桩身内力监测应用方案

一、项目背景与行业痛点

抗滑桩、基坑围护桩、排桩、桥梁桩基础及其他桩式支护结构在施工和长期运行过程中，需要承担来自土体、岩体、水压力、结构荷载以及施工扰动等多种作用。桩体不同深度位置受力状态并不一致，通常表现为轴力、弯矩、剪力以及桩土接触压力沿深度不断变化。对于抗滑桩和围护桩，最大弯矩位置往往位于地表以下某一深度；对于桥梁基础和承载桩，则还可能同时存在较大的轴向荷载和弯曲作用。

仅通过桩顶位移、地表位移或者结构外观检查，无法完整掌握桩身内部实际受力状态。即使桩顶水平位移较小，桩身某一深度仍可能已经形成较大的弯矩或钢筋应力；相反，局部位移增加也不意味着所有桩身截面均达到高应力状态。因此，桩身内力监测需要从结构内部直接获取关键截面的受力信息。

桩身内力监测的核心问题不是简单测量“桩受到多少压力”，而是需要回答：

桩身哪个深度受力最大 → 受拉侧和受压侧钢筋应力是多少 → 弯矩沿深度如何分布 → 最大弯矩位置是否移动 → 土体作用压力是否增加 → 内力是否随着开挖、降雨、水位或边坡变形持续增长 → 当前状态距离设计控制水平还有多少裕量。

传统桩身受力检查通常依赖设计计算、施工阶段人工测试或者少量专项试验，难以获得长期连续受力演化过程。对于深基坑，随着开挖深度增加和支撑体系转换，围护桩内力会不断重新分配；对于边坡抗滑桩，降雨入渗、地下水变化和坡体位移可能逐渐增加桩后推力；对于水库库岸及大型边坡，水位升降还可能改变坡体和桩土体系受力。

因此，单次测量只能反映某一个时刻的状态，难以完整认识桩身由初始受力、荷载增长、受力重分布到趋于稳定或异常发展的全过程。

S-CGPI01桩身内力监测系统采用钢筋计和土压力计作为核心感知设备。钢筋计安装于桩体受力钢筋关键位置，用于测量不同截面、不同方向钢筋应力或应变变化；土压力计布置于桩土接触重点位置，用于监测桩侧土压力变化。现场数据通过振弦采集设备统一采集，并经通信网络上传SIYB®数据管理平台。

需要特别明确：

钢筋计读数 ≠ 桩身弯矩。

单点土压力 ≠ 桩身总侧向荷载。

桩身内力需要结合传感器空间布置、桩截面尺寸、配筋、材料参数、设计模型和边界条件进行计算。

因此，系统的完整技术路线应为：

工程受力分析 → 关键截面确定 → 钢筋应力及桩土压力感知 → 施工阶段基准建立 → 连续数据采集 → 截面应变分析 → 轴力/弯矩反演 → 深度分布 → 变化速率 → 设计控制值比较 → 分级预警 → 人工复核与工程处置。

二、建设目标与监测目标

1. 建设目标

建设覆盖桩身关键截面、桩土作用区域、数据采集、远程通信、内力分析及预警管理的桩身内力综合在线监测系统，实现抗滑桩、围护桩及其他重点桩体施工阶段和运营阶段连续受力监测。

系统应保留钢筋计和土压力计原始测量数据，并在设计单位确认的截面模型和计算参数基础上形成桩身内力结果，使原始传感数据与二次计算结果能够分别追溯。

对于不同工程阶段，应保存对应施工事件，包括混凝土浇筑、基坑开挖、支撑安装、锚索张拉、边坡开挖、强降雨、水位变化以及其他重要工程事件，使内力变化能够与施工和环境过程建立对应关系。

2. 监测目标

连续测量不同深度桩身受力钢筋应力变化。

识别同一截面受拉侧和受压侧钢筋应力差异。

分析桩身轴向平均受力变化。

根据截面测点组合计算或反演桩身弯矩。

形成桩身弯矩随深度分布曲线。

识别最大弯矩及其所在深度。

监测重点位置桩土接触压力。

分析桩后主动侧与桩前抗力侧压力变化。

计算内力随时间的变化速率。

分析施工、降雨、水位和岩土体位移对桩身受力的影响。

最终使系统能够回答：

哪一根桩受力最大 → 哪个深度内力最大 → 哪一侧钢筋处于主要受拉状态 → 最大弯矩位置在哪里 → 桩后土压力是否增长 → 内力增长是否正在加快 → 桩体受力是否与边坡或基坑变形同步发展。

