技术摘要：
本发明公开了一种线测法测试桩基内力的校验装置及方法，该装置包括光纤结构、滑动测微结构和应变片结构，光纤结构包括第一光纤和第二光纤以及底部过渡光纤，第一光纤和第二光纤关于钢筋笼中心对称布设，滑动测微结构包括测微管和滑动测微计；该方法包括以下步骤：一、  全部
背景技术：
目前用于桩基内力的测试大体可分为两大类：点测法和线测法。点测法测试技术 主要使用振弦式和电阻应变式传感器，一般测点较少，难以准确反映桩长范围的应变分布。 线测法的测试技术目前包括滑动测微技术和分布式光纤测试技术，线测法通过沿桩身连续 布设测试元件，可获得沿桩身连续的应变，测点多，可以较好的弥补点测法的缺陷。线测法 测试桩基内力的原理是通过在桩体中植入测试元件，使测试元件与桩体发生协同变形，从 而用测试元件的变形反映桩体变形，从而达到测试桩基内力的目的。但到目前为止，测试元 件与桩体协同变形的好坏还难以评估，但用线测法测试桩基内力的测试准确度却难有定 论。为了对线测法测试准确度进行评价，亟需开发一种线测法测试桩基内力的校验装置及 方法。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种线测法测 试桩基内力的校验装置，其设计合理，通过植入光纤和滑动测微计来测量桩基的应变，并在 桩基上贴装应变片获取桩基的应变真实值，进而获取光纤测量的偏差率和滑动测微计测量 的偏差率，实现了光纤测量和滑动测微计测量的校验，便于为不同载荷下桩基应变测量手 段的选择提供依据。 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种线测法测试桩基内力的校 验装置，其特征在于：包括设置在预应力管桩内的光纤结构与滑动测微结构和设置在预应 力管桩外的应变片结构，所述光纤结构沿预应力管桩内钢筋笼布设，所述光纤结构包括第 一光纤和第二光纤以及连接于第一光纤和第二光纤底部的底部过渡光纤，所述第一光纤和 第二光纤关于钢筋笼中心对称布设，所述第一光纤沿所述钢筋笼中的第一主筋布设，所述 第二光纤沿所述钢筋笼中的第二主筋布设； 所述滑动测微结构包括设置在预应力管桩中心的测微管和伸入测微管内的滑动 测微计； 所述应变片结构包括沿预应力管桩高度方向均布的左应变片和右变片，多个左应 变片沿第一光纤方向等间距布设，多个右变片沿第二光纤方向等间距布设。 上述的一种线测法测试桩基内力的校验装置，其特征在于：所述光纤呈U形布设， 所述光纤的底部距离所述钢筋笼的底部的间距为0.2m～0.5m； 所述预应力管桩的中心设置有中心通孔，测微管位于中心通孔内，所述测微管的 外侧壁和中心通孔的内侧壁之间注入水泥浆，形成浆液层。 上述的一种线测法测试桩基内力的校验装置，其特征在于：所述预应力管桩的底 8 CN 111609952 A 说　明　书 2/13 页 部设置有混凝土底板，所述测微管的底部接触混凝土底板。 同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便的线测法测试桩 基内力的校验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤一、光纤植入: 步骤101、绑扎钢筋笼，将光纤安装在钢筋笼中； 步骤102、将安装有光纤的钢筋笼放入预应力管桩制作模具内，并在钢筋笼端部安 装管桩端板； 步骤103、在光纤中第一光纤和第二光纤上部分别套设光纤保护管，且将第一光纤 和第二光纤通过光纤保护管的上端固定；其中，所述第一光纤沿所述钢筋笼中的第一主筋 布设，所述第二光纤沿所述钢筋笼中的第二主筋布设，所述光纤保护管的底部焊接在第一 主筋和第二主筋上，所述光纤保护管的顶部焊接在管桩端板底部； 步骤104、给预应力管桩制作模具内浇筑混凝土，得到预应力管桩；其中，预应力管 桩的中心设置有中心通孔； 步骤105、在预应力管桩的底部用混凝土封底，得到混凝土底板； 步骤二、滑动测微管植入: 步骤201、在中心通孔中安装测微管；其中，所述测微管的底部与混凝土底板接触； 步骤202、在测微管中注满清水； 步骤203、在测微管的外侧壁和中心通孔的内侧壁之间注入水泥浆，形成浆液层； 步骤三、应变片安装: 步骤301、沿预应力管桩高度方向将预应力管桩依次划分为第一个桩段，第二个桩 段，...