CN114411833B - 一种高铁桥梁桩基长期动态响应监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁桥梁桩基长期动态响应监测系统及监测方法，监测系统包括桩基钢筋笼组件、传感主筋组件、监测组件、太阳能电池板、光纤光栅无线解调仪、无线发射器、数据处理与分析系统、气象监测站和客户端；本发明将高强度定点密集分布式应变传感光缆、密集分布式温度监测光缆封装在传感主筋单元上形成传感主筋组件。在太阳能电池板的供电下，光纤光栅无线解调仪和气象监测站工作并通过无线发射器将测得的列车荷载下的桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度传送至数据处理与分析系统进行监测分析，并采用SQLite数据库进行数据保存，在客户端系统查看上述数据的实时变化。本发明通过在多节钢筋笼沉桩过程中快速布设监测系统，实现了长期、准确、实时地监测桥梁桩基在列车荷载作用下的动态响应。

Description

一种高铁桥梁桩基长期动态响应监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及岩土工程领域中的桩基监测系统，尤其涉及一种高铁桥梁桩基长期动态响应自动化监测系统及监测方法。

背景技术

在当前高速铁路飞速发展的时代，桩基础被广泛应用于高速铁路桥梁建设中。随着高铁列车速度的不断提升及高速铁路向西部高海拔地区不断延伸，对桩基工程的建设又提出了新的挑战。

高铁桥梁桩基以钻孔灌注桩为主，由于长度原因大多由多节钢筋笼拼装而成。目前对于桩基础的静力分析已经较为成熟，而对桩基的动力分析主要集中在抗震和机器基础的动力分析上。列车动荷载与通常动力机器基础的动荷载和地震荷载存在着明显的区别，并且这方面的研究比较少，更缺乏有效的手段对其运营过程中的长期动态响应进行监测，尤其是在高寒高海拔地区的高铁桥梁桩基长期动态响应自动化监测未见相关记载。因此，桩基础在高速列车荷载作用下的动力特性研究具有重要的理论研究价值和工程实际意义。

与桩基静载试验一样，工程现场的桩基动载监测目前也主要采用钢筋应力计和电阻式应变片等传统测试方法，这些方法存在以下不足：(1)采用点式监测，容易漏检关键部位；(2)在一些恶劣野外环境中存活率较低；(3)耐久性差，使用年限较短；(4)集成化和自动化程度低，人工成本较高；(5)智能化程度较低，对数据的处理和回馈不及时，且无法实现长期动态自动化监测。

因此，如何长期有效地监测高寒高海拔地区的高铁桥梁桩基在列车动荷载作用下的变形响应，成为工程界研究的热点与难点。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种高铁桥梁桩基长期动态响应监测系统及监测方法，通过得出列车荷载作用下的桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度数据后进行监测分析，做出桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的连续分布图；并采用SQLite数据库进行数据保存，在客户端系统查看桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的实时变化，本发明实现了在多节钢筋笼沉桩过程中快速一体化布设监测系统，以及实时、长期、准确、自动监测高铁桥梁桩基在列车荷载作用下的动态响应。

技术方案：本发明高铁桥梁桩基长期动态响应监测系统对列车荷载作用下的桩基动态响应进行监测；该监测系统包括桩基钢筋笼组件、传感主筋组件、监测组件、太阳能电池板、光纤光栅无线解调仪、无线发射器、数据处理与分析系统、气象监测站和客户端系统；

