基于光纤传感技术的桩基分布式检测技术研讨.pdf

基于光纤传感技术的桩基分布式检测技术研究 of DistributedMeasurementthePileBasedonFiber Optic Sensing Technology 施斌1余小奎2张巍1 杰1 索文斌1刘 隋海波1 (1-雨京大学光电传感工程拉铡中心．南京．210093；2．上拇华东电力设计者土工程有限公司，上海．200331) 摘要：布里渊光时域反射计(BOTDR)是近年来国际上研发成功的一项新型的分布式光电传感技 术，浚技术已开始广泛地应用于结构体的温度、应变、应力检测。本文介绍了将这一技术应用于 PHC管桩和钻孔灌注桩试桩中桩身轴力分布、侧摩阻力分布及桩端阻力等检测的基本原理和实 例。实践表明：基于BOTDR光纤传感技术的桩基分布式检测是r分可行和有效的，它与传统的 钢筋计、土压力盒等点式检测技术相比，具有分布式、抗十扰、长距离、耐久性强和协调性好等 优点，其应用前景十分广阔。 关键词：布里渊光时域反射计传感光纤分布式检测PHC管桩钻孔灌注桩 1 引言 随着城市化进程的不断加快，尤其是一些高层、超高层建筑，地下工程，大型桥梁等基 础工程的兴建，桩基显示了其不可替代的重要作用。众所周知，地基与基础的失稳将会直接 导致上部结构的破坏，甚至带来毁灭性的灾害。然而，桩基作为隐蔽性工程，现有的一些检 测技术方法还不能满足桩基的检测要求。因此，越来越多的研究者和工程技术人员将注意力 投向桩基的测试和检测领域u“。 目前，工程界通用的桩基检测方法大致可分为静载试验和动测技术两大类“-。桩基静载 试验是业内公认的获得单桩抗压、抗拔以及水平承载力等桩基重要指标的基本方法。它可以 获取桩基设计所必需的计算参数，确定桩的承载力，评价桩的变形和破坏性，这些试验主要 包括：单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验、单桩水平静载试验等。桩基动测技 术是根据作用在桩顶上动荷载的能量大小和应力水平，能否使桩土之间产生一定的塑性位移 (或弹性位移)，可分为高应变法和低应变法。高应变法可用来检测桩基承载能力，低应变用 于检测桩身的完整性。虽然上述两类检测方式是目前岩土工程界常用的方法，但是，其检测 手段的不足也始终困扰着工程技术人员，如抗电磁干扰能力差、信号干扰因素多、埋人传感 器成活率不高、检测设备对环境要求高等。 南京大学光电传感工程监测中心在南京大学985工程项目的支持下，建成了我国第一个 和设备，并在国家教育部重点项目和国家杰出青年科学基金的资助下，开展了一系列的实验 研究，成功地将这一技术应用到了隧道、基坑支护、边坡工程、滑坡预警、桩基检测、桥梁、 路面工程等工程检渊和检测中，取得了一批重要成果，为将这一技术全面应用于我国各类大 型基础工程的质量检测和健康诊断提供了坚实基础。本文仅就基于BOTDR光纤传感技术的 桩基分布式检测作一简要介绍，以推动这一技术在桩基检测中的应用。 基于光纤传感技术的桩基分布式检测技术研究 477 2分布式光纤传感检测技术 光纤传感技术是伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载 体、光纤为媒质，感知和传输外界信号的新型传感技术，温度传感器是其中的一项重要研究 内容。BOTDR的特点在于无需特殊加工即可将普通的单模光纤作为传感介质，并能在单端 完成测试，因而适用范围广，能对一些大型和线状工程实施全分布式的检测和监测。BOTDR 以后向散射光损耗时域检测技术为基础，当仪器向光纤注人短脉冲光，光纤某处的应变或温 度发生变化时，其散射的布里渊光频率就会发生相应的改变，依据事先标定的线性系数，即 可测量并推算出应变或温度变化量。检测和监测的目标是应变，需要采取温度补偿措施o”1。 图1是布里渊频率的漂移与光纤应变和温度的线性关系，光纤某点处的频移