谷偉銘?。}城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇　鹽城　224005）

基于多傳感器信息融合技術(shù)的群樁基礎(chǔ)承載性能研究

谷偉銘（鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城224005）

文章以蘇通大橋的群樁基礎(chǔ)為研究對象，對承臺施工直至運(yùn)營期間群樁基礎(chǔ)承載力的監(jiān)測數(shù)據(jù)采用多傳感器信息融合技術(shù)進(jìn)行融合。分析樁頂以及樁身軸力的變化規(guī)律，并提出相應(yīng)的建議以便指導(dǎo)同類工程的設(shè)計與施工。

多傳感器信息融合；群樁基礎(chǔ)；受力分析

0　引言

群樁基礎(chǔ)是由樁基與承臺連接而組成的，因?yàn)楦鱾€樁之間的距離相差不大，使得樁之間存在著相互的作用力，群樁的承載性能差異于單樁。蘇通大橋的北主墩的群樁基礎(chǔ)中包含著131根的灌注樁［1］，單樁之間相互影響機(jī)理繁雜，同時與承臺相互作用與相互影響。需要監(jiān)測樁基的受力和傳力，需要監(jiān)測樁身鋼筋何混凝土的受力，即需監(jiān)測群樁效應(yīng)而導(dǎo)致的基樁荷載分布的不均勻性。因此，需要用到多傳感器信息融合技術(shù)［2-3］，對具有相同特性或者存在差異的多個數(shù)據(jù)采取分析說明，進(jìn)而獲得融合的訊息。

1　多傳感器信息融合技術(shù)

多傳感器信息融合技術(shù)就是使用如今高端的通信技術(shù)對于不同來源的信息或者數(shù)據(jù)，經(jīng)過特定的處理規(guī)律進(jìn)行自動的闡釋，并輸出最終的綜合處理的信息的分析過程，從而得出精確牢靠的結(jié)果。

2　基于最優(yōu)分配原則的估值方法

超大型深水群樁基礎(chǔ)的傳力機(jī)理異常復(fù)雜，傳感器布設(shè)時既要考慮監(jiān)測目的，又要考慮安裝位置及安裝的難易程度。為了保證監(jiān)控系統(tǒng)能夠正常工作，傳感器的冗余非常必要。為了獲得群樁基礎(chǔ)真實(shí)的受力特性，融合后的數(shù)據(jù)更為理想，其關(guān)鍵在于權(quán)值的確定，本文采用的是基于最優(yōu)分配原則的估值方法。

由于每個傳感器自身精度不同、埋設(shè)狀態(tài)不同、受到干擾的程度也不同，所以其偏離真實(shí)值的程度也不相同。于是對每個傳感器依據(jù)準(zhǔn)則賦予權(quán)值。也可以說是，對于可信度高的測量值，賦于較大的權(quán)值；對于可信度低的測量值則賦予較小的權(quán)值。這樣就可以使估計值更精確地描述原數(shù)據(jù)信號。

假定m個傳感器在某測次的測值分別為x1，x2，Λ，xm，權(quán)值為ω1，ω2，Λ，ωm，則所有的個傳感器監(jiān)測對象的相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到的結(jié)果為：

由于xi服從正態(tài)分布N（μ1，σ21），則zi=（Xi-μi）/σi服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N（0，1），那么多元隨機(jī)向量Z經(jīng)過如下變換后就成為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布隨機(jī)向量。

y=W（A-1Z+U）=WU+WA-1Z

由多元統(tǒng)計理論可知的分布密度函數(shù)為：

假設(shè)存在精度各異的一定數(shù)量的傳感器，它們的均方根分別表示為ωmin和ωmax，得：

3　監(jiān)測點(diǎn)的布置

蘇通大橋北主墩的樁頂軸力監(jiān)測系統(tǒng)由30根監(jiān)測樁組成，每根樁頂軸力監(jiān)測斷面的高程均為-12m，且均布置鋼筋計和混凝土應(yīng)變計各2套，監(jiān)測樁的平面分布如圖1所示。

圖1　北主墩群樁監(jiān)測斷面平面布置圖

4　樁頂軸力分布特性分析

分析數(shù)據(jù)取自承臺澆筑期間直至通車期間，其中運(yùn)營期的數(shù)據(jù)取至2013年，對數(shù)據(jù)進(jìn)行多傳感器信息融合，得到承臺橫橋向、中軸線上各樁在通車運(yùn)營期間的樁頂軸力增量分布圖如圖2所示。

圖2　承臺橫橋向、中軸線各樁樁頂軸力分布圖

結(jié)果表明，至通車運(yùn)營5年半的2013年底，基樁樁頂軸力在平面上的分布存在不均勻性，但樁頂軸力及其營運(yùn)期增量大的基樁大多位于承臺的中間部位，而非角樁和邊樁。經(jīng)過5年半的通車運(yùn)營，群樁效應(yīng)對群樁基礎(chǔ)承載性能的影響沒有增大的征兆，索塔群樁基礎(chǔ)的承載力仍具有較大的安全儲備。值得指出的是，營運(yùn)期北主墩河床沖刷護(hù)坦區(qū)外圍南側(cè)和下游側(cè)的局部沖刷增強(qiáng)，通車運(yùn)營5年半以來，隨著車流量的增大，群樁基礎(chǔ)的樁頂軸力均呈增長趨勢。

5　樁身軸力分布特性分析

在此僅給出29＃樁的監(jiān)測結(jié)果，圖3為營運(yùn)期樁身軸力增量沿深度的分布曲線。

圖3　29#樁身軸力增量沿深度分布曲線

結(jié)果表明通車運(yùn)營5年半來，與樁頂軸力類似，隨著車流量的增大，樁身其它斷面的軸力也呈增長趨勢。但重要的是：通車運(yùn)營過程中，每年的軸力增量基本持平、甚至呈遞減趨勢，且與建設(shè)期相比，樁身軸力隨深度的分布規(guī)律沒有改變，即樁身穿過河床沖刷防護(hù)層后，軸力及其營運(yùn)期增量即大幅衰減。說明河床沖刷防護(hù)層具有良好的嵌固作用，對提高群樁基礎(chǔ)的承載性能在通車運(yùn)營期間仍具有重要意義。

6　結(jié)　論

①從樁身軸力分布看，基樁穿過河床沖刷防護(hù)層后，樁身軸力及其營運(yùn)期軸力增量均大幅衰減，河床沖刷防護(hù)層在較大程度上增大了應(yīng)力擴(kuò)散角。

②從樁身軸力及其營運(yùn)期軸力增量沿深度的分布規(guī)律看，鋼護(hù)筒中下部斷面的樁身軸力及其營運(yùn)期增量均小于鋼護(hù)筒底部以下斷面。鋼護(hù)筒既提高了群樁基礎(chǔ)的水平向承載力，也對提高樁基礎(chǔ)的豎向承載力具有重要意義。

［1］蔣建平，高廣運(yùn)，羅國煜.蘇通大橋超長灌注樁基持力層分析［J］.土工基礎(chǔ)，2002，16（4）：43-45．

［2］韓崇昭，朱洪艷.多傳感器信息融合與自動化［J］.自動化學(xué)報，2002，28（12）：117-124．

［3］何友，王國宏，彭應(yīng)寧，等.多傳感器信息融合及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2000．

TU473.1+1

A

1007-7359（2016）04-0138-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.055

谷偉銘（1988-），女，江蘇鹽城人，碩士，研究方向：地質(zhì)體穩(wěn)定與安全監(jiān)測。