BOFDA技术应用于桩身内力监测
基于BOTDA_的砂土地基预应力管桩抗拔静载试验研究
第 1 期水 利 水 运 工 程 学 报No. 1 2024 年 2 月HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING Feb. 2024 DOI:10.12170/20221102003孔洋，汪璋淳，何宁，等. 基于BOTDA的砂土地基预应力管桩抗拔静载试验研究[J]. 水利水运工程学报，2024（1）：149-155.（KONG Yang, WANG Zhangchun, HE Ning, et al. Investigation of prestressed pipe piles uplift static load test on sandy ground using BOTDA technique[J]. Hydro-Science and Engineering, 2024（1）: 149-155. （in Chinese））基于BOTDA的砂土地基预应力管桩抗拔静载试验研究孔洋1，汪璋淳1，何宁1, 2，何斌1，张中流1，周彦章1, 2(1. 南京水利科学研究院，江苏南京 210029； 2. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏南京 210029)摘要: 针对砂土地基抗拔桩受力性能与荷载传递机理研究不足问题，将布里渊光时域分析（BOTDA）光纤传感技术应用于长江下游地区厚层砂土地基预应力管桩原位抗拔静载试验研究，采用特殊设计的桩身刻槽钻孔、光纤粘贴保护、接桩过程连续植纤等技术工艺，实现了预应力管桩在拉拔过程中桩身受力变形状态的分布式测量与数据精确定位。
研究结果表明：在上拔荷载作用下，试验桩桩身轴力沿桩身方向逐渐减小；桩侧摩阻力在下桩发挥效果较好，上桩侧摩阻力较小，全桩长侧摩阻力最大值在桩底；抗拔桩随上拔荷载的增加，轴力逐渐向下传递，向下传递的轴力主要由预制管桩侧摩阻力承担；分布式光纤应变传感技术能较好地监测预应力管桩桩身贯入施工因素对抗拔承载特性的影响。
研究结果可在其他类型抗拔桩受力特性监测项目中推广应用。
PDA动测技术在某电厂桩基施工监测中的应用
１ 前
言
时， 桩身 引起拉 裂 。开裂 部位 一般发 生在桩 的上部 ， 且桩 愈长 或锤击 持 续 时间 愈短 ， 大 拉 应 力部 位 就 最 愈 往下移 。随着 桩的愈 打愈深 ， 总 阻力愈 来愈大 ， 其
随着 电力 工程不 断 向大 机组 、 大荷载 方向发展 ， 相关 建 （ ） 物对地基 承 载 力 的要 求也越 来 越 高 ， 构 筑
１２ 打桩机锤 击能量 的差 异 ．
载力 一初 打极限 承载力 ） ；
同一建筑 场地往 往会有 多 台打桩机 同时进行作
业 ， 锤重 、 其 桩锤 效率 、 以及所 采用 的桩垫 、 垫材料 锤
的差异 ， 都可能 导致实 际锤击 能量 的差异 ， 如果 用 同
一
②测试休止期后 的桩的最大 静阻力 （ 即桩在复 打 时竖 向极 限承载力 一复打极 限 承载 力 ） ； ③对 打桩 机 的锤击 能量 、 桩锤 效率 、 身锤击 应 桩
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２０ ０ ８年 第 ２期
《 州 电 力技 术》 贵
（ 第 １４期 ） 总 ０
Ｐ Ａ动 测技 术 在某 电厂 桩 基 施 工监 测 中 的应 用 Ｄ
中南 电力 设 计 院 朱 鑫 ［ １０ ０ ４００］
摘
要
本文阐述 了 Ｐ Ａ（ ｉ ｒ ｉ ｎｌｚｒ打桩分析仪在打桩过程中的监测方法及 内容。对某 电厂在工程 桩 Ｄ Ｐｌ Ｄ ｉ ｎ Ａ ａ ｅ） ｅ ｖｇ ｙ
