CN103759665A - 一种现浇x型桩桩身变形分布式测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种现浇X型桩桩身变形分布式测量装置及方法，该装置包括现浇X型桩、光纤应变测试仪、钢筋和单模光纤，所述的单模光纤铺设在钢筋内部，所述的钢筋浇筑在现浇X型桩的外边缘，所述的光纤应变测试仪和单模光纤相连接。新的测量方法是在现浇X型桩外边缘布设单模光纤，利用布里渊光时域反射技术，在光纤的脉冲光入射端接收布里渊背向散射光，通过对布里渊背向散射光功率的分析，完成光纤上各点布里渊频移的测量和定位功能，进而可得待测现浇X型桩的变形。采用单模光纤进行现浇X型桩的应变测量，显著提高了光纤传感器存活率；同时该方法还具有测量精度高、漂移小和稳定性好等优点；另外，还具有传感器布设简单，与传感器相连的接线较少，施工工艺简单等特点。

Description

一种现浇X型桩桩身变形分布式测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种桩的测量装置及方法，具体涉及现浇X型桩桩身变形分布式测量装置及方法。

背景技术

现浇X型桩技术利用一种截面为X型的钢模代替传统的沉管灌注桩圆型钢模，从而浇注成 X 型的现浇混凝土桩。与截面面积相同的传统圆桩桩型相比，X 型桩的截面周长明显增大，单位材料的比表面积也显著增大。从而，达到了节省桩身材料，提高单位体积材料承载力的目的。现在对桩基桩身变形的测量主要还是点式检测，即在桩身钢筋笼上预埋应变计如钢筋计、应变片或埋设应力计、位移计等，通过测量各点的应变值，获得桩身应变、应力分布曲线。但是点式测量方法有很多缺点，如属于不连续性检测，容易漏检；埋入的电子元器件在混凝土浇注过程中容易失效；零星的点数据很难全面反映桩身质量及桩与地层各分层间作用规律；为了提高检测精度，安置较多的传感器又会因为太多的引出导线影响到桩身结构及承载力等。由于现浇X型桩桩身变形对于掌握该新型桩的桩土作用和桩基承载机理具有重要作用，但受限于传统的技术手段，目前还缺少全面可靠和简易方便的方法。

布里渊散射光时域反射技术（简称BOTDR）是一种分布式的光纤应变监测技术，利用分析光纤中后散射光的方法测量光纤传输损耗和各种结构缺陷引起的结构型损耗，通过显示损耗（散射）与长度的关系，来测量外界信号场分布于光纤上的扰动信息。随着光纤传感监测技术的不断发展，一根传感光纤既能感应应变又能传输信号，形成分布式应变传感器。基于布里渊散射的分布式光纤传感技术，具有耐久性好、无零点漂移、不带电工作、抗电磁干扰、传输带宽大等凸出优点，可以实现对待测参数的连续分布式监测，目前在土木、水利、电力、交通、石化、海洋等领域推广运用，但现浇X型桩桩身变形分布式测量方法和技术尚未见到。

发明内容

为了弥补了现浇X型桩桩身变形监测现存技术中存在的不连续性检测、容易漏检、电子元器件易损坏等问题，本发明提供了的解决方案如下：

一种现浇X型桩桩身变形分布式测量装置，包括现浇X型桩、光纤应变测试仪、钢筋和单模光纤，所述的单模光纤铺设在钢筋内部，所述的钢筋浇筑在现浇X型桩的外边缘，所述的光纤应变测试仪和单模光纤相连接。

优选的，所述的钢筋为U型。

优选的，所述的单模光纤传感器通过胶水铺设在钢筋内部。

优选的，所述的胶水为单组室温固化的溶液胶。

优选的，所述的单模光纤和钢筋各有4根，并均匀地布设在所述的现浇X型桩外边缘。

优选的，所述的单模光纤位于现浇X型桩外边缘的凹陷部位和凸出部位。

优选的，所述的现浇X型桩横截面呈X形，所述的单模光纤传感器的规格为9/125um，所述的钢筋的直径为8mm。

本发明还提供了一种利用上述的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置进行现浇X型桩桩身变形分布式测量方法，包括以下步骤：

