[发明专利]PHC管桩结构荷载检测装置及安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及桩基施工检测领域，尤其涉及一种PHC(预应力高强度混凝土)管桩结构荷载检测装置及安装方法。

背景技术

近些年来，PHC管桩(即预应力高强度混凝土管桩)以其优异的承载性能、低廉的造价以及生产、施工速度快等特点在高层建筑、道路、桥梁、港口、码头等工程中得到了广泛的应用。作为上部结构荷载与底层基础之间的传递介质，基桩的安全性和适用性对于整个工程的重要性是不言而喻的，而对桩身应力、应变的检测又是评价基桩安全性与适用性非常关键的一环。因此，研究PHC管桩在竖向荷载、水平荷载的受力传递机理和结构损伤之间的规律具有十分重要的意义。

由于PHC管桩在制作时，需要经过预应力张拉、离心成型和高温蒸汽养护等工序，在对PHC管桩实施相应监测时，管桩的制作流程对传感器抗高温、抗高压性能提出了更高要求；同时，在现场施工过程中，PHC管桩在受打压时轴向变形较大，对传感器的变形耐受能力要求很高。由于目标传感器需要符合上述额外特殊要求，传统的电阻式应变传感器应用于混凝土管桩现场时，存活率普遍较低。即使存活下来，电阻式应变传感器在精度、漂移、稳定性等方面通常难以满足现场测试需求，并且传统电阻式应变传感器在施工上也较为复杂。因此，亟须寻找一种能够适应PHC管桩特殊要求的传感装置来满足结构长期健康监测的需求。

光纤光栅传感器凭借自身抗电磁干扰、电绝缘性能好、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点在航空航天、土木、交通、能源等领域中得到广泛应用。随着光纤传感器技术发展日趋成熟，在各领域的应用展现出蓬勃发展的态势，极有可能替代传统的传感器。

目前，国内已有将FBG传感技术应用于混凝土管桩测试的工程实例，但成败参半。FBG技术用在桩基结构检测领域的一个关键难题是FBG传感系统的埋设工艺。Kister对该传感系统在灌注桩中的埋设工艺与可行性进行了研究，但并未涉及系统运用于混凝土预制桩测试的可行性分析。冯春把FBG传感技术运用到PHC桩的竖向静载荷试验中，但试验结果不甚理想，4根试桩的FBG 传感器的存活率分别只有13％、47％、3％、25％，然而存活下来的传感器测试精度较高，能准确反映桩体内应变随桩顶载荷的变化趋势。由此可见，只要做好FBG传感系统的保护措施，便可将这项技术应用于混凝土管桩结构载荷试验中。

既有专利(公开号：CN102936903A)公开了一种PHC管桩试桩应力、应变检测的方法。具体包括放样、切槽、连线、放线、测试、固定走线、粘贴、密封等工序，属于典型的外壁开槽敷设方法，不仅对管桩结构存在一定的破坏，而且工序非常复杂，可靠性较差，不易推广使用。既有专利(公开号：CN104727352A)公开了一种PHC管桩光纤应变计安装方法。首先在PHC 管桩的桩身周围埋设若干尺寸的槽位；然后将光纤应变计埋入到指定的槽位；最后采用光纤导线将各传感器进行连接。该方法较好地避免光纤应变计在制桩过程中可能受到的损坏，也避免了打桩过程中周围土体给光纤应变计带来的损坏，但施工过程较为复杂，且桩体结构的损伤程度随着埋设传感器数量的增多而存在逐渐增大的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种PHC(预应力高强度混凝土)管桩结构荷载检测装置及安装方法，利用工业拉丝塔制备基于光纤光栅阵列技术的传感光纤，该传感光纤集传感、传输于一体，用于PHC管桩结构应力、应变检测，具有容量大、距离长、分布密集、多参数融合和测量精度高等特点；与传统的外壁开槽敷设传感器方法不同，本发明是在管桩混凝土浇筑之前，将一次成型的传感光纤预先植入已刻好槽的钢棒，然后将钢棒与钢筋笼捆绑在一起，再进行后续的预应力张拉、离心成型和高温蒸汽养护等工序，具有成活率高、可靠性好、测量准确、敷设便捷和成本低廉等特点，且对管桩本体结构无任何损伤，易于大面积推广使用。

本发明为达到上述目的，所采用的技术方案是：

本发明的智能传感钢筋，包括传感光纤、光纤接续盒和辅助钢筋，所述辅助钢筋上沿其长度方向开设直槽，所述传感光纤沿直槽敷设并以一定的预张状态固定在直槽内；该传感光纤的光纤接头部通过钢筋弯头引入到光纤接续盒。

接上述技术方案，所述直槽内填充环氧树脂砂浆。

接上述技术方案，该传感光纤包括单模光纤、光纤光栅阵列传感器和外护套，所述光纤光栅阵列传感器由若干相同波长的光纤光栅构成，外部套设外护套，传感器之间通过单模光纤进行串接。

接上述技术方案，所述外护套为环氧树脂的材料和光纤光栅阵列传感器一次挤塑成型。