OFDR設備應用于灌注樁樁身變形監測

  OFDR設備應用于灌注樁樁身變形監測

  前階段，OSI四通道高精度高分辨OFDR光纖解調儀被應用于鉆孔灌注樁的樁身變形現場(chǎng)測試，成功實(shí)現了對灌注樁樁身變形的高精度和分布式測量，驗證了OFDR分布式光纖傳感技術(shù)在樁基變形工程應用中的可行性，能夠識別定位加卸載過(guò)程中應力殘余及時(shí)間效應現象，表明OFDR技術(shù)在灌注樁樁身變形監測領(lǐng)域具有極高的應用價(jià)值和推廣意義。

  目前，灌注樁樁身變形測量主要使用鋼筋應力計、電阻式應變片等傳感器，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律。OSI設備原理是基于光頻域反射光纖傳感(OFDR)技術(shù)，能在100m傳感范圍內實(shí)現1mm的空間分辨率，相當于在一根光纖上同時(shí)測量十萬(wàn)個(gè)傳感數據點(diǎn)，傳感精度能達到±0.1℃/±1με，在灌注樁測量領(lǐng)域具有高分辨、高精度測量?jì)?yōu)勢。

  測試過(guò)程

  試驗裝置及光纖的布設示意圖如圖1所示。試驗樁為鉆孔灌注樁，樁長(cháng)為30m、樁徑為600mm、樁身混凝土強度等級為C35，試驗場(chǎng)內30m深度范圍內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光纖解調儀，空間分辨率采用1cm。應變光纖傳感器和溫度補償光纖傳感器是呈“U”形鋪設鋼筋籠兩根對稱(chēng)主筋上的。

圖1. 試驗裝置及光纖布設示意圖

  灌注試樁依次經(jīng)歷400、800、1200、1600kN四級加載，而后經(jīng)歷800、400、0kN三級卸載，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)測得光纖原始應變數據。

  測試結果

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

  圖2. 光纖原始應變曲線(xiàn)

  確定樁底與樁頭后，以樁底為對稱(chēng)軸取對稱(chēng)兩段應變值的算術(shù)平均值得出樁身應變原始分布曲線(xiàn)，經(jīng)降噪平滑后得到樁身應變分布曲線(xiàn)如圖3所示，可以看出每一級荷載作用下樁身變形規律明顯，加載階段隨著(zhù)施加的荷載以400kN逐級增加，樁身壓應變穩定增加，同一深度范圍內，各級荷載之間的應變差值幾乎相等。

  圖3. 樁身應變分布曲線(xiàn)

  應變最大值出現在樁深3.0m左右處，樁身壓應變整體趨勢隨著(zhù)土體埋深的增加而逐漸減小，最終樁身應變樁底處逐漸趨于0。在樁長(cháng)為5.0~7.5m范圍內，樁身應變曲線(xiàn)出現明顯的不規則內凹，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時(shí)發(fā)生松動(dòng)，該處光纖未能與樁體協(xié)調變形導致此范圍內的應變曲線(xiàn)偏小。

  圖4. 相同荷載下樁身軸力加載卸載對比

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

  試驗結論

  本次灌注樁樁身變形現場(chǎng)光纖測試試驗，成功實(shí)現了OFDR感測技術(shù)對灌注樁樁身變形的高精度和分布式測量，驗證了OFDR分布式光纖傳感技術(shù)在樁基變形工程應用中的可行性，能夠識別定位加卸載過(guò)程中應力殘余及時(shí)間效應現象，表明OFDR技術(shù)在灌注樁樁身變形監測領(lǐng)域具有極高的應用價(jià)值和推廣意義。

  昊衡科技

  一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售于一體的高科技公司，專(zhuān)業(yè)從事工業(yè)級自校準光學(xué)測量與傳感技術(shù)開(kāi)發(fā)，也是國內唯一一家實(shí)現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，主要應用于光學(xué)鏈路診斷、光學(xué)多參數測量、高精度分布式光纖溫度和應變傳感測試。已與全球多個(gè)國家和地區企業(yè)建立良好的合作關(guān)系，并取得諸多成果。

  電話(huà)：027-87002165

  官網(wǎng)：http://www.mega-sense.com/

  公眾號：“昊衡科技”或“大話(huà)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量現場(chǎng)試驗研究

  作者：高磊1，周樂(lè )1，劉漢龍1,2，黃堅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)驗室

  2. 重慶大學(xué) 山地城鎮建設與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室

  3. 上海市地礦工程勘察院