孟志浩，亓 樂，賈立翔，劉鵬飛

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013；2.蘇州南智傳感科技有限公司，江蘇 蘇州 215123）

近年來，隨著海上風(fēng)機(jī)數(shù)量的不斷增加，超大直徑鋼管樁基礎(chǔ)應(yīng)用日益廣泛，海上風(fēng)電工程中的鋼管樁直徑通常為4～8 m[1]，甚至已達(dá)9 m。海上鋼管樁基礎(chǔ)在其正常工作的年限中，主要承受來自強(qiáng)風(fēng)荷載、波浪沖擊等水平荷載的長期周期性循環(huán)作用，其循環(huán)次數(shù)達(dá)到108次[2]。因此，研究海上鋼管樁基礎(chǔ)運(yùn)營期的受力及變形，尤其是水平荷載下的變形狀態(tài)，就顯得尤為重要。

現(xiàn)階段，對于水平荷載作用下的鋼管樁基礎(chǔ)工作形態(tài)的研究，主要通過模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬方法。劉冰雪[3]對海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)的水平承載力特性進(jìn)行了分析，探討了樁徑、樁周土模量及樁端土模量對單樁承載力的影響。尤漢強(qiáng)等[4]深入分析了風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)土抗力及樁土脫開效應(yīng)對樁土相互作用的影響；PENG J等[5]通過離心機(jī)試驗(yàn)，分析了在1 g條件下，樁徑、荷載大小、循環(huán)次數(shù)和砂土密實(shí)度對模型樁側(cè)向位移發(fā)展的影響。PAN D等[6]進(jìn)行了風(fēng)電鋼管樁基礎(chǔ)的現(xiàn)場試驗(yàn)，并將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析。SRENSEN P H等[7]對砂土中受水平荷載的大直徑鋼管樁進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)及數(shù)值模擬，基于室內(nèi)小直徑試驗(yàn)確定的參數(shù)，對直徑為3～7 m的鋼管樁進(jìn)行了數(shù)值模擬。綜上所述，通過模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬的方式，可對大直徑鋼管樁的受力特性、樁土作用等進(jìn)行分析，但是模型試驗(yàn)較難營造實(shí)際地層、風(fēng)浪環(huán)境，也很難模擬成千上萬次的水平循環(huán)荷載。

近年來，分布式光纖傳感技術(shù)在樁基、隧道、基坑等基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用越來越廣泛。葉仲韜等[8]將分布式光纖應(yīng)用于風(fēng)力電機(jī)樁基承載能力測試中，獲得了沿樁長方向連續(xù)的荷載應(yīng)力分布曲線；石振明等[9]根據(jù)BOTDRBOTDR（Brillouin Optical Timedomain Reflectometer）和FBGFBG（Fiber Bragg Grating）技術(shù)測試出樁身軸向應(yīng)變及樁周應(yīng)力的分布規(guī)律；劉釗等[10]基于布里淵散射光頻域分析的分布式光纖感測技術(shù)，通過靜載測試，實(shí)現(xiàn)了大直徑風(fēng)電鋼管樁的側(cè)摩阻力分布監(jiān)測。針對海上鋼管樁，雖有較多應(yīng)用，但都局限于靜載過程檢測，尚未有運(yùn)營期監(jiān)測應(yīng)用。本文圍繞實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電鋼管樁的運(yùn)營期在線監(jiān)測，開發(fā)了一套基于密集分布式的監(jiān)測系統(tǒng)，并在實(shí)際工程中進(jìn)行了應(yīng)用探索。

1 自動化監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 技術(shù)類型

目前，海上鋼管樁應(yīng)用的主要光纖技術(shù)主要為三類：一是基于布里淵的分布式光纖感測技術(shù)，二是基于波分復(fù)用的光纖光柵感測技術(shù)，三是基于弱光柵的密集分布式技術(shù)。其中，分布式技術(shù)單次采集時間通常為5～10 min，無法滿足鋼管樁基礎(chǔ)在風(fēng)浪環(huán)境下的實(shí)時監(jiān)測，光纖光柵仍屬于點(diǎn)式監(jiān)測的范疇。密集分布式技術(shù)結(jié)合了分布式及光纖光柵的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度分布式實(shí)時監(jiān)測，且成本適中，各類技術(shù)對比見表1。因此，本文所述系統(tǒng)為基于密集分布式技術(shù)開發(fā)。

