本發(fā)明涉及鉆孔灌注樁監(jiān)測，具體涉及一種基于復合光纜的鉆孔灌注樁全壽命周期監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、鉆孔灌注樁等因其具有承載力高、施工工藝簡單等優(yōu)點，是最常用的基礎結構形式之一。其施工工藝為現(xiàn)場成孔，下放鋼筋籠，最后澆筑混凝土，屬于地下隱蔽工程，若成樁質量出現(xiàn)缺陷將會嚴重影響上部結構，需要對鉆孔灌注樁施工參數(shù)，運營期間的受力狀態(tài)進行實時監(jiān)測，以保證樁基質量。在混凝土澆筑階段，需要控制澆筑過程導管埋深，避免導管拔出混凝土面造成斷樁、夾泥等質量風險；在檢樁階段，需要對樁身完整性進行評估，針對樁身缺陷采取相應措施進行處理；在長期運營期間，需要對樁身受力進行分析，評估樁基健康狀態(tài)，針對缺陷部位采取相應措施進行修復。

2、然而，鉆孔灌注樁施工、運營期間監(jiān)測參量種類多，監(jiān)測手段比較分散。比如，混凝土澆筑期間，采用人工測錘或壓力傳感器監(jiān)測混凝土液面標高；成樁完成后，采用超聲波成孔檢測儀器檢測樁身完整性；運營期間，通過預埋的應力/應變監(jiān)測元件，獲取樁身應力應變分析樁基承載力及評估樁基健康狀況。因此，鉆孔灌注樁施工、運營期間監(jiān)測元件布設工作量大，人工及設備成本高。亟需研發(fā)一種單次布設傳感器，實現(xiàn)全壽命周期監(jiān)測的系統(tǒng)及方法，減少傳感器布設工作量，節(jié)省人工及設備成本。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種基于復合光纜的鉆孔灌注樁全壽命周期監(jiān)測方法及系統(tǒng)，利用布置在鉆孔灌注樁內的復合光纜，實現(xiàn)了鉆孔灌注樁全壽命周期多參量監(jiān)測需求，即混凝土澆筑過程中的混凝土澆筑高度監(jiān)測、混凝土澆筑完成且混凝土水化熱趨于穩(wěn)定后的樁身缺陷監(jiān)測、運營階段的樁身軸力分布和側摩阻力監(jiān)測。

2、為了解決上述技術問題，一方面，本發(fā)明提供一種基于復合光纜的鉆孔灌注樁全壽命周期監(jiān)測方法，包括：

3、混凝土澆筑完成且混凝土水化熱趨于穩(wěn)定后，獲取不同深度的溫度光纖傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)和初始中心波長，以及不同深度的應變光纖傳感器測得的初始中心波長，對樁身加熱，獲取加熱后不同深度的溫度光纖傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)加熱前后的溫度數(shù)據(jù)，計算全樁身范圍內的含泥量情況，判斷樁身缺陷；

4、實時獲取不同深度的溫度光纖傳感器和應變光纖傳感器測得的當前中心波長，計算樁身軸力分布和側摩阻力。

5、進一步地，判斷樁身缺陷的方法包括：

6、混凝土澆筑完成且混凝土水化熱趨于穩(wěn)定后，獲取不同深度的各個溫度光纖傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)t01、t02、……、t0n，t0n為加熱前第n個溫度光纖傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)；

7、對樁身進行加熱，樁身和溫度光纖傳感器處于穩(wěn)定溫度場后，獲取加熱后不同深度的各個溫度光纖傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)t11、t12、……、t1n，t1n為加熱后第n個溫度光纖傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)；

8、根據(jù)加熱前后的溫度數(shù)據(jù)計算各個溫度光纖傳感器對應深度處的樁身含泥量；

9、根據(jù)樁身含泥量判斷樁身缺陷。

10、進一步地，樁身含泥量的計算方法包括：

11、根據(jù)δt＝t1i-t0i＝αip+c，計算樁身升溫系數(shù)αi，根據(jù)計算全樁身范圍內的含泥量情況，其中，δt為升溫值，t1i為加熱后第i個溫度光纖傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)，t0i為加熱前第i個溫度光纖傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)，αi為第i個溫度光纖傳感器對應深度處的樁身升溫系數(shù)，p為加熱功率，c為常數(shù)，a0、b0為試驗室含泥量與升溫系數(shù)的標定系數(shù)，wi為第i個溫度光纖傳感器對應深度處的樁身含泥量。

