[发明专利]一种劲性复合桩承载性能的长期监测装置及方法

说明书

本发明涉及一种劲性复合桩承载性能的长期监测装置，包括与桩体（1）相互配合的传感器安置钢架（2）、监测组件（3）、超声波检测装置（4）、太阳能电池系统（5）、无线解调仪（6）、云端信息处理器（7）和客户端（8）；桩体（1）包括同轴的内芯桩（11）和外芯桩（12），传感器安置钢架（2）包括水平安置钢架（21）和竖直安置钢架（22），监测组件（3）包括分布式光纤传感器（31）、耐久性检测仪（32）和荷载箱（33），监测组件（3）再依次与太阳能电池系统（5）、无线解调仪（6）、云端信息处理器（7）和客户端（8）相连。本发明的优点是可检查成桩后桩体质量，实时、长期地记录桩体的承载特性和受环境侵蚀的程度。

技术领域

本发明涉及建筑结构监测技术领域，尤其是一种劲性复合桩承载性能的长期监测装置及方法。

背景技术

劲性复合桩因其承载力强，成本较低等因素，现已广泛应用于建筑工程中。对于传统的劲性复合桩，其内芯桩一般为预制混凝土桩或灌注桩，外芯桩一般为水泥土搅拌桩。在传统的劲性复合桩施工中，使用了大量的水泥、沙、石等作为其基本原料，但这些基本原料都是不可再生自然资源，超量的使用严重污染了环境，破坏了国土资源及植被。此外，在水泥的制造过程中还会产生大量温室气体，根据研究表明，该过程所排放的CO₂甚至占全球CO₂排放量的7%。

现将赤泥、矿渣、粉煤灰等工业废弃物基于协同理论制备为固废注浆材料，并将其替代水泥运用在劲性复合桩的建造中，研发一种内芯为预制混凝土桩或灌注桩，外芯为固废材料的新型复合桩，与传统的劲性复合桩相比，新型桩更好的降低施工产生的污染和碳排放，更符合绿色低碳的建筑设计理念。然而为进一步改进其材料配比、施工方案等，以便进一步推广该新型桩在工程中的使用，则需要对新型桩成桩质量进行检测、对其在高温、高湿、高压的施工环境下承载性能的变化进行探究以及在不同的复杂自然环境下的耐久性进行长期监测。目前针对结构耐久性的研究主要集中于上部结构，对地下结构的研究相对较少，且传感器只能安装于结构表面，测量数据和精度都受到一定影响。

发明内容

本发明目的就是为了解决现有劲性复合桩无法进行完整的性能监测的问题，提供了一种劲性复合桩承载性能的长期监测装置，可以检查成桩后桩体质量，并能实时、长期地记录桩体的承载特性和受环境侵蚀的程度。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种劲性复合桩承载性能的长期监测装置，包括与桩体相互配合的传感器安置钢架、监测组件、超声波检测装置、太阳能电池系统、无线解调仪、云端信息处理器和客户端；

所述桩体包括同轴的内芯桩和外芯桩，内芯桩为预制桩，外芯桩为搅拌桩；

所述传感器安置钢架包括水平安置钢架和竖直安置钢架，每个水平安置钢架包括同心的内钢环、中钢环和外钢环，钢环之间通过一组水平钢管相连，竖直安置钢架包括一组竖向钢管，竖向钢管连接在相邻两个水平安置钢架之间，内芯桩设于内钢环内；

外钢环上均布一组声测管孔槽和一圈外环凹槽，竖直安置钢架的外柱上设有竖直的外柱凹槽，声测管孔槽内连有竖直的声波测管，声波测管的下端为封闭端、上端高于桩体的上表面，超声波检测装置设于声波测管内，以便于管内放置声波发射探头和接收探头进行桩体的超声波质量检测；

所述监测组件包括分布式光纤传感器、耐久性检测仪和荷载箱，分布式光纤传感器连于传感器安置钢架上，耐久性检测仪包括PH值探针和氯离子探针，其连于水平安置钢架的水平钢管上，荷载箱设于内芯桩的底部；

监测组件通过信号线依次与太阳能电池系统和无线解调仪相连，无线解调仪与云端信息处理器通讯相连，云端信息处理器再与客户端相连，以用于将处理后的数据保存并查看。

进一步地，所述内钢环、中钢环和外钢环均为中碳调质钢制圆环，内钢环的直径与内芯桩的外径相同，外钢环的直径与外芯桩的内径相同，中钢环直径为内钢环与外钢环直径的中间值。