[实用新型]一种新型桥梁桩基础水下受冲刷监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及跨海越江桥梁工程下部结构的安全监测，具体涉及一种水中桥梁桩基础的定量实时冲刷监测装置。

背景技术

桥梁下部结构通过水下桩基支撑整个上部结构和车辆荷载，水下桩基承受着所有桥梁结构的竖向荷载，桩侧土压力的变化直接决定了桩基承载力的大小。而跨海越江桥梁的水下桩基受水流冲刷影响，会发生桩侧土冲淤变化，这对桥梁桩基的安全性有很大影响，甚至造成桥梁垮塌破坏，近年国内外此类事故都时有发生。因此，桥梁工程中对桩基附近的水下地基土层进行观测成为近年来工程界十分关系的问题。受水流冲刷作用下引起的桥梁损伤破坏也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，即可再桥梁运营过程中及时采用适当工程加固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。现有的桩基冲刷测试方法的基本原理主要是测量水面到泥沙层介质间的深度变化。总的来看，这些方法还有不足之处：第一，这些方法一般无法实时连续测试，一般是定期出船进行观测。且不能真正考虑冲淤层的复杂往复变化所带来的对桩侧土压力真实变化，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。一般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。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。

发明内容

为了克服已有桩基附近水下土层冲刷的监测的操作复杂、精度较低、实时性较差、无法实现远程监测的不足，本发明提供一种操作简便、精度较高、实时性良好、有效实现远程监测的新型桥梁桩基础水下受冲刷监测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型桥梁桩基础水下受冲刷监测装置，包括水下测管、测量组件和数据采集仪，所述水下测管位于待监测桩基侧边，所述测量组件位于所述水下测管的迎水面侧，所述测量组件包括测力柱和土压力测力传感器，所述土压力测力传感器位于所述测力柱内，所述测力柱从上到下等间隔布置在所述水下测管上，所述土压力测力传感器的信号输出端均与所述数据采集仪连接。

进一步，所述土压力测力传感器包括用以感应土压力的传力杆和用于感知传力杆传导的土压力的光纤光栅传感器，所述传力杆与所述光纤光栅传感器配合。

再进一步，所述测力柱呈径向布置，所述传力杆位于所述测力柱的内腔，所述光纤光栅传感器位于所述测力柱的底部。

所述监测装置还包括数据发射装置，所述数据采集仪与所述数据发射装置连接。

本发明的技术构思为：光纤是目前在智能材料系统研究中应用最为广泛的敏感元件之一，其工作原理是外界物理量的变化引起光纤中心波长的变化，由光纤布拉格中心波长的变化获得被测量的值。这种测量方法思路清晰，操作便捷，很容易为广大工程技术人员接受。光纤传感元件的优点主要表现为抗电磁干扰；耐腐蚀；准分布式测量、绝对测量、信号衰减小；灵敏度高，精度高等优点。此外，近年来结构的实时安全监测已成为国内外研究的热点之一，作为结构健康监测重要手段的光纤技术也得到了极大的发展。因此本装置结合光纤光栅进行感知和传输的优点，针对性地研发了适合水下桥梁桩基监测的光纤光栅传感器和数据传输及解析的系统化实时监测装置，充分发挥了光纤光栅监测具有的精度高、耐久性好的特点，克服了传统测试方法的缺点，非常适合新建和既有水下桥梁桩基的冲刷监测，具有独特的优势。

本方案实时进行桩基近侧不同深度及冲刷全过程的实时桩侧土压力变化监测，从而获得冲刷深度对桩基受力的影响，可分析桩侧土压力在波流冲刷下的非周期性变化，实时得出桩-土间的受力状态及冲刷的安全余度。这样不仅可以消除水下淤泥层往复变化对判断桩基冲刷安全的影响，也更加的精确、简便，一次性安装该监测装置，即可实现远程实时监测。

本发明的有益效果主要表现在：操作简便、精度较高、实时性良好、有效实现远程监测。

附图说明

图1是水下测管的剖面图。

图2是水下测管的俯视图。

图3是水下测管的工作原理示意图。

图4是水下测管的传力杆受力示意图。

图5是压力变化曲线图。

图6是检测装置的流程图。

具体实施方式