高支模实时监控报警系统及相关应用

高支模实时监控报警系统及相关应用
刘宗涛
【摘要】介绍了设备电子化与电脑信息化相结合开发的新一代高支模实时监控系统,通过原理介绍和相关实例分析,建议广大施工单位、监理单位在类似工程施工中主动防范,避免事故发生.
【期刊名称】《工程质量》
【年(卷),期】2017(035)003
【总页数】4页(P47-50)
【关键词】高支模;实时监控;坍塌;事故;预防
【作者】刘宗涛
【作者单位】广州市建设工程质量安全检测中心,广东广州 510370
【正文语种】中文
【中图分类】TU755
0 引言
随着国内建筑工程中高净空设计的增加，高支模甚至超高支模随处可见，近几年高支模事故频发，成为建设工程的重大危险源。

论文通过教学楼楼板浇筑整个过程中的实时监测，分析轴力、位移、倾角变化的整个监测结果，对高支模实时监控提供相关的研究材料。

1 高支模
2009 年，住房城乡建设部颁布了《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》[1]，文件中明确规定：高大模板支撑体系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＞15 kN/m2，或集中荷载＞20 kN/m 的模板支撑体系。

广州市城乡建设委员会更是明确要求高大支模专项施工方案中应明确第三方监测内容，对高支模关键部位或薄弱部位的水平位移、模板沉降、立杆轴力和杆件倾角等参数进行实时监测[2]。

根据此背景由广州市建设工程质量安全检测中心牵头，广州粤建三和软件有限公司及北京智博联科技股份有限公司一起研制开发高支模实时监控报警系统，该系统于2014 年 3 月开发完成，同年进行了十余个工程的高支模现场监控试验，并在工程实践过程中不断进行改进升级，现已用于工程施工相关监控检测。

高支模实时监控系统可以有效地为施工单位、监理单位在高支模施工时提供帮助，避免出现不必要的工程事故。

1.1 高支模事故原因
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，但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，但施工单位未整改。

1.2 高支模实时监控系统介绍
高支模实时监测警报系统，包括有服务器、传感模块、闭路电视、数据传输模块、数据采集模块和声光报警模块，所述传感模块的输出端和闭路电视的输出端分别连接至数据传输模块的第一、第二输入端，所述数据传输模块的输出端依次通过数据采集模块和服务器连接至声光报警模块的第一输入端。

本实用新型通过监测警报系统的两个层次应对高支模危险，第一层次是通过传感模块实时监测高支模整体变形量和立杆的轴力大小，第二层次是声光报警，而且可通过人工手动报警；此外本实用新型还包括闭路电视，采用无线方式进行数据传输，减少了高支模结构内部的复杂布线。

通过高支模事故原因可以发现高支模整体坍塌时，往往是由于下面的支撑杆导致模板不均匀受压致使整块模板失去平衡最终发生整体坍塌事故。

该系统通过在高大模板与脚手架的关键部位或者薄弱部位安装元器件，对各元器件的立杆轴力、立杆倾角、水平位移、模板沉降进行实时监测，同时根据高支模设计方案设定相关报警参数从而对工程进行监控防范，避免事故发生。

2 工程实例
2.1 项目简介
本次监测的项目为一幢 5 层教学楼（局部 2 层），分共为 A、B、C 3 个大区。

其中，B 区教学楼为 5 层框架-剪力墙结构，主体建筑高度 20.100 m。

B 区合班教室顶板投影面积约 450 m2，板厚为 120 mm，边梁为400 mm×1600 mm，内部梁为300 mm×1500 mm、内部梁最大跨度 21.6 m。

该项目板底、梁底模板均为 18 mm 厚胶合板。

板底第一层龙骨采用 50
mm×100 mm木枋，间距 350 mm；第二层龙骨采用 2 根φ48 mm×3.5 mm 钢管，间距 950 mm。

梁底第 1 层龙骨采用50 mm×100 mm 木枋，间距 250 mm；第 2 层龙骨采用 2 根φ48 mm×3.5 mm钢管，间距 800 mm。

高支模支架采用φ48 mm×3.5 mm扣件式钢管满堂脚手架，板底支顶横向与纵向间距均≤
950 mm；梁底支顶横向间距 800 mm，纵向间距≤ 800 mm，模板底部支顶如
图 1 所示。

支架支承面为现浇混凝土板，最大支顶高度约 7.6 m，待浇筑混凝土
板如图 2 所示，搭设符合相关规范要求[3-4]。

图1 模板底部支顶
图2 待浇筑混凝土板
2.2 监测点布置
监测共设置模板沉降监测点12 个，立杆轴力监测点6 个，立杆倾角监测点6 个，支架整体水平位移监测点 2 个，共计 26 个监测点，测点布置如图 3 所示。