，第l个桩段，...，第L个桩段；其中，l和L均为正整数，且1≤l≤L，L为大于5的正整 数； 步骤302、在第l个桩段上分别安装左应变片和右应变片；其中，第l个桩段上的左 应变片和右应变片记作第l个左应变片和第l个右变片，第l个左应变片和第l个右变片关于 预应力管桩的中心对称布设，多个左应变片沿第一光纤方向等间距布设，多个右应变片沿 第二光纤方向等间距布设； 步骤303、将多个左应变片和右应变片均与应变仪连接； 步骤四、滑动测微初值采集： 在对预应力管桩未施加载荷的过程中，测微管内插入滑动测微计，滑动测微计沿 测微管从下至上移动，得到预应力管桩中多个测量位置处的应变初始值；其中，预应力管桩 中第p个测量位置处的应变初始值记作 p为正整数； 步骤五、光纤初始值采集： 步骤501、将第一光纤和第二光纤的伸出端与光纤解调仪连接； 步骤502、在对预应力管桩未施加载荷的过程中，光纤解调仪检测到多组应变初始 值并发送至数据处理器；其中，数据处理器将第i组应变初始值记作第一光纤在第i个桩身 深度zi截面处的第一应变初始值 和第二光纤在第i个桩身深度zi截面处的第二应变初始 值 其中，i为正整数，且1≤i≤m，m为不小于6的正整数，m表示桩身深度应变值的总个 数； 9 CN 111609952 A 说　明　书 3/13 页 步骤六、预应力管桩的载荷加载及应变数据采集处理： 步骤601、操作反力架对预应力管桩施加荷载，通过光纤解调仪检测到各个桩身深 度所对应的应变值； 步骤602、在对预应力管桩施加第j次载荷的过程中，光纤解调仪检测到多组应变 值并发送至数据处理器；数据处理器将第j次载荷加载时第i组应变值记作第j次载荷加载 时第一光纤在第i个桩身深度zi截面处的第一应变值 和第j次载荷加载时第二光纤在第i 个桩身深度zi截面处的第二应变值 其中，j均为正整数，且1≤j≤R，R表示载荷加载的 总次数，R为大于1的正整数； 步骤603、采用所述数据处理器根据公式 得到第j次施 加载荷时第i个桩身深度zi截面处的实测应变平均值 步骤604、采用所述数据处理器对多个实测应变平均值进行拟合，得到第j次施加 载荷时第i个桩身深度zi截面处的应变拟合值 步骤七、滑动测微计测量数据的获取： 步骤701、第j次施加载荷时，滑动测微计沿测微管从下至上移动，得到第j次施加 载荷时预应力管桩中多个测量位置处的应变值；其中，预应力管桩中相邻两个测量位置处 的桩长为1m； 步骤702、将第j次施加载荷时预应力管桩中第p个测量位置处的应变值记作 并根据公式 得到滑动测微计测量的预应力管桩中第p个测量位置处的应变 测量值 步骤八、应变片测量数据的获取： 步骤801、第j次施加载荷时，将第l个左应变片检测到的第一应变值记作 第l 个右变片检测到的第二应变值记作 步骤802、采用所述数据处理器根据公式 得到第l个桩段的应变真 实值 步骤九、滑动测微计测量数据、光纤测量数据和应变片测量数据的对比及桩基内 力的获取： 步骤901、设定多个校验桩段，多个校验桩段沿预应力管桩高度方向由下至上划 分；其中，各个校验桩段的桩长为1m； 步骤902、第j次施加载荷时第q个校验桩段中根据步骤604得到的各个应变拟合值 进行均值处理，得到第j次施加载荷时第q个校验桩段光纤测量的应变拟合均值 其中，q 为正整数； 按照步骤702所述的方法，将第j次施加载荷时滑动测微计测量到的第q个校验桩 10 CN 111609952 A 说　明　书 4/13 页 段测量位置处的应变测量值记作 步骤903、第q个校验桩段中根据步骤802得到的各个应变真实值进行均值处理，得 到第q个校验桩段的真实应变均值 步骤904、根据公式 得到光纤测量的偏差率δq ,1；根据公式 得到滑动测微计测量的偏差率δq,2； 步骤905、采用所述数据处理器对第j次施加载荷时第i个桩身深度zi截面处的应 变拟合值ε′ji 进行修正，得到第j次施加载荷时第i个桩身深度zi截面处的应变修正值 