一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统及其监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统及其监测方法，桥墩顶部设有数据处理系统，所述桥墩在位于水面以下位置的外壁表面上设置一个光纤光栅微型渗压传感器，所述桩基底部的河床上在靠近桩基位置处设有沉块，所述沉块上固定设置监测导梁，所述桥墩中间位置处设有用于防止监测导梁径向运动的限位装置，所述监测导梁下端位置设有一个光纤光栅微型渗压传感器及一组光纤光栅压力传感器；本发明专利技术的有益效果是，适用于实时监测水下桩基附近由于冲刷引起的桩侧土压力变化以及水位涨落造成的水压变化，从而分析得到桩侧水流冲刷与水位高低对桩基安全的影响，具有高耐久性、高精度、结构简单、实时监控和易于工程布设。

A real-time monitoring system and monitoring method for pile foundation scour of submerged Bridge

The invention discloses a real-time monitoring system of submersible bridge pile foundation scour and its monitoring method, the pier top is provided with a data processing system, set up a micro fiber grating seepage pressure sensor in the outer surface of the pier is located below the surface position on the pile bed near the pile position with the sinker. The sinker is fixedly arranged on the monitoring beam, the middle position of the pier is provided with a spacing device for preventing radial motion of the guide beam monitoring, the monitoring guide beam is provided with a lower end position of micro fiber grating seepage pressure sensor and a set of optical fiber grating pressure sensor; the beneficial effect of the invention is applicable to pressure changes near real time monitoring of underwater pile foundation due to erosion caused by the change of pile lateral soil pressure and water level fluctuation caused, thus analysis of pile side water erosion and high water level The low impact on the safety of pile foundation has high durability, high precision, simple structure, real-time monitoring and easy construction.

【技术实现步骤摘要】
一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统及其监测方法
本专利技术涉及测量
，具体涉及一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统及其监测方法。
技术介绍
桥梁是公路铁路交通的重要组成部分，它的养护状况的好坏直接影响道路的畅通和行车安全，我国是桥梁大国，许多桥梁位于江河湖海之上，桥梁的桩基不可避免的收到水流的持续冲刷，水流的冲刷引起桥梁墩台失稳的主要因素。跨海越江桥梁的水下桩基会受水流冲刷影响，发生桩侧土冲淤变化，从而影响桩侧的土压力及桩基安全。因此近年来，桥梁工程中如何对桩基附近的水下地基土层进行观测已经成为工程界十分关心的问题。受水流冲刷作用下引起的桥梁损伤破坏是桥梁结构健康监测需要重点关注的问题，对保证跨海越江桥梁的长期安全运行具有重要意义。如果能实时掌握桥梁桩基侧的土层受水流冲刷变化的信息，即可在桥梁运营过程中及时采用适当工程加固的方法有效降低事故发生的几率，延长结构的使用年限。对桥梁桩基附近水下土层冲刷的监测，目前现有的方法式是通过固定仪器监测和便携式仪器监测，采用的原理有声纳技术和多波束的方法，主要都是测量水面到泥沙层介质间的深度变化。但是，这些方法监测精度不同、适用条件各异：第一，这些方法一般无法实时连续测试，需要定期出船进行观测，且不能剔除冲淤层的复杂往复变化所带来的影响，其测试得到的仅是水与泥沙界面的深度变化，无法考虑界面下层泥沙土层的密度变化，因此无法准确得到桩基侧土压力是否发生了变化。它的测量的精度也十分容易受到波浪等外界环境的干扰，需要不断地进行校正来适应不同水域的环境变化，操作复杂。第二，这种方法不能监测到桥梁桩基近侧冲刷引起的土压力变化，得到的是水下大尺度的地形冲刷演化，桩侧反而是测试盲点。
