CN114382115A - 一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统及检测方法，属于桩基工程施工领域，包括基准梁、基准柱、上钢筋笼、荷载箱和下钢筋笼，荷载箱设置在下钢筋笼上，上钢筋笼设置在荷载箱上，基准梁设置在上钢筋笼的顶端，且设置在地面上，基准柱设置在基准梁的的底部，还包括光缆、光纤光栅解调仪、数据接收端、若干个光纤光栅位移传感器、若干个光纤光栅传感器和若干个光纤光栅压力传感器，若干个光纤光栅传感器分别设置在上钢筋笼和下钢筋笼的侧边。测试系统可实时、准确测得桩体内力的分布情况，通过桩体内力变化推断荷载箱的位移情况，为建筑桩结构的内力分布和内力变化提供可靠的数据支撑，同时为了解和掌握结构的健康状况提供可靠依据。

Description

一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统及检测方法

技术领域

本发明涉及桩基工程施工领域，尤其涉及一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统及检测方法。

背景技术

自平衡法最早于1960年代有以色列Afar Vasela公司提出并实施，其检测原理是将一种特制的加载装置——荷载箱，在混凝土浇筑之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置，将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置从桩体引到地面，然后灌注成桩。有加压泵在地面像荷载箱加压加载，使得桩体内部产生加载力，通过对加载力与位移关系的计算和分析，获得桩基承载力。自平衡法因是利于桩身自平衡原理，无需常规的堆载或锚桩试桩。

桩身承载力检测过程中，自平衡法静载荷试验以其不受场地、吨位限制，费用少，工期短等优势，已经成为检测单桩极限承载力较可靠的方法，特别是在吨位大、承载力高、桩身超长等桩身承载力检测方面具有得天独厚的优势。

然而能否准确的测量出桩中荷载箱的位移量以及桩身内力的分布情况，对于自平衡法试桩法的成功与否极为关键。

目前，常见的桩基荷载箱位移量检测方法主要是利用位移杆式检测装置和位移丝式检测装置。其中，采用位移杆式检测装置时，是先将位移杆及其护杆安装在荷载箱上，与钢筋笼一次性吊装，但是随着桩身长度的增长，这种安装方法容易使管件(位移杆和护杆发生)变形，测量效果难以保障；而使用位移丝式检测装置时，只有在桩基具有管道的情况下才能使用，使得这种方式存在较大的局限性。因此，基于现有检测方法的缺陷与不足，基于室内研究及室内试验，开发一种大直径桩自反力检测装置的位移检测系统及检测方法，准确的测定荷载箱与桩身的位移量以及桩身的内力状态,对准确的获取桩身位移情况并开展相关研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统及检测方法，解决背景技术中提到的技术问题。

利用光纤对应变的传感特性，将光纤光栅传感器植入基桩的钢筋笼内，当基桩受到外界荷载时将会钢筋和其周边混凝土发生同步变形，其发生的应变大小可认为是桩身混凝土的应变值，鉴于在各个土层分界点测出的应变值，根据应变结合桩身混凝土弹性模量和桩身面积即可推算出桩身轴力分布，轴力的变化速率就反算出侧摩阻力和桩端阻力，通过对桩顶的位移测量以及桩身压缩变形的计算就可以得出荷载箱的位移值，在荷载箱各个千斤顶上安装传感器，便可以测量荷载箱在加载的过程中是否存在偏心问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统，包括基准梁、基准柱、上钢筋笼、荷载箱和下钢筋笼，荷载箱设置在下钢筋笼上，上钢筋笼设置在荷载箱上，基准梁设置在上钢筋笼的顶端，且设置在地面上，基准柱设置在基准梁的的底部，还包括光缆、光纤光栅解调仪、数据接收端、若干个光纤光栅位移传感器、若干个光纤光栅传感器和若干个光纤光栅压力传感器，若干个光纤光栅传感器分别设置在上钢筋笼和下钢筋笼的侧边，光纤光栅压力传感器设置在上钢筋笼与荷载箱之间，光纤光栅位移传感器设置在基准梁与上钢筋笼之间，若干个光纤光栅位移传感器、若干个光纤光栅传感器和若干个光纤光栅压力传感器均与光缆连接，光缆输出端与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪的输出端与数据接收端连接。

