灌注桩桩身变形精细化测量方法与流程

本发明属于岩土工程监测技术领域，涉及一种基础结构的变形监测方法，具体涉及一种灌注桩桩身变形精细化测量方法。

背景技术：

随着大规模高层建筑的兴建和地下空间的开发，工程建设对于地基承载力的要求越来越高，天然地基很多时候已不能满足工程的需要，工程兴建之前需对地基进行加固处理。灌注桩作为一种刚性桩，因为成桩直径大、处理深度深、适用范围广、施工便捷等特点而在工程中被广泛使用。了解灌注桩在荷载作用下的桩身受力与变形对研究灌注桩的承载特性，推广灌注桩的应用与改进具有重要意义。目前，在实际工程和科研试验中，对灌注桩桩身轴力的监测主要采用在钢筋上布设轴力计的方法，对灌注桩桩身变形的监测主要采用在桩体中布设测斜管的方法。在钢筋上布设轴力计属于点式监测，数据不够全面，而且当桩长过长时，需要布设大量的轴力计和引线，不仅工作量大，而且监测不便，对桩身质量也有影响。在桩体中布设测斜管是利用测斜管和桩体同步变形的特点，通过测量测斜管的变形间接测量桩体变形，实际操作中，由于测斜管管身材料的弹性模量与桩身材料的弹性模量不一致，导致两者的变性并不同步，而且由于测量管测量时的人工误差，桩身变形的监测结果可靠度不高。

基于OBR光频域反射（Optical Backscatter Reflectometer）技术的分布式光纤传感器是目前光电信息领域最先进的光纤技术，该技术除了具有一般光纤传感技术抗干扰能力强，在恶劣环境中存活率高的特点外，还具有分布式测量的特点，同时，由于OBR技术本质上是一种基于瑞利散射的相干探测技术，其测量灵敏度和空间分辨率比其他分布式光纤传感器高很多。目前比较成熟的分布式传感技术主要有BOTDR技术、BOTDA技术和BOFDA技术，最低空间分辨率分别为1m、0.05m和0.2m。对于桩基础监测来说，BOTDR技术的空间分辨率太低，而BOTDA技术和BOFDA技术都需要双端检测，即要求光缆构成回路，在实际使用中很不方便。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种灌注桩桩身变形精细化测量方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的灌注桩桩身变形精细化测量方法主要包括以下步骤：

1）将光纤沿钢筋轴向布置在钢筋笼上，在钢筋笼箍筋处用扎带进行绑扎，绑扎时绷直光纤；

2）在钢筋笼起吊、下放时盘起剩余光纤固定在钢筋笼上，待钢筋笼焊接时再继续布置，直到光纤长度覆盖整个钢筋笼；

3）在浇灌混凝土之前将伸出桩体的光纤用保护套进行保护，防止灌浆过程中对光纤造成损坏；

4）将伸出桩身的光纤与跳线进行熔接，熔接后接入OBR反射计进行光路连通性检查和初始数据采集；

5）采集完数据将跳线及伸出桩身的光纤盘起放入带槽口的铁盒进行保护，并在旁边贴上警示标志。

作为优选，步骤1）中应变采集光纤沿桩身四周布置，在桩截面呈十字形分布，相应的温度补偿光纤布置在邻近的轴向钢筋上。

作为优选，步骤1）中光纤根据桩长采用不同的布设方式，当桩长小于35m时，采用U字型布设，实现桩身应变的温度自补偿，共布置4根光纤。特别的，当桩长不大于8m时，可采用单根光纤U字型布设，以减少监测次数。类似的，根据桩长可采取双根光纤U字型布设、三根光纤U字型布设等。当桩长大于35m时，采用单端布设并在待测光纤附近专门设置温度补偿光纤，共布置8根光纤。

作为优选，步骤1）中温度补偿光纤在布设前需要套上有一定刚度的空心圆管，以保证圆管中的光纤不受力。

作为优选，步骤4）中进行数据采集时，将8个跳线接头依次插入OBR光纤数据采集仪（单个接口），应变采集光纤选用“应变”模块，温度采集光纤选用“温度”模块。

有益效果：本发明将OBR光纤数据采集技术应用于灌注桩桩身变形监测中，并设计了相应的操作步骤，具有以下有益效果：

1.采用光纤技术，相比传统监测手段，光纤监测结果的可靠性和稳定性更高，传感器布设工艺也更为简单；

2.采用OBR技术，OBR技术具有分布式测量、单端检测、毫米级测量精度等特点，而且OBR数据采集仪小巧轻便，相对于其它的光纤技术精度更高，采集更方便；

3.利用OBR光纤数据采集技术的特点，该方法除了能够对灌注桩桩身变形进行监测外，还能够利用光纤通长布设的特点测量桩身各部分的轴力分布，利用毫米级别的测量精度判断灌注桩的桩身薄弱面，利用光纤对温度的敏感性测量灌注桩凝固过程中的水化热，进而对灌注桩成桩质量和工程特性做出综合评价。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的灌注桩桩身变形精细化测量方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为灌注桩OBR监测数据处理系统的界面；

