[发明专利]一种微型钢管桩桩身应力测试方法

摘要

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。

主权项

一种微型钢管桩桩身应力测试方法，其特征在于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；(2)温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串在微型钢管桩安装之前，先接通光纤光栅传感分析仪与数据存储电脑，一方面检查光纤是否折断，另一方面检验温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器是否失效；(3)根据温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串在微型钢管桩中的安装位置，在微型钢管桩外壁用粉笔画出传感器安装孔的位置和大小，以火焰切割的方式在微型钢管桩成孔，传感器安装孔的形心截面尽量与每一个温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器的形心截面重合，待微型钢管桩冷却后，用砂纸对微型钢管桩内壁安装温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串的位置进行打磨；(4)将两串温度自补偿式微型光纤光栅传感器串从微型钢管桩的端部顺入微型钢管桩的内部，通过传感器安装孔将两串温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串对称焊接在微型钢管桩的内壁，焊接完成后接通光纤光栅传感分析仪与数据存储电脑，检验温度自补偿式光纤光栅应变传感器串的成活率使其不得低于90％，若温度自补偿式光纤光栅应变传感器串的成活率低于90％，需要拆除损坏的传感器进行重新安装，检验完成后将孔洞切除板焊接在微型钢管桩表面将传感器安装孔完全遮盖，确保焊缝质量，温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串的线头通过微型钢管桩顶部的引线孔引出；(5)在施工场地确定微型钢管桩的施工部位，采用潜孔成孔，清孔，孔径略大于微型钢管桩的直径；将带有温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串的微型钢管桩放入钻好的孔内，要保证其中一串温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串位于基坑开挖面，另一串位于临土面，若微型钢管桩不能靠其自重放入钻孔内，采用小型挖机将微型钢管桩轻轻打入预定的标高，在微型钢管桩施工过程中要注意保护温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串和铠装导线端头的法兰盘；(6)将注浆管插入微型钢管桩的底部，将拌好的水泥浆通过注浆机缓缓注入微型钢管桩内，水泥浆的水灰比严格控制在0.45～0.5，注浆过程中要时刻注意注浆管上的压力表，确保注浆压力达到0.5MPa，注浆后暂不拔注浆管，直至水泥浆从微型钢管桩外流出为止，拔出注浆管，密封钢管端部，加压5分钟，待水泥浆再次从钢管外流出为止，若一次注浆难以满足既定的冲盈系数的要求，需要多次间隙注浆，直至微型钢管桩桩顶翻浆为止，然后拔出注浆管，完成注浆作业，注浆过程中要确保铠装导线端头的法兰盘不要有浆液进入；(7)将温度自补偿式光纤光栅应变传感器串、光纤光栅传感分析仪及数据存储电脑接通，检测温度自补偿式微型光纤光栅应变传感器串的成活率；(8)基坑开挖之前，待注浆后的微型钢管桩内的水泥浆养护28天或水泥浆的抗压强度达到设计强度的75％后，将温度自补偿式光纤光栅应变传感器串、光纤光栅传感分析仪及数据存储电脑接通，检查测试装置连接是否完好，并记录温度自补偿式光纤光栅应变传感器串初始波长；(9)基坑开挖过程中，用光纤光栅传感分析仪及数据存储电脑实时记录温度自补偿式微型光纤光栅传感器串的波长，利用公式(1)、(2)、(3)可求得求得微型钢管桩的待测断面的桩身弯曲应力，Δεx＝Δλε/Kε        (1)σi＝EsΔεx          (2)Mi＝σiW           (3)其中Δεx为微型钢管桩的轴向应变变化量；Δλε为中心波长变化量，单位nm；Kε为传感器应变灵敏系数；σi为任一测试断面微型钢管桩轴线处的弯曲应力，其数值等于基坑临土面与开挖面应力差值的一半，单位MPa；Es为微型钢管桩的弹性模量，单位MPa；Mi为任一测试断面微型钢管桩的弯矩，单位kN·m；W为微型钢管桩的弯曲截面系数，单位mm3；出于安全的考虑，公式(3)在计算弯矩时，未考虑微型钢管桩内注浆对抗弯刚度的增大效应；如若考虑注浆后微型钢管桩抗弯刚度的增大效应，可将未注浆微型钢管桩的刚度乘以1.2～1.5的增大系数。