基于分布式光纤的桥梁深水桩基钢板桩围堰监测技术.pdf
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1、桥隧工|程基于分布式光纤的桥梁深水桩基钢板桩围堰监测技术陈龙贵(柳州铁道职业技术学院,广西柳州摘要:文章基于分布式光纤监测手段,对桥梁深水基础钢板桩围堰进行受力和变形分析。结果表明:钢板桩桩身应力、应变、弯矩和挠度随着开挖深度的增加而逐渐增大,且在内支撑和开挖面附近出现转折点,峰值出现位置逐渐向桩身下面转移;围堰开挖施工完成后,应变、应力、弯矩和挠度峰值均没有超过规范允许或者材料允许的承受能力;分布式光纤可以为深水桩基围堰提供更加精确可靠的数据,确保施工过程安全。关键词:分布式光纤监测;深水桩基;钢板桩围堰;受力变形中图分类号:U443.16*2文献标识码:ADOl:10.132 8 2/j.
2、c n k i.Wc c s t.2 0 2 3.0 8.0 4 9文章编号:16 7 3-4 8 7 4(2 0 2 3)0 8-0 15 4-0 30引言随着交通运输事业的蓬勃发展,我国已经完成或者正在进行许多大跨径桥梁的规划和建设。在大跨径桥梁的施工过程中,往往需要采用大量形式复杂且体积巨大的桥墩桩基础,在深水中进行桥墩基础建设则需要借助于一些特殊结构。当前大部分深水桥梁桩基础采用钢围堰作为辅助结构,该结构具有强度高、防水性好、经济效益好、可循环重复使用等优点,其中钢板桩围堰是最常用的一种型式1-4。由于钢板桩围堰特殊的施工环境,在水位变动频繁河道的施工安全稳定是比较难控制的,钢板桩围堰
3、一旦出现安全事故,就会造成较大的人员伤亡和经济损失,因而需要做好桥梁桩基钢板桩围堰施工的全过程监测,但是我国对于钢围堰结构施工监测仍处于摸索阶段,当前常用的一些传统监测方法存在测量范围较小、耐久性和长期稳定性都较差等缺陷,对于深水钢板桩围堰这一长期工作量巨大、范围广、要求高和施工周期长的工程不是很适用,因而急需寻找一种更加可靠的监测手段来替代原有监测技术。分布式光纤传感技术作为一种新型传感技术,具有寿命高、精度好、灵敏度佳、耐久性好、抗干扰能力强等诸多优点,在交通、水利、建筑、油气、矿业等领域得到越来越广泛的应用5-7 刀。本文基于分布式光纤监测手段,对桥梁深水基础钢板桩围堰不同施工阶段进行受
4、力变形监测分析,以期能为分布式光纤在深水桥梁桩基钢板桩围堰变形监测的应用提供借鉴。1工程概况某大桥6#墩承台顶标高为+0.5 m,承台底标高为-3.5 m,设计封底厚度为1.0 m。大桥跨越河道处正常水位为6.8 6 m,通航水位为4.0 9 9.2 3m。6#墩承台作者简介:陈龙贵(198 8 一),硕士,讲师,研究方向:桥梁与隧道工程。1545616)河河床底标高为2.5 m,钢板桩设计底标高为8.5 0 m。6#墩承台处岩层从上到下依次为细砂(混夹淤泥)、强风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩以及1微风化泥质粉砂岩,具体参数见表1。该工程施工的重难点在于:(1)6#墩所处地
5、表层为砂石型码头,需进行清障处理,同时钢板桩桩长较长(18.5m),下沉过程中的垂直度很难控制;(2)基坑开挖深度达到9.6 m,属于深水基坑工程,需要对基坑变形做周密的监测;(3)工程施工期处于汛期后端,受水文气象的影响较大,且围堰距岸线距离仅有19m,需做好开挖期间的各种监测和排水措施。在钢板桩围堰施工过程中很可能遇到部分桩不能顺利下沉、桩身偏差、已施工好的桩随后续打桩继续下沉、相邻钢板桩锁扣渗水等问题,因此,需要在钢板桩围堰施工过程中做好全过程监测。表1河床底岩层物理力学参数表厚度底面高程饱和重度浮重度内摩擦角粘聚力岩层(m)(m)细砂2.50(混夹淤泥)强风化泥质10.50 10.50
