CN101900533A - 用于路堤断面沉降监测的光纤光栅测量方法 - Google Patents
用于路堤断面沉降监测的光纤光栅测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于路堤断面沉降监测的光纤光栅测量方法，包括以将钢塑条或其它合金条固定在被测量路堤断面两端，两端采用带地锚的混凝土固定底座；布设应变传感光纤和温度补偿传感光纤于钢塑条或其它合金条上表面，并以胶结方式将传感光纤牢固胶结于钢塑条或其它合金条上；采用土工织物包裹胶结好传感光纤的钢塑条或其它合金条；将胶结好传感光纤并用土工织物包裹保护的钢塑条或其它合金条安装于被监测路堤断面上，两端固定于被监测路堤横断面的两端设置的固定座上。本发明简单易行，成本很低，适应于任何宽度和地形条件的路堤横断面沉降测量，且可以实现自动化测量，试验成果表明其测量精度和准确性较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种路堤断面沉降量的测量方法，尤其是涉及一种测量路堤横断面沉降测量的光纤光栅测量方法。
背景技术
软土地基上修建公路、铁路，在其上部路堤荷载作用下，其下软土地基产生较大的压缩变形，由于路堤荷载作为条形荷载沿路堤断面下软土地基的附加压力分布的差异，使路堤在横断面产生沉降也有所差异。目前监测路堤断面沉降一般采用在路堤下埋设水平测斜管，采用“小松鼠”进行测量，如图1所示。俗称的“小松鼠”是一种用于测量结构物内部断面各点沉降的仪器。“小松鼠”有角度传感器和压力传感器之分，仪器主要由传感器、导轮、外壳、输出专用电缆、测读仪和牵引钢丝等几部分组成。测量过程为：将测斜管沿水平方向埋设，管内有两组相互垂直的导向槽，其中一组导向槽要与地面成90°，将传感器上下轮放入此组导向槽内，由牵引钢丝顺测斜管将传感器拉至各测点，可测出测斜管每段轴线的角度变化或者水位压力变化，可计算出测斜管的垂直空间位置变化，如果测斜管与结构物变形一致，从而可知结构物沉降量。
目前采用的“小松鼠”无论采用何种形式传感器，测量结果都由于受过去测量结构的限制，其准确性较差，且其测量工作工程量很大，测量仪器成本、测量装置安装成本、仪器保护成本和测量成本很高，且可能由于路堤两端部沉降过大，使测斜管管口沉降到地面以下，使测量无法进行。
发明内容
发明目的
本发明所要解决的技术问题，在于克服现有路堤断面沉降测量存在的问题，提供一种利用当前先进的分布式光纤传感技术测量路堤断面沉降的方法，包括分布式光纤传感技术测量路堤横断面沉降的测量装置、测量方法、测量数据计算分析方法，本发明简单易行，成本很低，适应于任何宽度和地形条件的路堤横断面沉降测量，且可以实现自动化测量，试验成果表明其测量精度和准确性较高。
技术方案
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
用于路堤断面沉降监测的光纤光栅测量方法，其特征包含以下几个部分：
1)采用100×2mm的钢塑条或其它合金条(足够的强度和韧性以及适应大变形的特性)，两端设置牢固的固定座，以将钢塑条或其它合金条固定在被测量路堤断面两端，如图2所示，两端采用带地锚的混凝土固定底座，其结构如图3所示；
2)将钢塑条或其它合金条进行清洁处理并布设应变传感光纤和温度补偿传感光纤，应变传感光纤和温度补偿传感光纤平行铺设在将与路堤断面同步变形的钢塑条或其它合金条上表面，并以胶结方式将传感光纤牢固胶结于钢塑条或其它合金条上，使之成一整体，保证传感光纤与钢塑条或其它合金条的变形协调一致，如图4所示；
