行监测，今日52监测网对王博士团队进行了技术专访，下面让我们一同了解一下王博士团队的新监测技术。

人物简介：

王玉田，博士，高级实验师，硕士生导师，交通部注册桥梁检测工程师。主要从事桥梁结构理论、建筑及桥梁结构评估与加固以及工程安全控制方面的研究工作，主持40余项重要工程的检测与可靠性评定，协助完成多项国家及省部级科研课题的试验工作。

作为主要参研人员参加2项国家自然科学基金面上项目，3项山东省自然科学基金项目，1项上海市自然科学基金，1项建设部基金项目。公开发表学术论文40余篇，授权发明专利3项，实用新型专利2项，通过科技成果鉴定2项。2008年10月，被选调为青岛市援川专家组成员，参与众多建筑的震后损伤及耐久性评定，并被授予“青岛市援川先进个人”称号，被聘为青岛市房屋安全鉴定专家。

Q1: 王博士，请您简单介绍一下高支模？

王博士：高支模，全称是高大模板支撑系统。根据《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》中的定义：高大模板支撑系统是指建设工程施工新厂混凝土构件模板支撑高度超过8m，或搭设跨度超过18m，或施工总荷载大于15kN/㎡，或集中线荷载大于20kN/m的模板支撑系统。

Q2:近年来，安全事故一发再发，高支模的风险怎样？

王博士：由于高支模体系具有高度高、受力复杂、荷载大等特点，容易发生坍塌事故，往往给施工现场带来了巨大的安全威胁。

就举个‘北京西西工程模板支架垮塌事故’的例子来说，2005年9月5日晚10时10分左右，北京西西工程4#地项目的高大厅堂顶盖模板支架在浇注接近完成时发生整体垮塌，酿成了死亡8人、伤21人的重大伤亡事故。

西西工程坍塌现场

西西工程坍塌现场局部

西西工程坍塌现场清理情况

在中庭相邻三边楼盖均无浇筑情况下，临时改变先浇筑中庭顶盖，在浇注接近完成时发生整体垮塌。在浇注接近完成时，顶盖模板中部偏西南部位发生向下凹陷，楼板和支架成波形变化，随之扭转坍塌。

塌陷现场示意图

西西工程高大厅堂顶盖坍塌现场情景

相应地下室结构的支撑架体顶杆失稳弯曲变形

西西工程中庭临边部位支架变形情况

根据图纸进行支架荷载计算可得到恒载+活载为16.4KN/ m2 ，每根立杆最大轴压力23.6KN。( JGJ 130—2011 4.3.15条和GB50666-2011第4.3.5条均规定：高大模板支架立杆的单根承载力不应大于10kN)

《扣件式钢管脚手架安全技术规范》5.4.6条规定，模板支架立杆的计算长度取l0= kμ1（h+2a），该计算式表明，必须严格控制a值(GB50666-2011要求a＜500mm)，否则，将会出现严重降低支架（立杆）稳定承载能力的危险情况。由于项目施工方案中未规定模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度（即a值），实际外伸长度1.4～1.7m,致使自由长度严重过大，这是造成高大模板支架失稳坍塌事故的主要原因。

王博士：还有一个例子就是‘南京电视台模板支架坍塌事故’2000年10月25日上午9:30左右，正在浇注混凝土准备封顶的南京电视台新演播厅的天顶坍塌事故，死6人，重伤11人，轻伤24人。

事故现场300多吨倒塌的钢管堆积如山

架子底部步高约1.8m，在地坑处步高达2.6m，底部均无扫地杆

板下钢管立杆间距1000×1000mm，梁下立杆增加密度为@500，但水平连系杆未增加，增加的立杆横向约束少，整体性差。

由于现场支架构造不完善：水平连系杆严重不够；底部未设扫地杆；主次梁交叉区域单杆受荷载过大，承载力不足，引起立杆局部失稳；屋盖下模板支架与周围结构固定与连系不足，加大了顶部晃动。

