基于多传感器信息融合技术的群桩基础承载性能研究

2016-11-10谷伟铭盐城工业职业技术学院江苏盐城224005

安徽建筑 2016年4期

关键词：通车轴力桩基础

谷伟铭　（盐城工业职业技术学院，江苏　盐城　224005）

谷伟铭（盐城工业职业技术学院，江苏盐城224005）

文章以苏通大桥的群桩基础为研究对象，对承台施工直至运营期间群桩基础承载力的监测数据采用多传感器信息融合技术进行融合。分析桩顶以及桩身轴力的变化规律，并提出相应的建议以便指导同类工程的设计与施工。

多传感器信息融合；群桩基础；受力分析

0　引言

群桩基础是由桩基与承台连接而组成的，因为各个桩之间的距离相差不大，使得桩之间存在着相互的作用力，群桩的承载性能差异于单桩。苏通大桥的北主墩的群桩基础中包含着131根的灌注桩［1］，单桩之间相互影响机理繁杂，同时与承台相互作用与相互影响。需要监测桩基的受力和传力，需要监测桩身钢筋何混凝土的受力，即需监测群桩效应而导致的基桩荷载分布的不均匀性。因此，需要用到多传感器信息融合技术［2-3］，对具有相同特性或者存在差异的多个数据采取分析说明，进而获得融合的讯息。

1　多传感器信息融合技术

多传感器信息融合技术就是使用如今高端的通信技术对于不同来源的信息或者数据，经过特定的处理规律进行自动的阐释，并输出最终的综合处理的信息的分析过程，从而得出精确牢靠的结果。

2　基于最优分配原则的估值方法

超大型深水群桩基础的传力机理异常复杂，传感器布设时既要考虑监测目的，又要考虑安装位置及安装的难易程度。为了保证监控系统能够正常工作，传感器的冗余非常必要。为了获得群桩基础真实的受力特性，融合后的数据更为理想，其关键在于权值的确定，本文采用的是基于最优分配原则的估值方法。

由于每个传感器自身精度不同、埋设状态不同、受到干扰的程度也不同，所以其偏离真实值的程度也不相同。于是对每个传感器依据准则赋予权值。也可以说是，对于可信度高的测量值，赋于较大的权值；对于可信度低的测量值则赋予较小的权值。这样就可以使估计值更精确地描述原数据信号。

假定m个传感器在某测次的测值分别为x1，x2，Λ，xm，权值为ω1，ω2，Λ，ωm，则所有的个传感器监测对象的相关的数据进行融合，得到的结果为：

由于xi服从正态分布N（μ1，σ21），则zi=（Xi-μi）/σi服从标准正态分布N（0，1），那么多元随机向量Z经过如下变换后就成为标准正态分布随机向量。

y=W（A-1Z+U）=WU+WA-1Z

由多元统计理论可知的分布密度函数为：

假设存在精度各异的一定数量的传感器，它们的均方根分别表示为ωmin和ωmax，得：

3　监测点的布置

苏通大桥北主墩的桩顶轴力监测系统由30根监测桩组成，每根桩顶轴力监测断面的高程均为-12m，且均布置钢筋计和混凝土应变计各2套，监测桩的平面分布如图1所示。

图1　北主墩群桩监测断面平面布置图

4　桩顶轴力分布特性分析

分析数据取自承台浇筑期间直至通车期间，其中运营期的数据取至2013年，对数据进行多传感器信息融合，得到承台横桥向、中轴线上各桩在通车运营期间的桩顶轴力增量分布图如图2所示。

图2　承台横桥向、中轴线各桩桩顶轴力分布图

结果表明，至通车运营5年半的2013年底，基桩桩顶轴力在平面上的分布存在不均匀性，但桩顶轴力及其营运期增量大的基桩大多位于承台的中间部位，而非角桩和边桩。经过5年半的通车运营，群桩效应对群桩基础承载性能的影响没有增大的征兆，索塔群桩基础的承载力仍具有较大的安全储备。值得指出的是，营运期北主墩河床冲刷护坦区外围南侧和下游侧的局部冲刷增强，通车运营5年半以来，随着车流量的增大，群桩基础的桩顶轴力均呈增长趋势。

5　桩身轴力分布特性分析

在此仅给出29＃桩的监测结果，图3为营运期桩身轴力增量沿深度的分布曲线。

图3　29#桩身轴力增量沿深度分布曲线

结果表明通车运营5年半来，与桩顶轴力类似，随着车流量的增大，桩身其它断面的轴力也呈增长趋势。但重要的是：通车运营过程中，每年的轴力增量基本持平、甚至呈递减趋势，且与建设期相比，桩身轴力随深度的分布规律没有改变，即桩身穿过河床冲刷防护层后，轴力及其营运期增量即大幅衰减。说明河床冲刷防护层具有良好的嵌固作用，对提高群桩基础的承载性能在通车运营期间仍具有重要意义。