三、需求分析

1. 桩身内力属于二次分析量

钢筋计直接测量的是受力钢筋应变、应力或与其对应的振弦测值，真正的桩身轴力和弯矩需要依据截面受力关系计算。

因此平台应至少保留：

原始振弦测值。

传感器换算后的钢筋应力。

截面计算后的轴力和弯矩。

三类数据不宜混为同一个参数。

2. 单支钢筋计无法完整计算截面弯矩

一支钢筋计只能反映安装位置附近受力钢筋状态。

如果需要计算某一截面弯矩，应在截面受力方向上布置两个或更多具有明确几何关系的钢筋计。

双向弯曲桩体通常需要在截面多个方向布置传感器，使平台能够识别两个主方向弯曲。

3. 监测截面位置比测点数量更重要

桩身钢筋计不应简单按固定间距机械布置。

测点应优先覆盖：

预计最大弯矩位置。

岩土分层界面。

滑面或软弱夹层附近。

基坑开挖面上下。

支撑或锚索作用位置。

桩顶及嵌固段重点位置。

地质条件明显变化区域。

4. 初始基准必须与施工阶段对应

钢筋计通常在桩体施工阶段预埋，安装完成以后会经历钢筋笼吊装、混凝土浇筑、混凝土硬化、基坑开挖或者边坡后续施工。

不同阶段对应不同工程零点。

因此必须明确：

传感器安装零点。

混凝土成桩后稳定值。

开挖或加载前工程基准。

正式长期监测基准。

不能在没有说明的情况下任意选择某一次数据作为永久零点。

5. 混凝土结构必须考虑截面共同工作

钢筋计测得的是钢筋局部应力或应变，而桩身截面内力由钢筋和混凝土共同承担。

如果需要由钢筋测值反演完整截面轴力、弯矩，应根据截面尺寸、钢筋位置、钢筋面积、混凝土弹性模量、钢筋弹性模量及项目采用的截面力学模型计算。

6. 混凝土开裂后截面刚度可能发生变化

钢筋混凝土桩在受弯过程中如果出现裂缝，其截面有效刚度与未开裂阶段可能不同。

因此不能在整个监测周期中无条件使用一个固定EI值，将倾向于非线性阶段的数据继续按完全弹性未开裂截面解释。

高要求项目应由结构设计人员确定适用的截面反演模型。

7. 土压力计测量的是局部接触压力

土压力计反映传感器所在位置附近桩土接触压力。

一个土压力计不能代表整个桩侧总土压力，也不能直接得到桩身剪力和弯矩。

需要研究土压力沿深度分布时，应按照工程重点深度设置多个土压力测点。

8. 单侧土压力不能直接等同于净侧向荷载

对于抗滑桩或围护桩，桩后和桩前均可能存在土压力。

如果需要分析桩体实际净侧向作用，原则上需要考虑两侧压力差及相应边界条件。

只监测一侧压力时，应明确数据代表的是该侧局部接触压力，而不是完整净荷载。

9. 温度影响必须纳入长期数据分析

振弦类传感器通常同时需要记录温度。桩体、钢筋、混凝土及传感器本身均可能受到温度变化影响。

说明书给出的温度测量精度为±0.5℃。长期数据处理应同时保存温度数据，用于识别明显的温度相关变化。

10. 监测阈值应来自设计而不是设备厂家

钢筋应力、桩身弯矩、土压力及内力变化率控制值，应依据桩体设计、截面承载力、专项监测方案和相关工程标准确定。

不同直径、不同配筋、不同混凝土等级和不同工程用途的桩，不应统一使用一个所谓“安全内力值”。

四、总体解决方案

S-CGPI01桩身内力监测系统采用“关键截面钢筋应力感知＋桩土压力监测＋振弦数据采集＋截面内力计算＋平台趋势分析”的总体技术路线。

根据设计计算结果和工程风险分析，在桩身不同深度确定监测截面。每个重点截面根据受力方向布置2～4支或更多钢筋计，使传感器与主筋可靠连接并具有明确截面坐标。

对于主要单向受弯的抗滑桩或围护桩，可重点在迎土侧和背土侧主筋设置成对测点；对于可能存在双向弯曲的桩体，可按照截面正交方向设置多组钢筋计。

土压力计根据项目目的布置于桩后、桩前或者其他关键桩土接触区域，用于观察不同深度接触压力变化。

钢筋计及土压力计采用振弦信号采集设备综合在线采集，采集系统统一记录频率、换算值、温度、设备编号和时间，并通过通信网络实时上传SIYB®数据管理平台。

平台按照项目确定的截面力学模型完成：

钢筋应力 → 截面平均应变 → 截面曲率 → 轴力/弯矩 → 深度内力分布 → 变化速率 → 设计控制值比较。

总体数据链路为：

桩体主筋＋桩土接触面 → 钢筋计/土压力计 → 振弦采集 → 数据通信 → SIYB®数据管理平台 → 钢筋应力 → 截面内力反演 → 深度分布 → 最大内力位置 → 趋势与速率 → 分级预警 → 人工复核与工程处置。