监测组件包括密集分布式应变传感光缆、密集分布式温度监测光缆和光缆缠绕与保护装置；

桩基钢筋笼组件包括底层钢筋笼、中间层钢筋笼和上层钢筋笼；

传感主筋组件包括多个传感主筋单元；传感主筋单元侧面开设有应变光缆槽和温度光缆槽；应变光缆槽和温度光缆槽内设有光缆封装单元；

密集分布式应变传感光缆内分布有多个光纤光栅监测点；

密集分布式温度监测光缆包括多个串联的密集分布式温度计。

光缆封装单元包括封装咬合构件和自锁齿，自锁齿设在应变光缆槽和温度光缆槽内。

封装咬合构件包括挡板和咬合齿，咬合齿分布在挡板上，咬合齿与应变光缆槽和温度光缆槽内的自锁齿咬合封装。

密集分布式温度计以上密下疏的方式串联形成密集分布式温度监测光缆。

传感主筋组件还包括光缆接头和连接多个传感主筋单元的拼接头，拼接头包括套筒和底盘，套筒内加工有与传感主筋单元连接的螺纹，底盘上开设有固定孔和嵌入光缆接头的接头孔。

传感主筋单元通过3D打印制作而成。

光缆缠绕与保护装置包括光缆缠绕筒和保护套，光缆缠绕筒为空心结构，光缆缠绕筒上端预留有光缆引出孔。

本发明高铁桥梁桩基长期动态响应监测方法包括以下步骤：

(1)根据桩基钢筋笼组件的长度确定传感主筋单元的长度，并将密集分布式应变传感光缆封装在应变光缆槽内，将密集分布式温度监测光缆封装在温度光缆槽内，在应变光缆槽和温度光缆槽内插入光缆封装单元，将普通主筋进行拼接；

(2)用吊机下放底层钢筋笼后，吊起并下放中间层钢筋笼接桩，在接桩过程中将传感主筋单元通过拼接头拼接；将密集分布式应变传感光缆之间，以及密集分布式温度监测光缆之间通过光缆接头连接；重复上述操作完成上层钢筋笼的下放与拼接；

(3)在桩顶处将密集分布式应变传感光缆和密集分布式温度监测光缆合并到一根传感主筋单元上；

(4)将密集分布式应变传感光缆和密集分布式温度监测光缆从光缆缠绕与保护装置的光缆缠绕筒中穿过，并从光缆引出孔引出，将多余的引线缠绕在光缆缠绕筒上，并套上保护套对引线封装保护；

(5)待桩基混凝土浇筑完毕并达到龄期后，对桩基开挖并破桩头；将保护套取走，将缠绕在光缆缠绕筒上的密集分布式应变传感光缆和密集分布式温度监测光缆顺着承台的钢筋笼引出；

(6)将引出线顺着光缆熔接处保护盒放置并用夹具固定，然后与跳线熔接，并用热膨胀管和护套进行双重保护，最后将跳线连接至光纤光栅无线解调仪；

(7)在太阳能电池板的供电下，光纤光栅无线解调仪和气象监测站工作并通过无线发射器将得到的列车荷载作用下的桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度数据传送至数据处理与分析系统进行监测分析，做出桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的连续分布图；并采用SQLite数据库进行数据保存，在客户端系统查看桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的实时变化。

步骤(7)中，光纤光栅无线解调仪得到列车荷载作用下的桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度数据的过程如下：

(71)光纤光栅无线解调仪测试得到密集分布式应变传感光缆的轴向压应变ε(Z)，在列车荷载作用下，光缆轴向变形与桩基相同，因此桩基的压应变也为ε(Z)，则桩基压应力为σ(Z)：

σ(Z)＝ε(Z)·E_c(1)

E_c为桩身混凝土的弹性模量；则桩身轴力为Q(Z)：

Q(Z)＝σ(Z)·A(2)

式中A为桩基截面面积；

(72)桩基的荷载传递基本微分方程为：

式中，q_s(Z)为桩侧分布摩阻力；Q(Z)为桩基轴向力；U为桩基周长；

式(3)简化为：

式中：ΔQ(Z)为土层内桩基两截面间轴力变化量；ΔZ为土层内桩基两截面间深度差；

将式(1)、(2)代入(4)得到桩侧摩阻力q_s(Z)：

式中：Δε为土层内桩基两截面间轴向应变变化量，A为桩基截面面积，U为桩基周长，ΔZ为所述土层内桩基两个截面间深度差；

(73)根据式(1)、(2)、(5)计算出桩基轴力和侧摩阻力，并做出在列车荷载作用下桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的连续分布图。

