CN108425384A - 桩基沉降监测装置及桩基沉降监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种桩基沉降监测装置及桩基沉降监测方法。其中，桩基沉降监测装置包括：立置在桩基内的框架；光纤光栅传感器，光纤光栅传感器设置在框架上和/或与框架连接，以监测桩基的顶部的沉降情况；解调仪，光纤光栅传感器与解调仪连接。本发明解决了现有技术中的桥墩沉降监测不方便的问题。

Description

桩基沉降监测装置及桩基沉降监测方法

技术领域

本发明涉及工程建筑技术领域，具体而言，涉及一种桩基沉降监测装置及桩基沉降监测方法。

背景技术

现有的桩基沉降的监测方法，普遍采用全站仪监测和静力水准仪测量，监测仪器进度较低、环境适应能力差、自动化程度低、可操作性不强，全站仪监测时存在人工监测数据误差过大的问题不具有实时性，运用静力水准仪监测时，比较笨重且对静力水准仪加水、排气泡时操作复杂，费时费力。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种桩基沉降监测装置及桩基沉降监测方法，以解决现有技术中的桥墩沉降监测不方便的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种桩基沉降监测装置，包括：立置在桩基内的框架；光纤光栅传感器，光纤光栅传感器设置在框架上和/或与框架连接，以监测桩基的顶部的沉降情况；解调仪，光纤光栅传感器与解调仪连接。

进一步地，光纤光栅传感器包括光纤光栅位移计，光纤光栅位移计通过连接线与框架连接，当桩基沉降时，框架随桩基沉降以拉动连接线使光纤光栅位移计监测桩基的顶部的沉降情况。

进一步地，桩基沉降监测装置还包括保护管，连接线可滑动地设置在保护管内，且保护管的上端由桩基内伸出，以使连接线穿过保护管与光纤光栅位移计连接。

进一步地，光纤光栅传感器包括光纤光栅应变计，光纤光栅应变计设置在框架上，当桩基被压缩时，框架因受挤压而变形，以使光纤光栅应变计通过监测桩基的压缩情况反映桩基的顶部的沉降情况。

进一步地，框架呈筒状结构，光纤光栅应变计为多个，一部分光纤光栅应变计设置在在框架的不同高度上，另一部分光纤光栅应变计沿框架的周向设置。

进一步地，呈筒状结构的框架由多个环状钢筋和多根纵向钢筋组合而成，多个环状钢筋沿高度方向间隔设置，多根纵向钢筋绕环状钢筋的周向间隔设置，且任一环状钢筋与任一纵向钢筋均连接。

进一步地，光纤光栅应变计位于框架与桩基之间，桩基沉降监测装置还包括保护结构，保护结构设置在光纤光栅应变计的背离框架的中心的一侧。

进一步地，保护结构为碳纤维结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种桩基沉降监测方法，采用上述的桩基沉降监测装置，桩基沉降监测方法包括：在桩基施工时，将桩基沉降监测装置的框架设置在桩基内，使得框架与桩基能够同时沉降和/或同时被压缩；通过桩基沉降监测装置的光纤光栅传感器对桩基的顶部的沉降情况进行监测；将桩基的沉降值与预设标准值进行比较，以确定桩基是否安全。

进一步地，当框架设置在桩基内后，将从桩基沉降监测装置的保护管中引出的桩基沉降监测装置的连接线与桩基沉降监测装置的光纤光栅位移计连接。

进一步地，当桩基的顶部的沉降值大于预设标准值时，桩基存在风险；或当桩基的顶部的沉降值小于或等于预设标准值时，桩基安全。

应用本发明的技术方案，框架是设置在桩基内的，当桩基发生沉降或者被压缩时，桩基内的框架也能够沉降或者被压缩，进而设置在框架上的光纤光栅传感器能够感受到框架被压缩而产生压缩应变，与框架连接的光纤光栅传感器能够感受到框架的位置由于产将而产生变化，从而产生沉降应变，解调仪接收并解调光纤光栅传感器产生的各种应变，从而得到桩基的状态，实现对桩基的安全状态实时监测的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的桩基沉降监测装置的剖视图；以及