6、粉砂岩强风化泥质18.00 28.50粉砂岩中风化泥质2.00 30.50 粉砂岩微风化泥质7.00 37.50粉砂岩(kN/m3)(kN/m3)017.920.018.618.618.6()(kPa)8.05.0023.7010.07.0026.508.633.0022.008.633.0022.008.633.0022.00154西部交通科技 WwesiemncainsCommunications Science&Technology基于分布式光纤的桥梁深水桩基钢板桩围堰监测技术/陈龙贵(c)3号桩3.2监测仪器设备2钢板桩围堰设计分布式光纤信号采用瑞士产分布式光纤解调仪进6#墩承台尺寸为
7、长15.1m宽9.5 m高4 m,钻行采集;传感器采用金属基索状应变感测光缆,每个监测孔桩桩径为2.2 m,钢护筒直径为2.4 m,围堰采用钢板点光缆长度为6 0 m,传感器接头采用APC接头,每个监桩结构型式,钢板桩顶、桩底标高分别为+9.0 m和测点2 个,采用日本产光纤熔接机对光纤进行熔接施工。-9.50m,围堰面积为17.9 0 m12.60m,围堰内共设置3.3监测方案4道支撑,第1道支撑为中空设计,间距为3.5 m,第2 道由于钢板桩围堰施工采用分步开挖方式,因此分布支撑为中空设计,间距为3.0 m,第3道支撑和第4 道支式光纤测试分为以下几个工况:工况1是在第12 层支撑间距增设
8、中间对撑,间距分别为2.5 m和3.0 m,围堰撑完成和钢板桩围堰打设完成后,工况2 是在第3层内底采用厚度1m的C20混凝土进行干封底施工,整个承支撑和立柱安装后;工况3是在第4 层内支撑和立柱安台分为2 次浇筑,第1次厚度为1.5 m,第2 次厚度为装后;每个工况下各个监测点均进行10 次测试。2.5m。钢板桩围堰设计示意见图1。布里渊散射光时域反射仪的数据采样间距为0.2 5 m,钢板桩采用NSP型拉森钢板桩(有效高度和厚度分测试数据包括桩身应力、桩身应变、桩身弯矩和桩身扰别为0.6 m、0.2 1m 和1.8 cm),弹性模量为2 0 6 GPa,允度。数据监测完成后,先采用小波分析对
9、原始数据进行许最大应力2 7 3MPa,允许最大剪应力15 6 MPa,允许最去噪处理,然后利用移动平均法对数据进行平滑处理,从大抵抗弯矩5 16 kNm。而得到钢板桩各种参数的变化趋势。12600V高程(m)+8.50第1道内支撑嫩身+5.00第2 道内支撑+2.00第3道内支撑+50承台顶面.4-4600V-0.50第4 道内支撑-2.50封底顶面3.50航底=8.50桂底2图1钢板桩围堰设计平面图(mm)3分布式光纤监测方案3.1监测桩点布设在钢板桩围堰施工过程中,选取3根钢板桩(编号1号桩、2 号桩、3号桩)进行分布式光纤安装和监测,监测点布设方案见图2。2.2002.78616666
10、42.782号桩1号桩L检测桩点2.200.2.786-16641664.2.786.12.200图2 分布式光纤测点布设示意图(mm)4监测结果分析最高通航水位+9.2 34让筑水位+8.0最低通航水位+4.0 90土层参数+2.500细砂,混杂淤泥r=17.90.0c=5.05V9=23.7强风化泥质粉砂岩r=20.0c=7.09=26.4-10.50强风化泥质粉砂岩=18.6c=33.09=22.16003.400.323.00346644.1 桩身应变测试得到6#墩钢板桩在不同工况下的应变分布曲线见图3。由图3可知:1号、2 号和3号桩随着开挖深度的增加,应变峰值大小逐渐增大,而应变峰
11、值位置在逐渐下移,钢板桩围堰水平支撑可以有效降低桩身的应变值,并且在支撑处会出现应变的突变情况;由于土体分布不均和每次监测时水体温度有所区别,因此造成应变曲线呈波动状态;当4 道支撑全部施工(工况3)完成后,1号桩、2 号桩以及3号桩的最大应变值分别为10 2 3ue、665 pue 和 8 0 0 pe。微应变(ue)030002004006008001000.12005工况!+工况2工况3长1015-20J3.3007.900微应变(ue)200400600800+工况15工况2工况3101520-(a)1号桩微应变(uE)-2002004006008001000+工况1工况23.3003
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