基于分布式光纤传感的桩基检测技术研究

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1、基于分布式光纤传感的桩基检测技术可行性研究报告项目名称：基于分布式光纤传感的桩基检测技术研究项目类别：新技术研究与开发委托单位：武汉市城市建设投资开发集团有限公司中铁大桥勘测设计院有限公司申报单位：华中科技大学编写单位：华中科技大学编写时间：2013年1月16日基于分布式光纤传感的桩基检测技术研究一、项目研究的意义、目的和国内外发展概况1.1项目研究的意义、目的桩基是大型构筑物的重要组成部分，是涉及工程安全问题的结构中占主导地位的构件之一。一旦基础失效，势必造成整体建筑物破坏。因此，桩基检测是整

2、个建筑结构安全、稳定的保障。桩基检测是对单桩承载力和桩身质量等进行全面评价的重要措施，是确认桩基工程合格的重要环节，同时也是对不合格桩进行补强或返工的依据。因为桩基是隐蔽工程，发现其缺陷，以及其后的处理都有难度，因此，在桩基设计前要进行必要的试验，施工后都需要检测。传统的桩基检测，主要基于声波的反射原理，以及静态载荷下沉降率的研究。其特点是在时间上不具有连续观测的可行性。因此，分布式光纤传感器观测手段是桩基检测技术的革命性进展。本课题研究目的是确定分布式光纤传感在桩基检测中的理论计算基础，使智能

3、FRP筋优良检测性能在桩基检测中充分发挥，其检测原理是基于布里渊散射机理的PPP-BOTDA分布式光纤传感技术。分布式光纤检测技术广泛用于大型重要构筑物（机场、桥梁和隧道等）的温度、变形检测，较之发展较快的光栅光纤，分布式光纤具有更好的应用功能。光栅光纤是准分布式的，在一条线路上一般只能布设8-9个观测点；而分布式光纤可以在空间上连续检测每一个点，空间分辨率可以达到10cm，温度测量精度达到0.1度，应变测量统计精度达到2.4微应变，而智能筋较分布式光纤，在实际施工中，智能筋检测施工要求更简单，

4、智能筋内的传感光纤由于复合材料的保护，其耐久性更好。虽然因此智能筋的检测精度较分布式光纤有所降低，但与一般检测方法比，智能筋检测更加准确有效，且具有长期检测特点。因此，对智能FRP筋在桩基检测应用的研究具有远大前景，其先进检测技术在桩基工程中的应用将推动桩基质量提高，全寿命期的实时监控将大大减少因桩基损坏造成的损失。1.2国内外发展概况桩基检测技术是一门新兴行业，我国的检测技术起源十20世纪80年代末，当时的检测方法主要采用声波透射法来抽检。随着工程建设的的蓬勃发展，在桥梁、高层建筑、重型厂房、

5、港口码头、海上采油平台等工程中大量采用桩基础，从而推动了检测频率、检测方法的不断改进。传统的桩基检测方法各有其特点及适用范围：声波透射法只能检测桩身的完整性，不能检测其承载力；由于桩径较小时，声波换能器与检测管的声耦合会引起较大的相对测试误差，故声波透射法适用于检测桩径大于0.6m桩的完整性。静载荷试验法被公认为检测桩基承载力最可靠的方法，该方法结合在桩身和桩底埋设传感器件还可以测定桩侧摩阻力分布情况、桩端反力和桩身轴力等，但评价桩身完整性不理想。静载荷试验法检测时间长，检测费用高，配套工作麻烦

6、，加上设计安全系数较高，一般情况下较难令桩基破坏，故较少采用这种方法。低应变法可检测桩身完整性，但对半断桩、空洞、局部夹泥、局部混凝土松散和不太严重的缩扩颈检测，有一定的难度；在测定承载力上是不可靠的。高应变法是检测桩基桩身完整性和单桩竖向承载力的方法。这种方法受测试人员水平和桩—土相互作用模型问题影响，在国际和国内都遭到质疑，可在个别有承载力争议的桩上使用。钻芯法是一种有损检测方法，它只能对局部桩的长度、砼强度，局部缺陷情况，桩底沉渣厚度，持力层情况等作出判断，可作为其他无损检测方法的补充。由

7、于静载荷试验法费时费力费钱，而动测法（高应变、低应变）又不可靠，近年来又发展了静动试桩法和自平衡法。静动试桩法兼有静载荷试验和高应变试验的优点，试验原理简单，费用低，历时短，在日本，荷兰等国已得到快速发展，在我国尚未推广使用。自平衡法是在桩尖附近埋设荷载箱，沿垂直方向加载，求得桩极限承载力的方法。该技术在国外属专利产品，没有相关技术资料报道。东南大学土木工程学院率先研究此法，已取得一定的成就。1989年美国布朗大学的Mendez等人首次提出将光纤传感器埋入混凝土结构中进行安全监测。随后美国、欧洲

8、、日本等国家的一些学者开始将这一高新技术应用于土木工程的研究,并取得了很好的成果。哈尔滨工业大学的欧进萍、周智等开发的FRP—OFBG智能复合筋应用于南京长江第三大桥南塔基础的钻孔灌注桩的桩基的内力监测中；由于这种光纤智能筋是准分布式的，需预先知道桩基最大内力的位置。南京大学的施斌等人利用BOTDR技术，把未经FRP封装的分布式光纤埋设在对称的两根主筋上，与静载试验相结合，代替传统的钢筋应变计、应变片分析桩基的桩身轴力、侧摩阻力、端承力，从而检测桩身质量，推导桩基承载力。二、项目的原理与理论基础