表1 光纖技術(shù)對比表

密集分布式技術(shù)與常規(guī)光纖光柵技術(shù)的測量原理一致，都是利用光纖材料的光敏性，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，從而改變和控制光在其中的傳播行為。當(dāng)寬帶光進(jìn)入光纖后，滿足特定條件波長的入射光在光柵處被耦合反射，其余波長的光會全部通過而不受影響，反射光譜在FBG中心波長λB處出現(xiàn)峰值，如圖1所示。

圖1 技術(shù)原理圖

FBG反射特定波長的光，該波長滿足以下條件。

式中，λB為反射光的中心波長；neff為纖芯的有效折射率；Λ為光纖光柵折射率調(diào)制的空間周期。

外界應(yīng)力和溫度變化會引起折射率和柵距的變化，導(dǎo)致FBG波長λB的移位，滿足線性關(guān)系式（2）。

式中，△λ為FBG波長變化量；ε為光纖軸向應(yīng)變；△T為溫度變化；Pe為光纖光彈系數(shù)；α為光纖熱膨脹系數(shù)；ζ為光纖熱光系數(shù)。

兩者的主要區(qū)別在于，常規(guī)光纖光柵采用的波分復(fù)用技術(shù)，即通過波長的差異區(qū)分點(diǎn)位，解調(diào)設(shè)備帶寬通常為40 nm，因此單通道可負(fù)載的光柵測點(diǎn)有限；密集分布式技術(shù)采用時分復(fù)用技術(shù)，即通過光信號依次經(jīng)過光柵的時間區(qū)分不同點(diǎn)位，該方式可采用相同波長的光柵，單通道可負(fù)載上千個測點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測量。密集分布式光纖感測技術(shù)在海上風(fēng)電鋼管樁監(jiān)測應(yīng)用中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：①分布式監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)鋼管樁全長度覆蓋監(jiān)測；②長期性監(jiān)測，光纖本質(zhì)為二氧化硅，光纜采用高密度聚乙烯、碳纖維等材料封裝，無彈簧、梁等器件，實(shí)現(xiàn)建設(shè)、運(yùn)營長期監(jiān)測；③自動化監(jiān)測，密集分布式設(shè)備成本大大降低，使項目自動化監(jiān)測成為可能；④集成化監(jiān)測，采用光纜連續(xù)布設(shè)，施工便捷，避免太多線纜，集成度高。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)架

海上鋼管樁自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要包括感知層、采集層、傳輸層及展示層，如圖2所示，感知層為密集分布式傳感光纜，感知應(yīng)變及溫度信息；采集層為光纖解調(diào)儀，獲取傳感光纜監(jiān)測數(shù)據(jù)；傳輸層表現(xiàn)為光纖解調(diào)儀對外傳輸數(shù)據(jù)的方式，可分為有線及無線傳輸；展示層為數(shù)據(jù)展示及預(yù)警系統(tǒng)，是最終監(jiān)測結(jié)果的呈現(xiàn)。在鋼管樁安裝傳感光纜后，光纖解調(diào)儀獲取數(shù)據(jù)，并通過4G無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)輸出到云服務(wù)器，云服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后下發(fā)到后端監(jiān)測平臺，從而組成一套穩(wěn)定、快捷的樁基自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)，其自動化主要體現(xiàn)為以下幾方面。

圖2 自動化監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)采集自動化。傳感光纜感知變化信息，光纖解調(diào)儀自動獲取原始數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)分析自動化。系統(tǒng)內(nèi)嵌分布式數(shù)據(jù)的分析算法，可實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的自動化處理，獲得具體監(jiān)測物理量。

（3）成果展現(xiàn)自動化。應(yīng)變分布、軸力分布等監(jiān)測成果配置好后，自動化呈現(xiàn)。

（4）預(yù)警信息自動化。可設(shè)置多級預(yù)警機(jī)制，根據(jù)事先設(shè)定的預(yù)警值進(jìn)行報警，可實(shí)現(xiàn)平臺、短信、現(xiàn)場聲光報警器等方式。

