CN111854682A - 基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法及设备，其光纤植入螺纹梁为薄壁空心螺纹梁，其上下薄壁中对称植入单模光纤，在梁体内形成光纤回路，其外壁嵌入复合型材料螺纹形成外螺纹；道路路基施工至监控量测标高后沿横断面放线测量，并在该标高处道路路基左侧、右侧钻孔，架设设备并用封底混凝土封堵固定，光纤植入螺纹梁横向埋入道路路基作为悬臂受荷载体，两端由两侧设备支撑；将单模光纤接入光纤解调仪，测量光纤埋设后的初始布里渊频移值，计算出光纤植入螺纹梁各点的应变值，通过积分计算光纤植入螺纹梁各点的变形值。本发明利用悬臂梁挠度计算原理以及分布式光纤连续应变测量原理，实现路基不均匀沉降变形的连续监测。

Description

基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法及设备

技术领域

本发明涉及路基工程灾害防护领域中不均匀沉降的测量技术，具体涉及一种基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法及设备。

背景技术

在多年冻土区和软土地区等不良地质区域的路基工程往往会发生不均匀的、连续的沉降变形，迫使道路正常使用功能降低，影响行驶车辆安全。传统的点式监测手段难以实现连续的沉降监测，容易造成相邻监测点间沉降的漏测。光纤作为新兴的监测手段，具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、长期稳定性好、结构简单、体积小、质量轻的特点，能实现大范围、长距离、长持时的整体监测，而当前采用光纤直接监测路基变形面临的主要问题是光纤与岩土体的耦合缠绕关系不明确，并且光纤是一种易损材料，埋入岩土体后如何对其进行有效防护也十分重要。另外，如何将光纤测量的应变单元转化为工程常用的沉降变形也是需要解决的问题之一。针对这些应用问题，采用光纤植入螺纹悬臂梁作为监测传感器，其优势在于采用嵌入光纤的螺纹悬臂梁可以防止传感器随土体变形发生刚性漂移并对光纤形成外包保护利于现场安装，另外从梁体强度复核出发对复合型材料螺纹梁进行参数化设计，尽可能的选用与刚度较小的复合型材料并在梁体外表嵌套螺纹结构形成“机械咬合”，提升管土耦合、协同变形能力。最后，以悬臂梁挠度计算原理为基础，可以将光纤测量的应变单元转化为工程应用的沉降变形。

为实现光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测，主要利用自主设计的光纤植入复合型材料薄壁空心螺纹梁监测方法实现连续的沉降变形测量，即通过分布式光纤密集的单点应变测量实现连续的单点变形监测(最小空间分辨率最高可达2cm，采样分辨率1cm)，从而实现不均匀沉降的监测。

目前，采用光纤传感间接进行地面灾害变形测量的实例较多，尤其是通过光纤测量抗滑桩、支锚结构变形，间接反映岩土体的位移或变形的测量手段较为多见，针对路基深部位移、不均匀沉降的监测方法目前仍处于探索阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法及设备，适用于不均匀沉降变形相对较为严重的路基工程，形成基于分布式光纤的广域、自动、低成本沉降监测技术和方法，可为道路工程的稳定性与安全性评价提供数据支撑。