桩基 础得到更广 泛 的应 用 。而打人 桩 以其工 艺简单 成 熟 、 桩承载力较 高 、 工质 量和施 工进度易 于控 单 施 制 、 于现场 文 明施 工等诸 多 优点 ， 为应用最广 泛 利 成 的桩 型之一 。尽管如 此 ， 打桩过 程 中 ， 在 常常会 因场 地岩 土条件 的变化 、 工机 械 、 施 设计 要求 以及 打桩 前 的试验 （ 试桩 及 试 打 桩 ） 料 详 略程 度 的差 异 而 出 资 现各种工 程 问题 ， 桩基 施 工 与监 测 过程 中常见 的 在 工 程 问题 主要有 ：
【专业知识】桩基检测规范之单桩竖向抗拔静载试验
【专业知识】桩基检测规范之单桩竖向抗拔静载试验【学员问题】桩基检测规范之单桩竖向抗拔静载试验？【解答】1、适用范围1.1、本方法适用于检测单柱的竖向抗拔承载力。
1.2、当埋设有桩身应力、应变测量传感器时，或桩端埋设有位移测量杆时，可直接测量桩侧抗拔摩阻力，或桩端上拔量。
1.3、为设计提供依据的试验桩应加载至桩侧土破坏或桩身材料达到设计强度；对工程桩抽样检测时，可按设计要求确定最大加载量。
2、设备仪器及其安装2.1、抗拔桩试验加载装置宜采用油压千斤顶，加载方式应符合本规范第4.2.1、条规定。
2.2、试验反力装置宜采用反力桩（或工程桩）提供支座反力，也可根据现场情况采用天然地基提供支座反力。
反力架系统应具有1.2、倍的安全系数并符合下列规定：1、采用反力桩（或工程桩）提供支座反力时，反力桩顶面应平整并具有一定的强度。
2、采用天然地基提供反力时，施加于地基的压应力不宜超过地基承载力特征值的1.5、倍；反力梁的支点重心应与支座中心重合。
2.3、荷载测量及其仪器的技术要求应符合本规范第4.2.3、条的规定。
2.4、桩顶上拔量测量及其仪器的技术要求应符合本规范4.2.4、条的有关规定。
注：桩顶上拔量观测点可固定在桩顶面的桩身混凝土上。
2.5、试桩、支座和基准桩之间的中心距离应符合表4.2.5、的规定。
2.6、当需要测试桩侧抗拔摩阻力分布或桩端上拔位移时，桩身内埋设传感器或桩端埋设位移杆应按本规范附录A．执行。
3、现场检测3.1、对混凝土灌注桩、有接头的预制桩，宜在拔桩试验前采用低应变法检测受检桩的桩身完整性。
为设计提供依据的抗拔灌注桩施工时应进行成孔质量检测，发现桩身中、下部位有明显扩径的桩不宜作为抗拔试验桩；对有接头的预制桩，应验算接头强度。
3.2、单桩竖向抗拔静载试验宜采用慢速维持荷载法。
需要时，也可采用多循环加、卸载方法。
慢速维持荷载法的加卸载分级、试验方法及稳定标准应按本规范第4.3.4、条和4.3.6、条有关规定执行，并仔细观察桩身混凝土开裂情况。
分布式光纤感测技术在成都地区旋挖成孔灌注桩桩身内力测试中的应用
四川建 筑
第３ ７卷 ３期
２ ０ １ ７ ． ０ ６
１ ６ ３
每 瓣 跨 两 嘛 尊 懒 构 ０
在桩身混凝土 内， 在静载压力下光纤 轴 向应变 与桩身混 凝土 轴向应变一致 ， 因此桩身混凝土 的压应 变也为应变 （ Ｚ）。 桩身压应力 （ Ｚ ）为 ：
１ ． １ Ｂ Ｏ Ｆ Ｄ Ａ 感 测 原 理
式中 ： Ｖ （ ）为 应 变 为 时 的 布 里 渊 频 率 的 漂 移 量 ；
（ ０ ）为在测试 环境 温度不变的条件 下 ， 光纤 自由状态 时 的 布里渊频率漂移量 ；
的应 变 量 。
基于布里渊散 射光 频域 分布 式光 纤感 测技 术 （ Ｂ ｒ ｉ ｌ ｌ ｏ ｕ ｉ ｎ