技术实现思路
针对现有的技术的不足，本专利技术提供了准确可靠的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统及其监测方法。本专利技术的技术方案如下：一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，包括桩基及设置在桩基上的桥墩，其特征在于，所述桥墩顶部设有数据处理系统，所述桥墩位于水面以下位置处的外壁表面上设置一个光纤光栅微型渗压传感器，所述桥墩侧面设有监测装置，所述监测装置包括设置在靠近桩基位置河床上的沉块及固定设置在沉块上的监测导梁，所述桥墩上设有用于防止监测装置径向运动的限位装置，所述监测导梁下端位置设有一个光纤光栅微型渗压传感器及一组光纤光栅压力传感器；所述光纤光栅微型渗压传感器及光纤光栅压力传感器分别通过数据线与数据处理系统电路连接。所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，其特征在于，包括监测导梁包括上端槽钢及与上端槽钢拼接的下端槽钢，所述上端槽钢与下端槽钢采用双盖板螺栓固定连接，所述下端槽钢内浇筑有混凝土，监测导梁下端位置的光纤光栅微型渗压传感器及光纤光栅压力传感器镶嵌在下端槽钢的混凝土上，且所有传感器之间等间距设置；所述监测导梁长度能根据设计要求进行相应调整。所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，其特征在于，所述沉块采用直角三棱柱形的混凝土块，且插入河床一端的棱角处磨设成平面结构。所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，其特征在于，所述沉块上表面始终与河床表面齐平。所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，其特征在于，所述限位装置包括钢绞线与矩形套筒，所述钢绞线带有环氧树脂的涂层，并围绕桩基一周，固定于矩形套筒上，所述矩形套筒从上而下套于监测导梁上，矩形套筒的结构尺寸与监测导梁的尺寸相匹配。所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，其特征在于，所述数据处理系统采用无线光纤光栅解调仪，能够将光纤数据线传递过来的传感器的波长数据通过无线传输至云端数据库储存。所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，其特征在于，所述光纤光栅微型渗压传感器及光纤光栅压力传感器分别与数据处理系统通过光纤数据线连接，且光纤数据线外设置用于防水的软套管。所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过光纤光栅微型渗压传感器实时监测桥墩及导梁水位涨落引起的水压变化，并将数据以波长的形式传至数据处理系统；2)通过光纤光栅压力传感器实时监测外界水以及回淤土造成的压力变化，并将数据以波长的形式传至数据处理系统；3)将光纤光栅微型渗压传感器及光纤光栅压力传感器传递来的数据通过无线传输传至云端数据库储存，并进行综合的数据分析和力学解析求得冲刷的实时状况。所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统的监测方法，其特征在于，所述光纤光栅微型渗压传感器与光纤光栅压力传感器的数据进行对比分析，能够剔除潮涨潮落造成的水位变化对压力传感器的影响。所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统的监测方法，其特征在于，所述光纤光栅压力传感器还能够用于测量监测装置上的覆土情况。本专利技术的有益效果是，该系统主要针对桥梁桥墩所处环境特点及现阶段对桥梁基础冲刷不能连续监测和在水流湍急的河流不适用的现状，适用于实时监测水下桩基附近由于冲刷引起的桩侧土压力变化以及水位涨落造成的水压变化，从而分析得到桩侧水流冲刷与水位高低对桩基安全的影响，可广泛应用于新建或已经建成的桥梁工程安全监测环境中，具有高耐久性、高度、结构简单、实时监控和易于工程布设等优点。