本发明所采用的技术方案为：

基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，其特征在于：

所述设备包括光纤植入螺纹梁，光纤植入螺纹梁为薄壁空心螺纹梁，其上下薄壁中对称植入单模光纤，在梁体内形成光纤回路，其外壁嵌入复合型材料螺纹形成外螺纹。

单模光纤从光纤植入螺纹梁一端引出并接入光纤解调仪。

光纤植入螺纹梁一端插入固定槽盒上横向贯通设置的通孔中，槽盒内注满环氧树脂胶或水泥砂浆。

固定槽盒通过下方的支撑杆组件支撑；

支撑杆组件自上而下依次包括承插套杆、接续套杆和底层套杆。

底层套杆底端插入承插式固定支座底板，顶端通过内置焊接螺母连接到接续套杆底端设置的外置焊接螺栓上；

接续套杆和承插套杆上对应设置有纵向的多组螺栓孔，垂直插入六角紧缩螺栓将二者固定；

承插套杆顶端设置固定板，固定板通过中心设置的螺纹管连接到固定槽盒中心设置的螺纹孔中。

光纤植入螺纹梁的空心管为柔性材料，其外壁预设嵌入螺旋槽，复合型材料螺纹嵌入螺旋槽内，复合型材料螺纹为柔性材料。

基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

道路路基施工至监控量测标高后沿横断面放线测量，并在该标高处道路路基左侧、右侧外30倍的梁外径路堤位置处钻孔，钻孔深入天然地基三倍于路基的深度，在左右侧钻孔位置架设基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，并用封底混凝土封堵固定，光纤植入螺纹梁横向埋入道路路基作为悬臂受荷载体，两端由两侧设备支撑；

将单模光纤的两个端头通过FC/APC接头接入光纤解调仪，测量光纤埋设后的初始布里渊频移值，计算出光纤植入螺纹梁各点的应变值，通过积分计算光纤植入螺纹梁各点的变形值。

所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：制作光纤植入螺纹梁，将单模光纤沿梁体上下薄壁中性面位置处沿梁体长度方向给予一定预拉张力拉伸延展，预留两端多余光纤以便接入光纤解调仪，并用光纤夹持装置于两端头固定；将梁体制作模具按设定位置安装固定，保证上下断面光纤处于梁体薄壁中性面位置，浇筑复合型梁体材料，待梁体材料呈不流塑形态后，在成型的梁体外表面按1倍梁外径的间距螺旋形布置复合型材料螺纹后冷却成型；

步骤二：安装光纤植入螺纹梁，将光纤植入螺纹梁由固定槽盒长边一端梁体穿入孔穿入另一长边梁体穿入孔外20mm固定好位置，于槽盒内注满环氧树脂胶或水泥砂浆，待环氧树脂胶或水泥砂浆凝固成型后，将固定槽盒安装于承插套杆；

步骤三：组装承插式固定支座，根据固定支座埋设深度，依次将接续套杆通过内置焊接螺母和外置焊接螺栓连接接长，并通过内置焊接螺母和外置焊接螺栓连接到焊接在承插式固定支座底板的底层套杆上，将步骤二中组装好的承插套杆调整好卡紧位置穿入接续套杆顶端，并用六角紧缩螺栓将承插套杆与接续套杆锁死，形成光纤植入螺纹悬臂梁沉降监测装置；

步骤四：安装监测装置，于道路路基横断面测量标高处沿横断面放线测量，开设深300mm、宽200mm的沟槽，并在该标高处路基左侧、右侧外30倍的梁外径路堤位置处分别钻孔，钻孔深度以深入天然地基三倍的路基高度为宜，保证承插式固定支座不发生竖向沉降；在左右侧钻孔中分别放入光纤植入螺纹悬臂梁沉降监测装置，路基左右路幅两个螺纹梁放入沟槽长度应保证其自由端超过道路中心线150mm为准则，调整光纤植入螺纹悬臂梁的位置后在钻孔中注入封底混凝土，对监测装置进行固定，最后在沟槽中回填细砂并夯实；

步骤五：将光纤植入螺纹梁端头单模光纤的引线通过FC/APC接头接入光纤解调仪，测量光纤埋设后的初始布里渊频移值，推算为空心螺纹梁上下断面各点的应变测量值，通过积分计算光纤植入螺纹梁沿线各点的位移值，最终得到沿道路路基横断面的沉降分布。通过测量后期光纤布里渊频移值，可以进一步计算路基沿横断面的沉降变化。

本发明具有以下优点：

(1)本发明基于分布式光纤大范围、长距离、长持时的监测技术可以实现路基变形的连续监测，从而有效监测路基的不均匀沉降变形。

(2)本发明基于复合型材料制成螺纹结构梁体，根据梁体强度复核进行梁的参数化设计，使梁土最大程度上的协同变形，通过“机械咬合”进一步提高梁土耦合变形性能，提升变形监测的精度。