步骤(7)中，在桩基变形值达到设定的预警值时，客户端系统进行报警。

工作原理：光纤光栅具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光缆、能埋入智能材料的优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，将其刻入光缆中可形成高精度的传感器。

本发明将密集分布式光纤光栅技术应用到高铁桥梁桩基长期动态响应监测中，在监测系统中，将高强度定点密集分布式应变传感光缆、密集分布式温度监测光缆封装在3D打印的传感主筋单元上，形成集承载与传感功能于一身的传感主筋组件。在太阳能电池板的供电下，光纤光栅无线解调仪和气象监测站工作并通过无线发射器将得到的列车荷载作用下的桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度数据传送至数据处理与分析系统进行监测分析，做出桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的连续分布图；并采用SQLite数据库进行数据保存，在客户端系统查看桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的实时变化，进而长期、准确、实时地监测桥梁桩基在列车荷载作用下的动态响应。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过承载与传感功能于一身的传感主筋组件，实现了在多节钢筋笼沉桩过程中快速一体化布设光缆监测系统，实现了对高铁桥梁桩基长期动态响应的自动化监测，具有成本低、远距离无线传输及长期自动化监测的优点。

(2)考虑到高寒地区的环境因素及成本原因，本发明密集分布式应变传感光缆具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光缆、能埋入智能材料的优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度外界环境的变化比较敏感，与其它光缆技术相比，在野外长期监测方面有不可比拟的优点。

(3)本发明在太阳能电池板的供电下，光纤光栅无线解调仪和气象监测站工作并通过无线发射器将得到的列车荷载作用下的桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度数据传送至数据处理与分析系统进行监测分析，做出桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的连续分布图；并采用SQLite数据库进行数据保存，在客户端系统查看桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的实时变化，本发明更适用于高寒地区高铁桥梁桩基在列车荷载作用下的长期动态响应监测。

附图说明

图1为本发明长期动态响应监测系统结构示意图；

图2为本发明整个桥梁桩基所有钢筋笼下放过程示意图；

图3为传感主筋单元的结构示意图；

图4为传感主筋单元中光缆封装结构及原理示意图；

图5为传感主筋单元之间采用的拼接头结构示意图；

图6为传感主筋组件中的接桩结构示意图；

图7为光缆缠绕与保护装置结构示意图；

图8为光缆熔接处保护盒结构示意图；

图9为本发明监测列车荷载作用下桩基动态响应的工作原理流程图。

具体实施方式

本发明实施例中的应用场景为高寒高海拔地区。如图1所示，本发明高铁桥梁桩基长期动态响应监测系统包括桩基钢筋笼组件、传感主筋组件、监测组件、太阳能电池板19、光纤光栅无线解调仪18、无线发射器21、数据处理与分析系统24、气象监测站23和客户端系统25。

其中，监测组件包括定点密集分布式应变传感光缆4、密集分布式温度监测光缆6和光缆缠绕与保护装置11。密集分布式温度监测光缆6包括多个串联的密集分布式温度计5。

桩基钢筋笼组件包括底层钢筋笼1-1、中间层钢筋笼1-2和上层钢筋笼1-3。

传感主筋组件包括多个传感主筋单元2。本实施例中，该传感主筋单元2通过3D打印制作而成，材料与普通钢筋相同。位于桩基顶部的光缆缠绕与保护装置11在浇筑混凝土和破桩头时对光缆传感器进行封装和保护，以便破完桩头将光缆从承台10引出。

如图2所示，用吊机下放底层钢筋笼1-1，下放完毕后，吊起并下放中间层钢筋笼1-2进行接桩，在接桩的过程中，普通主筋之间通过焊接连接，3D打印传感主筋单元2通过传感主筋拼接头3进行拼接，定点密集分布式应变传感光缆4之间通过光缆接头9连接，密集分布式温度监测光缆6之间通过光缆接头9连接。继续重复上述操作完成上层钢筋笼1-3的下放，至此完成多节钢筋笼沉桩过程和密集分布式应变传感光缆及密集分布式温度监测光缆6的布设工作。

