CN112695814B - 一种微型钢管桩受力野外快速监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种微型钢管桩受力野外快速监测方法，属于边坡、滑坡处治抗滑结构受力快速监测技术领域，其通过设置一种带有钢弦应变计的钢管接头，并引出信号电缆，达到微型钢管桩受力快速监测的目的。该监测方法具有如下优点：1)设置标准管节及接头，可有效安装至滑面位置。2)标准接头连接技术可实现传感器快速安装。3)钢弦传感器安装于接头内壁上，不易遭受施工破坏。4)监测方法简单、快速、高效、造价低廉。
Description
技术领域
本发明属于边坡、滑坡处治抗滑结构监测技术领域，具体为一种微型钢管桩受力野外快速监测方法。
背景技术
微型桩是一种小口径钻孔灌注桩、主要用于边坡、滑坡工程的加固。该结构因具有场地适用性强、地质适用条件广、施工过程安全、施工速度快、周期短、加固效果快等优点，在边坡抢险工程中大量运用。
近年来，微型桩施工技术日渐成熟且大量应用，但是野外环境下微型桩的实际受力监测方法相对滞后，未能有效监测到其真实的受力状态。目前虽然有在实验室环境下有通过粘贴电阻应变片或者光栅光纤等应力应变监测方法进行微型钢管桩的受力监测方法，但尚未发现有在野外现场环境对微型桩进行应力应变监测的手段。究其原因主要在于野外环境传感器粘贴困难、传感器在施工过程中容易损伤，很难监测到有用的实际信号。另外光栅光纤调制解调器费用昂贵，也限制了该监测技术的现场应用和推广。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种微型钢管桩受力野外快速监测方法，这种监测方法具有现场安装简单、不易遭受施工损伤、信号稳定且造价低廉的技术特点，可获得现场微型桩受力的真实数据，以解决上述技术背景中的缺陷。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种微型钢管桩受力野外快速监测方法，具体包括以下操作步骤：
S1根据钻孔地质情况以及经验推测待检测的微型钢管桩的最大受力位置，确定微型桩的测试平面以及监测位置；
S2根据监测位置对待检测的微型钢管桩进行配管，使得用于测量的套管段位于该监测位置，所述套管段包括上管段、下管段以及中间定长管段，所述上管段下端外柱面上成型有第一外螺纹面，下管段上端外柱面上成型有第二外螺纹面，而中间定长管的两端分别成型有对接螺纹面；所述中间定长管段的长度与监测位置的高度对应以使微型钢管桩上的检测段的长度与监测位置相匹配；
S3分别利用两端带内螺纹的套管将上管段与中间定长管段以及中间定长管段与下管段在外螺纹面位置旋接固定，所述套管内设置有空腔段，并在空腔段中对应靠山侧和临空侧固定设置钢弦应变计，所述钢弦应变计通过信号线接出，并最终引导至地面与钢弦读数仪进行连接；
S4假定下部靠山侧钢弦应变计为A，对应的读数用下角标a表示、下部临空侧钢弦应变计为B，对应的读数用下角标b表示；上部靠山侧钢弦应变计为C，对应的读数用下角标c表示、下部临空侧钢弦应变计为D，对应的读数用下角标d表示；
则微型桩钢管安装就位后分别读取对应的钢弦初始应变值为εi0、某时刻钢弦应变为εi1，其中：i为a或者b或者c或者d，即对应A、B、C、D对应的侧钢弦应变计的读数值；
得到测点的应变增量为Δεi＝εi1-εi0；
得到测点的应力为σi＝Δεi×E，其中，E为微型桩的综合弹性模量，根据钢材以及砂浆本身的弹性模量以及面积比进行推算；σi的值为正数代表受拉、负数代表受压；
得到滑面位置的弯矩值
其中，W为微型桩的抗弯截面系数，根据钢管及砂浆的相对位置关系进行计算获得，在本式中，i为a时，i’为处于同一平面的b，而i为c时，i’为处于同一平面的d，且在本式中，σi与σi'均取代数值。