(3)本发明将0.9mm单模光纤植入空心螺纹梁，有效地对光纤形成外包保护，同时避免了外部荷载对光纤应变测量造成的数据噪声。

(4)本发明采用承插式固定支座将分布式光纤植入螺纹梁组合成悬臂梁监测装置，可以防止传感器随土体变形发生刚性漂移。

(5)本发明利用悬臂梁挠度计算方法，可以实现光纤测试的应变单元到工程应用的沉降变形的转化。

(6)本发明的所有系统可在厂内实现模块化生产，便于在严苛复杂的工程现场条件下进行便捷、快速安装。

附图说明

图1为光纤植入空心螺纹悬臂梁沉降监测装置结构图；

图2为监测装置顶部端口构造示意图；

图3为固定板固定槽盒大样图；

图4为固定槽盒大样图；

图5为路基沉降测试装置布置横断面图；

图6为路基沉降测试装置布置俯视面图；

图7为光纤植入螺纹梁构造图；

图8为光纤植入螺纹梁在路基中的受力状态模型。

图中，1—承插式固定支座底板，2—底层套杆，3—接续套杆，4—承插套杆，5—固定板，6—光纤植入螺纹梁，7—单模光纤，8—固定槽盒，9—六角紧缩螺栓，10—梁体穿入孔，11—螺纹孔，12—螺纹管，13—螺栓孔，14—内置焊接螺母，15—外置焊接螺栓，16—道路路基，17—天然地基，18—封底混凝土，19—光纤解调仪，20—复合型材料螺纹。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，所述设备包括光纤植入螺纹梁6，光纤植入螺纹梁6为薄壁空心螺纹梁，其上下薄壁中对称植入单模光纤7，在梁体内形成光纤回路，其外壁嵌入复合型材料螺纹20形成外螺纹。

单模光纤7从光纤植入螺纹梁6一端引出并接入光纤解调仪19。光纤植入螺纹梁6一端插入固定槽盒8上横向贯通设置的通孔中，槽盒内注满环氧树脂胶或水泥砂浆。

固定槽盒8通过下方的支撑杆组件支撑；支撑杆组件自上而下依次包括承插套杆4、接续套杆3和底层套杆2。底层套杆2底端插入承插式固定支座底板1，顶端通过内置焊接螺母14连接到接续套杆3底端设置的外置焊接螺栓15上；接续套杆3和承插套杆4上对应设置有纵向的多组螺栓孔13，垂直插入六角紧缩螺栓9将二者固定；承插套杆4顶端设置固定板5，固定板5通过中心设置的螺纹管12连接到固定槽盒8中心设置的螺纹孔11中。

光纤植入螺纹梁6的空心管为柔性材料(如PVC、PPR、PE等)，其外壁预设嵌入螺旋槽，复合型材料螺纹20嵌入螺旋槽内，复合型材料螺纹20材料与光纤植入螺纹梁6材料相同。

基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法，包括以下步骤：

道路路基16施工至监控量测标高后沿横断面放线测量，并在该标高处道路路基16左侧、右侧外30倍的梁外径路堤位置处钻孔，钻孔深入天然地基17三倍于路基的深度，在左右侧钻孔位置架设基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，并用封底混凝土18封堵固定，光纤植入螺纹梁6横向埋入道路路基16作为悬臂受荷载体，两端由两侧设备支撑；

将单模光纤7的两个端头通过FC/APC接头接入光纤解调仪19，测量光纤埋设后的初始布里渊频移值，计算出光纤植入螺纹梁6各点的应变值，通过积分计算光纤植入螺纹梁6各点的变形值。

具体为：

步骤一：制作光纤植入螺纹梁6，将0.9mm单模光纤7沿梁体上下薄壁中性面位置处沿梁体长度方向给予一定预拉张力拉伸延展，预留两端多余光纤以便接入光纤解调仪19，并用光纤夹持装置于两端头固定。将梁体制作模具按设定位置安装固定，保证上下断面光纤处于梁体薄壁中性面位置，浇筑复合型梁体材料，待梁体材料呈不流塑形态后，在成型的梁体外表面按1倍梁外径的间距螺旋形布置复合型材料螺纹20后冷却成型。

步骤二：安装嵌入分布式光纤植入光纤植入螺纹梁，将光纤植入螺纹梁，由固定槽盒长边一端梁体穿入孔10穿入另一长边梁体穿入孔10外约20mm固定好位置，于槽盒内注满环氧树脂胶或水泥砂浆，待环氧树脂胶或水泥砂浆凝固成型后，将固定槽盒8安装于承插套杆4。