五、系统架构设计

1. 桩身应力感知层

由安装于不同深度、不同截面位置的钢筋计组成，直接感知受力钢筋应力或应变变化。

2. 桩土压力感知层

由土压力计组成，监测重点深度桩体与岩土体接触压力变化。

3. 振弦采集层

采用与钢筋计和土压力计匹配的振弦数据采集设备，统一采集频率、温度和传感器状态。

4. 通信网络层

根据工程现场条件采用蜂窝网络、以太网或有线通信，将现场监测数据实时上传管理平台。

5. 内力计算层

根据传感器截面位置、钢筋和混凝土材料参数以及项目计算模型，将钢筋应力数据转换为截面轴力、弯矩或其他工程分析指标。

6. 平台应用层

SIYB®数据管理平台完成实时应力、内力剖面、历史趋势、施工阶段、报警、报表、设备状态和维护记录管理。

六、监测内容与监测方法

1. 受拉侧钢筋应力

监测桩体某一受弯方向受拉侧纵向主筋应力随时间和施工过程的变化。

2. 受压侧钢筋应力

同步监测同一截面相对方向主筋受力，用于分析截面弯曲状态。

3. 截面平均轴向应变

根据截面相对位置钢筋计数据分析整体轴向变形分量。

4. 截面曲率

利用截面不同位置应变差与测点几何距离计算曲率，为弯矩反演提供基础。

5. 桩身轴力

在项目截面模型和材料参数明确的条件下，根据平均应变及截面轴向刚度计算或反演轴力。

6. 桩身弯矩

根据截面曲率和有效弯曲刚度，或者采用钢筋—混凝土截面平衡方法求取弯矩。

7. 双向弯矩

截面布置四个或更多方位钢筋计时，可以进一步分析两个正交方向的弯曲作用。

8. 桩侧土压力

采用土压力计监测重点位置局部桩土接触压力。

9. 净侧向压力

在桩体两侧对应深度均具有可靠压力测点时，可根据项目符号定义计算相对压力差，辅助分析净侧向荷载变化。

10. 温度

同步记录各振弦测点温度，为长期数据质量判断和温度效应分析提供依据。

七、技术原理与算法模型

1. 钢筋计基本测量原理

钢筋计与桩体受力主筋形成可靠机械连接。当钢筋产生拉伸或压缩时，传感器同步产生应变，通过振弦敏感元件频率变化转换为应变或应力测量值。

具体传感器换算公式、率定系数和温度修正参数应以实际供货产品标定证书和技术文件为准。

2. 钢筋应力基本关系

在线弹性适用范围内，可采用：

σ_s = E_s × ε_s

其中：

σ_s为钢筋应力。

E_s为钢筋弹性模量。

ε_s为钢筋应变。

如果钢筋计已经通过厂家标定直接输出应力，则平台应按照设备定义使用，避免重复转换。

3. 双测点截面平均应变

对于主要单向弯曲截面，若在弯曲方向两侧设置测点ε₁和ε₂，可在平截面假定适用条件下计算：

ε₀ = (ε₁ + ε₂) / 2

ε₀可作为截面平均轴向应变的重要分析量。

4. 截面曲率

设两个钢筋测点在对应弯曲方向上的几何距离为d：

κ = (ε₁ - ε₂) / d

其中κ为截面曲率。

d应采用两个实际传感位置的几何距离，而不是简单采用桩径。

5. 轴力计算

对于采用等效线弹性截面模型的工程，可以表示为：

N = (EA)_eff × ε₀

其中(EA)_eff为项目确定的截面有效轴向刚度。

钢筋混凝土桩的(EA)_eff应根据桩截面、钢筋、混凝土和受力阶段确定，不能由平台自动使用一个通用值。

6. 弯矩计算

在有效弯曲刚度明确的条件下：

M = (EI)_eff × κ

其中(EI)_eff为截面有效弯曲刚度。

对于混凝土开裂、长期徐变或明显非线性阶段，(EI)_eff可能随受力状态变化，应由设计或专业分析确定。

7. 截面力平衡计算方法

对于需要更加精细计算的钢筋混凝土桩，可采用截面应力积分方法：

N = Σ(σ_siA_si) + ∫_Acσ_cdA

M = Σ(σ_siA_siy_i) + ∫_Acσ_cy dA

其中钢筋应力由实际测量或模型获得，混凝土应力则需要依据截面应变分布和适用的材料本构关系计算。

该方法更加接近真实截面力学，但必须由项目专业人员确定材料模型，平台主管理不应在缺少设计参数时自动编造混凝土应力。

8. 多点平面应变模型

当同一截面配置四个或更多具有已知坐标的钢筋应变测点时，可使用：

ε(x,y) = ε₀ + κ_xy - κ_yx

通过多个测点求解截面平均轴向应变ε0以及两个方向曲率κx、κy。

进一步结合截面刚度，可获得两个方向弯矩变化。

9. 土压力

土压力计直接测量：

p(z,t)