作为进一步限定，所述第一外螺纹面、所述第二外螺纹面以及所述中间定长管段上的对接螺纹面均为提前车丝成型。
作为进一步限定，所述中间定长管段的长度为40～100mm。
作为进一步限定，所述钢弦应变计提前焊接或者树脂胶粘结至中间定长管段的接头内壁，并根据埋设位置布置好电缆线，而所述信号线优选采用四芯信号线。
有益效果：本发明一种微型钢管桩受力野外快速监测方法简单、快速、高效、造价低廉，其通过设置标准管节及接头，可有效安装至滑面位置，同时通过标准化的接头进行连接可实现传感器快速安装，而钢弦应变计安装于接头内壁，不易遭受施工破坏。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的装配及测试状态示意图。
图2为图1中A部分的细节放大示意图。
其中：1、上管段；2、钢管桩连接套筒；3、中间定长管段；4、下管段；5、钢弦应变计；6、四芯信号线；7、钢弦读数仪。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
微型钢管桩受力野外快速监测方法的较佳实施例，在本实施例中，微型钢管桩的装配及测试状态如图1所示，而图2表示图1中对应其中一点监测位置的细节放大示意图。
在实施例中，首先根据钻孔地质情况以及经验推测待检测的微型钢管桩的最大受力位置，确定微型桩的测试平面以及监测位置；然后根据监测位置对待检测的微型钢管桩进行配管，使得用于测量的套管段位于该监测位置，即得到如图2所示样式的装配结构，其包括上管段1、钢管桩连接套筒2、中间定长管段3、下管段4、钢弦应变计5、四芯信号线6以及钢弦读数仪7，其中上管段1、下管段4与现场微型桩钢管直径、壁厚一致，两端外车丝长度6cm来分别作为第一外螺纹面以及第二外螺纹面，并分别通过不同长度的钢管对接来使得上管段1、中间定长管段3、下管段4真好位于滑面位置，而在另外的实施例中，也可以通过其他不同长度的钢管来根据滑面位置调整测试位置的效果。
在本实施例中，钢管桩连接套筒2包括上下两个、两个钢管桩连接套筒2的结构一致，长度为22cm，两端各内车丝6cm来方便旋接，中间10cm段不车丝，用于粘贴上下两个钢管桩连接套筒2中分别贴有一组两个的钢弦应变计3。在本实施例中，定长钢管3的长度40cm，与现场微型桩钢管直径、壁厚一致，两端各内车丝6cm长的对接螺纹面。
装配时上管段1、钢管桩连接套筒2、中间定长管段3、钢管桩连接套筒2、下管段4依次丝扣连接，并将四芯信号线6从中间定长管段3、上管段1以及上部其他节段钢管穿出，并最终引导至地面与钢弦读数仪7进行连接。
钢管连接后与传感器平行方向画标记线、确保前后钢弦应变计5位于靠山侧和临空侧，分别读取初始应变以及后续实际应变量，假定下部靠山侧钢弦应变计为A，对应的读数用下角标a表示、下部临空侧钢弦应变计为B，对应的读数用下角标b表示；上部靠山侧钢弦应变计为C，对应的读数用下角标c表示、下部临空侧钢弦应变计为D，对应的读数用下角标d表示；
则微型桩钢管安装就位后分别读取对应的钢弦初始应变值为εi0、某时刻钢弦应变为εi1，其中：i为a或者b或者c或者d，即对应A、B、C、D对应的侧钢弦应变计的读数值；
得到测点的应变增量为Δεi＝εi1-εi0；
得到测点的应力为σi＝Δεi×E，其中，E为微型桩的综合弹性模量，可根据钢材以及砂浆本身的弹性模量以及面积比进行推算；σi的值为正数代表受拉、负数代表受压；
得到滑面位置的弯矩值
其中，W为微型桩的抗弯截面系数，可根据钢管及砂浆的相对位置关系进行计算获得，在本式中，i为a时，i’为处于同一平面的b，而i为c时，i’为处于同一平面的d。
即以i＝a为例，表示的是下部靠山侧钢弦应变计位置的读数，其微型桩钢管安装就位后读取得到钢弦初始应变εa0的值，而某时刻钢弦应变为εa1，则A测点的应变增量为Δεa＝εa1-εa0，而A测点的应力为σa＝Δεa×E，对应滑面位置的弯矩值