2.3 监测参数预警值及报警值设置
根据委托方提供的《高大模板支撑工程专项施工方案》，各监测参数的预警值和报警值设置如表 1 所示。

图3 高支模监测点设置示意图注：F-立杆轴力监测点，Q-立杆倾角监测点，D-模
板沉降监测点，DH-支架整体水平位移监测点。

表1 高支模监测参数预警值、报警值设置监测参数预警值报警值模板沉降/mm 16.025.0立杆轴力/kN 14.130.0立杆倾斜/° 1.02.0支架整体水平位移/mm 810
3 实时监测结果
本次实时监测自 2014 年 5 月 31 日 10：00 开始，19：20 结束，共 9 h。

监测
结果如表 2 所示。

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，在实际监测过程中，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。

表2 监测结果序号监测最大值预警值报警值监测结果F 113.70 kN 14.1 kN 30.0 kN 未超限F 26.70 kN 14.1 kN 30.0 kN 未超限F 37.40 kN 14.1 kN 30.0 kN 未超限F 44.60 kN 14.1 kN 30.0 kN 未超限F 57.60 kN 14.1 kN 30.0 kN 未超限F 66.10 kN 14.1 kN 30.0 kN 未超限Q 10.31° 1.0° 2.0° 未超限Q 20.49° 1.0° 2.0° 未超限Q 30.74° 1.0° 2.0° 未超限Q 40.42° 1.0° 2.0° 未超限Q 50.91° 1.0° 2.0° 未超限Q 60.48° 1.0° 2.0° 未超限D 116.90 mm 16.0 mm 25.0 mm 预警D 213.80 mm 16.0 mm 25.0 mm 未超限D 313.40 mm 16.0 mm 25.0 mm 未超限D 45.20 mm 16.0 mm 25.0 mm 未超限D 515.30 mm 16.0 mm 25.0 mm 未超限D 69.10 mm 16.0 mm 25.0 mm 未超限D 715.00 mm 16.0 mm 25.0 mm 未超限D 815.30 mm 16.0 mm 25.0 mm 未超限D 911.50 mm 16.0 mm 25.0 mm 未超限D 1017.60 mm 16.0 mm 25.0 mm 预警D 1115.30 mm 16.0 mm 25.0 mm 未超限D 1210.50 mm 16.0 mm 25.0 mm 未超限DH 10.30 mm 8.00 mm 10.00 mm 未超限DH 20.60 mm 8.00 mm 10.00 mm 未超限
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。

监测过程中，模板沉降监测点 D1、D10 超过预警值。

在监测过程中出现超限时，如图 4、图 7 所示，现场监测人员均立即向施工单位现场负责人进行了通报，后经过排查，原因为相应位置立柱支顶松动引起。

施工单位暂停浇筑、对顶托进行加固后，沉降稳定直至施工结束。

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。

但是在浇筑混凝土时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上的传感器个别出现误报警，所以结合其余类型传感器综合评判得出正确的结论尤为重要，模板沉降测点 D1 附近的立杆轴力测点F1 及立杆倾角测点 Q1 的时程曲线图如图 5、图 6 所示。

图4 模板沉降 D1 时程曲线图
图5 立杆轴力 F1 时程曲线图
4 结语
1）本次监测通过在高支模体系统内关键部位和薄弱部位布设传感器，采用自动化监测的方法，完成了该项目混凝土浇筑高支模实时监测。

2）通过实时监测，发现了D1，D10 处支顶松动的情况，加固后排除了安全隐患。

图6 立杆倾角 Q1 时程曲线图
图7 模板沉降 D10 时程曲线图
3）建议在混凝土浇筑前进行支架预压，消除高支模系统非弹性变形对模板沉降、支架整体倾斜等监测参数的影响。

参考文献
【相关文献】
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则（建质[2009]254号）[Z].2009.
[2]广州城乡建设委员会.广州市城乡建设委员会关于进一步加强危险性较大的混凝土模板支撑工程
和承重支撑体系安全监测工作的通知（穗建质[2014]168号）[Z].2014.
[3]南通新华建筑集团有限公司.JGJ 231－2010 建筑施工承插型盘扣件钢管支架安全技术规程[S].
北京：中国建筑工业出版社，2010.
[4]中国建筑科学研究院.JGJ 130－2011 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].北京：中国
建筑工业出版社，2011.
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