图2示出了图1中的桩基沉降监测装置的俯视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、桩基；20、框架；30、光纤光栅传感器；31、光纤光栅位移计；32、光纤光栅应变计；40、解调仪；50、保护管；60、保护结构；70、连接线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中的桥墩沉降监测不方便的问题，本发明提供了一种桩基沉降监测装置及桩基沉降监测方法。

如图1所示的一种桩基沉降监测装置，包括立置在桩基10内的框架20、光纤光栅传感器30和解调仪40，光纤光栅传感器30设置在框架20上和/或与框架20连接，以监测桩基10的顶部的沉降情况；光纤光栅传感器30与解调仪40连接。

本实施例中的框架20是设置在桩基10内的，当桩基10发生沉降或者被压缩时，桩基10内的框架20也能够沉降或者被压缩，进而设置在框架20上的光纤光栅传感器30能够感受到框架20被压缩而产生压缩应变，与框架20连接的光纤光栅传感器30能够感受到框架20的位置由于产将而产生变化，从而产生沉降应变，解调仪40接收并解调光纤光栅传感器30产生的各种应变，从而得到桩基10的状态，实现对桩基10的安全状态实时监测的目的。

本实施例中的桩基10是桥梁的桥墩，并且框架20是通过混凝土浇筑在桥墩内的，在实际使用时，桩基10也可以是铁路等其他建筑的支撑墩。

理论上，桥墩的沉降有两种形式，其一为桥墩整体沉降，此时，桥墩的纵向长度不会发生变化，只是相对于初始安装的位置的高度发生变化；其二是桥墩的底部由于得到充分的支撑而无法发生沉降，桥墩顶部由于受到压力从而桥墩被整体压缩，此时，桥墩的纵向长度会发生变化，也就是桥墩被压缩了。在实际环境中，上述两种方式一般是同时存在的，因而需要对桥墩的沉降和压缩两种情况进行监测，以保证监测结果能够客观全面反映桥墩的顶部的安全情况。并且，桥墩在实际监测时，无论是整体沉降还是整体压缩，对于桥墩的顶部而言均是发生了沉降，因此无论是对桥墩的整体沉降还是整体压缩进行监测，其得到的最终结论均是通过桥墩的顶部的沉降值体现的。

在本实施例中，桥墩的整体沉降是通过光纤光栅位移计31实现监测的。光纤光栅传感器30包括光纤光栅位移计31，光纤光栅位移计31通过连接线70与框架20连接，当桩基10沉降时，框架20随桩基10沉降以拉动连接线70使光纤光栅位移计31监测桩基10的沉降情况。

具体地，连接线70为钢丝绳，光纤光栅位移计31固定在不发生沉降的基准平面上，钢丝绳的一端穿设在光纤光栅位移计31中，另一端与框架20的底部连接，当桥墩发生整体沉降时，框架20带动钢丝绳一同向下运动，从而使得钢丝绳相对于光纤光栅位移计31发生运动，光纤光栅位移计31就能够产生相应的波长变化，并将该应变传输给解调仪40，解调仪40对数据进行解调后再进行相应的计算即可得到桥墩的沉降值。

可选地，桩基沉降监测装置还包括保护管50，连接线70可滑动地设置在保护管50内，且保护管50的上端由桩基10内伸出，以使连接线70穿过保护管50与光纤光栅位移计31连接。

具体地，由于框架20是浇筑在桩基10内的，因而为了保护钢丝绳，在钢丝绳的外部套设有保护管50，保护管50与桩基10是固定连接的，也就是说，保护管50也是浇筑在桥墩内的，需要说明的是，仅保护管50的外部浇筑有混凝土，保护管50的内部是不浇筑混凝土的空心结构，钢丝绳能够在空心结构中滑动，保护管50将钢丝绳与混凝土之间分隔开来的同时，又不影响框架20带动钢丝绳运动，从而保证了光纤光栅位移计31对桥墩沉降的监测的准确性。而保护管50的上端由桥墩顶部伸出既方便了将混凝土浇筑在保护管50的外部，又方便了将钢丝绳由保护管50引出后与光纤光栅位移计31的连接。

可选地，如图2所示，本实施例中的光纤光栅位移计31、保护管50以及保护管50中的钢丝绳均为两个，两个光纤光栅位移计31分别通过一根钢丝绳穿设在保护管50中并与框架20的底部连接，保护管50设置在框架20的相对的两侧，这样使得光纤光栅位移计31能够监测框架20的两个相对的位置沉降情况，从而对桩基10的不均匀沉降进行有效监测。