其中z为测点深度，t为时间。

多个深度土压力计可形成离散土压力分布。

10. 净土压力

如果桩后、桩前同一深度分别设置压力测点，可定义：

q(z) = p_back(z) - p_front(z)

具体正负方向必须按照项目坐标体系确定。

11. 土压力与桩身剪力、弯矩关系

在连续梁理论和相应符号定义下，可表示为：

dV/dz = -q(z)

dM/dz = V(z)

因此：

d²M/dz² = -q(z)

理论上，完整连续的净侧向荷载分布与边界条件可以用于计算桩身剪力和弯矩。

但现场土压力计通常仅设置有限离散测点，因此不宜在压力测点数量和边界条件不足时直接通过简单积分声称得到精确桩身弯矩。

12. 钢筋应力利用率

如果项目设计文件明确给出监测钢筋控制应力σ_control，可以计算：

η_σ = |σ_s| / σ_control × 100%

用于辅助展示当前测值与项目控制水平之间的关系。

13. 弯矩利用率

项目提供正式弯矩控制值M_control后，可定义：

η_M = |M| / M_control × 100%

M_control必须来源于设计或专业结构计算，不由设备厂家自行设定。

14. 内力变化速率

对于弯矩：

V_M = [M(t₂) - M(t₁)] / (t₂-t₁)

