一种灌注桩桩基承载力远程监控方法及系统与流程

1.本发明涉及灌注桩领域，尤其涉及一种灌注桩桩基承载力远程监控方法及系统。


背景技术：

2.混凝土灌注桩作为工程建设过程中最普遍的基础施工方法，具有应用范围广、桩径较大的特点，但在施工过程中灌注桩施工质量的好坏对桩基承载力影响很大，且现场施工环境复杂，桩基础数据采集环境恶劣，对灌注桩的监测提出了更高的要求。
3.光纤光栅是一种波长编码传感元件，其波长参量不受光源强度的影响，利用波分复用技术作为准分布式传感元件安装在结构表面或埋入内部，对结构的温度、应变等实现多点实时监测。因此，光纤光栅传感器在工程领域有广泛应用，比如桥梁、隧道等。但是，没有经过封装的光纤光栅很脆弱，根本无法满足恶劣的工程环境，而且受到外界各种物理量的影响，无法进行多参量测量；解调系统的价格昂贵以及不智能化；远程监测的实施难度较大，难以保证信号接收发射设备的长期有效，进而对灌注桩难以实现实时监测和及时的反馈。


技术实现要素：

4.基于以上问题，本发明的目的在于提供一种灌注桩桩基承载力远程监控方法，在不破坏桩身完整性及保证灌注桩能够正常使用的前提下，实现对灌注桩桩基承载力的远程监控和预警，安装方便，稳定性高。
5.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种灌注桩桩基承载力远程监控方法，包括以下步骤：通过固定钢筋将布拉格光纤光栅传感器固定于灌注桩钢筋笼的纵筋上，位于同一竖向的所述布拉格光纤光栅传感器通过光纤连接线串联形成光纤串，所述光纤串的端部光纤采用铠装光缆进行封装保护，并与光栅传感解调仪连接组成光纤传感测试系统进行数据采集。
7.作为本发明的灌注桩桩基承载力远程监控方法的优选方案，所述布拉格光纤光栅传感器通过铁丝或防水胶带固定于所述固定钢筋上，将所述固定钢筋焊接于所述灌注桩钢筋笼的纵筋上，使所述纵筋的受力与所述布拉格光纤光栅传感器具有同步性。
8.作为本发明的灌注桩桩基承载力远程监控方法的优选方案，采用环氧树脂对所述光纤串进行封装。
9.作为本发明的灌注桩桩基承载力远程监控方法的优选方案，每两个土层间需布置所述布拉格光纤光栅传感器，同一土层内相邻两个所述布拉格光纤光栅传感器间距小于等于3m，每个测试截面间隔120
°
布设三组所述布拉格光纤光栅传感器。
10.作为本发明的灌注桩桩基承载力远程监控方法的优选方案，通过太阳能板发电提供电源，所述布拉格光纤光栅传感器的额定用电量之和小于所述太阳能板的最大发电量的60％。
11.作为本发明的灌注桩桩基承载力远程监控方法的优选方案，通过远程信号发射系
统将施工现场采集的数据发送至室内实验室的信号接收系统和计算机软件处理系统进行监测和处理，对施工现场的灌注桩桩基础进行实时监测和预警。
12.作为本发明的灌注桩桩基承载力远程监控方法的优选方案，混凝土浇筑完成后，在桩基承载力的作用下，桩身产生应力和应变，以使所述布拉格光纤光栅传感器的波长发生变化，利用波长变化的输出信号判定灌注桩桩基础是否达到极限承载力或发生破坏失效情况。
13.作为本发明的灌注桩桩基承载力远程监控方法的优选方案，通过公式p＝kp[(f
‑
f0)
‑
kt(t
‑
t0)]，求出桩身每个界面所受的承载力，对桩基承载力进行监测；其中，kp为轴力标定系数，即布拉格光纤光栅传感器的轴力与波长的比值；kt为温度修正系数，即波长偏移值与温度的比值；f0、t0分别为试验前初始波长和初始环境温度；f、t分别为当前荷载作用下的波长和环境温度。
[0014]
作为本发明的灌注桩桩基承载力远程监控方法的优选方案，假定桩身钢筋和桩身混凝土浇筑到一起时变形一致，根据所述桩身混凝土和所述桩身钢筋的相对刚度，计算所述桩身各断面处的轴力值。
[0015]