在本实施例中，桥墩的整体压缩是通过光纤光栅应变计32实现监测的。光纤光栅传感器30包括光纤光栅应变计32，光纤光栅应变计32设置在框架20上，当桩基10被压缩时，框架20因受挤压而变形，以使光纤光栅应变计32通过监测桩基10的压缩情况反映桩基10的顶部的沉降情况。

具体地，本实施例的框架20呈筒状结构，光纤光栅应变计32是固定设置在框架20的外部的，且光纤光栅应变计32为多个，一部分光纤光栅应变计32设置在在框架20的不同高度上，另一部分光纤光栅应变计32沿框架20的周向设置。当框架20被压缩时，相应位置的光纤光栅应变计32就能够产生相应的波长变化，从而监测到桥墩的压缩情况，进而反映桥墩的顶部的沉降情况。

优选的，沿框架20的周向等间隔设置有两列光纤光栅应变计组，每列光纤光栅应变计组又包括四个光纤光栅应变计32，并且所有光纤光栅应变计32串联后与一个解调仪40连接。当桥墩发生不规则压缩时，就能够通过设置在框架20的不同位置的光纤光栅应变计32反映出来桥墩的不规则压缩，从而提高了桩基沉降监测装置的监测的全面性和准确性。

如图1所示，呈筒状结构的框架20由多个环状钢筋和多根纵向钢筋组合而成，多个环状钢筋沿高度方向间隔设置，多根纵向钢筋绕环状钢筋的周向间隔设置，且任一环状钢筋与任一纵向钢筋均连接。

具体地，框架20的四个环形钢筋同轴纵向排列，纵向钢筋纵向排列以连接所有环形钢筋，并且纵向钢筋沿环形钢筋的周向等间隔设置，以此形成一个筒状结构的框架20。环形钢筋与纵向钢筋之间可以是焊接在一起的，这样，在加工时仅需要制造多个相同的环形钢筋和纵向钢筋即可，框架20的组装可以在施工现场进行，从而方便了框架20的运输和制造。

可选地，光纤光栅应变计32位于框架20与桩基10之间，桩基沉降监测装置还包括保护结构60，保护结构60设置在光纤光栅应变计32的背离框架20的中心的一侧。光纤光栅应变计32固定在框架20的外部，在光纤光栅应变计32与混凝土之间设置有保护层作为保护结构60，保护层将光纤光栅应变计32与混凝土之间分隔开来，保证光纤光栅应变计32不受到混凝土的影响，避免在浇筑混凝土时损伤光纤光栅应变计32。

优选地，保护结构60为碳纤维结构。

本实施例还提供了一种桩基沉降监测方法，采用上述的桩基沉降监测装置，桩基沉降监测方法包括：在桩基10施工时，将桩基沉降监测装置的框架20设置在桩基10内，使得框架20与桩基10能够同时沉降和同时被压缩；通过桩基沉降监测装置的光纤光栅传感器30对桩基10的顶部的沉降情况进行监测；将桩基10的沉降值与预设标准值进行比较，以确定桩基10是否安全。

在将框架20设置在桩基10内前，预先将需要与框架20连接的部件连接在框架20上，并将连接光纤光栅位移计31的光缆和连接线70在桩基10上方预留出接头，以方便后续线路的连接。

当框架20设置在桩基10内完成后，将从桩基沉降监测装置的保护管50中引出的桩基沉降监测装置的连接线70与桩基沉降监测装置的光纤光栅位移计31连接，将连接光纤光栅位移计31的光缆和连接光纤光栅应变计32的光缆与解调仪40连接，解调仪40可以与电脑端连接，以通过电脑端对解调仪40的数据进行进一步处理。

需要注意的是，不同的光纤光栅传感器30与解调仪40之间的连接需要将不同的光纤光栅传感器30的波长设置为间隔距离较远的波长值，或者将不同的光纤光栅传感器30连接到解调仪40的不同输入端上，以保证解调仪40能够正常区分不同的光纤光栅传感器30的波长信号。

通过电脑端分析计算得到桩基10的顶部的沉降值后，将其与预设的标准值进行对比，当桩基10的顶部的沉降值大于预设标准值时，桩基10存在风险；当桩基10的顶部的沉降值小于或等于预设标准值时，桩基10安全。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、解决了现有技术中的桥墩沉降监测不方便的问题；

