一种钢管桩侧摩阻力检测装置与方法与流程

1.本发明属于建筑与土木工程技术领域，具体的涉及一种钢管桩侧摩阻力检测装置与方法。


背景技术：

2.基桩侧摩阻力取值是桩基承载力设计中的重要部分，主要通过静载试验过程中在桩体内埋设测试元件，测出在外部荷载作用下桩身应变沿桩长的分布，再通过计算得到。桩身应变测试方法主要有以下3种：(1)点式传感器方法。在桩内不同截面埋入电阻应变片、钢筋计等传感元件，获取沿桩身不同截面处的应变。(2)分布式光纤传感测试技术方法。根据光纤技术原理，通过沿桩身埋设传感光纤测定桩身应变，主要为自发布里渊光时域散射分析技术botdr(brillouin optical time domain reflectometer)、受激布里渊光时域散射分析技术botda(brillouin optical time domain analysis)。(3)滑动测微计方法。沿桩身埋设pvc测管，在每一米间通过测标连接起来，通过活动式探头在测管内的操作来获取桩身每一米间的平均应变。
3.对于钢管桩，桩身应变测试主要为方法(1)和方法(2)，侧摩阻力主要通过预先在桩身特定位置安装应变测试元件，在打桩后测得其应变，进而可计算得到其侧摩阻力。方法(1)和方法(2)共同难点在于传感器和导线的安装保护工艺。其中，方法(2)分布式光纤传感测试技术近年蓬勃发展。该技术中，传感光纤即是传感器又是传输线缆，应用该技术可以得到光纤沿线连续的应变分布，进而能够全面地监测桩身应变。对于预制混凝土桩，传感光纤的埋设一般有开槽植入和预埋法；对于钢管桩，传感光纤一般采用点焊(金属基带)或者环氧树脂黏贴(碳纤维基带)的方式。
4.但现有钢管桩侧摩阻力测试中，分布式光纤传感测试技术中存在以下缺陷：(1)金属基带或碳纤维基带宽度较大，以致光纤保护装置亦较大，安装工效低、成本高、效果难以保证。(2)金属基带或碳纤维基带需要先安装，再焊接角钢或槽钢保护，安装光纤在前，焊接保护在后，焊接过程的较高温度可能影响光纤参数、基带连接稳固性。(3)保护装置仅为角钢或槽钢，随桩打入土层过程中受侧向压力易变形，失去对光纤的保护作用。(4)光纤采用缝合法穿于金属基带或碳纤维基带中，具有固有的弯曲性，造成光纤与桩轴线不平行严重，影响测试结果的准确性，且难以修正。
5.因此，现有的钢管桩侧摩阻力测试装置及方法不够理想，不利于分布式光纤传感测试技术在钢管桩侧摩阻力测试中的推广。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种钢管桩侧摩阻力检测装置与方法，旨在解决现有技术存在的问题。
7.本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：
8.一种钢管桩侧摩阻力检测装置，包括：
9.保护壳体、光纤安装槽、光纤回路和固定组件；
10.所述保护壳体、光纤安装槽与钢管桩连接并形成用于放置所述光纤回路的空间；
11.所述光纤回路处于所述空间内并通过所述固定组件固定于所述钢管桩的表面。
12.优选的，所述保护壳体体通过所述光纤安装槽与所述钢管桩连接。
13.优选的，所述光纤安装槽包括两个固定座，分别为左固定座和右固定座，所述左固定座和右固定座相对设置并与所述钢管桩形成用于安装所述光纤回路的槽体结构。
14.优选的，所述保护壳体体的横截面为半圆弧结构。
15.优选的，所述固定组件包括环氧树脂胶凝结体和碳纤维布，所述光纤回路通过所述环氧树脂胶凝结体固定于所述钢管桩的表面，所述碳纤维布通过所述环氧树脂胶凝结体覆盖于所述光纤回路。
16.优选的，所述光纤回路为多个光纤测线构成的u型回路结构。
17.本发明还公开了一种钢管桩侧摩阻力检测方法，采用基于上述公开的钢管桩侧摩阻力检测装置，包括以下步骤：
18.s1、沿钢管桩的桩身轴线方向设置定位线；
19.s2、通过定位线在钢管桩的表面设置光纤安装槽；
20.s3、在光纤安装槽内布置光纤回路；
21.s4、在光纤安装槽内设置固定组件对光纤回路进行强化固定；
22.s5、强化固定完成后，将保护壳体盖于光纤安装槽上，并与光纤安装槽固定；
23.s6、测试装置预先安装完成后，整体吊装并将桩打入设计要求的深度，移开打桩锤，将光纤接长至采集仪位置处准备试验；
24.s7、待试验桩满足休止时间后，可进行承载力检测，记录光纤应变数据。
25.优选的，所述光纤安装槽包括左固定座和右固定座；在步骤s1中，沿钢管桩的桩身轴线方向设置两条定位线，分别为左固定座的内边界线和右固定座的内边界线；在步骤s2中，沿两条定位线分别安装左固定座和右固定座，通过双侧角焊缝将左固定座和右固定座焊接在钢管桩表面。
26.优选的，所述光纤回路由多个光纤测线构成的u型回路结构；在步骤s3中，光纤回路的u型下部靠近桩端，u型上部靠近桩顶，光纤测线与桩轴线平行。