步骤三：组装承插式固定支座，根据固定支座埋设深度，依次将接续套杆3通过M16内置焊接螺母14和M16外置焊接螺栓15连接接长，并通过M16内置焊接螺母14和M16外置焊接螺栓15连接到焊接在承插式固定支座底板1的底层套杆2上，将步骤二中组装好的承插套杆4调整好卡紧位置穿入接续套杆3顶端，并用M10×50六角紧缩螺栓9将承插套杆4与接续套杆3锁死，形成光纤植入螺纹悬臂梁沉降监测装置。

步骤四：安装监测装置，于道路路基横16断面测量标高处沿横断面放线测量，开设深300mm、宽200mm的沟槽，并在该标高处路基左侧、右侧外30倍的梁外径路堤位置处分别钻孔，钻孔深度以深入天然地基17三倍的路基高度为宜，保证承插式固定支座不发生竖向沉降。在左右侧钻孔中分别放入光纤植入螺纹悬臂梁沉降监测装置，路基左右路幅两个螺纹梁放入沟槽长度应保证其自由端超过道路中心线150mm为准则，调整光纤植入螺纹悬臂梁6的位置后在钻孔中注入封底混凝土18，对监测装置进行固定，最后在沟槽中回填细砂并夯实。

步骤五：将光纤植入螺纹梁6端头0.9mm单模光纤7的引线通过FC/APC接头接入光纤解调仪19，测量光纤埋设后的初始布里渊频移值，推算为空心螺纹梁上下断面各点的应变测量值，通过积分计算光纤植入螺纹梁6沿线各点的位移值，最终得到沿道路路基16横断面的沉降分布。通过测量后期光纤布里渊频移值，可以进一步计算路基沿横断面的沉降变化。

本发明设备组成可分为以下三个系统：

1、光纤植入复合型材料薄壁空心螺纹梁

根据路基岩土体物理参数、外部荷载、螺纹梁的埋深、许用应力确定复合型材料薄壁空心螺纹梁的选材和尺寸。在薄壁空心螺纹梁铸模时，在薄壁空心螺纹梁上下薄壁中性面沿梁长度方向定位固定0.9mm单模应变光纤，待光纤植入薄壁后管材初凝时，在梁壁外侧按螺旋性布置螺纹肋，最终冷却成型。

2、承插式固定支座

承插式固定支座由一套底座结构、若干套接续套杆、一套承插套杆、一个固定槽盒组成，其中接续套杆数量由承插式固定支座埋深确定。现场安装时，首先组合监测传感器，将底座结构与接续套杆相连，到达承插套杆标高后放置备用，将光纤植入复合型材料薄壁空心螺纹梁穿入固定槽盒用环氧树脂胶或水泥砂浆固结成型，将固定槽盒安装到承插套杆，将承插套杆与安装好的接续套杆固定支座连接组成监测传感器；其次放置监测传感，在道路路基填至监测断面标高时，于道路路基横断面测量标高处沿横断面放线测量，开设深300mm、宽200mm的沟槽，并在该标高处路基左侧外30倍的梁外径路堤位置处钻孔，钻孔深度以3倍的路基高度为宜，保证承插式固定支座不发生竖向沉降，路基右侧开设相同钻孔。路基左右两个螺纹梁放入沟槽长度应保证其自由端超过道路中心线150mm为准则，避免因螺纹梁自由端冗余光纤回路对路中变形的漏测，两个螺纹梁沿路基纵向间距以1倍的梁外径为宜。于钻孔中放入光纤植入螺纹悬臂梁沉降监测装置，调整光纤植入螺纹悬臂梁的位置后在钻孔中注入封底混凝土，对监测装置进行固定，最后在沟槽中回填细砂并夯实。

3、数据采集系统

分布式光纤解调仪传感距离5km，空间分辨率5cm，采样分辨率2.5cm或传感距离20km，空间分辨率20cm，采样分辨率5cm，解调仪与光纤植入复合型材料薄壁空心螺纹梁端头测试光纤通过FC/APC接头连接。

传感器埋设后测量布里渊频移值，记录为初始布里渊频移值。后续监测获取测量布里渊频移值，计算分布式光纤累计应变，推算分布式光纤累计位移。通过积分计算确定两次间隔周期沿梁轴向各点的位移测量值的变化，实现路基横断面沿线沉降变化，可以得到路基横断面的不均匀沉降变化。其计算过程如下：