2、采用光纤光栅传感器监测技术，可以实现对桥墩的沉降进行实时监测；

3、能够实现无人化实时监测，同时精度较高，操作简单，使用性强；

4、结构简单、安装方便和可视化程度高，可以多次使用；

5、实现桥墩压缩量的监测以及整体沉降值的监测，监测全面。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种桩基沉降监测装置，其特征在于，包括：

立置在桩基(10)内的框架(20)；

光纤光栅传感器(30)，所述光纤光栅传感器(30)设置在所述框架(20)上和/或与所述框架(20)连接，以监测所述桩基(10)的顶部的沉降情况；

解调仪(40)，所述光纤光栅传感器(30)与所述解调仪(40)连接。

2.根据权利要求1所述的桩基沉降监测装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器(30)包括光纤光栅位移计(31)，所述光纤光栅位移计(31)通过连接线(70)与所述框架(20)连接，当所述桩基(10)沉降时，所述框架(20)随所述桩基(10)沉降以拉动所述连接线(70)使所述光纤光栅位移计(31)监测所述桩基(10)的顶部的沉降情况。

3.根据权利要求2所述的桩基沉降监测装置，其特征在于，所述桩基沉降监测装置还包括保护管(50)，所述连接线(70)可滑动地设置在所述保护管(50)内，且所述保护管(50)的上端由所述桩基(10)内伸出，以使所述连接线(70)穿过所述保护管(50)与所述光纤光栅位移计(31)连接。

4.根据权利要求1所述的桩基沉降监测装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器(30)包括光纤光栅应变计(32)，所述光纤光栅应变计(32)设置在所述框架(20)上，当所述桩基(10)被压缩时，所述框架(20)因受挤压而变形，以使所述光纤光栅应变计(32)通过监测所述桩基(10)的压缩情况反映所述桩基(10)的顶部的沉降情况。

5.根据权利要求4所述的桩基沉降监测装置，其特征在于，所述框架(20)呈筒状结构，所述光纤光栅应变计(32)为多个，一部分所述光纤光栅应变计(32)设置在在所述框架(20)的不同高度上，另一部分所述光纤光栅应变计(32)沿所述框架(20)的周向设置。

6.根据权利要求5所述的桩基沉降监测装置，其特征在于，呈筒状结构的所述框架(20)由多个环状钢筋和多根纵向钢筋组合而成，多个所述环状钢筋沿高度方向间隔设置，多根所述纵向钢筋绕所述环状钢筋的周向间隔设置，且任一所述环状钢筋与任一所述纵向钢筋均连接。

7.根据权利要求4所述的桩基沉降监测装置，其特征在于，所述光纤光栅应变计(32)位于所述框架(20)与所述桩基(10)之间，所述桩基沉降监测装置还包括保护结构(60)，所述保护结构(60)设置在所述光纤光栅应变计(32)的背离所述框架(20)的中心的一侧。

8.根据权利要求7所述的桩基沉降监测装置，其特征在于，所述保护结构(60)为碳纤维结构。

9.一种桩基沉降监测方法，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述的桩基沉降监测装置，所述桩基沉降监测方法包括：

在桩基(10)施工时，将所述桩基沉降监测装置的框架(20)设置在所述桩基(10)内，使得所述框架(20)与所述桩基(10)能够同时沉降和/或同时被压缩；

通过所述桩基沉降监测装置的光纤光栅传感器(30)对所述桩基(10)的顶部的沉降情况进行监测；

将所述桩基(10)的沉降值与预设标准值进行比较，以确定所述桩基(10)是否安全。

10.根据权利要求9所述的桩基沉降监测方法，其特征在于，当所述框架(20)设置在所述桩基(10)内后，将从所述桩基沉降监测装置的保护管(50)中引出的所述桩基沉降监测装置的连接线(70)与所述桩基沉降监测装置的光纤光栅位移计(31)连接。

11.根据权利要求9所述的桩基沉降监测方法，其特征在于，

当所述桩基(10)的顶部的沉降值大于所述预设标准值时，所述桩基(10)存在风险；或

当所述桩基(10)的顶部的沉降值小于或等于所述预设标准值时，所述桩基(10)安全。