管樁擊入土層的fbg-botda聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法
【專利摘要】一種管樁擊入土層的FBG-BOTDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法，具體為：在管樁的表面，沿其長(zhǎng)度方向設(shè)置有若干個(gè)F-B聯(lián)合傳感器，F(xiàn)-B聯(lián)合傳感器包括FBG傳感器和BOTDA傳感器，F(xiàn)BG傳感器檢測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在擊入過(guò)程和接管過(guò)程的應(yīng)變變化規(guī)律，以獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)；同時(shí)，BOTDA傳感器監(jiān)測(cè)管樁靜止?fàn)顟B(tài)下樁身應(yīng)變變化特征，以全面把握樁身應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)。本發(fā)明FBG-BOTDA聯(lián)合監(jiān)測(cè)既可以精確獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)又可以全面把握樁身應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)，既彌補(bǔ)了全分布式傳感技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)不足又彌補(bǔ)了點(diǎn)式傳感器以點(diǎn)概面的誤判。特別是隨著解調(diào)技術(shù)的成熟，F(xiàn)BG與BOTDA傳感器實(shí)現(xiàn)復(fù)利用，F(xiàn)BG-BOTDA聯(lián)合監(jiān)測(cè)技術(shù)利用前景廣闊。
【專利說(shuō)明】管粧擊入土層的FBG-BOTDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種管樁擊入土層的FBG-BOTDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]管樁作為ー種地基處理方法及樁基礎(chǔ)形式，具有施工エ期短，施工方便，エ業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)施工場(chǎng)地?zé)o污染，經(jīng)濟(jì)效益可觀，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但管樁在施工過(guò)程中常出現(xiàn)樁頭破碎、樁身爆裂、樁身難以貫入等問(wèn)題嚴(yán)重影響了管樁的推廣和使用。如田集電廠一期工程地基采用の600X 110AB型PHC管樁，在前期煙囪基樁施打過(guò)程中，先打入的58根樁，13根樁在樁身入土至20?24m深度左右時(shí)，距樁尖4?6m處樁身發(fā)生破壞[2]。福州地區(qū)某五萬(wàn)噸級(jí)碼頭工程選用の1200大直徑PHC管樁，沉樁后部分管樁管壁出現(xiàn)豎向裂縫等。
[0003]對(duì)于管樁樁基打入過(guò)程中的研究，常用方法有大應(yīng)變法和電阻應(yīng)變片法。大應(yīng)變法對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境、傳感器安裝、樁頂狀況、錘擊高度、錘重等有比較高的要求，現(xiàn)場(chǎng)情況難以滿足，其測(cè)量曲線和實(shí)際情況誤差較大，有些地區(qū)質(zhì)監(jiān)站已經(jīng)不認(rèn)可該項(xiàng)檢測(cè)。電阻應(yīng)變片由于其長(zhǎng)期穩(wěn)定性差、成活率低、施工復(fù)雜、點(diǎn)式等缺點(diǎn)，不能很好的滿足管樁擊入過(guò)程的監(jiān)測(cè)需要。
[0004]分布式光纖傳感技術(shù)是近年來(lái)各國(guó)競(jìng)相研發(fā)的新一代檢測(cè)技術(shù)，其分布式、長(zhǎng)距離、耐久、抗干擾、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越得到工程檢測(cè)與監(jiān)測(cè)部門的青睞，發(fā)展十分迅速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種即可以精確獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)，又可以全面把握樁身應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)的管樁擊入土層的FBG-BOTDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明管樁擊入土層的FBG-BOTDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法，具體為:在管樁的表面，沿其長(zhǎng)度方向設(shè)置有若干個(gè)F-B聯(lián)合傳感器，F(xiàn)-B聯(lián)合傳感器包括FBG傳感器和BOTDA傳感器，F(xiàn)BG傳感器檢測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在擊入過(guò)程和接管過(guò)程的應(yīng)變變化規(guī)律，以獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)；同吋，BOTDA傳感器監(jiān)測(cè)管樁靜止?fàn)顟B(tài)下樁身應(yīng)變變化特征，以全面把握樁身應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)。
[0007]進(jìn)ー步，所述F-B聯(lián)合傳感器設(shè)置在所述管樁的表面與所述管樁的中軸面交合處的交線上。
[0008]進(jìn)ー步，所述F-B聯(lián)合傳感器中的所述FBG傳感器和BOTDA傳感器為一體設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)利用，兩者相互結(jié)合安裝后在所述管樁表面形成一條檢測(cè)線。
[0009]進(jìn)ー步，所述F-B聯(lián)合傳感器中的所述FBG傳感器和BOTDA傳感器為分體設(shè)置，所述FBG傳感器設(shè)置在所述交線上，所述BOTDA傳感器緊貼設(shè)置所述FBG傳感器的兩側(cè)。
[0010]進(jìn)ー步，所述BOTDA傳感器呈U型結(jié)構(gòu)。
[0011 ] 進(jìn)ー步，將各個(gè)所述FBG傳感器、BOTDA傳感器和解調(diào)儀相連接，BOTDA傳感器測(cè)量初始值，以同一高度和同一頻率開始錘擊，所述FBG傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)記錄錘擊數(shù)；鋼管沉樁到設(shè)計(jì)高度后，暫停，BOTDA傳感器開始測(cè)量，如此重復(fù)，直到鋼管到達(dá)指定設(shè)計(jì)高度或者沉降已經(jīng)趨于停止。