1.3 傳感光纜

系統(tǒng)選用傳感光纜為密集分布式碳纖維復(fù)合光纜，其基本結(jié)構(gòu)為：在同一光纖上，每隔1 m刻寫一個測點(diǎn)，刻好后將纖芯過塑形成緊包護(hù)套光纜，將光纜植入碳纖維布中，形成碳纖維復(fù)合基光纜。該光纜特點(diǎn)如下。

（1）具有一定的寬度，可以獲得更多的接觸面積以提升耦合性及變形傳遞性。

（2）重量輕，質(zhì)軟，增加布設(shè)簡便性且不易脫落，使傳感器工作更可靠。

（3）傳感光纖上下面都有高強(qiáng)度的工程織布保護(hù)，提高傳感光纖應(yīng)用時的成活率。

（4）彈性模量與鋼結(jié)構(gòu)相近，容易與鋼結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)變形。

選取一段植入碳纖維前的緊包護(hù)套光纜進(jìn)行標(biāo)定測試：光纜（長度2.44 m）兩端固定，按照2.44 mm（1 000με）梯度逐級拉伸，采集每一級的波長量，如圖3所示；作應(yīng)變—波長曲線，得到光纜的應(yīng)變系數(shù)為0.833με/pm，線性擬合度高于0.999 9，結(jié)果如圖4所示。

圖3 光纜測試裝置

圖4 光纜測試結(jié)果

1.4 解調(diào)設(shè)備

系統(tǒng)選用解調(diào)設(shè)備為密集分布式光纖解調(diào)儀，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸，解調(diào)速度快（1 Hz），實(shí)時性高，可同時采集上千個測點(diǎn)，系統(tǒng)集成度高（16通道），其解調(diào)原理如圖5所示。可調(diào)諧激光器掃描輸出不同波長的連續(xù)光，經(jīng)過脈沖調(diào)制和放大的脈沖光進(jìn)入刻有全同弱光纖光柵陣列的光纖中。脈沖光在各光柵點(diǎn)會產(chǎn)生反射，中心波長發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)對各物理量的感知，通過測量脈沖光從起點(diǎn)發(fā)出到各柵點(diǎn)反射光返回的時間，即可得到各柵點(diǎn)的位置。光路中環(huán)形器的作用是利用其單向光傳輸?shù)脑?，將發(fā)射光與反射光分離。光電轉(zhuǎn)換模塊將光路反射回來的光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并傳送給采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行高速采集，得到的數(shù)字信號同步傳輸給工控板進(jìn)行分析處理。

圖5 解調(diào)設(shè)備原理圖

將該設(shè)備置于高低溫試驗(yàn)箱內(nèi)，進(jìn)行變溫環(huán)境下的穩(wěn)定性測試：所有標(biāo)準(zhǔn)檢測光柵放置在恒溫水浴槽中，恒溫水浴槽設(shè)定溫度定值（20℃），穩(wěn)定1 h。高低溫試驗(yàn)箱溫度設(shè)置遵循：室溫—低溫—室溫—高溫—室溫，為一個溫度試驗(yàn)循環(huán)原則，具體溫度見表2，測試裝置見圖6。

圖6 設(shè)備測試裝置

表2 溫度變化值

測試結(jié)果如圖7所示，在-5～45℃溫度環(huán)境下，密集分布式解調(diào)設(shè)備波長重復(fù)性在±3 pm（±2.4με）以內(nèi)。

圖7 測試結(jié)果

1.5 軟件系統(tǒng)

鋼管樁光纖自動化監(jiān)測軟件系統(tǒng)，如圖8所示，是基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)、地理信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)和巖土工程相關(guān)理論開發(fā)的，進(jìn)行信息集中展示與管理的平臺。系統(tǒng)具備安全監(jiān)測、GIS系統(tǒng)展示、人工巡檢錄入、項目與設(shè)備管理、信息匯總、結(jié)果預(yù)警、數(shù)據(jù)分析、云數(shù)據(jù)庫存儲、歷史查詢、數(shù)據(jù)API接口服務(wù)、用戶管理、日志管理、多層級管理服務(wù)等功能，主要描述如下。