采用所述数据处理器对第j次施加载荷时滑动测微计测量的预应力管桩中第p个 测量位置处的应变测量值 进行修正，得到第j次施加载荷时预应力管桩中第p个测量位置 处的应变修正值 步骤906、采用第j次施加载荷时第i个桩身深度zi截面处的应变修正值 进行桩 基内办获取： 采用所述数据处理器根据公式 得到第j次施加载荷时第i个桩 身深度zi截面处的轴力 其中，Ei表示第i个桩身深度zi截面处的桩身混凝土弹性模量， Ai表示第i个桩身深度zi截面处的桩身截面面积； 采用所述数处理器根据公式 得到第j次施加载荷时第i个桩身深 度zi截面处与第i 1个桩身深度zi 1截面处的间侧阻力 其中，u表示预应力管桩的桩身周 长，li表示第i个桩身深度zi截面处与第i 1个桩身深度zi 1截面处的桩长， 表示第i 1个 桩身深度zi 1截面处的轴力； 采用第j次施加载荷时预应力管桩中第p个测量位置处的应变修正值 进行桩基 内力获取： 采用所述数据处理器根据公式 得到第j次施加载荷时预应 力管桩中第p个测量位置处的轴力 其中，E′p表示预应力管桩中第p个测量位置处的桩 身混凝土弹性模量，A′p表示预应力管桩中第p个测量位置处的桩身截面面积； 采用所述数处理器根据公式 得到第j次施加载荷时预应力管桩 11 CN 111609952 A 说　明　书 5/13 页 中第p个测量位置处的间侧阻力 其中，u表示预应力管桩的桩身周长，l′p表示预应力管 桩中第p个测量位置处与预应力管桩中第p 1个测量位置处的桩长， 表示第j次施加载 荷时预应力管桩中第p 1个测量位置处的轴力。 上述的方法，其特征在于：步骤103中所述光纤呈U形布设，所述光纤的底部距离所 述钢筋笼的底部的间距为0.2m～0.5m。 上述的方法，其特征在于：步骤604中采用所述数据处理器对多个实测应变平均值 进行拟合，具体过程如下： 步骤6041、采用所述数据处理器建立深度应变值拟合多项式 其中， ak表示深度应变值拟合多项式中单项式次数为k时的单项式系数，z表示桩身深度自变量，ε (z)表示拟合应变，k和K为正整数，0≤k≤K，K表示拟合多项式的最高次数，且K的取值范围 为4～6； 步骤6042、采用所述数据处理器将第j次施加载荷时m个桩身深度分别作为桩身深 度自变量，并建立自变量桩身深度矩阵 步骤6043、采用所述数据处理器将第j次施加载荷时m个桩身深度所对应的m个实 测应变平均值分别作为测量应变值，并建立测量应变值矩阵 将深度应变值拟合多项式中各个单项式系数记作系数矩阵A＝[a0  a1  a2  …  ak  …  a TK] ； 步骤6 0 4 4、采用所述数据处理器建立深度应变值拟合模型 ，如下式 ： 其中，ε(A)为拟合应变值目标函数，min表示最小值； 步骤6045、采用所述数据处理器利用最小二乘方法对深度应变值拟合模型进行求 解，得到系数矩阵A＝[a 0  a 1  a 2  …  a k  …  a K] T，从而得到深度应变值拟合多项式 步骤6046、采用所述数据处理器将第j次施加载荷时第i个桩身深度zi代入深度应 变值拟合多项式，得到第j次施加载荷时第i个桩身深度zi截面处的应变拟合值。 上述的方法，其特征在于：步骤701中对预应力管桩施加荷载之前还需要进行反力 架的设置，如下步骤： 步骤A、在预应力管桩的下方设置反力架底座，预应力管桩的上方设置垫板，并将 第一光纤和第二光纤从垫板中穿出； 12 CN 111609952 A 说　明　书 6/13 页 步骤B、预应力管桩的左右两侧设置立柱，并在两个立柱上搭设横梁；其中，所述横 梁上设置有供滑动测微计穿设的通孔； 步骤C、在横梁的底部和垫板之间设置千斤顶； 步骤D、将第一光纤和第二光纤的伸出端与光纤解调仪连接； 操作反力架对预应力管桩施加荷载，具体过程如下：操作千斤顶伸长，多个千斤顶 的合力通过垫板对预应力管桩施加荷载；其中，千斤顶的加载反力通过中间梁和横梁传递 给立柱。 