1）在所述的钢筋表面开槽，然后在槽内涂抹胶水，将所述的单模光纤布设在钢筋的槽内；将铺设有单模光纤的钢筋放入现浇X型桩内，布设有光纤的现浇X型桩浇筑完成且达到预定强度之后，利用布里渊光时域反射技术，通过布设在现浇X型桩外边缘的钢筋内的单模光纤，在光纤的脉冲光入射端接收布里渊背向散射光；

2）分析布里渊背向散射光的功率，完成所述的单模光纤上各点布里渊频移的测量和定位，测量光纤的变形，所述的单模光纤的变形与现浇X型桩桩身的变形保持一致，从而可得待测现浇X型桩的变形。

本发明还提供了一种利用上述的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置进行现浇X型桩桩身变形分布式测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）布设有光纤的现浇X型桩浇筑完成且达到预定强度之后，用光纤应变测试仪读取现浇X型桩内单模光纤的初始数据；

2）在现浇X型桩受力之后，再次采用光纤应变测试仪读取现浇X型桩内单模光纤的数据；

 3）将上述步骤2）和1）中的两次数据做差，两次数据之差即为现浇X型桩受力后所产生的应变值，根据应变值推算出现浇X型桩所受的外力及产生的变形量。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种新的现浇X型桩桩身变形分布式测量方法，它可以弥补现浇X型桩桩身变形监测现存技术中存在的不足，实现高效、便捷及真正意义上的连续性测量，该监测系统非但不影响混凝土桩的强度，反而会增加混凝土桩的强度，并且显著提高了光纤传感器的存活率 ；另外，还具有操作方便、施工工艺简单等优点。

附图说明

图1为光纤在钢筋上的铺设图

图2为布设有光纤的现浇X型桩横截面图

图3为现浇X型桩的A-A剖面图

图4为现浇X型桩的B-B剖面图

图中：1、现浇X型桩，2、单模光纤，3、钢筋，4、胶水。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1和2所示，本发明的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置，包括现浇X型桩、光纤应变测试仪、钢筋和单模光纤，单模光纤铺设在钢筋内部，钢筋浇筑在现浇X型桩的外边缘，光纤应变测试仪和单模光纤相连接。

如图3和4所示，在钢筋的中间位置把钢筋弯曲成U型。单模光纤通过胶水铺设在钢筋内部。胶水为单组室温固化的溶液胶。单模光纤和钢筋各有4根，并均匀地布设在所述的现浇X型桩外边缘。单模光纤位于现浇X型桩外边缘的凹陷部位和凸出部位。

现浇X型桩横截面呈X形，单模光纤的规格为9/125um，钢筋的直径为8mm。

下面说明现浇X型桩桩身变形分布式测量方法，包括以下步骤：

1）在所述的钢筋表面开槽，然后在槽内涂抹胶水，将所述的单模光纤布设在钢筋的槽内，检查铺设情况，做到没有光纤隆起或者漏胶；将铺设有单模光纤的钢筋放入现浇X型桩内，布设有光纤的现浇X型桩浇筑完成且达到预定强度之后，利用布里渊光时域反射技术，通过布设在现浇X型桩外边缘的钢筋内的单模光纤传感器，在光纤的脉冲光入射端接收布里渊背向散射光；

2）分析布里渊背向散射光的功率，完成所述的单模光纤上各点布里渊频移的测量和定位，由于布里渊频移量与光纤的温度和应变有关，当桩身温度保持不变，光的布里渊频移量与光纤应变成正比，而光纤变形与现浇X型桩桩身变形协调一致，因此可以通过测量光纤的变形，进而可得待测现浇X型桩的变形。