同理可以计算钢筋应力、轴力和土压力变化速率。

在内力尚未达到最终控制值以前，变化速率持续增大也可能具有重要工程意义。

八、系统功能设计

系统支持钢筋计和土压力计振弦数据自动采集及远程传输。

平台实时显示各深度钢筋应力、土压力和温度。

支持同一截面多个钢筋测点联合显示。

支持受拉侧、受压侧钢筋应力对比。

支持截面平均应变和曲率分析。

在截面模型经过项目确认后，支持轴力和弯矩计算。

支持双向弯矩分析。

支持桩身弯矩—深度曲线。

支持钢筋应力—深度曲线。

支持桩侧土压力—深度曲线。

支持不同施工阶段内力曲线叠加。

支持最大弯矩、最大钢筋应力及对应深度自动识别。

支持内力增长速率分析。

支持设计控制值及利用率展示。

支持施工事件、降雨、水位和开挖工况时间标记。

支持钢筋应力、弯矩、土压力及设备状态分级预警。

支持日报、周报、月报及阶段监测报告。

支持传感器编号、截面坐标、安装深度、初始值、率定参数、维护和校准记录管理。

原始传感数据和二次内力计算结果应分别保存，使模型参数变化后仍可重新计算历史内力。

九、硬件组成与配置方案

1. S-CGPI01钢筋计

安装于桩体纵向受力钢筋，用于获取关键截面钢筋应力或应变变化。

2. S-CGPI01土压力计

布置于桩土接触重点区域，用于获取局部桩侧土压力。

3. 振弦数据采集单元

负责钢筋计、土压力计振弦频率及温度信号采集，并依据传感器率定参数转换工程量。

4. 数据通信单元

负责监测数据实时上传，可根据项目采用蜂窝网络、以太网或有线通信。

5. 现场机箱

用于安装采集、通信、电源和保护设备。

6. 市电供电系统

适用于基坑、桥梁、隧道及其他具备固定供电条件的工程。

7. 太阳能及蓄电池供电系统

适用于边坡、抗滑桩和矿山等野外项目，容量应依据整站实际功耗及当地太阳资源核算。

8. 辅助变形监测设备

可进一步组合GNSS、深层水平位移、倾斜、沉降和裂缝传感器，建立桩身受力与结构变形联合监测体系。

9. 水文气象监测设备

边坡、抗滑桩及库岸工程可配置雨量、地下水位、孔隙水压力及库水位监测设备。

十、核心设备参数

1. S-CGPI01系统核心参数

系统型号：S-CGPI01。

核心传感器：钢筋计与土压力计。

钢筋应力选型范围：-200～300MPa。

土压力选型范围：0～3.0MPa。

分辨率：0.025%FS。

测量精度：0.1%FS。

工作温度：-40～+80℃。

温度精度：±0.5℃。

信号采集方式：振弦信号采集。

供电方式：太阳能、蓄电池或市电，根据项目配置。

2. 钢筋应力范围解释

-200～300MPa为说明书给出的钢筋应力选型范围。

正负方向具体对应拉应力或压应力，应以最终传感器定义和项目平台主管理符号约定为准，并在安装联调阶段通过现场记录确认。

3. 土压力量程选型

0～3.0MPa为说明书给出的选型范围。

实际工程应根据设计土压力、预期异常压力及测点深度选择适当量程，在满足最大压力要求的同时兼顾有效分辨能力。

4. FS参数解释

FS表示满量程。

不同量程传感器对应的0.1%FS绝对误差不同，因此招标文件和技术方案应明确具体量程版本，而不宜仅填写一个百分比精度。

5. 温度测量边界

温度精度±0.5℃主要用于传感器温度监测和辅助修正分析。

是否进行自动温度补偿、补偿系数是多少，应以实际传感器率定文件为准，不应自行设置未经验证的温度补偿参数。

十一、软件平台与数据展示

SIYB®数据管理平台按照“项目—结构区域—桩号—监测截面—传感器”的层级管理桩身内力数据。

项目总览页面显示各监测桩当前最大钢筋应力、最大弯矩、最大弯矩深度、最大土压力以及设备在线状态。

单桩页面可采用桩身纵向剖面方式显示不同深度监测截面，并在每个截面显示受拉侧和受压侧钢筋应力。

内力剖面页面可以显示：

钢筋应力—深度曲线。

弯矩—深度曲线。

轴力—深度曲线。

土压力—深度曲线。

不同日期或施工阶段曲线可叠加显示，例如：

开挖前。

第一层开挖后。

第二层开挖后。

锚索张拉后。

强降雨后。

当前状态。

通过阶段曲线叠加，可观察最大弯矩位置和受力分布是否随工程过程发生变化。

平台还应支持点击某一深度查看完整时间序列，分析该截面应力、弯矩和土压力随时间的发展过程。

十二、数据分析与智能应用

1. 桩身弯矩分布分析

根据多个监测截面计算桩身弯矩沿深度分布，识别实际最大弯矩位置，并与设计计算结果进行比较。

2. 最大弯矩位置迁移分析

基坑继续开挖、支撑体系变化或边坡荷载重新分配时，最大弯矩位置可能沿深度发生变化。

多期剖面对比能够识别这种受力中心迁移。

3. 拉压钢筋对称性分析

对于主要单向弯曲截面，受拉和受压侧测点通常表现出不同方向应力变化。

如果一个截面多个测点同时表现异常，应结合轴力、双向弯曲和传感器状态进一步分析。

4. 双向弯曲分析

截面配置多个方位测点后，可以判断桩体是否仅沿设计主方向弯曲，还是同时产生明显横向弯曲。

5. 土压力—弯矩联合分析

桩后土压力增加同时桩身弯矩增长时，两类数据具有较强工程关联。

如果土压力明显变化而桩身内力没有对应响应，应检查局部压力传感器代表性和结构受力传递条件。

6. 基坑开挖阶段分析

根据开挖深度、锚索张拉和支撑安装时间对内力曲线进行阶段划分，分析围护桩受力随施工过程重新分配的规律。

7. 边坡降雨影响分析

抗滑桩项目可将累计降雨、地下水、GNSS表面位移、深层水平位移与桩身弯矩叠加。

当坡体位移增加同时桩身弯矩和桩后压力同步增长时，可提高对真实坡体推力变化的判断可信度。

8. 水位影响分析

库岸或临水工程可分析库水位、地下水位变化与桩体内力之间的关系，识别水位升降造成的岩土压力重新分配。

9. 温度相关性分析

长期振弦测值出现周期性变化时，应将温度与钢筋应力曲线叠加，判断变化是否具有明显温度相关特征。

10. 设计计算对比

可将监测得到的最大弯矩深度、钢筋应力和土压力分布与设计计算结果进行阶段性比较。

综合在线用于验证受力发展趋势，但不能未经结构模型校核简单将监测反演结果视为设计计算值的完全替代。

十三、预警机制与决策支撑

桩身内力监测应建立“原始测量值＋内力结果＋变化速率＋结构变形”多层预警体系，而不宜只设置一个钢筋应力报警值。

1. 钢筋应力预警

当受拉侧或受压侧钢筋应力达到设计或专项监测方案确定的控制水平时形成预警。

2. 桩身弯矩预警

项目建立可靠弯矩反演模型后，可根据正式设计控制值设置弯矩分级预警。

3. 土压力预警

重点深度桩侧土压力明显增加并达到项目控制条件时形成预警。

4. 内力变化速率预警

当前弯矩或钢筋应力尚未达到最终控制值，但近期增长速度持续提高时，应形成趋势预警。

5. 最大弯矩位置变化预警

当最大内力位置明显向新的结构区域转移，尤其是进入设计重点控制截面时，应提高监测关注等级。

6. 多截面联合预警

多个相邻截面同步出现同方向内力增长，比单一传感器突跳具有更强的结构受力意义。

7. 多参数联合预警

抗滑桩工程可以建立：

连续降雨＋地下水升高＋边坡位移增长＋桩后土压力增加＋桩身弯矩增长

的联合判断逻辑。

基坑工程可以建立：

开挖深度增加＋围护结构水平位移增长＋桩身弯矩增长＋锚索荷载变化

的综合在线判断逻辑。

8. 数据质量报警

振弦频率超出正常范围、温度异常、数据长期固定、单测点非物理跳变及设备通信异常，应首先作为数据质量事件处理。

9. 推荐处置流程

桩身内力异常 → 检查原始振弦与温度 → 比较同截面其他钢筋计 → 比较上下相邻截面 → 检查土压力 → 对照位移和施工事件 → 现场巡视 → 专业结构复核 → 必要时调整施工或支护措施。