上述的方法，其特征在于：步骤905中采用数据处理器对光纤测量数据进行修正， 具体过程如下： 当第j次施加载荷时第i个桩身深度zi截面处的应变拟合值ε′ji 所处的第q个校验 桩段光纤测量的应变拟合均值 大于第q个校验桩段的真实应变均值 时，采用数据处理 器根据公式 得到第j次施加载荷时第i个桩身深度zi截面处的应变修正 值 当第j次施加载荷时第i个桩身深度zi截面处的应变拟合值ε′ji 所处的第q个校验 桩段光纤测量的应变拟合均值 小于第q个校验桩段的真实应变均值 时，采用数据处理 器根据公式 得到第j次施加载荷时第i个桩身深度zi截面处的应变修正 值 采用数据处理器对滑动测微计测量数据进行修正，具体过程如下： 当第j次施加载荷时滑动测微计测量的预应力管桩中第p个测量位置处的应变测 量值 所处的第q个校验桩段测量位置处的应变测量值 大于第q个校验桩段的真实应变 均值 时，采用数据处理器根据公式 得到第j次施加载荷时预应力管桩 中第p个测量位置处的应变修正值 当第j次施加载荷时滑动测微计测量的预应力管桩中第p个测量位置处的应变测 量值 所处的第q个校验桩段测量位置处的应变测量值 小于第q个校验桩段的真实应变 均值 时，采用数据处理器根据公式 得到第j次施加载荷时预应力管桩 中第p个测量位置处的应变修正值 本发明与现有技术相比具有以下优点： 1、本发明所采用结构简单、设计合理且安装施工简便，投入成本较低。 2、本发明所采用的光纤通过绑扎在钢筋笼上，实现预应力管桩中光纤的植入，避 免其他依托管件的安装，结构简单。 3、所采用的光纤放入预应力管桩制作模具后，浇筑混凝土，从而能够很好的将预 应力管桩的桩身变形传递给光纤，从而实现光纤测试桩身应变的目的。 4、所采用预应力管桩中设置中心通孔，便于测微管的安装，且测微管的外侧壁和 13 CN 111609952 A 说　明　书 7/13 页 中心通孔的内侧壁之间注入水泥浆，形成浆液层，而能够很好的将预应力管桩的桩身变形 传递给滑动测微计，实现滑动测微计测试桩身应变的目的。 5、所采用的应变片沿预应力管桩高度方向间隔布设，从而实现各个桩段的应变的 测试，获取了桩基的应变真实值。 6、所采用的线测法测试桩基内力的校验方法步骤简单、实现方便且施工简便，能 够对线测法准确度进行校正，提高了桩基内力测试精度。 7、所采用的线测法测试桩基内力的校验方法操作简便且使用效果好，首先是光纤 植入，接着将安装有光纤的钢筋笼放入预应力管桩制作模具内，得到预应力管桩，并在预应 力管桩的中心通孔进行滑动测微管植入；之后是应变片安装；然后在预应力管桩未施加载 荷时进行初始值采集，在预应力管桩施加载荷时进行应变数据采集处理；同时在预应力管 桩施加载荷时还进行滑动测微计测量数据的获取和应变片测量数据的获取，最后滑动测微 计测量数据、光纤测量数据和应变片测量数据的对比，便于为不同载荷下桩基应变测量手 段的选择提供依据。 8、本发明考虑荷载大小的影响，通过得到不同荷载下的偏差率来评价荷载对光纤 和滑动测微计方法准确度。 综上所述，本发明设计合理，通过植入光纤和滑动测微计来测量桩基的应变，并在 桩基上贴装应变片获取桩基的应变真实值，进而获取光纤测量的偏差率和滑动测微计测量 的偏差率，实现了光纤测量和滑动测微计测量的校验及修正，便于为不同载荷下桩基应变 测量手段的选择提供依据。 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 附图说明 图1为本发明线测法测试桩基内力的校验装置的结构示意图。 图2为本发明线测法测试桩基内力的校验方法的流程框图。 附图标记说明: 1—应变仪；             2-1—第一主筋；        2-2—第二主筋； 3—测微管；             4-1—第一光纤；        4-2—第二光纤； 5—滑动测微计；         6-1—左应变片；        6-2—左应变片； 8—反力架底座；         9—预应力管桩；        10—立柱； 12—光纤解调仪；        13—钢筋笼；           14—垫板； 15—横梁；              16—千斤顶；           17—混凝土底板； 18—管桩端板；          21—中心通孔；         22—浆液层。