如图3和图4所示，3D打印传感主筋单元2中开设有应变光缆槽2-1和温度光缆槽2-2，应变光缆槽2-1和温度光缆槽2-2内设有光缆封装单元。将高强度定点密集分布式应变传感光缆4封装在应变光缆槽2-1中，将密集分布式温度监测光缆6封装在温度光缆槽2-2中，然后将封装咬合构件7插入应变光缆槽2-1和温度光缆槽2-2内，形成既有承载功能又有传感功能的传感主筋组件。

其中高强度定点密集分布式应变传感光缆4内部每隔1m刻有一个光纤光栅点，用来测量桩基应变信息；密集分布式温度计5通过塑封铠装通讯光缆串联起来形成密集分布式温度监测光缆6，进而监测桩基温度。本发明的桩基位于土体内，根据不同深度土体温度变化规律，密集分布式温度计5的排布上密下疏。

高强度定点密集分布式应变传感光缆4、密集分布式温度监测光缆6与跳线17熔接后与光纤光栅无线解调仪18连接。

光缆封装单元包括封装咬合构件7和自锁齿8，其中封装咬合构件7由隔离挡板7-1和咬合齿7-2组成，隔离挡板7-1为一块薄壁矩形挡板，用于封装并固定定点密集分布式应变传感光缆4、密集分布式温度监测光缆6，防止运输过程中密集分布式应变传感光缆4、密集分布式温度监测光缆6被外物破坏及保证下桩过程中的稳定性。咬合齿7-2分布在隔离挡板7-1的两端，咬合齿7-2由多个三角齿排列组成，咬合齿7-2与传感主筋单元中的应变光缆槽2-1和温度光缆槽2-2中的自锁齿8进行咬合封装。自锁齿8的连接臂带有塑性，当封装咬合构件向下插入的过程中，自锁齿8受到挤压向后发生移动，当咬合齿7-2和自锁齿8完全咬合后，咬合构件7便只能向下不能向上。当咬合构件7完全插入后，最终形成既有承载功能又有传感功能的传感主筋单元2。

如图5和图6所示，传感主筋的拼接头3也通过3D打印制作而成，该拼接头3包括套筒和底盘两部分，拼接头3的套筒内壁刻有螺纹3-1用来与传感主筋端部进行咬合固定，底盘设有光缆接头孔3-2和固定孔3-3，光缆接头孔3-2内嵌光缆接头9，用于将两段传感主筋单元中封装的高强度定点密集分布式应变传感光缆4和温度监测光缆6各自分别连成一个整体。上下两部分的固定孔3-3对齐后插入螺丝3-4进行旋转固定。

如图7所示，位于桩头的光缆缠绕与保护装置11包括光缆缠绕筒11-1和封装保护套11-3两部分，光缆缠绕筒11-1为空心结构，上端预留一个光缆引出孔11-2用来将缠绕筒的内部光缆引出进而在外部进行缠绕。将所有的高强度定点密集分布式应变传感光缆4和串联密集分布式温度计的塑封铠装通讯光缆6从光缆缠绕筒11-1内部空心结构的底部穿过，并从上端预留的孔11-2引出，接着将多余的引线缠绕在光缆缠绕筒11-1的外部，最后套上封装保护套11-3对传感器引线进行封装保护。

桩头光缆缠绕与保护装置11中的光缆缠绕筒11-1由塑料材质制作，封装保护套11-3由钢铁材料制作，避免破桩过程中切坏保护套而破坏到光缆，且破完桩头将引线拉出后，桩头光缆缠绕与保护装置11回收重复利用。