十四、项目实施方案

1. 工程资料收集

收集桩体设计图、桩径或截面尺寸、配筋图、混凝土等级、钢筋型号、工程地质、水文地质及结构计算结果。

2. 监测目的确认

明确项目重点监测轴力、弯矩、土压力还是施工过程受力重分布，并据此确定测点类型和数量。

3. 监测截面设计

根据设计弯矩包络图、地层分界、潜在滑面、开挖面、嵌固段和支撑节点确定重点截面。

4. 截面测点布置

主要单向受弯截面宜至少设置相对方向钢筋测点。

需要分析双向弯曲时，应在截面不同方位合理配置多个钢筋计。

5. 传感器量程选择

根据设计钢筋应力和土压力计算值选择适当量程，并考虑施工及异常工况余量。

6. 钢筋计安装

按照实际产品安装技术要求，将钢筋计与对应主筋可靠连接，并避免安装过程中受撞击、扭曲和超过允许范围的机械作用。

7. 截面方位记录

每个钢筋计必须记录其在桩截面中的实际方位、距离截面中心坐标及对应工程方向。

否则后续无法正确计算弯矩方向。

8. 土压力计安装

土压力计应布置在设计要求的桩土接触面，并保证感压面方向正确、周围接触条件具有代表性。

9. 线缆保护

钢筋笼吊装和混凝土浇筑过程中最容易造成预埋线缆损伤，应采用专门线路保护、固定和编号措施。

10. 浇筑前检查

混凝土施工前逐支读取传感器，记录初始振弦和温度，确认线路和传感器工作正常。

11. 浇筑过程监测

条件允许时记录混凝土浇筑阶段传感器变化，用于判断预埋设备是否受到异常机械作用。

12. 成桩后稳定观察

混凝土硬化及结构稳定后再次核查全部测点状态，并根据专项方案确定正式工程基准。

13. 内力模型建立

在平台中录入桩截面尺寸、传感器位置、钢筋参数、材料参数和项目批准的截面刚度或力学模型。

14. 同场比对

通过设计计算、施工加载阶段、试验数据或其他项目认可方式对钢筋应力和内力计算趋势进行核查。

15. 施工阶段标记

基坑开挖、锚索张拉、支撑安装、边坡卸载等重要工程事件应在平台时间轴中登记。

16. 报警测试

验证钢筋应力、土压力、计算内力、变化速率及设备异常等报警逻辑。

17. 项目验收

验收资料应包括测点布置图、截面坐标、设备型号、率定资料、初始值、施工保护记录、数据采集点表、内力计算模型、平台展示及报警测试记录。

十五、运维服务保障

桩身内力监测系统应建立完整监测档案，至少包括桩号、监测截面深度、钢筋计方位、土压力计位置、传感器序列号、率定参数、线缆编号、安装时间及工程初始状态。

由于钢筋计和土压力计通常属于预埋设备，成桩后无法方便更换，因此施工阶段设备保护和线缆可靠性尤其重要。

现场机箱、采集设备和通信设备应定期检查供电、接地、防水、线缆及连接状态。

发现某一传感器数据异常时，应首先对照该截面其他测点和上下相邻截面，判断是否属于单传感器异常。

长期运行过程中如修改截面刚度、材料参数或内力计算模型，应保留模型版本及启用时间，并基于原始数据重新计算，避免不同算法结果在没有说明的情况下直接拼接。

强降雨、洪水、爆破、重大开挖、地震或边坡明显变形以后，应进行专项数据检查。

综合在线数据出现明显异常时，应结合结构位移、地质、水文及人工计划复核，不以单个桩身内力计算结果直接替代工程安全鉴定。

十六、项目优势与方案价值

S-CGPI01采用钢筋计直接进入桩体受力体系，可以连续获取传统表面位移监测无法直接提供的桩身内部受力信息。

多个深度截面综合在线能够形成桩身内力沿深度分布，使工程人员不仅知道“桩有没有受力变化”，还能够知道“变化发生在哪一个深度”。

通过同一截面多个方位钢筋计，可以分析拉压应力差和弯曲方向，提高对复杂桩体受力状态的认识。

通过土压力计与钢筋计联合，可以同步观察外部岩土作用和桩身内部响应，形成“荷载—结构响应”的完整数据关系。

通过不同施工阶段内力剖面叠加，可以评价基坑开挖、边坡开挖、锚索张拉及其他工程活动造成的受力重分布。

与GNSS、深层水平位移、倾斜和锚索荷载联合后，可以进一步构建：