式中，l为相邻测点的距离，d为植入梁外径，ε_ai为植入梁任意一点上表面测量应变，ε_bi为植入梁任意一点下表面测量应变，Δα_i为植入梁相邻测点的转角差。

可得沿梁体任意一点的转角与位移，

式中，α_n为任意一点的累积转角，μ_n为任意一点的累积位移。

光纤植入梁上下表面的光纤呈U型对称布置，温度变化在梁任意一点上下表面引起的布里渊频移量近似相等，温度变化引起的频移量在计算过程中相互消除，因此不需要再对分布式光纤植入梁进行温度补偿光纤的布设。

参见附图：

光纤植入螺纹梁6由复合型材料薄壁空心螺纹梁和单模光纤组成。以复合型材料制成的薄壁空心梁作为承载基体，并在梁表面嵌入复合型材料螺纹，制作成复合型材料薄壁空心螺纹梁，螺纹间距S以1倍的薄壁空心螺纹梁外径D为宜，螺纹肋间距d以0.3倍的薄壁空心螺纹梁外径D为宜，同时在梁体制造时于薄壁空心螺纹梁上下薄壁中性面处植入0.9mm单模光纤，最终形成光纤植入复合型材料薄壁空心螺纹梁。

承插式固定支座由底座结构、接续套杆、承插套杆、固定槽盒组成。

底座结构由底层套杆焊接于钢板底座上组成，底层套杆为不锈钢薄壁钢管，具体尺寸为长度L₁＝3m，外径D₁＝40mm,壁厚t₁＝3mm；钢板底座为不锈钢矩形薄壁板，具体尺寸为边长a₁＝300mm×300mm，壁厚T₁＝6mm。于底层套杆顶部内置焊接M16螺母，便于支座的续接与延长。

接续套杆为不锈钢薄壁钢管，单节接续套杆具体尺寸为长度L₂＝3m，外径D₂＝40mm,壁厚t₂＝3mm，接续长度根据工程现场具体条件确定，安装时确定采用的数量，顶端接续套杆相应地切割成适宜尺寸并在距离顶端50mm处开设Φ10螺栓孔，底端接续套杆底部内置焊接M16螺栓。

承插套杆为不锈钢薄壁钢管，具体尺寸为长度L₃＝0.3m，外径D₃＝36mm,壁厚t₃＝3mm，承插套杆薄壁外立面对称开设Φ10螺栓孔，顶部焊接固定板，其尺寸为边长a₂＝150mm×150mm，壁厚T₂＝6mm,固定板上端焊接M12螺纹管，便于固定槽盒的安装。

固定槽盒为不锈钢薄壁长方体无盖槽盒，具体尺寸为长度A×B＝80mm×120mm，槽盒顶端开设M12螺纹孔以对接承插套杆，槽盒长边量测对称开孔，槽盒高度以及开孔尺寸皆根据螺纹梁直径确定。

复合型材料薄壁空心螺纹梁需满足强度要求，其主要破坏应力为环向应力和轴向应力，按第三强度理论复核其强度。

环向应力按式(1)计算：

式中，P为作用于螺纹梁顶总压力，kN/m²；P_γ为作用于螺纹梁顶的土压，kN/m²；P₁为路面荷载作用于螺纹梁顶的压力，kN/m²；γ为螺纹梁顶上部土体的加权平均容重，kN/m³；H为螺纹梁顶埋深，m；D为空心梁截面外直径，m；t为空心梁截面壁厚，m。

为简化计算和工程应用，路面荷载作用于管顶的压力P₁均按路面静荷载考虑，根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)规定的涵洞顶汽车荷载引起的竖向土压力计算，并根据《玻璃钢管道设计手册》(AWWA M45-2014)中的规定，在管顶承受路面荷载时应引入冲击系数，以反映动荷载与静荷载的差异。

