OFDR設(shè)備應(yīng)用于灌注樁樁身變形監(jiān)測(cè)

  OFDR設(shè)備應(yīng)用于灌注樁樁身變形監(jiān)測(cè)

  前階段，OSI四通道高精度高分辨OFDR光纖解調(diào)儀被應(yīng)用于鉆孔灌注樁的樁身變形現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)灌注樁樁身變形的高精度和分布式測(cè)量，驗(yàn)證了OFDR分布式光纖傳感技術(shù)在樁基變形工程應(yīng)用中的可行性，能夠識(shí)別定位加卸載過(guò)程中應(yīng)力殘余及時(shí)間效應(yīng)現(xiàn)象，表明OFDR技術(shù)在灌注樁樁身變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價(jià)值和推廣意義。

  目前，灌注樁樁身變形測(cè)量主要使用鋼筋應(yīng)力計(jì)、電阻式應(yīng)變片等傳感器，這些點(diǎn)式傳感器都存在不防水、易破壞、存活率低等缺點(diǎn)，難以全面掌握灌注樁樁身變形特性和荷載傳遞規(guī)律。OSI設(shè)備原理是基于光頻域反射光纖傳感(OFDR)技術(shù)，能在100m傳感范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)1mm的空間分辨率，相當(dāng)于在一根光纖上同時(shí)測(cè)量十萬(wàn)個(gè)傳感數(shù)據(jù)點(diǎn)，傳感精度能達(dá)到±0.1℃/±1με，在灌注樁測(cè)量領(lǐng)域具有高分辨、高精度測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。

  測(cè)試過(guò)程

  試驗(yàn)裝置及光纖的布設(shè)示意圖如圖1所示。試驗(yàn)樁為鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為30m、樁徑為600mm、樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)30m深度范圍內(nèi)地層主要由黏性土和粉性土組成。采集儀為4通道的OSI-S高精度高分辨OFDR光纖解調(diào)儀，空間分辨率采用1cm。應(yīng)變光纖傳感器和溫度補(bǔ)償光纖傳感器是呈“U”形鋪設(shè)鋼筋籠兩根對(duì)稱主筋上的。

圖1. 試驗(yàn)裝置及光纖布設(shè)示意圖

  灌注試樁依次經(jīng)歷400、800、1200、1600kN四級(jí)加載，而后經(jīng)歷800、400、0kN三級(jí)卸載，灌注樁在豎向荷載作用下發(fā)生樁身變形，通過(guò)OFDR光纖傳感技術(shù)測(cè)得光纖原始應(yīng)變數(shù)據(jù)。

  測(cè)試結(jié)果

  圖2為儀器采集的光纖原始應(yīng)變數(shù)據(jù)，可以看出加載和卸載階段，U1段和U2段的應(yīng)變大致呈對(duì)稱，這是由于傳感光纖呈“U”形布設(shè)。

  圖2. 光纖原始應(yīng)變曲線

  確定樁底與樁頭后，以樁底為對(duì)稱軸取對(duì)稱兩段應(yīng)變值的算術(shù)平均值得出樁身應(yīng)變?cè)挤植记€，經(jīng)降噪平滑后得到樁身應(yīng)變分布曲線如圖3所示，可以看出每一級(jí)荷載作用下樁身變形規(guī)律明顯，加載階段隨著施加的荷載以400kN逐級(jí)增加，樁身壓應(yīng)變穩(wěn)定增加，同一深度范圍內(nèi)，各級(jí)荷載之間的應(yīng)變差值幾乎相等。

  圖3. 樁身應(yīng)變分布曲線

  應(yīng)變最大值出現(xiàn)在樁深3.0m左右處，樁身壓應(yīng)變整體趨勢(shì)隨著土體埋深的增加而逐漸減小，最終樁身應(yīng)變樁底處逐漸趨于0。在樁長(zhǎng)為5.0~7.5m范圍內(nèi)，樁身應(yīng)變曲線出現(xiàn)明顯的不規(guī)則內(nèi)凹，主要原因有兩點(diǎn)：一是土體存在一層硬殼層，二是此處光纖綁扎在澆灌混凝土?xí)r發(fā)生松動(dòng)，該處光纖未能與樁體協(xié)調(diào)變形導(dǎo)致此范圍內(nèi)的應(yīng)變曲線偏小。

  圖4. 相同荷載下樁身軸力加載卸載對(duì)比

  圖4中對(duì)比加載與卸載階段，由于“時(shí)間滯后效應(yīng)”，卸載階段的樁身軸力都顯著大于相同荷載下加載階段的軸力;且隨時(shí)間增加，時(shí)間滯后效應(yīng)也愈加顯著。這類加載、卸載過(guò)程中時(shí)間效應(yīng)引起的細(xì)微軸力差，一般傳統(tǒng)點(diǎn)式測(cè)量方法很容易忽略?？梢?jiàn)OFDR分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)在灌注樁測(cè)量領(lǐng)域的高精度優(yōu)勢(shì)。

  試驗(yàn)結(jié)論

  本次灌注樁樁身變形現(xiàn)場(chǎng)光纖測(cè)試試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了OFDR感測(cè)技術(shù)對(duì)灌注樁樁身變形的高精度和分布式測(cè)量，驗(yàn)證了OFDR分布式光纖傳感技術(shù)在樁基變形工程應(yīng)用中的可行性，能夠識(shí)別定位加卸載過(guò)程中應(yīng)力殘余及時(shí)間效應(yīng)現(xiàn)象，表明OFDR技術(shù)在灌注樁樁身變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價(jià)值和推廣意義。

  昊衡科技

  一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高科技公司，專業(yè)從事工業(yè)級(jí)自校準(zhǔn)光學(xué)測(cè)量與傳感技術(shù)開(kāi)發(fā)，也是國(guó)內(nèi)唯一一家實(shí)現(xiàn)OFDR技術(shù)商用化的公司。

  目前，昊衡科技已推出多款高精度高分辨率產(chǎn)品，主要應(yīng)用于光學(xué)鏈路診斷、光學(xué)多參數(shù)測(cè)量、高精度分布式光纖溫度和應(yīng)變傳感測(cè)試。已與全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)企業(yè)建立良好的合作關(guān)系，并取得諸多成果。

  電話：027-87002165

  官網(wǎng)：http://www.mega-sense.com/

  公眾號(hào)：“昊衡科技”或“大話光纖傳感”

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  來(lái)源：《巖土力學(xué)》灌注樁樁身變形高精度測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

  作者：高磊1，周樂(lè)1，劉漢龍1,2，黃堅(jiān)3，王洋3，韓川1

  1. 河海大學(xué) 巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

  2. 重慶大學(xué) 山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

  3. 上海市地礦工程勘察院