基于以上问题，本发明的目的在于还提供一种灌注桩桩基承载力远程监控系统，在不破坏桩身完整性及保证灌注桩能够正常使用的前提下，实现对灌注桩桩基承载力的远程监控和预警，安装方便，稳定性高。
[0016]
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0017]
一种灌注桩桩基承载力远程监控系统，采用如上所述的灌注桩桩基承载力远程监控方法进行远程监控，所述灌注桩桩基承载力远程监控系统包括远程信号发射系统、太阳能板、布拉格光纤光栅传感器、固定钢筋、光纤连接线、铠装光缆、光栅传感解调仪、信号接收系统和计算机软件处理系统。
[0018]
本发明的有益效果为：
[0019]
本发明提供的灌注桩桩基承载力远程监控方法及系统，通过固定钢筋将布拉格光纤光栅传感器固定于灌注桩钢筋笼的纵筋上，位于同一竖向的布拉格光纤光栅传感器通过光纤连接线串联形成光纤串，光纤串的端部光纤采用铠装光缆进行封装保护，并与光栅传感解调仪连接组成光纤传感测试系统进行数据采集。本发明提供的灌注桩桩基承载力远程监控方法及系统，适用于成孔灌注桩的桩基承载力监测，利用布拉格光纤光栅传感器直径细小、安装灵活方便、测量精度高、稳定性好、成功率高等优点，与传统大体积光纤光栅传感器及其他测试元件相比更容易实现狭小空间内传感器的安装，利于桩基础承载力监测的实现，便于全面客观地理解桩基础长期承载特性；采集数据实时分析，通过太阳能提供电源对监测设备提供长期使用的功能，并将监测信号通过远程系统进行传递，对可能出现的破坏进行预警。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1是本发明具体实施方式提供的布拉格光纤光栅传感器的原理示意图；
[0022]
图2是本发明具体实施方式提供的固定钢筋与布拉格光纤光栅传感器的布设示意图；
[0023]
图3是本发明具体实施方式提供的灌注桩桩基承载力远程监控方法的原理示意图；
[0024]
图4是本发明具体实施方式提供的布拉格光纤光栅传感器与钢筋笼的纵剖面安装示意图；
[0025]
图5是本发明具体实施方式提供的布拉格光纤光栅传感器与钢筋笼的横截面安装示意图。
[0026]
图中：
[0027]1‑
布拉格光纤光栅传感器；2
‑
光纤连接线；3
‑
固定钢筋；4
‑
铠装光缆；5
‑
光栅传感解调仪；6
‑
计算机软件处理系统；7
‑
太阳能板；8
‑
远程信号发射系统。
具体实施方式
[0028]
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
[0030]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0031]
目前在桩基础监测应用中，大部分的光纤光栅传感技术研究集中在结构的应变分布，对于桩基础的应用方法较少。而桩基础的荷载试验决定了基础的合理性、安全性和可靠性，所以桩基础的承载力的长期监测在建设中占有十分重要的地位，光纤光栅传感技术在桩基础承载力监测中的应用也变得十分重要。只有准确监测桩基承载力的变化过程，将监测信号及时的传递并做出分析与预警，对实际工程中可能出现的基础破坏及时地进行预警，才能更好地完善对灌注桩长期承载特性的研究。
[0032]
如图1至图5所示，本实施例提供一种灌注桩桩基承载力远程监控方法，该方法包括以下步骤：保持桩身完整，不影响桩基承载力的前提下，通过固定钢筋3将布拉格光纤光栅传感器1固定于灌注桩钢筋笼的纵筋上，位于同一竖向的布拉格光纤光栅传感器1通过光纤连接线2串联形成光纤串，光纤串的端部光纤采用铠装光缆4进行封装保护，并与光栅传
感解调仪5连接组成光纤传感测试系统进行数据采集。
[0033]