本发明还提供了另一种现浇X型桩桩身变形分布式测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）布设有光纤的现浇X型桩浇筑完成且达到预定强度之后，用光纤应变测试仪读取现浇X型桩内单模光纤的初始数据；

2）在现浇X型桩受力之后，再次采用光纤应变测试仪读取现浇X型桩内单模光纤的数据；

 3）将上述步骤2）和1）中的两次数据做差，两次数据之差即为现浇X型桩受力后所产生的应变值，根据应变值推算出现浇X型桩所受的外力及产生的变形量。

可以用如下方法把光纤布设在现浇X型桩的外边缘：在X型钢模打入土体之后，将事先把铺设有单模光纤的钢筋放到钢模内的预定部位，然后用细钢丝和夹具把钢筋和钢模固定在一起，检查固定情况，一定要固定牢靠。然后再慢慢地浇筑混凝土，混凝土浇筑完成之后，立即校正钢筋的布设位置和垂直度。

在上述施工过程中，一定要保证钢筋的垂直度，尽量不要倾斜，并且布设位置一定要与设计位置相对应。完成所有工序之后一定要挨个检查铺设有光纤的钢筋是否与现浇X型桩粘结牢靠，只有粘结牢靠才能保证单模光纤与现浇X型桩同步变形，测量结果才能真实可靠。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种现浇X型桩桩身变形分布式测量装置，其特征在于，包括现浇X型桩、光纤应变测试仪、钢筋和单模光纤，所述的单模光纤铺设在钢筋内部，所述的钢筋浇筑在现浇X型桩的外边缘，所述的光纤应变测试仪和单模光纤相连接。

2.根据权利要求1所述的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置，其特征在于，所述的钢筋为U型。

3.根据权利要求1所述的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置，其特征在于，所述的单模光纤通过胶水铺设在钢筋内部。

4.根据权利要求3所述的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置，其特征在于，所述的胶水为单组室温固化的溶液胶。

5.根据权利要求2或3中任一项所述的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置，其特征在于，所述的单模光纤和钢筋各有4根，并均匀地布设在所述的现浇X型桩外边缘。

6.根据权利要求5所述的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置，其特征在于，所述的单模光纤位于现浇X型桩外边缘的凹陷部位和凸出部位。

7.根据权利要求1-4中的任一项所述的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置，其特征在于，所述的现浇X型桩横截面呈X形，所述的单模光纤的规格为9/125um，所述的钢筋的直径为8mm。

8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置进行现浇X型桩桩身变形分布式测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在钢筋表面开槽，然后在槽内涂抹胶水，将单模光纤布设在钢筋的槽内；将铺设有单模光纤的钢筋放入现浇X型桩内，布设有光纤的现浇X型桩浇筑完成且达到预定强度之后，利用布里渊光时域反射技术，通过布设在现浇X型桩外边缘的钢筋内的单模光纤，在光纤的脉冲光入射端接收布里渊背向散射光；

2）分析布里渊背向散射光的功率，完成所述的单模光纤上各点布里渊频移的测量和定位，测量光纤的变形，所述的单模光纤的变形与现浇X型桩桩身的变形保持一致，从而可得待测现浇X型桩的变形。

9.一种利用权利要求1-7中任一项所述的现浇X型桩桩身变形分布式测量装置进行现浇X型桩桩身变形分布式测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）布设有单模光纤的现浇X型桩浇筑完成且达到预定强度之后，用光纤应变测试仪读取现浇X型桩内单模光纤的初始数据；

2）在现浇X型桩受力之后，再次采用光纤应变测试仪读取现浇X型桩内单模光纤的数据；

3）将上述步骤2）和1）中的两次数据做差，两次数据之差即为现浇X型桩受力后所产生的应变值，根据应变值推算出现浇X型桩所受的外力及产生的变形量。

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