如图8所示，引出的所有高强度定点密集分布式应变传感光缆4和密集分布式温度监测光缆6顺着光缆熔接处保护盒中设计的导管放置并用夹具14固定，然后用光缆熔接机与跳线17进行熔接，并用热膨胀管15和铝合金圆管护套16进行双重保护，最后将跳线的端头连接至光纤光栅无线解调仪18。

太阳能电池板19、避雷针20、无线发射器21、防水箱22和气象监测站23集成一个野外无线监测站，作为一套整体设备。其中太阳能电池板19用来给光纤光栅无线解调仪18供电，避雷针20用来防雷击，无线发射器21用来将获得的数据传送至数据处理与分析系统24，防水箱22用来存放光纤光栅无线解调仪18，气象监测站23用来监测当地环境温度，通过实时记录现场环境温度，来研究气温与地下桩身之间的关系。

如图9所示，光纤光栅无线解调仪18测试得到的是光缆的轴向压应变ε(Z)，由于光缆固定在桩基混凝土内，光缆轴向变形与桩基混凝土一致，因此桩基混凝土的压应变也为ε(Z)，引入混凝土弹性模量则计算出桩基压应力为σ(Z)，进而计算出桩基轴力Q(Z)的分布，通过不同截面轴力的不同进而得出桩基侧摩阻力q_s(Z)的分布。

本发明高铁桥梁桩基长期动态响应监测方法包括以下步骤：

(1)由于高铁桥梁多为特大桥，且高铁桥梁以钻孔灌注桩为主，长度在30—40m，因此钻孔灌注桩的钢筋笼组件1分节制作，本实施例中，钢筋笼一节为9m。根据现场的高铁桥梁桩基钢筋笼组件1的长度，设计好3D打印传感主筋单元2的长度，并将高强度定点密集分布式应变传感光缆4封装在应变光缆槽2-1中，将密集分布式温度监测光缆6封装在温度光缆槽2-2中，最终将封装咬合构件7插入到3D打印的传感主筋单元2内；钢筋笼组件1中的其它主筋通过焊接进行拼装。

(2)用吊机下放底层钢筋笼1-1，下放完毕后，吊起并下放中间层钢筋笼1-2进行接桩，在此过程中3D打印传感主筋单元2通过传感主筋拼接头3进行拼接，定点密集分布式应变传感光缆4和密集分布式温度监测光缆6通过光缆接头9进行连接。继续重复上述操作完成上层钢筋笼1-3的下放，至此完成多节钢筋笼沉桩过程和光缆传感器的布设工作。

(3)在桩基顶部将所有的高强度定点密集分布式应变传感光缆4和密集分布式温度监测光缆6合并到一根传感主筋单元上；

(4)将定点密集分布式应变传感光缆4和密集分布式温度监测光缆6从位于桩顶的光缆缠绕与保护装置11中的光缆缠绕筒11-1内部空心结构的底部穿过，并从上端预留的光缆引出孔11-2引出，然后将多余的引线缠绕在光缆缠绕筒11-1上，并套上封装保护套11-3对引线进行封装保护；

(5)待桩基混凝土浇筑完毕并达到龄期后，对桩基进行开挖并破桩头；然后将封装保护套11-3取走，将缠绕在光缆缠绕筒11-1上的所有的高强度定点密集分布式应变传感光缆4和密集分布式温度监测光缆6释放出来并顺着承台10的钢筋笼引出；

(6)将引线顺着光缆熔接处保护盒13中的导管进行放置并用夹具14固定，然后用光缆熔接机将引出线与跳线17进行熔接，并用热膨胀管15和铝合金圆管护套16进行双重保护，最后将跳线17的端头连接至光纤光栅无线解调仪18；

(7)在太阳能电池板19的供电下，光纤光栅无线解调仪18和气象监测站23持续工作并通过无线发射器21将获得的列车荷载作用下的桩基轴力、侧摩阻力和温度数据传送至数据处理与分析系统24进行监测分析，做出在列车荷载作用下桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的连续分布图，具体过程如下：