轴向应力按式(2)计算：

式中，M_max为截面最大弯矩，kN_·m；y为荷载距离中性轴的距离，m；I_x为截面对于中性轴x的惯性矩，m⁴。

为避免固定边界条件造成的应力集中，将固定支座埋设于路基边缘外30倍管径以外，则光纤植入螺纹悬臂梁在路基中的受力状态简化为如下模型。

梁土处于协同变形状态下，梁视为受到均布荷载作用的弹性梁力学模型，梁的挠度方程表示为四次多项式，并设A点处弯矩为M_A结合连续性条件

得到

设C点的梁挠度为最大变形y_max，管道截面最大弯矩

根据梁截面抗弯强度要求

按照第三强度理论

式中，E为梁材料弹性模量，kpa；[σ]为梁材料许用应力，kpa；[σ]_s为梁材料的屈服强度极限，kpa。

即复合型材料薄壁空心螺纹梁的最大变形为

复合型材料薄壁空心螺纹梁在满足强度要求条件下，应尽可能使梁的允许变形变大，以达到梁土最大程度上的协同变形。可以按照式(8)对空心螺纹梁材进行参数化设计，在梁埋深、长度、许用应力已知的情况下，根据式(8)空心螺纹梁材料应尽可能选取柔性材料使其刚度E较小，其外径D应尽可能小并适当增加壁厚t。

在路基中布设光纤植入螺纹悬臂梁沉降监测装置时，于道路路基16的左路幅和右路幅分别布设两个监测装置，以复合型材料薄壁空心螺纹梁6自由端头超过150mm为准则，左路幅和右路幅的复合型材料薄壁空心螺纹梁6在纵向上间隔以1倍的复合型材料薄壁空心螺纹梁6直径为宜。

路基沉降监测时复合型材料薄壁空心螺纹梁6随土体发生变形后，引起0.9mm单模光纤7发生布里渊频移变化，通过光纤解调仪19采集布里渊频移信号，与测量的初始布里渊频移值作差后转化为梁体单元各点的应变，积分计算后得出各点的位移，即梁体随土体发生的沉降变形值。

复合型材料薄壁空心螺纹梁6可以扩展应用于路基左路肩、路中、右路肩沿纵向的沉降分布监测，可以采用简支梁结构设置成多跨的复合型材料薄壁空心螺纹梁，从而实现道路路基全断面沉降的测量。

本发明的工作机理：

利用光纤植入复合型材料薄壁空心螺纹梁组成的悬臂结构作为监测传感器实现道路路基不均匀沉降的测量，即以复合型材料薄壁空心螺纹梁作为受荷载体，在梁体与土协同变形下，路基岩土体沿横向断面的位移由梁体沿线的位移来表达，梁体沿线的位移以嵌入式的分布式光纤测得的布里渊频移转化为应变，再通过悬臂梁挠度计算原理得出。本发明基于复合型材料制成螺纹结构梁体，根据梁体强度复核进行梁的参数化设计，使梁土最大程度上的协同变形，通过“机械咬合”进一步提高梁土耦合变形性能，提升变形监测的精度，能实现基于分布式光纤的大范围、长距离、长持时路基不均匀沉降监测，避免了连续沉降监测时传统单点式传感数量急剧增加的问题，提出的沉降监测系统在恶劣施工环境下可以快速、便捷安装，传感器成活率高，具备极强的耐久性，所采用的位移计算方法简单明确，有效的将光纤传感测量技术应用于路基不均匀沉降测量。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，其特征在于：

所述设备包括光纤植入螺纹梁（6），光纤植入螺纹梁（6）为薄壁空心螺纹梁，其上下薄壁中对称植入单模光纤（7），在梁体内形成光纤回路，其外壁嵌入复合型材料螺纹（20）形成外螺纹。