附图说明图1是本明的侧面结构示意图；图2是本明的正面结构示意图；图3是本明的沉块结构示意图；图4是本明的限位装置结构示意图；图5是本专利技术监测流程图；图6是本专利技术的沉块尺寸计算的力学分析图；图7是本专利技术监测装置上的覆土情况i示意图；图8是本专利技术监测装置上的覆土情况ii示意图；图中：1-数据处理系统，2-光纤光栅微型渗压传感器，3-光纤光栅压力传感器，4-监测导梁，5-沉块，6-限位装置。具体实施方式以下结合说明书附图，对本专利技术作进一步描述。如图1-8所示，一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统及其监测方法，包括数据处理系统1、光纤光栅微型渗压传感器2，光纤光栅压力传感器3、监测导梁4、沉块5及限位装置6。数据处理系统1设置在监测点桥墩顶面，数据处理系统1为无线传输光纤光栅解调仪，通过光纤数据线与传感器连接，将传感器传来的数据通过无线传输传至云端数据库，对比传感器的数据，通过计算机进行数据对比与分析得出桥墩冲刷的实时状况。光纤光栅微型渗压传感器2设有两个，一个设置在桥墩水面以下的位置的外壁上，距离水面有一定的深度，可以实时监测水位涨落引起的水压变化，另一个设置在监测导梁4上，负责监测监测导梁4附近的水压变化；并将水压变化的数据以波长的形式传至数据处理系统1。波长可以通过如下公式转化为压强：Pr＝Kp1ΔP2+Kp2ΔP；ΔP＝(P-P0)-Kt(T-T0)；Kp1(Mpa/nm):常数；Kp2(Mpa/nm):常数；P0(nm):测量时的压力光纤光栅初始波长；P(nm):压力测量时的波长；T(℃):T是P值测量时的环境温度；T0(℃):P0值测量时的环境温度；Kt(nm/C°):常数，为波长偏移值/温度的比值。将正常水位时，桥墩上光纤光栅微型渗压传感器2的检测读数记为pr0，将因为潮起潮落光纤光栅微型渗压传感器2的监测读数记为pr；则有：Δp＝pr-pr0；上式中,Δp为水位涨落引起的水压变化值，以正常水位的水压为基准。光纤光栅微型渗压传感器2所得水位涨落的数据可用于水位变化对桥梁桩基安全稳定性影响的分析，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，包括桩基及设置在桩基上的桥墩，其特征在于，所述桥墩顶部设有数据处理系统(1)，所述桥墩位于水面以下位置处的外壁表面上设置一个光纤光栅微型渗压传感器(2)，所述桥墩侧面设有监测装置，所述监测装置包括设置在靠近桩基位置河床上的沉块(5)及固定设置在沉块(5)上的监测导梁(4)，所述桥墩上设有用于防止监测装置径向运动的限位装置(6)，所述监测导梁(4)下端位置设有一个光纤光栅微型渗压传感器(2)及一组光纤光栅压力传感器(3)；所述光纤光栅微型渗压传感器(2)及光纤光栅压力传感器(3)分别通过数据线与数据处理系统(1)电路连接。

【技术特征摘要】
1.一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，包括桩基及设置在桩基上的桥墩，其特征在于，所述桥墩顶部设有数据处理系统(1)，所述桥墩位于水面以下位置处的外壁表面上设置一个光纤光栅微型渗压传感器(2)，所述桥墩侧面设有监测装置，所述监测装置包括设置在靠近桩基位置河床上的沉块(5)及固定设置在沉块(5)上的监测导梁(4)，所述桥墩上设有用于防止监测装置径向运动的限位装置(6)，所述监测导梁(4)下端位置设有一个光纤光栅微型渗压传感器(2)及一组光纤光栅压力传感器(3)；所述光纤光栅微型渗压传感器(2)及光纤光栅压力传感器(3)分别通过数据线与数据处理系统(1)电路连接。2.根据权利要求1所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，其特征在于，包括监测导梁(4)包括上端槽钢及与上端槽钢拼接的下端槽钢，所述上端槽钢与下端槽钢采用双盖板螺栓固定连接，所述下端槽钢内浇筑有混凝土，监测导梁(4)下端位置的光纤光栅微型渗压传感器(2)及光纤光栅压力传感器(3)镶嵌在下端槽钢的混凝土上，且所有传感器之间等间距设置；所述监测导梁(4)长度能根据设计要求进行相应调整。3.根据权利要求1所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，其特征在于，所述沉块(5)采用直角三棱柱形的混凝土块，且插入河床一端的棱角处磨设成平面结构。4.根据权利要求1所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，其特征在于，所述沉块(5)上表面始终与河床表面齐平。5.根据权利要求1所述的一种沉入式桥梁桩基冲刷实时监测系统，其特征在于，所述限位装置(6)包括钢绞线与矩形套筒，所述钢绞线带有环氧树脂的涂层，并围绕桩基...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钦，郭健，吴继熠，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33