岩土体变形 → 桩土压力 → 桩身内力 → 支护结构位移 → 锚固体系受力

的工程力学监测链路。

十七、应用场景

1. 抗滑桩内力监测

用于滑坡治理、库岸边坡和工程边坡抗滑桩，监测桩身不同深度钢筋应力、弯矩和桩土压力，分析坡体推力向抗滑桩传递过程。

2. 基坑围护桩内力监测

用于排桩、钻孔灌注桩等围护结构，分析不同开挖阶段桩身弯矩和钢筋应力发展，并与围护墙深层水平位移、锚索轴力和支撑轴力联合分析。

3. 边坡支护桩监测

适用于高边坡、矿山边坡及道路边坡支护桩长期受力监测，并与降雨、地下水和地表位移形成综合在线。

4. 隧道及地下工程桩体监测

用于邻近隧道、地下结构施工过程中重点桩基础或支护桩受力变化监测。

5. 桥梁基础桩监测

用于重点桥梁桩基础施工试验、结构受力研究及长期科研监测。涉及完整承载力评价时，应与规范规定的基桩检测和结构分析方法配合使用。

6. 库岸及水利工程抗滑桩

用于水库库岸、坝肩及水利工程边坡抗滑桩长期监测，并与库水位、地下水及边坡位移联合分析。

7. 矿山支护桩监测

适用于露天矿山高边坡、排土场及其他大型岩土工程支护桩受力综合在线。

十八、效益分析

桩身内力连续监测可以将传统设计计算和阶段性检测扩展为长期实际受力时间序列，使工程人员能够掌握桩体真实受力演化过程。

通过多深度截面监测，可以识别最大弯矩所在位置以及其随施工过程的变化，帮助判断设计计算假定与现场实际受力之间的差异。

通过受拉侧与受压侧钢筋应力比较，可以提高弯曲状态识别能力。

通过土压力和桩身内力联合分析，可以从“岩土荷载变化”和“结构响应变化”两个层面解释工程状态。

通过内力变化速率分析，可以在钢筋应力或弯矩尚未达到最终控制水平以前发现受力快速增长趋势。

与边坡、基坑位移数据联合后，可以提高结构内力异常真实性判断能力，减少单传感器数据造成的误判。

长期综合在线数据可以用于施工过程控制、设计验证、支护优化、工程运营维护及治理效果评价。

十九、标准规范与技术依据

1. GB 50497-2019《建筑基坑工程监测技术标准》

建筑基坑围护结构内力及相关监测项目，可结合GB 50497-2019《建筑基坑工程监测技术标准》开展监测设计、实施、报警和成果管理。

围护桩桩身内力监测应与围护结构水平位移、支撑或锚杆轴力、周边环境及地下水等监测项目综合分析。

2. GB 50982-2014《建筑与桥梁结构监测技术规范》

建筑与桥梁结构的长期综合在线项目可结合GB 50982-2014开展监测系统设计、数据采集、分析预警及运营维护。

3. GB 55003-2021《建筑与市政地基基础通用规范》

建筑与市政地基基础工程属于该强制性工程建设规范适用范围时，应执行其有关强制性要求。

4. 专项工程标准

抗滑桩、边坡、隧道、水利水电、矿山及桥梁基础属于不同工程领域，实际项目还应执行所属行业现行勘察、设计、施工、监测和验收规范。

5. 基桩检测与综合在线的边界

桩身内力综合在线主要用于连续记录受力状态及发展趋势。

当工程需要评价基桩承载力、完整性或施工质量时，应按照对应基桩检测标准实施专业检测，综合在线不能替代规范规定的基桩质量检测和承载力试验。

6. 内力控制值来源

钢筋应力、桩身轴力、弯矩和土压力预警值应来自设计文件、专项监测方案和专业结构计算。

设备厂家不应脱离桩径、配筋、材料和工程条件提供统一所谓安全内力值。

7. 推荐项目依据

• GB 50497-2019《建筑基坑工程监测技术标准》。
• GB 50982-2014《建筑与桥梁结构监测技术规范》。
• GB 55003-2021《建筑与市政地基基础通用规范》。
• 项目所属行业现行边坡、抗滑桩、隧道、桥梁、水利及矿山技术标准。
• 工程勘察报告、水文地质资料及结构设计文件。
• 桩体配筋图、内力计算书及专项监测方案。
• S-CGPI01桩身内力监测系统产品说明书。
• 钢筋计、土压力计供应商产品率定和技术资料。
• 施工安装、初始比测及系统验收记录。