2.根据权利要求1所述的基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，其特征在于：

单模光纤（7）从光纤植入螺纹梁（6）一端引出并接入光纤解调仪（19）。

3.根据权利要求2所述的基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，其特征在于：

光纤植入螺纹梁（6）一端插入固定槽盒（8）上横向贯通设置的通孔中，槽盒内注满环氧树脂胶或水泥砂浆。

4.根据权利要求3所述的基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，其特征在于：

固定槽盒（8）通过下方的支撑杆组件支撑；

支撑杆组件自上而下依次包括承插套杆（4）、接续套杆（3）和底层套杆（2）。

5.根据权利要求4所述的基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，其特征在于：

底层套杆（2）底端插入承插式固定支座底板（1），顶端通过内置焊接螺母（14）连接到接续套杆（3）底端设置的外置焊接螺栓（15）上；

接续套杆（3）和承插套杆（4）上对应设置有纵向的多组螺栓孔（13），垂直插入六角紧缩螺栓（9）将二者固定；

承插套杆（4）顶端设置固定板（5），固定板（5）通过中心设置的螺纹管（12）连接到固定槽盒（8）中心设置的螺纹孔（11）中。

6.根据权利要求5所述的基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，其特征在于：

光纤植入螺纹梁（6）的空心管为柔性材料，其外壁预设嵌入螺旋槽，复合型材料螺纹（20）嵌入螺旋槽内，复合型材料螺纹（20）为柔性材料。

7.基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

道路路基（16）施工至监控量测标高后沿横断面放线测量，并在该标高处道路路基（16）左侧、右侧外30倍的梁外径路堤位置处钻孔，钻孔深入天然地基（17）三倍于路基的深度，在左右侧钻孔位置架设基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，并用封底混凝土（18）封堵固定，光纤植入螺纹梁（6）横向埋入道路路基（16）作为悬臂受荷载体，两端由两侧设备支撑；

将单模光纤（7）的两个端头通过FC/APC接头接入光纤解调仪（19），测量光纤埋设后的初始布里渊频移值，计算出光纤植入螺纹梁（6）各点的应变值，通过积分计算光纤植入螺纹梁（6）各点的变形值。

8.根据权利要求7所述的基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法，其特征在于：

所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：制作光纤植入螺纹梁（6），将单模光纤（7）沿梁体上下薄壁中性面位置处沿梁体长度方向给予一定预拉张力拉伸延展，预留两端多余光纤以便接入光纤解调仪（19），并用光纤夹持装置于两端头固定；将梁体制作模具按设定位置安装固定，保证上下断面光纤处于梁体薄壁中性面位置，浇筑复合型梁体材料，待梁体材料呈不流塑形态后，在成型的梁体外表面按1倍梁外径的间距螺旋形布置复合型材料螺纹（20）后冷却成型；

步骤二：安装光纤植入螺纹梁（6），将光纤植入螺纹梁（6）由固定槽盒长边一端梁体穿入孔（10）穿入另一长边梁体穿入孔（10）外20mm固定好位置，于槽盒内注满环氧树脂胶或水泥砂浆，待环氧树脂胶或水泥砂浆凝固成型后，将固定槽盒（8）安装于承插套杆（4）；

步骤三：组装承插式固定支座，根据固定支座埋设深度，依次将接续套杆（3）通过内置焊接螺母（14）和外置焊接螺栓（15）连接接长，并通过内置焊接螺母（14）和外置焊接螺栓（15）连接到焊接在承插式固定支座底板（1）的底层套杆（2）上，将步骤二中组装好的承插套杆（4）调整好卡紧位置穿入接续套杆（3）顶端，并用六角紧缩螺栓（9）将承插套杆（4）与接续套杆（3）锁死，形成光纤植入螺纹悬臂梁沉降监测装置；

步骤四：安装监测装置，于道路路基横（16）断面测量标高处沿横断面放线测量，开设深300mm、宽200mm的沟槽，并在该标高处路基左侧、右侧外30倍的梁外径路堤位置处分别钻孔，钻孔深度以深入天然地基（17）三倍的路基高度为宜，保证承插式固定支座不发生竖向沉降；在左右侧钻孔中分别放入光纤植入螺纹悬臂梁沉降监测装置，路基左右路幅两个螺纹梁放入沟槽长度应保证其自由端超过道路中心线150mm为准则，调整光纤植入螺纹悬臂梁（6）的位置后在钻孔中注入封底混凝土（18），对监测装置进行固定，最后在沟槽中回填细砂并夯实；

步骤五：将光纤植入螺纹梁（6）端头单模光纤（7）的引线通过FC/APC接头接入光纤解调仪（19），测量光纤埋设后的初始布里渊频移值，推算为空心螺纹梁上下断面各点的应变测量值，通过积分计算光纤植入螺纹梁（6）沿线各点的位移值，最终得到沿道路路基（16）横断面的沉降分布；

通过测量后期光纤布里渊频移值，可以进一步计算路基沿横断面的沉降变化。

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