元件布设 密度 和位置 所控 制 ， 同时 受安装 焊接 质量 、 埋 设过 程 中不易保 护等因素影响 ， 测 试结果误差较大 。 基于布里 渊光频域分析 的分布 式感测 技术 （ Ｂ Ｏ Ｆ Ｄ Ａ） 具 有分布式测量 、 测试距离长 、 不易损坏且 操作 简便 等优点 ， 克 服 了点式测试 技术 的不 足 ， 具 有十分 明显 的优 势 ， 但 由于测 试设备较为 昂贵 ， 在基桩 的应用 中偏少 。 本文 以成都 地 区某 安置房 项 目旋挖 成孔 灌 注桩分 布式 光纤感测技术 的成 功应 用 为例 ， 介绍 基于 Ｂ Ｏ Ｆ Ｄ Ａ的桩 身分
ｚ＝ ｃ Ｔ （ １ ）
技术较为成熟 ， 但其 设计是否合理 ， 地勘 参数取值 是否恰 当 ，
特别 是 以软质岩作 为桩端 持力 层 的旋挖 成孑 Ｌ 灌 注桩 按嵌 岩 桩端 承桩进行设计 ， 是 否严 重低估 了桩 侧摩 阻力 的发 挥 ， 都 值得 研究 。本文通过 单桩 竖 向静载 荷试验 时 的桩身 内力 测 试， 了解桩身轴力 发挥机 理 、 桩侧 摩 阻力及 桩端 阻力 的分 布 规律 ， 分析基桩 承载力发 挥 机理 ， 指 导设计 单位 对基 桩进 行 优化设计 ， 具有 十分 重要 的意义 。 目前对 桩身 内力测试 的常 规做法为采用 振弦式钢筋应力计进行 测试 ， 该方法 基于应变
2019年《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003
2019年《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003目录1 总则 (8)2 术语、符号 (9)2.1 术语 (9)2.2 符号 (10)3 基本规定 (13)3.1 检测方法和内容 (13)3.2 检测工作程序 (14)3.3 检测数量 (15)3.4 验证与扩大检测 (17)3.5 检测结果评价和检测报告 (18)3.6 检测机构和检测人员 (19)4 单桩竖向抗压静载试验 (20)4.1 适用范围 (20)4.2 设备仪器及其安装 (20)4.3 现场检测 (21)4.4 检测数据的分析与判定 (23)5 单桩竖向抗拔静载试验 (25)5.1 适用范围 (25)5.2 设备仪器及其安装 (25)5.3 现场检测 (25)5.4 检测数据的分析与判定 (26)6 单桩水平静载试验 (28)6.1 适用范围 (28)6.2 设备仪器及其安装 (28)6.3 现场检测 (29)6.4 检测数据的分析与判定 (29)7 钻芯法 (32)7.1 适用范围 (32)7.2 设备 (32)7.3 现场操作 (32)7.4 芯样试件截取与加工 (33)7.5 芯样试件抗压强度试验 (34)7.6 检测数据的分析与判定 (34)8 低应变法 (37)8.1 适用范围 (37)8.2 仪器设备 (37)8.3 现场检测 (37)8.4 检测数据的分析与判定 (38)9 高应变法 (41)9.1 适用范围 (41)9.2 仪器设备 (41)9.3 现场检测 (41)9.4 检测数据的分析与判定 (43)10 声波透射法 (48)10.1 适用范围 (48)10.2 仪器设备 (48)10.3 现场检测 (48)10.4 检测数据的分析与判定 (49)附录A 桩身内力测试 (54)附录B 混凝土桩桩头处理 (59)附录C 静载试验记录表 (60)附录D 钻芯法检测记录表 (61)附录E 芯样试件加工和测量 (63)附录F 高应变法传感器安装 (64)附录G 试打桩与打桩监控 (66)G.1 试打桩 (66)G.2 桩身锤击应力监测 (66)G.3 锤击能量监测 (67)附录H 声测管埋设要点 (68)本规范用词说明 (69)1 总则1.0.1 为了确保基桩检测工作质量，统一基桩检测方法，为设计和施工验收提供可靠依据，使基桩质量检测工作符合安全适用、技术先进、数据准确、正确评价的要求，制定本规范。
桩的检测之动测法
