[发明专利]一种微型钢管桩桩身应力测试方法

说明书

一种微型钢管桩桩身应力测试方法，本发明属于岩土工程原位试验技术领域，特别涉及一种微型钢管桩应力测试方法，当自补偿式微型光纤光栅应变传感器受到拉力或者压力作用时，传感器的伸长或压缩使光纤光栅周期发生变化，进而改变光纤光栅应变传感器的有效折射率，从而得到微型钢管桩在水土压力作用下的弯曲应力分布；其测试工艺简单，测量精度高，灵敏度高，误差小，抗电磁场干扰能力强，成活率高，易于实现准分布式和自动化监测。

技术领域：

本发明属于岩土工程原位试验技术领域，特别涉及一种基坑或边坡支护中微型钢管桩应力测试方法，弥补并改进了目前测试装置和测试方法的不足，通过沿微型钢管桩桩身埋设自补偿式微型光纤光栅应变传感器串能更准确地得出微型钢管桩在水土压力作用下的桩身弯曲应力分布规律，为以后更加深入的研究和实际工程提供了一定的参考价值。

背景技术：

微型桩是以树根桩为基础发展起来的一种小直径桩，桩径一般为90～300mm。而微型钢管桩是指采用钢管作为加强体的一类微型桩。由于微型钢管桩具有地层适应性强、承载力高、布置形式更灵活、施工占用场地小、重量轻、成孔快、施工机械小型化以及可进行超前支护等诸多优点，近年来在基坑支护和边坡加固等工程中得到广泛应用，特别是在土岩复合地层中配合锚杆(索)使用，形成一种新型支护型式。在基坑开挖过程中，微型钢管桩在水土压力作用下发生弯曲变形，将产生较大的弯曲应力，为有效验证微型钢管桩的受力作用，保证施工安全和工程质量，并为设计提供数据，有必要在基坑开挖过程中对微型钢管桩弯曲应力进行实时监测，确保钢管桩受力满足安全要求。传统的电测技术大多采用在桩身外壁粘贴应变片的方法，测试结果受环境的影响较大，实际受力结果与测试结果存在一定误差，且受现场施工震动和开挖过程中机械的扰动影响应变片的成活率不高，导致测试数据缺失。光纤光栅传感技术是伴随着光纤通信技术和纤维光学的发展而产生的一种新型光电子学技术，光纤光栅应变传感器可通过布拉格反射波长的移动来感应外界细微应变变化，从而实现在线测量结构应力，是一种性能优良的敏感元件，与传统的电测技术相比，具有稳定性好、耐腐蚀、抗电磁干扰、准分布测量、体积小、结构简单、精度高、能够进行实时监测等特点。由于光纤纤细和软弱，对传感器和传输光纤必须进行细致安装，光纤传感原位监测成败的关键在于如何在现场施工环境中实现传感器的埋设定位并保证其存活率。中国专利201320628409.9公开了一种静压高强预应力混凝土管桩桩身应力测试装置，高强预应力混凝土管桩内切割制有浅槽，光纤Bragg 光栅传感器和铠装光缆按准分布式熔接串联，串联的光纤Bragg光栅传感器和铠装光缆植入高强预应力混凝土管桩的浅槽内并用环氧树脂混合液进行封装保护，光纤Bragg光栅传感器在高强预应力混凝土管桩的位置根据需要测试的土层标高进行布设；高强预应力混凝土管桩的顶部内侧开制有桩身钻孔，铠装光缆通过桩身钻孔引出与数据采集系统连通；其装置结构简单，操作方便，测量精度高，灵敏度高，抗电磁场干扰能力强，成活率高，与传统测力元件相比易于实现准分布式和自动化监测，但是该测试装置主要针对软弱地层中的预应力高强度混凝土管桩，埋置的光纤Bragg光栅传感器串一旦有一个失效会对测试过程造成较大的影响，甚至会造成传感器串全部失效；另外桩身开槽会对桩的强度造成一定的影响，再者测试过程中未能剔除由温度引起的桩身应变变化以致于影响测试结果的准确性。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求一种能够准确、实时测量微型钢管桩桩身应力的方法，当自补偿式微型光纤光栅应变传感器受到拉力或者压力作用时，传感器的伸长或压缩使光纤光栅周期发生变化，进而改变光纤光栅应变传感器的有效折射率，从而得到微型钢管桩在水土压力作用下的弯曲应力分布。

为了实现上述目的，本发明采用微型钢管桩桩身应力测试装置实现，其具体工艺过程为：

(1)根据微型钢管桩待测断面的设计要求，确定出温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串中各传感器的间距，将温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串联成准分布式的温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串，各温度自补偿式微型光纤光栅应变传感之间的光纤以及引出底面的光纤全部用铠装导线进行保护；