二十、成功案例

以下为典型应用案例（示例），用于说明桩身内力监测的工程应用逻辑，不作为未经确认的S-CGPI01实际客户业绩。

案例一：基坑继续开挖导致最大弯矩位置下移

某深基坑围护桩沿深度设置多个钢筋应力监测截面。

第一阶段开挖时，较浅位置截面弯矩增长明显；随着基坑继续向下开挖，浅层截面增长逐渐减缓，而更深位置钢筋拉压应力差迅速增加。

平台将不同施工阶段桩身弯矩曲线叠加后发现，实际最大弯矩位置随开挖过程逐渐向下发展。

该案例说明桩身内力监测不仅需要关注最大数值，还应持续分析最大内力所在位置。

案例二：连续降雨后抗滑桩桩后压力和弯矩同步增加

某边坡抗滑桩同时布置钢筋计、土压力计、GNSS和地下水位监测。

连续降雨以后地下水位逐步升高，坡体表面位移开始发展，桩后部分深度土压力增加，同时对应桩身弯矩也出现持续增长。

多参数数据具有较好的时间和空间对应关系。

该案例说明“坡体变形—桩土压力—桩身内力”联合监测能够提高边坡支护体系状态解释能力。

案例三：单支钢筋计突跳但同截面其他测点正常

某桩体一个钢筋计短时间出现明显应力跳变，但同一截面其他钢筋计、相邻深度测点及结构位移数据均保持稳定。

平台主管理首先将其标记为数据质量异常，进一步检查振弦信号和线路。

该案例说明单支钢筋计异常不能直接转换为“桩身弯矩突然增加”。

案例四：土压力局部增加但桩身整体内力变化较小

某抗滑桩一个局部土压力计在施工扰动后出现压力增加，但其他深度土压力及钢筋应力没有同步显著变化。

分析认为该测点反映局部桩土接触状态改变，并不能代表整个桩后推力同步增加。

该案例说明土压力属于局部测量值，应结合多个深度和桩身响应共同评价。

案例五：锚索张拉改变围护桩受力分布

某基坑在下一道预应力锚索张拉前，围护桩中部弯矩持续增长。

锚索张拉完成以后，该区域弯矩增速明显降低，同时其他深度截面发生一定受力重新分配。

平台通过施工事件和弯矩曲线联合展示，可以直观看出支护体系转换对桩身内力的影响。

案例六：温度变化引起振弦测值周期性波动

某长期监测项目部分钢筋计每天出现规律性小幅变化。

将传感器温度与钢筋应力曲线叠加后发现两者存在明显周期关系，而长期内力基线总体稳定。

工程人员依据传感器率定资料和结构温度效应进行进一步分析，没有将周期性波动直接判断为桩体持续受力增长。

案例七：表面位移较小但深部桩身弯矩持续增加

某边坡地表位移短期内变化不明显，但桩身中下部两个监测截面钢筋拉压应力差持续扩大。

结合深层水平位移监测发现，坡体内部某一深度正在缓慢变形。

该案例说明桩身内力监测能够补充单纯地表位移监测对地下受力过程识别不足的问题。

S-CGPI01实际客户案例发布原则

正式对外发布客户案例时，应具备项目授权、桩体设计参数、配筋及传感器截面布置、设备型号、率定资料、施工安装记录、初始基准、内力计算模型、连续监测数据和工程验收资料。

产品说明书第3页的边坡桩体场景图片属于AI生成的典型部署示意，用于说明桩身内力监测应用环境，并非实际客户工程照片，不应直接作为S-CGPI01真实项目案例使用。

二十一、参考文献

1. 《S-CGPI01 桩身内力监测系统产品说明书》，V1.0，2026年9月。
2. GB 50497-2019《建筑基坑工程监测技术标准》。
3. GB 50982-2014《建筑与桥梁结构监测技术规范》。
4. GB 55003-2021《建筑与市政地基基础通用规范》。
5. 项目所属行业现行抗滑桩、边坡、隧道、桥梁、水利及矿山工程技术标准。
6. 工程勘察报告、水文地质资料、结构设计文件及专项监测方案。
7. 桩体内力计算书、截面配筋图及施工图。
8. 钢筋计、土压力计产品选型、率定和温度修正技术资料。
9. 传感器安装、初始监测、系统联调及项目验收记录。

S-CGPI01桩身内力监测系统适用于抗滑桩、基坑围护桩、边坡支护桩、隧道及地下工程桩体、桥梁基础以及其他需要长期掌握桩身受力变化的工程场景。系统以钢筋计和土压力计为核心，通过振弦数据采集、通信和SIYB®数据管理平台，将桩体不同深度的钢筋应力、桩土压力与截面力学模型建立关系，形成桩身轴力、弯矩及其发展趋势分析。

桩身内力监测真正需要解决的，并不是简单知道“一支钢筋计现在是多少MPa”，而是通过合理的截面传感器布置和工程力学模型，持续掌握桩体哪个深度正在受力、受拉受压如何分布、最大弯矩在哪里、内力是否正在增长以及外部岩土压力和结构变形是否与内力变化具有一致关系。

通过S-CGPI01钢筋计、土压力计、振弦采集设备及SIYB®数据管理平台，并进一步融合GNSS、深层水平位移、倾斜、锚杆锚索、降雨、地下水和库水位等监测数据，可以构建“岩土荷载—桩土压力—钢筋应力—桩身内力—结构变形—环境诱因—趋势预警—专业复核—工程处置”的桩身内力综合在线监测体系。