桩的检测之动测法动测法，又称动力无损检测法，是检测桩基承载力及桩身质量的一项新技术，作为静载试验的补充。
动测法是相对静载试验法而言，它是对桩土体系进行适当的简化处理，建立起数学－力学模型，借助于现代电子技术与量测设备采集桩－土体系在给定的动荷载作用下所产生的振动参数，结合实际桩土条件进行计算，所得结果与相应的静载试验结果进行对比，在积累一定数量的动静试验对比结果的基础上，找出两者之间的某种相关关系，并以此作为标准来确定桩基承载力。
另外，可应用波动理论，根据波在混凝土介质内的传播速度，传播时间和反射情况，用来检验、判定桩身是否存在断裂、夹层、颈缩、空洞等质量缺陷。
一般静载试验可直观地反映桩的承载力和混凝土的浇筑质量，数据可靠。
但试验装置复杂笨重，装、卸、操作费工费时，成本高，测试数量有限，并且易破坏桩基。
动测法试验，则仪器轻便灵活，检测快速；单桩试验时间，仅为静载试验的1/50左右；可大大缩短试验时间；数量多，不破坏桩基，相对也较准确，可进行普查；费用低，单桩测试费约为静载试验的1/30左右，可节省静载试验锚桩、堆载、设备运输、吊装焊接等大量人力、物力；据统计，国内用动测方法的试桩工程数目，已占工程总数的70%左右，试桩数约占全部试桩数的90%，有效地填补了静力试桩的不足，满足了桩基工程发展的需要，因此，社会经济效益显著，但动测法也存在需做大量的测试数据，需静载试验资料来充实完善、编制电脑软件，所测的极限承载力有时与静载荷值离散性较大等问题。
1．承载力检验单桩承载力的动测方法种类较多，国内有代表性的方法有：动力参数法、锤击贯入法、水电效应法、共振法、机械阻抗法、波动方程法等，常用的有以下两种。
（1）动力参数法动力参数法是用锤击法测定桩的自振频率或同时测定桩的频率和初速度，用以换算桩基的各种设计参数。
对承压桩，可用竖向频率换算抗压刚度及承载力。
计算模型如图7-109，系将桩基作为单自由度的质量－弹簧体系，则质量－弹簧体系的弹簧刚度K与频率f间的关系可表示为：gQ f K 2)27(π= （7-21） Q ＝Q 1＋Q 2 （7-22）式中 Q 1——桩的折算重量；Q 2——参加振动的土体重量。
bofda技术综述及用于岩土工程监测的可行性研究
bofda技术综述及用于岩土工程监测的可行性研究
近年来，随着新兴技术的普及，天线传感器阵列（BFDA）作为一种能够反映物体场强
的新型特征技术受到了越来越多的关注。
本文旨在介绍BFDA的技术综述以及用于岩土工
程监测的可行性研究。
首先，简要介绍BFDA技术的基本原理及应用。
BFDA是通过在用于收发的天线阵列中
安装的“单元天线”来实现的，它就是一个由几千个部分组成的天线阵列，它们能够分别
收发天线，以获取关于场强的方位/传播特征信息，用于监测和识别场景中的物体。
此外，BFDA技术还可以用于远程仪器监测，例如分析和识别岩土工程过程中的变化。
BFDA的主
要优势是其精确的方位信息，它可以对接收的场强进行有效的定向，从而提高远程监测的
准确性和可靠性。
其次，介绍了用BFDA技术进行岩土工程监测的可行性研究。
BFDA技术可用于监测岩
土工程中多种物理因素，同时它还能够反映出工程材料的场强特征。
由此可以观察出岩土
工程中隐含的物理因素，如压力、变形等，为岩土工程过程的早期诊断和监测提供有力的
支持。
此外，BFDA技术还可以自动检测岩土工程现场的实时情况，以及跨域的状态数据，从而有助于各项监测工作的有效实施与实现。
桩的承载力检测方法
桩的承载力检测方法桩的承载力检测是指通过一系列工程测试和试验，来评估桩的承载能力和稳定性，以确保桩在施工和使用过程中的安全可靠性。
常用的桩的承载力检测方法包括静载试验、动载试验、静力触探试验和钻孔灌浆试验等。
下面将详细介绍这些方法。
1. 静载试验：静载试验是常用的桩的承载力检测方法之一。
