基于多傳感器信息融合技術的群樁基礎承載性能研究

谷偉銘　（鹽城工業職業技術學院，江蘇　鹽城　224005）

基于多傳感器信息融合技術的群樁基礎承載性能研究

谷偉銘（鹽城工業職業技術學院，江蘇鹽城224005）

文章以蘇通大橋的群樁基礎為研究對象，對承臺施工直至運營期間群樁基礎承載力的監測數據采用多傳感器信息融合技術進行融合。分析樁頂以及樁身軸力的變化規律，并提出相應的建議以便指導同類工程的設計與施工。

多傳感器信息融合；群樁基礎；受力分析

0　引言

群樁基礎是由樁基與承臺連接而組成的，因為各個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中包含著131根的灌注樁［1］，單樁之間相互影響機理繁雜，同時與承臺相互作用與相互影響。需要監測樁基的受力和傳力，需要監測樁身鋼筋何混凝土的受力，即需監測群樁效應而導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［2-3］，對具有相同特性或者存在差異的多個數據采取分析說明，進而獲得融合的訊息。

1　多傳感器信息融合技術

多傳感器信息融合技術就是使用如今高端的通信技術對于不同來源的信息或者數據，經過特定的處理規律進行自動的闡釋，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果。

2　基于最優分配原則的估值方法

超大型深水群樁基礎的傳力機理異常復雜，傳感器布設時既要考慮監測目的，又要考慮安裝位置及安裝的難易程度。為了保證監控系統能夠正常工作，傳感器的冗余非常必要。為了獲得群樁基礎真實的受力特性，融合后的數據更為理想，其關鍵在于權值的確定，本文采用的是基于最優分配原則的估值方法。

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

假定m個傳感器在某測次的測值分別為x1，x2，Λ，xm，權值為ω1，ω2，Λ，ωm，則所有的個傳感器監測對象的相關的數據進行融合，得到的結果為：

由于xi服從正態分布N（μ1，σ21），則zi=（Xi-μi）/σi服從標準正態分布N（0，1），那么多元隨機向量Z經過如下變換后就成為標準正態分布隨機向量。

y=W（A-1Z+U）=WU+WA-1Z

由多元統計理論可知的分布密度函數為：

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

3　監測點的布置

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

圖1　北主墩群樁監測斷面平面布置圖

4　樁頂軸力分布特性分析

分析數據取自承臺澆筑期間直至通車期間，其中運營期的數據取至2013年，對數據進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

結果表明，至通車運營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。經過5年半的通車運營，群樁效應對群樁基礎承載性能的影響沒有增大的征兆，索塔群樁基礎的承載力仍具有較大的安全儲備。值得指出的是，營運期北主墩河床沖刷護坦區外圍南側和下游側的局部沖刷增強，通車運營5年半以來，隨著車流量的增大，群樁基礎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＃樁的監測結果，圖3為營運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

結果表明通車運營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，且與建設期相比，樁身軸力隨深度的分布規律沒有改變，即樁身穿過河床沖刷防護層后，軸力及其營運期增量即大幅衰減。說明河床沖刷防護層具有良好的嵌固作用，對提高群樁基礎的承載性能在通車運營期間仍具有重要意義。

6　結　論

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

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

［1］蔣建平，高廣運，羅國煜.蘇通大橋超長灌注樁基持力層分析［J］.土工基礎，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］.自動化學報，2002，28（12）：117-124．

［3］何友，王國宏，彭應寧，等.多傳感器信息融合及應用［M］.北京：電子工業出版社，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：地質體穩定與安全監測。