所以，总的来说，根据高支模的施工特点，可将事故原因归纳为：

1）支撑系统搭设不合理，立杆间距过大，缺少剪刀撑，连接不可靠，扣件质量不合格等；

2）未对立杆的支承地基或混凝土梁板进行验算和处理；

3）未对模板支架立杆稳定性进行计算，模板支撑系统失稳，整体坍塌；

4）不按规定编制施工安全专项方案，或虽有专项施工方案，实际未按专项施工方案和标准规定搭设；

5）模板工程未通过验收就开始浇捣混凝土；

6）混凝土浇筑先后顺序不合理，梁、板、柱同时浇筑；

7）安全生产培训教育缺失；

8）监理监督不到位，或监理下达整改通知，施工单位未整改。

Q3：王博士，我了解到目前对高支模进行监测是保重施工安全的主要手段，主要分为传统的监测方法和高支模施工安全实时监测，那么高支模施工安全实时监测与传统的监测方法相比，有什么不同呢？

王博士：首先，它们的监测方式就不一样，比如传统的方法是人工检测，而实时监测方法呢，是数字化自动监测，再然，他们的监测设备、监测内容、监测频率、异常响应及响应时间等都是不一样的

实时监测方法与传统监测方法对比结果

而且高支模施工安全监测系统有这样的一个工作流程：

Q4：您能跟我们讲讲，咱们高支模支撑系统的一些应用实例吗？

王博士：当然可以，那我就讲一下工程实例。

项目简介：

主体建筑高度20.1m。顶板投影面积约450㎡，板厚为120mm，边梁为400mm×1600mm，内部梁为300mm×1500mm、内部梁最大跨度22.5m。

高支模支架采用φ48mm×3.5mm扣件式钢管满堂脚手架，板底支顶横向与纵向间距均≤950mm；梁底支顶横向间距800mm，纵向间距≤800mm。支架支承面为现浇混凝土板，最大支顶高度约9.6m。

监测项目及预警值的设定：

为了及时监测高支模施工过程，避免高支模工程事故，故针对高支模施工事故的破坏机理和破坏形式进行相应监测，主要监测项目如下：

（1）高支模竖向位移监测:监测报警值可根据《JGJ 162—2008建筑施工模板安全技术规范》的4.4节确定

（2）高支模立杆倾角监测:监测报警值可根据《JGJ 300—2013建筑施工临时支撑结构技术规范》的8.0.9条确定。

（3）高支模杆件内力监测: 监测的轴力预警值应为立杆设计承载力扣除模板、钢筋自重和可变荷载。

测点布置：

1）监测共设置模板竖向位移监测点6个。

2）监测共设置立杆倾角监测点9个。

3）监测共设置杆件内力测点6个。

监测结果:

本次实时监测自2016年12月11日9：00开始，18：00结束，共9h。监测结果如下：

结果说明：

理论上在浇筑过程中混凝土对模板与支架施加荷载，模板会受到向下的变形，监测值为正值。有时发现沉降监测值是负值，而后又慢慢增大至正值。这是由于施工单位没有尽可能采用对称浇筑，而是从梁一端向另一端推移浇筑，导致混凝土在浇筑过程中使模板发生上翘，待混凝土浇筑到此区域时模板沉降值又恢复为正值。在混凝土浇筑过程中，通过监测布置在顶托与模板间轴压传感器的实际监测值，立杆轴力监测值也是逐渐呈非线性增长的，与模板的沉降变形保持相同的变化趋势。在进行数据分析时，将周围的其他类型传感器的数据结合一起综合分析得出的结果客观真实有效。在浇筑混凝土施工过程中一个支点的轴向压力增大，模板底部的位移不断增大最后会导致支撑杆的倾斜，此时就是高支模的危险点

而对这三处传感器典型数据进行分析：

在混凝土施工过程中高支模双向水平位移变化量微小，竖向沉降没有出现过大的位移变化，竖向杆件内力变化较小，结构倾角变化较小。高支模结构竖向位移与杆件应变均小于所设定预警阈值，表明支架始终处于稳定状态。