进一步地，若干个光纤光栅传感器分别设置在上钢筋笼和下钢筋笼的竖直钢筋的侧边，光缆固定设置在竖直钢筋上。

进一步地，上钢筋笼和下钢筋笼的竖直钢筋检测点处设置有的凹槽，光纤光栅传感器放置在凹槽内，光纤光栅传感器外侧填充有环氧树脂保护层，光缆为铠装光缆。

进一步地，荷载箱内设置有若干个千斤顶，光纤光栅压力传感器设置在千斤顶与上钢筋笼之间。

进一步地，数据接收端为手机、电脑或者无线数据发送装置，如果数据接收端为无线数据发送装置时，无线数据发送装置将接收的数据经过无线发送给远程的数据处理系统，线数据发送装置为4G模块或者WIFI模块。

该系统不仅可以用于测桩身的承载能力，也可以用于测桩身各个位置的位移；现有的检测工具为钢筋计，本系统的检测工具为光纤光栅传感器，相对于钢筋计，光纤光栅传感器的检测效率跟存活率更高。

一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统的检测方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：根据基桩的地质条件，确定基桩的尺寸，计算平衡点，设计荷载箱的尺寸、确定千斤顶的个数和确定光纤光栅传感器的检测点；

步骤2：根据基桩的设计图，确定光纤光栅传感器的检测点，将光纤光栅传感器设置在竖直钢筋上，通过铠装光缆延竖直钢筋将光纤光栅传感器的数据引出，将铠装光缆绑扎在钢筋上；

步骤3：将埋置光纤光栅传感器的竖直钢筋进行标定，确定应力应变的关系式；

步骤4：把竖直钢筋加工成钢筋笼，将上下钢筋笼焊接在荷载箱上，将植入了光纤光栅传感器的竖直钢筋对应焊接在荷载箱的千斤顶上面，每一个千斤顶对应一条检测线；

步骤5：将焊接好的上钢筋笼和下钢筋笼放入桩孔中，按规范要求进行混凝土的浇筑并进行养护；

步骤6：搭建基准梁及基准柱，并将检测钢筋笼所需的光纤光栅位移传感器安装在基准梁上；

步骤7：通过数据接收端对所有的光纤光栅解调仪和传感器进行调试；

步骤8：在现场试验时，通过铠装光缆与光纤光栅解调仪相连，通过预埋的光纤光栅传感器获取沿桩身各个位置的应变值，在含有光纤光栅传感器的钢筋上混凝土表面安置位移计，所有数据通过电脑进行数据分析，得到最终的监测，从而完成桩身各个位置的位移情况的测量。

进一步地，步骤2中，在竖直钢筋对应的检测点上刻一道长10cm、深7mm、宽2mm的槽，在槽内植入光纤光栅传感器，采用胶水粘贴光纤光栅传感器在标记的位置，用环氧树脂保护层将光纤光栅传感器保护在钢筋内。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明可实时、准确测得桩体内力的分布情况，通过桩体内力变化推断荷载箱的位移情况，为建筑桩结构的内力分布和内力变化提供可靠的数据支撑，同时为了解和掌握结构的健康状况提供可靠依据，通过常规的组成材料、切实可行的施工工艺，实现对大直径桩身位移的检测，在保证位移检测精度的基础上，降低施工成本、提高施工效率，检测方法适于推广，在自平衡法的基础上，利用传感器的敏感性，提高桩身位移检测的准确性，进一步完善了基于自平衡法的桩身承载力与位移检测方法，推动行业的进一步发展。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图；

图2是本发明竖直钢筋截面图；

图3是本发明方法流程图。

附图中，1-基准梁，2-光缆，3-光纤光栅解调仪，4-基准柱，5-数据接收端，6-光纤光栅位移传感器，7-光纤光栅传感器，8-上钢筋笼，9-光纤光栅压力传感器，10-荷载箱，11-千斤顶，12-下钢筋笼，13-图层分界线，14-竖直钢筋，15-环氧树脂保护层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1-2所示，一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统，包括基准梁1、基准柱4、上钢筋笼8、荷载箱10和下钢筋笼12，荷载箱10设置在下钢筋笼12上，上钢筋笼8设置在荷载箱10上，基准梁1设置在上钢筋笼8的顶端，且设置在地面上，基准柱4设置在基准梁1的的底部，其特征在于：还包括光缆2、光纤光栅解调仪3、数据接收端5、若干个光纤光栅位移传感器6、若干个光纤光栅传感器7和若干个光纤光栅压力传感器9，若干个光纤光栅传感器7分别设置在上钢筋笼8和下钢筋笼12的侧边，光纤光栅压力传感器9设置在上钢筋笼8与荷载箱10之间，光纤光栅位移传感器6设置在基准梁1与上钢筋笼8之间，若干个光纤光栅位移传感器6、若干个光纤光栅传感器7和若干个光纤光栅压力传感器9均与光缆2连接，光缆2输出端与光纤光栅解调仪3连接，光纤光栅解调仪3的输出端与数据接收端5连接。