(71)光纤光栅无线解调仪18测试得的是密集分布式应变传感光缆的轴向压应变ε(Z)，由于密集分布式应变传感光缆固定在桩基混凝土内，在列车荷载(12)作用下，光缆轴向变形与桩基混凝土一致，因此桩基混凝土的压应变也为ε(Z)，则桩基压应力为σ(Z)：

σ(Z)＝ε(Z)·E_c(1)

E_c为桩基混凝土的弹性模量；则桩基轴力为Q(Z)：

Q(Z)＝σ(Z)·A(2)

式中A为桩基截面面积；

(72)桩基的荷载传递基本微分方程为：

式中，q_s(Z)为桩侧分布摩阻力；Q(Z)为桩身轴向力；U为桩身周长；

式(3)简化为：

式中：ΔQ(Z)为某土层内桩身两截面间轴力变化量；ΔZ为该土层内桩身两截面间深度差；

将式(1)、(2)代入(4)得到桩侧摩阻力q_s(Z)：

式中：Δε为土层内桩基两截面间轴向应变变化量，A为桩基截面面积，U为桩基周长，ΔZ为该土层内桩基两个截面间深度差；

(73)根据式(1)、(2)、(5)计算出桩基轴力和侧摩阻力。

根据计算得出的桩基轴力和侧摩阻力结果，做出在列车荷载作用下桩基轴力、桩侧摩阻力和桩基温度的连续分布图。

(8)采用SQLite数据库进行数据本地化保存和管理，将数据处理系统计算出的结果进行整合，并将结果进行可视化展示，不同用户根据需要安装客户端系统25，在客户端系统查看实时监测情况。当桩基变形量达到设定的预警值，即桩基轴力、桩侧摩阻力达到设定的预警值时，客户端系统25进行异常数据报警。

其中，步骤(1)中，根据不同深度土体温度变化规律：地表以下5m范围内土体温度受气温影响很敏感，变化较大；5～10m影响较小，10m以下土体温度趋于稳定，不再变化。密集分布式温度计5的位置分布上密下疏。

步骤(7)中，具体的监测分析过程通过编程利用数据处理与分析系统24自动计算与作图，客户端系统25呈现出的实时监测情况包括列车荷载12下的桥梁桩基的轴力、侧摩阻力和温度的实时变化情况。

Claims (1)

1.一种高铁桥梁桩基长期动态响应监测方法，其特征在于：采用高铁桥梁桩基长期动态响应监测系统进行监测，所述监测系统对列车荷载(12)作用下的桩基动态响应进行监测；所述监测系统包括桩基钢筋笼组件、传感主筋组件、监测组件、太阳能电池板(19)、光纤光栅无线解调仪(18)、无线发射器(21)、数据处理与分析系统(24)、气象监测站(23)和客户端系统(25)；

所述监测组件包括密集分布式应变传感光缆(4)、密集分布式温度监测光缆(6)和光缆缠绕与保护装置(11)；

所述桩基钢筋笼组件包括底层钢筋笼(1-1)、中间层钢筋笼(1-2)和上层钢筋笼(1-3)；

所述传感主筋组件包括多个传感主筋单元；所述传感主筋单元侧面开设有应变光缆槽(2-1)和温度光缆槽(2-2)；所述应变光缆槽(2-1)和温度光缆槽(2-2)内设有光缆封装单元；所述光缆封装单元包括封装咬合构件(7)和自锁齿(8)，所述自锁齿(8)设在应变光缆槽(2-1)和温度光缆槽(2-2)内；

所述封装咬合构件(7)包括挡板(7-1)和咬合齿(7-2)，所述咬合齿(7-2)分布在挡板(7-1)上，所述咬合齿与应变光缆槽和温度光缆槽内的自锁齿咬合封装；

所述传感主筋组件还包括光缆接头(9)和连接多个传感主筋单元的拼接头(3)，所述拼接头(3)包括套筒和底盘，所述套筒内加工有与传感主筋单元连接的螺纹，所述底盘上开设有固定孔和嵌入光缆接头(9)的接头孔(3-2)；