3)传感光纤铺设完成后采用土工织物包裹胶结好传感光纤的钢塑条或其它合金条，以保护其上布设的传感光纤，如图5所示；
4)将胶结好传感光纤并用土工织物包裹保护的钢塑条或其它合金条安装于被监测路堤断面上，两端固定于被监测路堤横断面的两端设置的固定座上，钢塑条或其它合金条同路堤两端固定座的连接固定牢靠，必须防止其固定端发生变位；
5)传感光纤光栅与连接光缆对接并接入检测仪器，采用目前最先进的分布式光纤传感技术测量与路堤断面同步变形的钢塑条或其它合金条上的应变、变形数据，分布式光纤传感技术可实现自动化测量，采用积分计算方法计算分析测量的应变数据，从而计算得到被测路堤的横断面沉降特性。
本发明的有益效果在于：
1)采用现有的分布式光纤光栅测量技术应用到路堤横断面沉降测量，该方法简便易行、成本低，其测量精度满足工程实际测量需要；
2)采用钢塑条或其它合金条上铺设胶接光纤光栅传感器并以设计合理的保护和固定结构，其强度特性和变形特性使之与被测路堤断面沉降变形协调一致，而通过分布式光纤技术测量与之完全胶结为一整体的光纤光栅的应变即可测得钢塑条或其它合金条的应变，然后通过相应的积分计算即可得到路堤横断面沿断面各点的准确沉降，且可以采用多组光纤或光栅进行数据对比分析，提高测量精度；
3)扩展了分布式光纤光栅传感技术测量的应用领域。
附图说明
图1是现有路堤横断面沉降测量结构示意图；
图2是本发明的钢塑条或其它合金条沿路堤断面布置结构示意图；
图3是本发明的钢塑条或其它合金条端部混凝土固定底座剖面示意图；
图4是本发明的传感光纤铺设布置示意图；
图5是本发明的传感光纤保护结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。
本发明所述钢塑条或其它合金条的极限抗拉强度不小于300MPa，极限变形能力不小于1％，以确保其足够的强度特性和变形特性，其尺寸规格为100mm(宽)×2mm(厚)；所述传感光纤为4～6mm直径的铠装传感光纤；所述路堤两端固端混凝土底座为500(长)×500(宽)×1000mm(高)的C25混凝土底座，其地锚深度不小于10m；所述土工织物是无纺土工布，其作用是保护传感光纤光栅，土工织物的性能要求如下：
| 纵向抗拉强度 | kN/5cm | ≥1.2 |
| 纵向伸长率 | ％ | 12～25 |
| 横向抗拉强度 | kN/5cm | ≥1.0 |
| 横向伸长率 | ％ | 15～30 |
| 圆球顶破强度 | kN | ≥1.0 |
本发明用于路堤横断面沉降测量的光纤光栅测量方法，利用当前先进的分布式光纤测量技术的测量精度高(测量精度最高可达1με)，分布式测量(最小测点分布式间距0.05m)，测量抗干扰能力强，测量距离长(最长可达30km)，测量速度快(1km分布式光纤传感器，测点间距为0.1m，测点数量达10000个，其测量一次最小耗时间5分钟)，其传感器成本低(50m宽度路堤传感器成本为1000元，而其测点数量可达500个)等特点，实现对路堤横断面沉降的迅速准确测量，是路堤横断面沉降测量的一种革新测量方法。以本发明在室内开展模拟路堤横断面沉降测量对比试验，室内模拟试验模拟路堤宽度19.7m，采用本发明的分布式光纤测量系统，模拟路堤观测断面的光纤传感测量测点197个(每0.1m一个光纤传感测点)；同时布置5个大量程百分表对比测量模拟路堤断面的5个位置的沉降，模拟路堤断面沉降进行三组对比测量，分别模拟路堤中心位置最大沉降50mm、100mm和150mm，全部试验表明本发明的测值计算得到模拟路堤断面沉降与大量程百分表测值对比两者绝对误差小于5mm，相对误差均小于3％，完全能够满足工程实际测量需要。