（1）監(jiān)測首頁為基于GIS地圖的項目信息總覽，如圖8（a）所示，圖中展示圓點(diǎn)表示所在位置，圓點(diǎn)顏色表示項目報警狀態(tài)（紅色、橙色、黃色、綠色分別表示一級報警、二級報警、三級報警和無報警）。

圖8 軟件系統(tǒng)界面

（2）平臺可對各個樁基項目進(jìn)行分開配置和統(tǒng)一管理，編輯樁基實(shí)施的監(jiān)測內(nèi)容類型、監(jiān)測設(shè)備類型、相關(guān)算法、樁基位置等。

（3）實(shí)時數(shù)據(jù)展示應(yīng)變、軸力、撓度等監(jiān)測內(nèi)容的監(jiān)測結(jié)果值，分為時間域數(shù)據(jù)和空間域數(shù)據(jù)，如圖8（b）；對于歷史數(shù)據(jù)，可根據(jù)測點(diǎn)名稱、時間區(qū)間、時間間隔等不同篩選條件要求，查詢并導(dǎo)出對應(yīng)監(jiān)測結(jié)果。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

山東半島南3號海上風(fēng)電項目場址離岸距離36～40 km，水深28～33 m，規(guī)劃占海面積約80 km2，風(fēng)電場一期裝機(jī)規(guī)模300 MW，擬安裝58臺風(fēng)電機(jī)組，場區(qū)內(nèi)配套建設(shè)一座220 kV海上升壓站。本工程風(fēng)電場位置如圖9所示。

圖9 工程地點(diǎn)

結(jié)合半島南3號海上風(fēng)電場項目，對重點(diǎn)監(jiān)測機(jī)位的A14、A41、A45三臺風(fēng)機(jī)在樁廠提前布設(shè)光纜，待沉樁完成后進(jìn)行相關(guān)線路集成，并接入風(fēng)機(jī)環(huán)網(wǎng)傳輸至升壓站后接入設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過海纜傳輸至半島南3號陸上集控中心服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電樁基礎(chǔ)的監(jiān)測設(shè)備遠(yuǎn)程控制和風(fēng)電樁基礎(chǔ)變形實(shí)時自動化監(jiān)測。

2.2 傳感光纜布設(shè)

傳感光纜在樁廠內(nèi)布設(shè)完成，具體工藝如下。

（1）打磨除塵：沿樁身對稱面打磨，去除鐵銹，焊縫位置磨平。

（2）底膠涂覆：在傳感光纜布設(shè)路徑上涂刷一層底膠粘結(jié)劑，以提高光纜粘合度，如圖10（a）所示。

（3）光纜布設(shè)：在底膠區(qū)域平直布設(shè)傳感光纜，避免光纜彎曲；布設(shè)完成后，在傳感光纜上部再刷一層面膠粘結(jié)劑，使光纜與樁身充分貼合，如圖10（b）所示。

（4）表層防護(hù)：待面膠粘結(jié)劑固化強(qiáng)度達(dá)到50%以上后，在其表面粘貼一層防火材料，如鋁箔紙、石棉材料等，防止后期焊渣灼損。

（5）焊接保護(hù)：在樁最底部焊接一段槽鋼對傳感光纜進(jìn)行保護(hù)，槽鋼長度5 m，底部需斜口密封，并加肋板進(jìn)行加強(qiáng)保護(hù)，如圖10（c）所示。

圖10 安裝工藝

（6）引線保護(hù)：在樁頂部分，傳感光纜接入引線，穿鋼絲軟管進(jìn)行保護(hù)，所有引線通過內(nèi)平臺環(huán)板圓孔時采用定制配件進(jìn)行固定保護(hù)。

2.3 系統(tǒng)集成調(diào)試

對重點(diǎn)監(jiān)測機(jī)位的A14、A41、A45三臺風(fēng)機(jī)單樁線路進(jìn)行了線路集成。在內(nèi)平臺上方將傳感光纜集成至主光纜，并接入風(fēng)機(jī)環(huán)網(wǎng)預(yù)留接口，通過風(fēng)機(jī)環(huán)網(wǎng)傳輸至升壓站后接入監(jiān)測設(shè)備，如圖11（a）所示。監(jiān)測設(shè)備安裝在升壓站監(jiān)測機(jī)柜中，并用光纖跳線將升壓站接口與設(shè)備連接。在陸上集控中心安裝設(shè)備解調(diào)控制軟件和監(jiān)測軟件，實(shí)現(xiàn)對升壓站設(shè)備的遠(yuǎn)程調(diào)試和實(shí)時在線監(jiān)測，如圖11（b）所示。