所述密集分布式应变传感光缆(4)内分布有多个光纤光栅监测点；

所述密集分布式温度监测光缆(6)包括多个串联连接的密集分布式温度计(5)；所述密集分布式温度计(5)以上密下疏的方式串联形成密集分布式温度监测光缆(6)；

所述监测方法包括以下步骤：

(1)根据桩基钢筋笼组件的长度确定传感主筋单元的长度，并将密集分布式应变传感光缆(4)封装在应变光缆槽内，将密集分布式温度监测光缆(6)封装在温度光缆槽内，在应变光缆槽和温度光缆槽内插入光缆封装单元，将普通主筋进行拼接；

(2)用吊机下放底层钢筋笼(1-1)后，吊起并下放中间层钢筋笼(1-2)接桩，在接桩过程中将传感主筋单元通过拼接头(3)拼接；将密集分布式应变传感光缆之间，以及密集分布式温度监测光缆之间通过光缆接头(9)连接；重复上述操作完成上层钢筋笼(1-3)的下放与拼接；

(3)在桩顶处将密集分布式应变传感光缆(4)和密集分布式温度监测光缆(6)合并到一根传感主筋单元上；

(4)将密集分布式应变传感光缆(4)和密集分布式温度监测光缆(6)从光缆缠绕与保护装置(11)的光缆缠绕筒中穿过，并从光缆引出孔(11-2)引出，将多余的引线缠绕在光缆缠绕筒上，并套上保护套(11-3)对引线封装保护；

(5)待桩基混凝土浇筑完毕并达到龄期后，对桩基开挖并破桩头；将保护套(11-3)取走，将缠绕在光缆缠绕筒(11-1)上的密集分布式应变传感光缆(4)和密集分布式温度监测光缆(6)顺着承台(10)的钢筋笼引出；

(6)将引出线顺着光缆熔接处保护盒(13)放置并用夹具(14)固定，然后与跳线(17)熔接，并用热膨胀管(15)和护套(16)进行双重保护，最后将跳线(17)连接至光纤光栅无线解调仪(18)；

(7)在太阳能电池板(19)的供电下，光纤光栅无线解调仪(18)和气象监测站(23)工作并通过无线发射器(21)将得到的列车荷载(12)作用下的桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度数据传送至数据处理与分析系统(24)进行监测分析，做出桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的连续分布图；其中，光纤光栅无线解调仪得到列车荷载作用下的桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度数据的过程如下：

(71)光纤光栅无线解调仪测试得到密集分布式应变传感光缆的轴向压应变ε(Z)，在列车荷载(12)作用下，光缆轴向变形与桩基相同，因此桩基的压应变也为ε(Z)，则桩基压应力为σ(Z)：

σ(Z)＝ε(Z)·E_c (1)

E_c为桩身混凝土的弹性模量；则桩身轴力为Q(Z)：

Q(Z)＝σ(Z)·A (2)

式中A为桩基截面面积；

(72)桩基的荷载传递基本微分方程为：

式中，q_s(Z)为桩侧分布摩阻力；Q(Z)为桩基轴向力；U为桩基周长；

式(3)简化为：

式中：ΔQ(Z)为土层内桩基两截面间轴力变化量；ΔZ为所述土层内桩基两截面间深度差；

将式(1)、(2)代入(4)得到桩侧摩阻力q_s(Z)：

式中：Δε为土层内桩基两截面间轴向应变变化量，A为桩基截面面积，U为桩基周长，ΔZ为所述土层内桩基两个截面间深度差；

(73)根据式(1)、(2)、(5)计算出桩基轴力和侧摩阻力，并做出在列车荷载作用下桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的连续分布图；

并采用SQLite数据库进行数据保存，在客户端系统(25)查看桩基轴力、桩基侧摩阻力和桩基温度的实时变化。

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