利用光纤对应变的传感特性，将光纤光栅传感器植入基桩的钢筋笼内，当基桩受到外界荷载时将会钢筋和其周边混凝土发生同步变形，其发生的应变大小可认为是桩身混凝土的应变值，鉴于在各个土层分界点测出的应变值，根据应变结合桩身混凝土弹性模量和桩身面积即可推算出桩身轴力分布，轴力的变化速率就反算出侧摩阻力和桩端阻力，通过对桩顶的位移测量以及桩身压缩变形的计算就可以得出荷载箱的位移值，在荷载箱各个千斤顶上安装传感器，便可以测量荷载箱在加载的过程中是否存在偏心问题。

本发明实施例中，若干个光纤光栅传感器7分别设置在上钢筋笼8和下钢筋笼12的竖直钢筋14的侧边，光缆2固定设置在竖直钢筋14侧边。光缆2爬着竖直钢筋14往上，并设置绑带固定。

本发明实施例中，上钢筋笼8和下钢筋笼12的竖直钢筋14检测点处设置有的凹槽，光纤光栅传感器7放置在凹槽内，光纤光栅传感器7外侧填充有环氧树脂保护层15，光缆2为铠装光缆。

本发明实施例中，荷载箱10内设置有若干个千斤顶10，光纤光栅压力传感器9设置在千斤顶10与上钢筋笼8之间。

本发明实施例中，数据接收端5为手机、电脑或者无线数据发送装置，如果数据接收端5为无线数据发送装置时，无线数据发送装置将接收的数据经过无线发送给远程的数据处理系统，线数据发送装置为4G模块或者WIFI模块。

一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统的检测方法，如图3所示，所述方法包括如下步骤：

步骤1：根据基桩的地质条件，确定基桩的尺寸，计算平衡点，设计荷载箱10的尺寸、确定千斤顶11的个数和确定光纤光栅传感器7的检测点；

步骤2：根据基桩的设计图，确定光纤光栅传感器7的检测点，将光纤光栅传感器7设置在竖直钢筋14上，通过铠装光缆延竖直钢筋14将光纤光栅传感器7的数据引出，将铠装光缆绑扎在钢筋上；

步骤3：将埋置光纤光栅传感器7的竖直钢筋14进行标定，确定应力应变的关系式；

步骤4：把竖直钢筋14加工成钢筋笼，将上下钢筋笼8焊接在荷载箱10上，将植入了光纤光栅传感器7的竖直钢筋14对应焊接在荷载箱10的千斤顶11上面，每一个千斤顶对应一条检测线；

步骤5：将焊接好的上钢筋笼8和下钢筋笼12放入桩孔中，按规范要求进行混凝土的浇筑并进行养护；

步骤6：搭建基准梁1及基准柱4，并将检测钢筋笼所需的光纤光栅位移传感器6安装在基准梁2上；

步骤7：通过数据接收端5对所有的光纤光栅解调仪3和传感器进行调试；

步骤8：在现场试验时，通过铠装光缆与光纤光栅解调仪3相连，通过预埋的光纤光栅传感器7获取沿桩身各个位置的应变值，在含有光纤光栅传感器7的钢筋上混凝土表面安置位移计，所有数据通过电脑进行数据分析，得到最终的监测，从而完成桩身各个位置的位移情况的测量。