圖11 集成與調(diào)試

2.4 結(jié)果與分析

目前，本項目剛完成大直徑鋼管樁的安裝，選擇A45單樁基礎(chǔ)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，基本參數(shù)如圖12所示。

圖12 樁基參數(shù)

2.4.1 樁身應(yīng)變分布

選取2022年1月25日16∶00至1月26日5∶00測試數(shù)據(jù)，以1月25日16∶00測試值為初值，形成樁身對稱兩側(cè)傳感光纜的應(yīng)變分布曲線，如圖13所示。由圖可知，海平面、泥水界面清晰，在水平荷載作用下，一側(cè)呈現(xiàn)拉應(yīng)變，一側(cè)呈現(xiàn)壓應(yīng)變，且應(yīng)變量值基本相等。海水中，樁身應(yīng)變受變徑影響稍有差異，基本呈平穩(wěn)分布；入泥后，應(yīng)變值隨深度逐步減小，水平荷載作用尚未影響到樁底。樁身應(yīng)變最大約為100με，而鋼結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)變通常大于1 500με，因此，從應(yīng)變角度分析，該鋼管樁基礎(chǔ)處于安全范圍內(nèi)。

圖13 樁身應(yīng)變分布

2.4.2 軸向應(yīng)變分布

埋置于土體中的樁基，在豎向荷載作用下傳遞規(guī)律為：樁身的上部首先受到壓縮而發(fā)生相對于土的向下位移，于是樁側(cè)摩阻力和樁端阻力逐漸被調(diào)動起來。荷載沿樁身向下傳遞的過程就是不斷克服側(cè)摩阻力并通過它向土中擴(kuò)散的過程，因而樁身軸力（軸向應(yīng)變）沿著深度而逐漸減小。

設(shè)ε1（z）和ε2（z）分別為測試得到的樁體在深度z處的沿水平荷載方向上對稱部位的應(yīng)變測試值，樁身一側(cè)受拉一側(cè)受壓。則軸向應(yīng)變εa（z）和彎曲應(yīng)變εm（z）值如下[11]。

根據(jù)式（3），得到鋼管樁軸向應(yīng)變分布，如圖14所示。由圖可知，樁身豎向應(yīng)變在±5με范圍內(nèi)波動，-56 m以下波動范圍降低至±2με，而數(shù)據(jù)分析時間段內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)無變化，結(jié)合上述豎向荷載傳遞規(guī)律，可以認(rèn)為該管樁沒有豎向附加荷載影響，監(jiān)測數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)出的應(yīng)變波動，分析是由于樁體自身擺動引起，影響深度約為樁頭往下56 m。

圖14 樁身軸向應(yīng)變分布

2.4.3 水平應(yīng)力及變形

水平承載樁的工作性狀是樁—土相互作用的問題，樁受水平荷載作用下發(fā)生彎曲，從而在樁身產(chǎn)生水平位移和彎曲應(yīng)力。對于相對剛度較低的柔性長樁來說，當(dāng)樁的入土深度超過一定數(shù)值時，樁身的下段可視為嵌固于土中而不能轉(zhuǎn)動。在水平荷載作用下樁身將發(fā)生撓曲變形，其值由樁身截面抗拒和土抗力來承擔(dān)，當(dāng)變形增大到樁的水平極限荷載或樁周土失去穩(wěn)定時，樁—土體系便趨于破壞。

超長鋼管樁為柔性長樁，在水平荷載作用下，樁端變形很小，因此，假設(shè)樁端不發(fā)生位移，并對撓度進(jìn)行積分，則得到撓度的積分通解方程，如式（5）所示[12]。

式中，H為樁的埋深；y（z）為位置z處對稱布設(shè)光纜間距；C、D為積分常數(shù)，這些積分常數(shù)可以通過位移邊界條件和變形連續(xù)條件來確定。

