OFDR設備應用于灌注樁樁身變形監(jiān)測

  OFDR設備應用于灌注樁樁身變形監(jiān)測

  前階段，OSI四通道高精度高分辨OFDR光纖解調(diào)儀被應用于鉆孔灌注樁的樁身變形現(xiàn)場測試，成功實現(xiàn)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在樁基變形工程應用中的可行性，能夠識別定位加卸載過程中應力殘余及時間效應現(xiàn)象，表明OFDR技術在灌注樁樁身變形監(jiān)測領域具有極高的應用價值和推廣意義。

  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，這些點式傳感器都存在不防水、易破壞、存活率低等缺點，難以全面掌握灌注樁樁身變形特性和荷載傳遞規(guī)律。OSI設備原理是基于光頻域反射光纖傳感(OFDR)技術，能在100m傳感范圍內(nèi)實現(xiàn)1mm的空間分辨率，相當于在一根光纖上同時測量十萬個傳感數(shù)據(jù)點，傳感精度能達到±0.1℃/±1με，在灌注樁測量領域具有高分辨、高精度測量優(yōu)勢。

  測試過程

  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，樁長為30m、樁徑為600mm、樁身混凝土強度等級為C35，試驗場內(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OFDR光纖傳感技術測得光纖原始應變數(shù)據(jù)。

  測試結果

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

  圖2. 光纖原始應變曲線

  確定樁底與樁頭后，以樁底為對稱軸取對稱兩段應變值的算術平均值得出樁身應變原始分布曲線，經(jīng)降噪平滑后得到樁身應變分布曲線如圖3所示，可以看出每一級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逐級增加，樁身壓應變穩(wěn)定增加，同一深度范圍內(nèi)，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

  應變最大值出現(xiàn)在樁深3.0m左右處，樁身壓應變整體趨勢隨著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。在樁長為5.0~7.5m范圍內(nèi)，樁身應變曲線出現(xiàn)明顯的不規(guī)則內(nèi)凹，主要原因有兩點：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發(fā)生松動，該處光纖未能與樁體協(xié)調(diào)變形導致此范圍內(nèi)的應變曲線偏小。

  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“時間滯后效應”，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;且隨時間增加，時間滯后效應也愈加顯著。這類加載、卸載過程中時間效應引起的細微軸力差，一般傳統(tǒng)點式測量方法很容易忽略?？梢奜FDR分布式光纖監(jiān)測技術在灌注樁測量領域的高精度優(yōu)勢。

  試驗結論

  本次灌注樁樁身變形現(xiàn)場光纖測試試驗，成功實現(xiàn)了OFDR感測技術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在樁基變形工程應用中的可行性，能夠識別定位加卸載過程中應力殘余及時間效應現(xiàn)象，表明OFDR技術在灌注樁樁身變形監(jiān)測領域具有極高的應用價值和推廣意義。

  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)級自校準光學測量與傳感技術開發(fā)，也是國內(nèi)唯一一家實現(xiàn)OFDR技術商用化的公司。

  目前，昊衡科技已推出多款高精度高分辨率產(chǎn)品，主要應用于光學鏈路診斷、光學多參數(shù)測量、高精度分布式光纖溫度和應變傳感測試。已與全球多個國家和地區(qū)企業(yè)建立良好的合作關系，并取得諸多成果。

  電話：027-87002165

  官網(wǎng)：http://www.mega-sense.com/

  公眾號：“昊衡科技”或“大話光纖傳感”

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  來源：《巖土力學》灌注樁樁身變形高精度測量現(xiàn)場試驗研究

  作者：高磊1，周樂1，劉漢龍1,2，黃堅3，王洋3，韓川1

  1. 河海大學 巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室

  2. 重慶大學 山地城鎮(zhèn)建設與新技術教育部重點實驗室

  3. 上海市地礦工程勘察院