27.优选的，所述固定组件包括环氧树脂胶凝结体和碳纤维布；在步骤s4中，在光纤安装槽内灌注环氧树脂胶凝结体，待环氧树脂胶凝结体固化前，在光纤安装槽内的环氧树脂胶凝结体上铺贴一层碳纤维布，并通过刷子进一步刷环氧树脂胶凝结体，使其充分渗透碳纤维布。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.本发明将光纤直接铺设于钢管桩表面，可保证光纤沿桩轴线有效黏贴于桩表面，安装光纤后不需要焊接作业，避免对光纤造成不利影响，保护装置受力合理，可有效抵抗打桩过程中的桩侧土压力，试验数据准确可靠，试验简便、安全、经济。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普
通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明的方案的结构示意图。
32.图2为本发明的方案的结构立体示意图。
33.附图标记说明：
34.1-保护壳体，2-光纤回路，3-左固定座，4-右固定座，5-环氧树脂胶凝结体，6-碳纤维布，7-双侧角焊缝，8-钢管桩，9-螺栓。
具体实施方式
35.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
38.参照图1至图2：
39.本发明的技术方案，一种钢管桩侧摩阻力检测装置，包括：
40.保护壳体1、光纤安装槽、光纤回路2和固定组件；
41.所述保护壳体1、光纤安装槽与钢管桩8连接并形成用于放置所述光纤回路2的空间；
42.所述光纤回路2处于所述空间内并通过所述固定组件固定于所述钢管桩8的表面。
43.具体的，所述保护壳体1体通过所述光纤安装槽与所述钢管桩8连接。
44.具体的，所述光纤安装槽包括两个固定座，分别为左固定座3和右固定座4，所述左固定座3和右固定座4相对设置并与所述钢管桩8形成用于安装所述光纤回路2的槽体结构。
45.具体的，所述保护壳体1体的横截面为半圆弧结构。
46.具体的，所述固定组件包括环氧树脂胶凝结体5和碳纤维布6，所述光纤回路2通过所述环氧树脂胶凝结体5固定于所述钢管桩8的表面，所述碳纤维布6通过所述环氧树脂胶凝结体5覆盖于所述光纤回路2。
47.具体的，所述光纤回路2为由多个光纤测线构成的u型回路结构。
48.本发明还公开了一种钢管桩侧摩阻力检测方法，采用基于上述公开的钢管桩侧摩阻力检测装置，包括以下步骤：
49.s1、沿钢管桩8的桩身轴线方向设置定位线；
50.s2、通过定位线在钢管桩8的表面设置光纤安装槽；
51.s3、在光纤安装槽内布置光纤回路2；
52.s4、在光纤安装槽内设置固定组件对光纤回路2进行强化固定；
53.s5、强化固定完成后，将保护壳体1盖于光纤安装槽上，并与光纤安装槽固定；
54.s6、测试装置预先安装完成后，整体吊装并将桩打入设计要求的深度，移开打桩锤，将光纤接长至采集仪位置处准备试验；
55.s7、待试验桩满足休止时间后，可进行承载力检测，记录光纤应变数据。
56.具体的，所述光纤安装槽包括左固定座3和右固定座4；在步骤s1中，沿钢管桩8的桩身轴线方向设置两条定位线，分别为左固定座3的内边界线和右固定座4的内边界线；在步骤s2中，沿两条定位线分别安装左固定座3和右固定座4，通过双侧角焊缝7将左固定座3和右固定座4焊接在钢管桩8表面，左固定座3、右固定座4与保护壳体1通过螺栓9连接的方式连接。
57.具体的，所述光纤回路2由多个光纤测线构成的u型回路结构；在步骤s3中，光纤回路2的u型下部靠近桩端，u型上部靠近桩顶，光纤测线与桩轴线平行。
58.具体的，所述固定组件包括环氧树脂胶凝结体5和碳纤维布6；在步骤s4中，在光纤安装槽内灌注环氧树脂胶凝结体5，待环氧树脂胶凝结体5固化前，在光纤安装槽内的环氧树脂胶凝结体5上铺贴一层碳纤维布6，并通过刷子进一步刷环氧树脂胶凝结体5，使其充分渗透碳纤维布6。
59.综上所述，本发明的有益效果如下：
60.(1)本发明直接将光纤铺贴于试验桩表面，光纤槽内可以灵活布置1个或多个u形光纤回路2，可有效避免通过光纤基带法黏贴时光纤与桩轴线不平行的弊端。
61.(2)本发明预先安装一组固定座，保护壳体1与固定座开有等间距螺孔，通过螺栓将保护壳体1与固定座牢固连接，光纤安装完毕后无需进行焊接作业，不会有高温损坏光纤的风险，且可根据打桩需要设计螺栓抗剪能力，避免打桩过程中因保护壳体1侧摩擦力较大破坏螺栓连接。
62.(3)本发明设计有半圆形保护壳体1，与现有角钢或槽钢相比，具有更优秀的耐打桩挤压力作用，安全可靠。
63.(4)光纤测线与桩轴线平行，可以提高测试装置的精确度。
64.于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
65.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
66.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可
以理解的其他实施方式。
67.以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。