[發明專利]一種微型鋼管樁樁身應力測試方法

有效

• 申請號: 201710923363.6
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107643137B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 白曉宇;張明義;王永洪;黃凱;陳小鈺;牟洋洋;桑松魁
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏;于正河

1.一種微型鋼管樁樁身應力測試方法，其特征在于采用微型鋼管樁樁身應力測試裝置實現，其具體工藝過程為：

(1)根據微型鋼管樁待測斷面的設計要求，確定出溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串中各傳感器的間距，將溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串聯成準分布式的溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串，各溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器之間的光纖以及引出底面的光纖全部用鎧裝導線進行保護；

(2)溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串在微型鋼管樁安裝之前，先接通光纖光柵傳感分析儀與數據存儲電腦，一方面檢查光纖是否折斷，另一方面檢驗溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器是否失效；

(3)根據溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串在微型鋼管樁中的安裝位置，在微型鋼管樁外壁用粉筆畫出傳感器安裝孔的位置和大小，以火焰切割的方式在微型鋼管樁成孔，傳感器安裝孔的形心截面盡量與每一個溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器的形心截面重合，待微型鋼管樁冷卻后，用砂紙對微型鋼管樁內壁安裝溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串的位置進行打磨；

(4)將兩串溫度自補償式微型光纖光柵傳感器串從微型鋼管樁的端部順入微型鋼管樁的內部，通過傳感器安裝孔將兩串溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串對稱焊接在微型鋼管樁的內壁，焊接完成后接通光纖光柵傳感分析儀與數據存儲電腦，檢驗溫度自補償式光纖光柵應變傳感器串的成活率使其不得低于90％，若溫度自補償式光纖光柵應變傳感器串的成活率低于90％，需要拆除損壞的傳感器進行重新安裝，檢驗完成后將孔洞切除板焊接在微型鋼管樁表面將傳感器安裝孔完全遮蓋，確保焊縫質量，溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串的線頭通過微型鋼管樁頂部的引線孔引出；

(5)在施工場地確定微型鋼管樁的施工部位，采用潛孔成孔，清孔，孔徑略大于微型鋼管樁的直徑；將帶有溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串的微型鋼管樁放入鉆好的孔內，要保證其中一串溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串位于基坑開挖面，另一串位于臨土面，若微型鋼管樁不能靠其自重放入鉆孔內，采用小型挖機將微型鋼管樁輕輕打入預定的標高，在微型鋼管樁施工過程中要注意保護溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串和鎧裝導線端頭的法蘭盤；

(6)將注漿管插入微型鋼管樁的底部，將拌好的水泥漿通過注漿機緩緩注入微型鋼管樁內，水泥漿的水灰比嚴格控制在0.45～0.5，注漿過程中要時刻注意注漿管上的壓力表，確保注漿壓力達到0.5MPa，注漿后暫不拔注漿管，直至水泥漿從微型鋼管樁外流出為止，拔出注漿管，密封鋼管端部，加壓5分鐘，待水泥漿再次從鋼管外流出為止，若一次注漿難以滿足既定的沖盈系數的要求，需要多次間隙注漿，直至微型鋼管樁樁頂翻漿為止，然后拔出注漿管，完成注漿作業，注漿過程中要確保鎧裝導線端頭的法蘭盤不要有漿液進入；

(7)將溫度自補償式光纖光柵應變傳感器串、光纖光柵傳感分析儀及數據存儲電腦接通，檢測溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串的成活率；

(8)基坑開挖之前，待注漿后的微型鋼管樁內的水泥漿養護28天或水泥漿的抗壓強度達到設計強度的75％后，將溫度自補償式光纖光柵應變傳感器串、光纖光柵傳感分析儀及數據存儲電腦接通，檢查測試裝置連接是否完好，并記錄溫度自補償式光纖光柵應變傳感器串初始波長；

(9)基坑開挖過程中，用光纖光柵傳感分析儀及數據存儲電腦實時記錄溫度自補償式微型光纖光柵傳感器串的波長，利用公式(1)、(2)、(3)可求得微型鋼管樁的待測斷面的樁身彎曲應力，

Δε_x＝Δλ_ε/K_ε (1)

σ_i＝E_sΔε_x (2)

M_i＝σ_iW (3)

其中Δε_x為微型鋼管樁的軸向應變變化量；Δλ_ε為中心波長變化量，單位nm；K_ε為傳感器應變靈敏系數；σ_i為任一測試斷面微型鋼管樁軸線處的彎曲應力，其數值等于基坑臨土面與開挖面應力差值的一半，單位MPa；E_s為微型鋼管樁的彈性模量，單位MPa；M_i為任一測試斷面微型鋼管樁的彎矩，單位kN·m；W為微型鋼管樁的彎曲截面系數，單位mm³；出于安全的考慮，公式(3)在計算彎矩時，未考慮微型鋼管樁內注漿對抗彎剛度的增大效應；如若考慮注漿后微型鋼管樁抗彎剛度的增大效應，可將未注漿微型鋼管樁的剛度乘以1.2～1.5的增大系數；

所述微型鋼管樁樁身應力測試裝置的主體結構包括微型鋼管樁、溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串、鎧裝導線、光纖光柵傳感分析儀、數據存儲電腦、傳感器安裝孔、孔洞切除板和引線孔；微型鋼管樁采用工程中常用的市售的鋼管，樁端部焊成封閉尖狀；傳感器安裝孔以火焰切割的方式在微型鋼管樁成孔，傳感器安裝孔為4cm×7cm的矩形截面，其長邊與微型鋼管樁的軸線方向一致，傳感器安裝孔的形心截面與每一個溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器的形心截面重合；溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串由溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器根據設計要求串聯成的準分布式傳感器串，溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串以焊接的方式布置在微型鋼管樁的內表面，溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器的個數根據實際需要確定，每個溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器兩端有夾持塊，夾持塊焊接在微型鋼管樁上，其中各溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器之間的光纖以及引出底面的光纖全部用鎧裝導線保護；孔洞切除板焊接在微型鋼管樁表面并將傳感器安裝孔完全遮蓋，溫度自補償式微型光纖光柵應變傳感器串的線頭通過微型鋼管樁頂部的引線孔引出并與光纖光柵傳感分析儀相連，光纖光柵傳感分析儀與數據存儲電腦相連，在整個安裝和測試過程中，確保鎧裝導線的彎折角度不大于90度，以免光纖折斷，溫度自補償式光纖光柵應變傳感器能夠自動剔除溫度變化對測試結果的影響。