现场以莲珠高速红满天路堑边坡为例进行钢管桩的应变监测并计算该钢管桩滑面位置的正大正负弯矩。该边坡设计微型桩长度12m，共设置3排130mm微型桩，微型桩钢管直径89mm、壁厚t＝6mm；套筒直径102mm，壁厚t＝8mm。钢管内外采用M30水泥砂浆注浆填充。
现场钻探确定滑面位移地面下6.5m位置。
现场微型桩首节配管长度3.0m，次级配管长度2.0m，选择通用下钢管标准长度25cm，上钢管长度25cm，中间标准含2组传感器的配管长度60cm。其他钢管按照正常钢管长度施工。
φ102*8mm套管段的综合弹性模量：
其中：ES为套筒采用的钢材弹性模量、AS为采用的套筒的截面积；而所述EC为水泥砂浆的弹性模量，而AC为采用的水泥砂浆浇筑的截面积。
φ102*8mm套管段的惯性矩IS＝2628256mm4。
忽略保护层厚度，M30砂浆的惯性矩IC＝2685120mm4。
φ102*8mm套管段综合惯性矩I＝IS+IC＝2628256+2685120＝5313386mm4。
φ102*8mm套管段内壁位置处的抗弯截面系数为：
现场测试情况：
根据σi＝Δεi×E计算测点应力情况见下表：
根据
计算得到的A-B截面以及C-D截面的弯矩情况如下表：
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种微型钢管桩受力野外快速监测方法，其特征在于，具体包括以下操作步骤：
S1根据钻孔地质情况以及经验推测待检测的微型钢管桩的最大受力位置，确定微型桩的测试平面以及监测位置；
S2根据监测位置对待检测的微型钢管桩进行配管，使得用于测量的套管段位于该监测位置，所述套管段包括上管段、下管段以及中间定长管段，所述上管段下端外柱面上成型有第一外螺纹面，下管段上端外柱面上成型有第二外螺纹面，而中间定长管的两端分别成型有对接螺纹面；所述中间定长管段的长度与监测位置的高度对应以使微型钢管桩上的检测段的长度与监测位置相匹配；
S3分别利用两端带内螺纹的套管将上管段与中间定长管段以及中间定长管段与下管段在外螺纹面位置旋接固定，所述套管内设置有空腔段，并在空腔段中对应靠山侧和临空侧固定设置钢弦应变计，所述钢弦应变计通过信号线接出，并最终引导至地面与钢弦读数仪进行连接；所述钢弦应变计提前焊接或者树脂胶粘结至中间定长管段的接头内壁，并根据埋设位置布置好电缆线；所述信号线为四芯信号线；
S4假定下部靠山侧钢弦应变计为A，对应的读数用下角标a表示、下部临空侧钢弦应变计为B，对应的读数用下角标b表示；上部靠山侧钢弦应变计为C，对应的读数用下角标c表示、下部临空侧钢弦应变计为D，对应的读数用下角标d表示；
则微型桩钢管安装就位后分别读取对应的钢弦初始应变值为εi0、某时刻钢弦应变为εi1，其中：i为a或者b或者c或者d，即对应A、B、C、D对应的侧钢弦应变计的读数值；
得到测点的应变增量为Δεi＝εi1-εi0；
得到测点的应力为σi＝Δεi×E，其中，E为微型桩的综合弹性模量，根据钢材以及砂浆本身的弹性模量以及面积比进行推算；σi的值为正数代表受拉、负数代表受压；
得到滑面位置的弯矩值
其中，W为微型桩的抗弯截面系数，根据钢管及砂浆的相对位置关系进行计算获得，在本式中，i为a时，i’为处于同一平面的b，而i为c时，i’为处于同一平面的d，且在本式中，σi与σi'均取代数值。
2.根据权利要求1所述的微型钢管桩受力野外快速监测方法，其特征在于，所述第一外螺纹面、所述第二外螺纹面以及所述中间定长管段上的对接螺纹面均为提前车丝成型。
3.根据权利要求1所述的微型钢管桩受力野外快速监测方法，其特征在于，所述中间定长管段的长度为40～100mm。
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