[0012]本發(fā)明中，F(xiàn)BG-BOTDA聯(lián)合監(jiān)測(cè)技術(shù)既可以精確獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)又可以全面把握樁身應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)，既彌補(bǔ)了全分布式傳感技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)不足又彌補(bǔ)了點(diǎn)式傳感器以點(diǎn)概面的誤判。特別是隨著解調(diào)技術(shù)的成熟，F(xiàn)BG與BOTDA傳感器實(shí)現(xiàn)復(fù)利用，F(xiàn)BG-BOTDA聯(lián)合監(jiān)測(cè)技術(shù)利用前景十分廣闊。文中管樁擊入過(guò)程和接管過(guò)程中所反映的應(yīng)變變化特點(diǎn)可以為管樁的設(shè)計(jì)、施工提供很好借鑒。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為FBG準(zhǔn)分布式測(cè)量原理圖；
[0014]圖2為BOTDA全分布式測(cè)量原理圖；
[0015]圖3-A為BOTDA應(yīng)變解調(diào)儀監(jiān)測(cè)的應(yīng)變?cè)紨?shù)據(jù)圖；
[0016]圖3-B顯示為奇異值檢驗(yàn)后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)Ellipse濾波后得到的數(shù)據(jù)圖；
[0017]圖3-C為濾波后的數(shù)據(jù)通過(guò)多項(xiàng)式擬合得到的可以用于數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)圖；
[0018]圖4-A為鋼管尺寸圖及傳感光纖布設(shè)圖；
[0019]圖4-B為圖4-A的橫截面圖；
[0020]圖5為鋼管沉樁過(guò)程圖；
[0021 ]圖6為打入44mmFBG波長(zhǎng)圖；
[0022]圖7為打入80mmFBG波長(zhǎng)圖；
[0023]圖8為打入103mmFBG波長(zhǎng)圖；
[0024]圖9為打入105_后FBG波長(zhǎng)圖；
[0025]圖10為BOTDA分布式光纖監(jiān)測(cè)隨樁深應(yīng)變圖；
[0026]圖11為BOTDA與FBG暫停狀態(tài)下樁身應(yīng)變圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面，參考附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的說(shuō)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。
[0028]為了易于說(shuō)明，在這里可以使用諸如“上”、“下” “左” “右”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，用于說(shuō)明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另ー個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語(yǔ)意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對(duì)說(shuō)明可相應(yīng)地解釋。
[0029]FBG 原理:
[0030]光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Gratting,簡(jiǎn)稱FBG)是指利用摻雜(如鍺、磷等光纖的光敏性，通過(guò)某種エ藝方法使外界入射光子和纖芯內(nèi)的摻雜粒子相互作用，導(dǎo)致纖芯折射率沿纖軸方向周期性或非周期性的永久性變化，在纖芯內(nèi)形成空間相位結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件，如圖1所示，圖中纖芯的明暗變化代表了折射率的周期變化。
[0031]光纖光柵的波長(zhǎng)變化率與光柵所在位置的軸向應(yīng)變與溫度變化量有良好的線性關(guān)系，如式(I)所示:
[00321
【權(quán)利要求】
1.管樁擊入土層的FBG-BOTDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法，其特征在于，該方法具體為:在管樁的表面，沿其長(zhǎng)度方向設(shè)置有若干個(gè)F-B聯(lián)合傳感器,F-B聯(lián)合傳感器包括FBG傳感器和BOTDA傳感器，F(xiàn)BG傳感器檢測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在擊入過(guò)程和接管過(guò)程的應(yīng)變變化規(guī)律，以獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)；同吋，BOTDA傳感器監(jiān)測(cè)管樁靜止?fàn)顟B(tài)下樁身應(yīng)變變化特征，以全面把握樁身應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)。
2.如權(quán)利要求1所述的管樁擊入土層的FBG-B0TDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法，其特征在于，所述F-B聯(lián)合傳感器設(shè)置在所述管樁的表面與所述管樁的中軸面交合處的交線上。
3.如權(quán)利要求1所述的管樁擊入土層的FBG-B0TDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法，其特征在于，所述F-B聯(lián)合傳感器中的所述FBG傳感器和BOTDA傳感器為一體設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)利用，兩者相互結(jié)合安裝后在所述管樁表面形成一條檢測(cè)線。
4.如權(quán)利要求2所述的管樁擊入土層的FBG-B0TDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法，其特征在于，所述F-B聯(lián)合傳感器中的所述FBG傳感器和BOTDA傳感器為分體設(shè)置，所述FBG傳感器設(shè)置在所述交線上，所述BOTDA傳感器緊貼設(shè)置所述FBG傳感器的兩側(cè)。
5.如權(quán)利要求4所述的管樁擊入土層的FBG-B0TDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法，其特征在干，所述BOTDA傳感器呈U型結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的管樁擊入土層的FBG-B0TDA聯(lián)合傳感器檢測(cè)方法，其特征在于，將各個(gè)所述FBG傳感器、BOTDA傳感器和解調(diào)儀相連接，BOTDA傳感器測(cè)量初始值，以同一高度和同一頻率開始錘擊，所述FBG傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)記錄錘擊數(shù)；鋼管沉樁到設(shè)計(jì)高度后，暫停，BOTDA傳感器開始測(cè)量，如此重復(fù)，直到鋼管到達(dá)指定設(shè)計(jì)高度或者沉降已經(jīng)趨于停止。
【文檔編號(hào)】E02D33/00GK103437383SQ201310397789
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】朱友群, 魏廣慶, 施斌, 孫義杰 申請(qǐng)人:南京大學(xué)