该方法通过加载预定的静力荷载，来测定桩在负荷作用下的沉降和反力。
静载试验主要有两种形式，即侧向静载试验和端阻力静载试验。
侧向静载试验通常用于测定桩的水平承载能力。
测试时，通过向桩施加侧向水平力，记录桩的侧向变形和水平力。
侧向静载试验结果能够衡量桩在侧向荷载条件下的承载能力。
端阻力静载试验是测定桩的端承载力的常用方法。
试验中，通过施加垂直荷载于桩的顶端，记录桩的沉降和反力。
根据沉降和反力曲线的特征，可以计算出桩的承载力。
2. 动载试验：动载试验是一种较为直接且经济有效的桩的承载力检测方法。
该方法通过施加冲击荷载于桩身，记录桩在冲击荷载下的响应，来评估桩的承载能力。
动载试验适用于各种类型的桩，如沉桩、钻孔灌注桩等。
动载试验一般分为冲击桩试验和振动桩试验两类。
冲击桩试验是通过冲击或打击装置，向桩身施加冲击荷载，观测桩身的振动反应，从而获取桩的动力特性和承载能力。
振动桩试验则是通过施加振动装置，向桩身施加振动荷载，记录桩身的振动参数，来评估桩的承载性能。
3. 静力触探试验：静力触探试验是一种快速、经济的桩的承载力检测方法，适用于各种类型的桩。
该方法通过探针向桩体施加静力荷载，并记录探针在穿越土层和桩中的阻力。
通过解析土层和桩的阻力变化曲线，可以评估桩的承载能力。
在静力触探试验中，一般使用钢制探头，通过液压或机械装置向桩体施加荷载。
根据探针在穿越土层和桩中的阻力变化，可以判断桩的桩底形状、桩端阻力和桩身摩阻力等参数，进而推算桩的承载能力。
4. 钻孔灌浆试验：钻孔灌浆试验是一种常用的桩的承载力检测方法，特别适用于灌注桩和钻孔桩。
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布里渊光频域分析仪（BOFDA）技术更新及应用
自高精度布里渊光频域反射分析仪（fTB2505）问世并引入国内以来，苏州南智传感科技有限公司（下称“我司”）与德国fibirsTerre 公司一道，致力于推进该技术应用于各类工程监测检测和科学研究中。
德国fibrisTerre公司经过半年多研发和测试，fTB2505型布里渊光频域分布式光纤应变/温度解调仪取得了重大的技术突破，对系统进行了全面升级，在不损失测试精度的前提下（仍为2με），其测试空间分辨率由原来的50cm稳定提升到20cm，充分展示光频域解调技术的独特优势。
本次升级无需更换硬件，通过远程更新系统文件即可完成，公司近期将联合厂家对国内客户的fTB2505型仪器进行全面升级,升级后的测试参数见表1。
为了达到更高测试效果，厂方正进行10cm以下的高空间分辨能力的研发，敬请期待。
图1 fTB2505外形
fTB2505仪器空间分辨率提升后，进一步拓展了其应用领域，不仅可以准确测试应力、应变等变形测试结果，更可提高裂纹探测、结构损伤探测等监测效果，而且更加适用于各类小尺寸室内模拟试验，为各类科学试验研究和现场工程监测提供更为精准的全空间数据。
图2 系统升级后实际检测情况
目前，苏州南智传感科技有限公司已成功将BOFDA技术应用到各类岩土体的变形监测、检测中，并取得了良好的测试成果。
BOFDA应用于各场地桩身内力测试：
图3 试桩概况
为了获取更加可靠的工程桩技术参数，我司将BOFDA技术广泛应用于建筑桩基础的内力测试中，通过测试得到桩身轴力分布、桩侧摩阻力分布及桩端阻力的大小及分布规律，为地基处理优化、工程设计和指导施工提供可靠的数据依据和建议。
部分测试结果：
图4 U型桩身应变
图5 桩身平均应变
以上结果显示：BOFDA技术可准确的测试出桩身内力变化，展示出了其高测试精度的优势。
目前，苏州南智传感科技有限公司已将BOFDA技术应用于古建筑、地铁、隧道、滑坡等的监测中，取得了良好的监测成果，受到市场的一致好评。