建筑技术丨超危高支模结构混凝土施工架体安全在线监测技术

深圳市罗湖区水贝村城市更新单元1栋3单元转换层结构（图1）属超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，为保证施工安全及有效指导施工，考虑到早期混凝土强度较低时结构易受外界作用影响存在安全隐患，所以需对浇筑完成后处于养护阶段的结构继续进行监测。重点关注转换层梁的混凝土养护过程。

图1  转换层梁的平面位置示意

1  监测措施

本工程梁板模板采用扣件式脚手架支撑体系（图2），在搭设和钢筋安装、混凝土浇筑过程中须随时进行监测，分项工程监测项目包括支架稳定、应力和位移。位移经纬仪与水平仪用于监测支架稳定性。按设计要求钢管应力限值为205 MPa。位移监测要求见表1。浇筑混凝土过程中进行实时观测，监测频率不超过1 h一次。发现隐患及时停止施工，采取措施保证安全后再恢复施工。

图2  支撑钢管体系

表1  构件允许偏差

2  养护过程应力监测结果分析  

2.1  梁支座处总体应力变化

从浇筑全过程支座应力变化曲线可知，混凝土浇筑24 h最大应力出现在AL1梁4层支座处（8.34 MPa），多数测点应力均维持在5 MPa内，应力值比浇筑过程中的最大值有小幅增长。浇筑24 h后，混凝土终凝，有了一定的强度，开始承担部分自重荷载，但早期混凝土徐变及模板变形的影响仍导致支撑体系应力增大。浇筑后1~3 d段多数测点应力值较24 h段有小幅减小；养护3 d后混凝土强度已达设计强度的50%，承担自身荷载的比重增多，结构也趋于稳定，所以测得的应力及位移变化幅度也比3 d时变化更小；浇筑7 d后混凝土强度达到设计值的70%~80%，多数测点应力变化幅值更平稳。

混凝土浇筑完成0~7 d段支撑体系多数测点应力呈平稳减小趋势，但受外界干扰部分测点应力有突变情况，7 d后由于上层施工致使应力突变现象增加。

养护过程中，支座处最大应力为AL1梁1层的9.23 MPa，最大拉应力为AL2梁4层的11.91 MPa。AL1梁1层支座处应力在浇筑24 h段比浇筑过程中增大2 MPa左右，后续保持约5 MPa幅度的变化。AL2梁4层支座应力在混凝土浇筑完成后有持续减小趋势，10 d时间段突然增大至11.91 MPa，但应力值仍在安全范围内。

总体而言，在转换层混凝土养护过程中，梁支座应力值小于205 MPa，结构支座处未发生超载。

2.2  梁跨中处总体应力变化

浇筑全过程跨中应力曲线显示，浇筑完成后24 h时段跨中应力多在2 MPa内，少数测点有小幅增加。1~3 d时段多数测点跨中应力比24 h时段平稳并有小幅减小，但部分测点仍有增大趋势。3~7 d时段多数测点较上一阶段平稳减小，但仍有测点出现了应力增大及突变情况。浇筑7 d后多数测点趋于平稳，但部分测点仍出现了更大幅度的突变。

全过程支座最大压应力为AL2梁4层的10.44 MPa，最大拉应力为AL2梁2层的12.61 MPa。其中AL2梁4层跨中在浇筑完成的前8 d的压应力均保持在1 MPa内，随后4 d出现3次应力突变，增加到10.44 MPa。AL2梁4层跨中位置在浇筑完成0~3 d时间段呈增大趋势，并在3 d时段出现应力突变，随后恢复突变前状态并在5 MPa范围内波动。

综上所述，在转换层混凝土养护过程中，梁支座应力值小于205 MPa，支座处未发生超载。

3  养护过程位移监测结果分析

3.1  梁支座处总体位移变化

AL1和AL2梁支座部分位移测点在浇筑完成后的养护过程均有突变情况。AL1和AL2梁支座处最大外侧方向位移为AL1一楼的16.61 mm，最大内侧方向位移为AL2四楼支座的9.7 mm，二者峰值均出现在混凝土浇筑过程中，后期养护阶段也出现了如三层远端支座的8.5 mm外侧方向位移。全过程中支座处位移小于允许值20 mm，结构未发生过大变形。

3.2  梁跨中处总体位移变化

全过程跨中部分测点在浇筑及养护过程均出现了位移突变情况。跨中最大位移为AL1梁一楼的11.24 mm，该测点在浇筑过程中、浇筑完成1 d时间段和8 d时间段均出现了位移突变，随后又稳定在较小位移状态，位移突变的主要原因为上层施工荷载的影响。全过程中位移值小于允许值20 mm，结构未发生过大变形。

4  结束语

由于混凝土浇筑完成24 h后完全终凝，具备了一定的强度，开始承担部分重力荷载，所以测得的应力值比浇筑过程中有所减小。养护3 d后混凝土强度已达设计强度的50%，承担自身荷载比重增多，结构也趋于稳定，所以测得的应力及位移变化幅度更小；养护7 d后混凝土强度达到设计强度的70%~80%，应力变化幅值比3 d时段更加平稳。对转换梁浇筑及养护全过程进行监测，得到结论如下。

（1）梁的应力随混凝土龄期增长趋于平稳且减小，龄期越长梁的结构应力越小，结构越安全。（2）养护过程中脚手架最大应力为 12.61 MPa，低于设计值（205 MPa），结构未发生超载，且有很大的安全保障空间。（3）本工程混凝土养护期间结构变形控制在 2 mm以内，小于20 mm的限值，但也有局部最大位移为16.61 mm 的情况，位移安全保障空间较小，所以更应关注施工和养护过程中支模架变形问题并采取防范措施。（4）本工程局部位置在上部施工等影响作用下仍有应力和位移突变的情况，其数值比混凝土浇筑时有一定增长且变化规律更为复杂，所以除需对施工过程进行监测外还要加强混凝土养护过程的结构监测。