步骤2中，在竖直钢筋14对应的检测点上刻一道长10cm、深7mm、宽2mm的槽，在槽内植入光纤光栅传感器7，采用胶水粘贴光纤光栅传感器7在标记的位置，用环氧树脂保护层15将光纤光栅传感器7保护在钢筋内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统，包括基准梁(1)、基准柱(4)、上钢筋笼(8)、荷载箱(10)和下钢筋笼(12)，荷载箱(10)设置在下钢筋笼(12)上，上钢筋笼(8)设置在荷载箱(10)上，基准梁(1)设置在上钢筋笼(8)的顶端，且设置在地面上，基准柱(4)设置在基准梁(1)的的底部，其特征在于：还包括光缆(2)、光纤光栅解调仪(3)、数据接收端(5)、若干个光纤光栅位移传感器(6)、若干个光纤光栅传感器(7)和若干个光纤光栅压力传感器(9)，若干个光纤光栅传感器(7)分别设置在上钢筋笼(8)和下钢筋笼(12)的侧边，光纤光栅压力传感器(9)设置在上钢筋笼(8)与荷载箱(10)之间，光纤光栅位移传感器(6)设置在基准梁(1)与上钢筋笼(8)之间，若干个光纤光栅位移传感器(6)、若干个光纤光栅传感器(7)和若干个光纤光栅压力传感器(9)均与光缆(2)连接，光缆(2)输出端与光纤光栅解调仪(3)连接，光纤光栅解调仪(3)的输出端与数据接收端(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统及，其特征在于：若干个光纤光栅传感器(7)分别设置在上钢筋笼(8)和下钢筋笼(12)的竖直钢筋(14)的侧边，光缆(2)固定设置在竖直钢筋(14)上。

3.根据权利要求2所述的一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统，其特征在于：上钢筋笼(8)和下钢筋笼(12)的竖直钢筋(14)检测点处设置有的凹槽，光纤光栅传感器(7)放置在凹槽内，光纤光栅传感器(7)外侧填充有环氧树脂保护层(15)，光缆(2)为铠装光缆。

4.根据权利要求3所述的一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统，其特征在于：荷载箱(10)内设置有若干个千斤顶(10)，光纤光栅压力传感器(9)设置在千斤顶(10)与上钢筋笼(8)之间。

5.根据权利要求4所述的一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统，其特征在于：数据接收端(5)为手机、电脑或者无线数据发送装置，如果数据接收端(5)为无线数据发送装置时，无线数据发送装置将接收的数据经过无线发送给远程的数据处理系统，线数据发送装置为4G模块或者WIFI模块。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统的检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：根据基桩的地质条件，确定基桩的尺寸，计算平衡点，设计荷载箱(10)的尺寸、确定千斤顶(11)的个数和确定光纤光栅传感器(7)的检测点；

步骤2：根据基桩的设计图，确定光纤光栅传感器(7)的检测点，将光纤光栅传感器(7)设置在竖直钢筋(14)上，通过铠装光缆延竖直钢筋(14)将光纤光栅传感器(7)的数据引出，将铠装光缆绑扎在钢筋上；

步骤3：将埋置光纤光栅传感器(7)的竖直钢筋(14)进行标定，确定应力应变的关系式；

步骤4：把竖直钢筋(14)加工成钢筋笼，将上下钢筋笼(8)焊接在荷载箱(10)上，将植入了光纤光栅传感器(7)的竖直钢筋(14)对应焊接在荷载箱(10)的千斤顶(11)上面，每一个千斤顶对应一条检测线；

步骤5：将焊接好的上钢筋笼(8)和下钢筋笼(12)放入桩孔中，按规范要求进行混凝土的浇筑并进行养护；

步骤6：搭建基准梁(1)及基准柱(4)，并将检测钢筋笼所需的光纤光栅位移传感器(6)安装在基准梁(2)上；

步骤7：通过数据接收端(5)对所有的光纤光栅解调仪(3)和传感器进行调试；

步骤8：在现场试验时，通过铠装光缆与光纤光栅解调仪(3)相连，通过预埋的光纤光栅传感器(7)获取沿桩身各个位置的应变值，在含有光纤光栅传感器(7)的钢筋上混凝土表面安置位移计，所有数据通过电脑进行数据分析，得到最终的监测，从而完成桩身各个位置的位移情况的测量。

7.根据权利要求1所述的一种大直径桩自反力检测装置的位移测试系统的检测方法，其特征在于：步骤2中，在竖直钢筋(14)对应的检测点上刻一道长10cm、深7mm、宽2mm的槽，在槽内植入光纤光栅传感器(7)，采用胶水粘贴光纤光栅传感器(7)在标记的位置，用环氧树脂保护层(15)将光纤光栅传感器(7)保护在钢筋内。

Images