12、進一步地，計算樁身軸力分布和側摩阻力的方法包括：

13、根據(jù)溫度光纖傳感器和應變光纖傳感器的中心波長變化量，計算溫度補償后的樁身應變分布；

14、根據(jù)計算樁身應變分布，計算樁身不同深度處的軸力和側摩阻力。

15、進一步地，計算溫度補償后的樁身應變分布的方法包括：

16、根據(jù)計算樁身不同深度的應變，其中，εi為第i個應變光纖傳感器對應深度的樁身應變，λsi為第i個應變光纖傳感器測得的初始中心波長，ki為第i個應變光纖傳感器的標定系數(shù)，δλsi為第i個應變光纖傳感器測得的當前中心波長相對于初始中心波長的變化量，δλti為第i個溫度光纖傳感器測得的當前中心波長相對于初始中心波長的變化量。

17、進一步地，計算樁身不同深度處的軸力和側摩阻力的方法包括：

18、根據(jù)q(zi)＝εiea計算樁身不同深度處的軸力，其中，q(zi)為第i個應變光纖傳感器對應深度處的樁身軸力，zi＝(n-i)d，d為相鄰兩個應變光纖傳感器的間距，e為樁身的彈性模量，a為樁身的橫截面積；

19、根據(jù)計算樁身不同深度處的側摩阻力，其中，qs(zi)為第i個應變光纖傳感器對應深度處的側摩阻力，u為樁身周長。

20、進一步地，包括：

21、混凝土澆筑過程中，實時獲取不同深度的溫度光纖傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)，實時計算當前混凝土澆筑高度。

22、進一步地，當前混凝土澆筑高度的計算方法包括：

23、根據(jù)下式判斷混凝土界面所處區(qū)間：

24、

25、其中，ti為混凝土澆筑過程中第i個溫度光纖傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)，t混為混凝土澆筑時的溫度，c為設定溫差，m<n；

26、確定混凝土界面位于第m個溫度光纖傳感器和第m+1個溫度光纖傳感器之間，則當前混凝土澆筑高度h＝d×m。

27、另一方面，本發(fā)明提供一種基于復合光纜的鉆孔灌注樁全壽命周期監(jiān)測系統(tǒng)，包括復合光纜、光纖光柵解調儀、數(shù)據(jù)處理模塊；

28、所述復合光纜安裝于鉆孔灌注樁的鋼筋籠上，所述復合光纜包括陣列式溫度光纖光柵、陣列式應變光纖光柵以及加熱條，所述陣列式溫度光纖光柵包括多個溫度光纖傳感器，所述陣列式應變光纖光柵包括多個應變光纖傳感器，多個溫度光纖傳感器和多個應變光纖傳感器均沿鉆孔灌注樁的深度方向均勻布置，且每個溫度光纖傳感器均對應一個深度相同的應變光纖傳感器，所述加熱條用于加熱樁身；

29、所述光纖光柵解調儀與復合光纜連接，所述光纖光柵解調儀利用復合光纜測量溫度和中心波長；

30、所述數(shù)據(jù)處理模塊用于獲取光纖光柵解調儀的采集數(shù)據(jù)并計算全樁身范圍內的含泥量、樁身軸力分布和側摩阻力。

31、進一步地，所述復合電纜包括包裹體，所述包裹體將陣列式溫度光纖光柵、陣列式應變光纖光柵以及加熱條包裹在內，所述包裹體內設置鋼管，所述陣列式溫度光纖光柵布置在鋼管中，并保持松弛狀態(tài)。

32、本發(fā)明的有益效果為：

33、1.本發(fā)明利用布置在鉆孔灌注樁內的復合光纜，實現(xiàn)了鉆孔灌注樁全壽命周期多參量監(jiān)測需求，即混凝土澆筑過程中的混凝土澆筑高度監(jiān)測、混凝土澆筑完成且混凝土水化熱趨于穩(wěn)定后的樁身缺陷監(jiān)測、運營階段的樁身軸力分布和側摩阻力監(jiān)測，減少了傳感器布設工作量，節(jié)省人工及設備成本。

34、2.本發(fā)明利用溫度光纖傳感器對樁身加熱前后的溫度變化量進行監(jiān)測，根據(jù)溫度變化量和加熱功率計算升溫系數(shù)，再通過升溫系數(shù)與含泥量的關系計算全樁身范圍內的含泥量情況，進而判斷出樁身缺陷所在位置。

35、3.本發(fā)明計算樁身應變時，利用應變光纖傳感器測得的中心波長變化量減去溫度光纖傳感器測得的中心波長變化量，對樁身全段進行了溫度補償，避免溫度變化對樁身應變計算的影響，軸力和側摩阻力的計算結果更為精確。

36、4.本發(fā)明通過將陣列式溫度光纖光柵布置在鋼管中，并保持松弛狀態(tài)，能夠消除外界應力對陣列式溫度光纖光柵的影響，使得陣列式溫度光纖光柵只對溫度敏感，監(jiān)測結果更加準確。