根據(jù)式（4）和式（5），可得到樁身的彎曲應(yīng)變及撓度分布，如圖15所示，其中由于該樁為變直徑樁，保守取最小直徑6 000 mm代入計算。由圖15可知，入泥后，鋼管樁彎曲應(yīng)變逐步降低，樁底至-56 m標(biāo)高位置樁身水平位移小于0.5 mm，基本沒有變形，即在既有水平荷載作用下，樁身入泥26 m左右被完全約束，該結(jié)果與豎向應(yīng)變分布規(guī)律一致。

圖15 彎曲應(yīng)變及水平位移分布

在多數(shù)情況下，鋼管樁失穩(wěn)（樁—土體系破壞）前勢必將影響上部風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，對于風(fēng)電鋼管樁的安全評價應(yīng)以不影響風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)為原則。當(dāng)樁身轉(zhuǎn)角超過0.5°，可能就會造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)無法正常運(yùn)作[13]，按照變形段50 m長度計算，最大水平位移為435 mm。本項目測試鋼管樁最大水平位移46 mm，遠(yuǎn)小于最大位移量。圖16為最大水平位移時程曲線及當(dāng)?shù)爻蔽粫r間曲線，可知測試時間段內(nèi)，最大位移發(fā)生在25號23點(diǎn)，為當(dāng)日潮位的最低點(diǎn)，鋼管樁水平位移與潮位基本呈負(fù)相關(guān)，由于水平位移是基于彎曲應(yīng)變計算得到，即對稱兩側(cè)應(yīng)變差值的平均值，認(rèn)為樁身對稱兩側(cè)溫度一致，通過做差可排除溫度的影響。因此，推測該現(xiàn)象是由于水位降低，管樁出露部分增加，受外部風(fēng)荷載影響增加，查閱對應(yīng)時間的風(fēng)力數(shù)據(jù)，如圖17所示，風(fēng)速與鋼管樁最大水平位移呈正相關(guān)，可知測試時間段內(nèi)，鋼管樁的變形趨勢主要是由風(fēng)速變化引起。

圖16 潮位及水平位移時程曲線

圖17 風(fēng)速時程曲線

2.4.4 樁身擺動狀態(tài)

為獲取鋼管樁在風(fēng)、浪荷載下的擺動狀態(tài)，對5 min內(nèi)密集采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖18為不同深度處樁身彎曲應(yīng)變的時程曲線。可知，泥水面以上（-15.4 m）位置擺動產(chǎn)生的應(yīng)變量為-3.8～0.9με，泥水面以下2 m（-33.4 m）應(yīng)變變化量為-1.2～2.5με，泥水面以下11 m（-42.4 m）為-3.0～0.5με，基本呈逐步減小的趨勢，但差別不大；至-56.4 m位置，樁身應(yīng)變在±0.5με以內(nèi)，樁身基本不受外部荷載的作用，處于穩(wěn)定狀態(tài)。測試時間段內(nèi)，包含了兩個相對完整的擺動周期，時間分別為2 min 16 s及1 min 16 s，擺動周期的差異推測與風(fēng)浪相關(guān)。

圖18 樁身應(yīng)變時程曲線

3 結(jié) 論

本文介紹了一套基于密集分布式光纖的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)海上鋼管樁基礎(chǔ)的分布式、自動化監(jiān)測，并將該系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際工程項目中，獲得了運(yùn)營鋼管樁的樁身應(yīng)變、豎向應(yīng)力、水平應(yīng)力及撓度分布式規(guī)律，根據(jù)應(yīng)變極限值及偏轉(zhuǎn)角度值對樁基狀態(tài)進(jìn)行評價，認(rèn)為該樁基屬于安全范圍內(nèi)，并對鋼管樁的擺動狀態(tài)進(jìn)行了簡要分析。

相較于前人將分布式光纖技術(shù)應(yīng)用于靜載、沉樁監(jiān)測應(yīng)用，本文更進(jìn)一步克服了傳感光纜布設(shè)、系統(tǒng)集成的困難，真正實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營期鋼管樁內(nèi)力及變形的自動化監(jiān)測。目前，本文只對管樁一天內(nèi)受風(fēng)浪影響程度進(jìn)行了分析，所述系統(tǒng)將持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測，獲取風(fēng)電建設(shè)期、長期運(yùn)營條件下的鋼管樁受力狀態(tài)，并對系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。