图3a为多根光纤U字形布设的示意图；

图3b为图3a的俯视图；

图4a为单根光纤U字形布设的示意图；

图4b为图4a的俯视图；

图5a为光纤直线布设的示意图；

图5b为图5a的俯视图。

具体实施方式

实施例：

本实施例的整体结构示意图如图1 所示，1是千斤顶，2是垫板，3是伸出桩身的光纤，用保护套进行保护，4是温度补偿光纤，5是目标光纤，即应变采集光纤，6是工字型梁，作为反力架提供荷载反力，7为高强钢筋，连接反力架与灌注桩，连接方式为焊接，8为试验桩附近的桩，用来固定反力架。9为光纤跳线，与待测光纤连接后插入采集仪进行数据采集，10为OBR光纤数据采集仪，11为灌注桩OBR监测数据处理系统。图2为灌注桩OBR监测数据处理系统的界面，图3为多根光纤U字形布设示意图，3a为桩身布设示意图，3b为截面布置示意图。图4为单根光纤U字形布设的示意图，4a为桩身布设示意图，4b为截面布置示意图。图5光纤直线布设的示意图，5a为桩身布设示意图，5b为截面布置示意图。

本实施例的灌注桩长度为30m，使用时，基于OBR技术的灌注桩桩身变形精细化测量方法包括以下步骤：

1）根据桩长选择光纤布设方式，对30m长的桩采用单根光纤U字形布设，并截取出相应的光纤长度，截取长度为64m，光纤两端伸出桩身部分约为2m；

2）将光纤的一半套上空心管作为温度补偿光纤，并在光纤底部用AB胶粘结空心管与光纤，防止空心管沿光纤滑动；

3）将光纤沿钢筋轴向布置在钢筋笼上，在钢筋笼箍筋处用扎带进行绑扎，绑扎时应变采集光纤适当绷直，温补光纤自然状态放置，不施加作用力；

4）在钢筋笼起吊、下放时盘起剩余光纤固定在钢筋笼上，待钢筋笼焊接时再继续布置，直到光纤长度覆盖整个钢筋笼；

5）在浇灌混凝土之前将伸出桩体的光纤用保护套进行保护，防止灌浆过程中对光纤造成损坏；

6）将伸出桩身的光纤与跳线进行熔接，熔接后接入OBR反射计进行光路联通性检查，光路正常后进行初级荷载的施加并进行初始数据的采集；

7）将数据导入灌注桩OBR监测数据处理系统，系统对光纤数据进行自动化处理；

8）监测完将跳线及伸出桩身的光纤盘起放入带槽口的铁盒进行保护，并在旁边贴上警示标志。

9) 需要注意的是OBR技术不同于其它光纤技术，光纤长度不能改变，因此光纤跳线与光纤之间不能中断，必须保证光纤跳线与光纤之间在整个测试阶段完好无损，如果中断，则需要重新测定初始值并二次进行测试。

本发明将OBR技术应用于灌注桩桩身变形测量中，利用OBR的高精度实现桩身变形的精密化测量，并根据不同桩长设计了不同的布设方法以满足工程需要。同时，利用灌注桩OBR监测数据处理系统，该方法除了能够对灌注桩桩身变形进行监测外，还能通过应变数据得到桩身各部分的轴力，判断灌注桩的桩身薄弱面，计算灌注桩凝固过程中的水化热，从而对灌注桩成桩质量做出综合评价。

该方法主要有以下特点：（1）将光纤技术应用于灌注桩桩身变形监测，具有无损、实时、快捷等特点，使用时采用PE光纤，增强光纤的抗干扰能力，以适应工程一线的恶劣环境；（2）采用OBR（Optical Backscatter Reflectometer）技术进行数据采集和处理，在70m监测范围内能够达到-125dB的灵敏度和1.5mm的分辨率，实现桩身变形的零死区和高精度监测；（3）根据不同的桩长采用不同的布设工艺：当桩长小于35m时，采用U字型布设，实现桩身应变的温度自补偿；当桩长大于35m时，采用单端布设并在待测光纤附近专门设置温度补偿光纤；（4）根据OBR技术的测量特点，对光纤接头和跳线部分用封闭铁盒进行保护；（5）除了能够对灌注桩桩身变形进行监测外，该方法还能利用光纤通长布设的特点测量桩身各部分的轴力分布，利用毫米级别的测量精度判断灌注桩的桩身薄弱面，利用光纤对温度的敏感性测量灌注桩凝固过程中的水化热，从而对灌注桩成桩质量做出综合评价。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术范围。