安装过程中，布拉格光纤光栅传感器1通过铁丝或防水胶带固定于固定钢筋3上，将固定钢筋3焊接于灌注桩钢筋笼的纵筋上，使纵筋的受力与布拉格光纤光栅传感器1具有同步性。
[0034]
采用少量的环氧树脂对光纤串进行封装，避免贯入过程中土体对光纤串的破坏。
[0035]
实施过程中布拉格光纤光栅传感器1的间距根据施工场区土层具体情况确定，每两个土层间需布置布拉格光纤光栅传感器1，同一土层内相邻两个布拉格光纤光栅传感器1间距小于等于3m，每个测试截面间隔120
°
布设三组布拉格光纤光栅传感器1。
[0036]
通过太阳能板7发电提供电源，布拉格光纤光栅传感器1的额定用电量之和小于太阳能板7的最大发电量的60％，以保证太阳能板7能够提供足够的电压带动所有布拉格光纤光栅传感器1。
[0037]
通过远程信号发射系统8将施工现场采集的数据发送至室内实验室的信号接收系统和计算机软件处理系统6进行监测和处理，对施工现场的灌注桩桩基础进行实时监测和预警。记录桩基础长期服役期间承载力的变化过程，实现桩基础的长期监测。
[0038]
混凝土浇筑完成后，在桩基承载力的作用下，桩身产生应力和应变，以使布拉格光纤光栅传感器1的波长发生变化，利用波长变化的输出信号判定灌注桩桩基础是否达到极限承载力或发生破坏失效情况。利用布拉格光纤光栅传感器1直径细、体积小、安装灵活方便的特点，并结合光纤光栅传感测试技术测量精度高、受环境因素影响小、稳定性好等优势实现了灌注桩长期承载力的监测。为避免施工现场复杂的环境对监测过程的影响，及方便监测人员对灌注桩桩身承载力的监测，设置远程信号监测系统，对灌注桩进行实时的监测。
[0039]
当桩基础开始受力时记录布拉格光纤光栅传感器1的波长变化，对长期受力的结构物进行波长数据的记录，通过公式p＝kp[(f
‑
f0)
‑
kt(t
‑
t0)]，求出桩身每个界面所受的承载力，对桩基承载力进行监测；其中，kp为轴力标定系数，即布拉格光纤光栅传感器1的轴力与波长的比值；kt为温度修正系数，即波长偏移值与温度的比值；f0、t0分别为试验前初始波长和初始环境温度；f、t分别为当前荷载作用下的波长和环境温度。
[0040]
在实际工程中，假定桩身钢筋和桩身混凝土浇筑到一起时变形一致，根据桩身混凝土和桩身钢筋的相对刚度，计算桩身各断面处的轴力值。
[0041]
本实施例提供的灌注桩桩基承载力远程监控方法，适用于成孔灌注桩的桩基承载力监测，利用布拉格光纤光栅传感器1直径细小、安装灵活方便、测量精度高、稳定性好、成功率高等优点，与传统大体积光纤光栅传感器及其他测试元件相比更容易实现狭小空间内传感器的安装，利于桩基础承载力监测的实现，便于全面客观地理解桩基础长期承载特性；采集数据实时分析，通过太阳能提供电源对监测设备提供长期使用的功能，并将监测信号通过远程系统进行传递，对可能出现的破坏进行预警。
[0042]
本实施例还提供一种灌注桩桩基承载力远程监控系统，采用上述的灌注桩桩基承载力远程监控方法进行远程监控，灌注桩桩基承载力远程监控系统包括远程信号发射系统8、太阳能板7、布拉格光纤光栅传感器1、固定钢筋3、光纤连接线2、铠装光缆4、光栅传感解调仪5、信号接收系统和计算机软件处理系统6。
[0043]
本实施例提供的灌注桩桩基承载力远程监控系统，适用于成孔灌注桩的桩基承载力监测，利用布拉格光纤光栅传感器1直径细小、安装灵活方便、测量精度高、稳定性好、成
功率高等优点，与传统大体积光纤光栅传感器及其他测试元件相比更容易实现狭小空间内传感器的安装，利于桩基础承载力监测的实现，便于全面客观地理解桩基础长期承载特性；采集数据实时分析，通过太阳能提供电源对监测设备提供长期使用的功能，并将监测信号通过远程系统进行传递，对可能出现的破坏进行预警。
[0044]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。