实施例1：
如图2、图3、图4和图5所示，用于路堤断面沉降监测的光纤光栅测量方法，它包含以下步骤：
1)对100mm×2mm的钢塑条表面进行清洁处理后在其中心位置两侧布设分布式应变传感光纤和温度补偿测量传感光纤，应变传感光纤和温度补偿传感光纤采用结构胶同钢塑条牢固胶结，如图4和图5；
2)钢塑条上传感光纤铺设并胶结完成后采用双层土工布包裹铺设传感光纤的部分，如图5，其两端部预留锚固孔位，其中一端引出连接好光纤跳线接头以备进入分布式光纤测量系统；
3)完成路堤两端部混凝土固定底座施工；如图3所示，在路堤两端部各相应浇筑500mm×500mm×1000mm的混凝土底座墩，其中底座墩底部预浇筑若干根伸出的地锚钢筋，用于深插入地面以下，起锚固作用。底座墩顶部预浇筑3根锚固螺栓，与钢塑条上两端部预留锚固孔位相连，用以固定钢塑条。
4)整平被测路堤横断面地基基础；
5)混凝土固定底座现浇混凝土强度达到设计强度以后安装铺设好传感光纤并完成保护设施的钢塑条，将其两端预留的锚固孔位对准混凝土固定底座的锚固螺栓并紧螺帽固定于两端混凝土固定底座上，如图2；
6)铺设于钢塑条的应变和温度补偿传感光纤的跳线接头与连接光缆相连，光缆与分布式光纤测量仪器相连，采用当前先进的分布式光纤光栅测量技术测量与路堤横断面变形一致的钢塑条的应变，通过测得应变采用积分计算路堤横断面沉降。
实施例2：
与实施例1基本相同，不同之处在于采用其它满足强度和韧性要求的合金条代替钢塑条。
Claims (4)
1.用于路堤断面沉降监测的光纤光栅测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用100×2mm的钢塑条或其它合金条，两端设置牢固的固定座，以将钢塑条或其它合金条固定在被测量路堤断面两端，两端采用带地锚的混凝土固定底座；
2)将钢塑条或其它合金条进行清洁处理并布设应变传感光纤和温度补偿传感光纤，应变传感光纤和温度补偿传感光纤平行铺设在将与路堤断面同步变形的钢塑条或其它合金条上表面，并以胶结方式将传感光纤牢固胶结于钢塑条或其它合金条上，使之成一整体，保证传感光纤与钢塑条或其它合金条的变形协调一致；
3)传感光纤铺设完成后采用土工织物包裹胶结好传感光纤的钢塑条或其它合金条，以保护其上布设的传感光纤；
4)将胶结好传感光纤并用土工织物包裹保护的钢塑条或其它合金条安装于被监测路堤断面上，两端固定于被监测路堤横断面的两端设置的固定座上，钢塑条或其它合金条同路堤两端固定座的连接固定牢靠，必须防止其固定端发生变位；
5)传感光纤光栅与连接光缆对接并接入检测仪器，采用分布式光纤传感技术测量与路堤断面同步变形的钢塑条或其它合金条上的应变、变形数据，分布式光纤传感技术可实现自动化测量，采用积分计算方法计算分析测量的应变数据，从而计算得到被测路堤的横断面沉降特性。
2.根据权利要求1所述的用于路堤断面沉降监测的光纤光栅测量方法，其特征在于，钢塑条或其它合金条的极限抗拉强度不小于300MPa，极限变形能力不小于1％。
3.根据权利要求1所述的用于路堤断面沉降监测的光纤光栅测量方法，其特征在于，地锚深度不小于10m；所述土工织物是无纺土工布。
4.根据权利要求1所述的用于路堤断面沉降监测的光纤光栅测量方法，其特征在于，土工织物的性能要求为：
纵向抗拉强度≥1.2kN/5cm；纵向伸长率12～25％；横向抗拉强度≥1.0kN/5cm；横向伸长率15～30％；圆球顶破强度≥1.0kN。
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