光纤光栅道路结构监测系统

公路长期性能监测方案

气象环境信息观测指标一般应为：温度、湿度、太阳辐照、降雨量、风速、风向、紫外辐射、总辐射等。
路面结构内部环境信息观测指标一般应为：结构内温度、结构内湿度。
结构内温度观测层位应选择道路表面、各结构层层底位置以及土基内部；结构内湿度观测层位应选择各结构层层底位置以及土基内部，距离路表1m、1.5m、2m、2.5m处。
荷载信息观测指标体系
一般观测点应观测交通基本信息；
特殊观测点应观测交通基本信息（断面日交通量和交通组成）和车辆轴载信息（车辆轴载）。
路表信息观测指标体系
一般观测点和特殊观测点均应观测路表信息。
沥青路面结构观测点的观测指标包括：龟裂裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、路面车辙深度RD、国际平整度指数IRI、横向力系数SFC、路面构造深度MPD、摆值、构造深度等；
水泥路面结构观测点的观测指标包括破碎板、裂缝、板角断裂、错台、平整度、横向力系数SFC和构造深度等。
路面结构响应信息观测指标体系
特殊观测点应观测路面（包括沥青路面或水泥路面，以及路基）结构响应信息。其中，沥青路面结构的观测指标包括：弯沉、应力、应变等，一般观测点需观测弯沉指标；水泥路面结构的观测指标包括：应力、应变等；路基结构的观测指标包括：应力等。

分布式光纤应变-温度监测

将光纤以适当形式埋设和集成在路面中，将整根光纤作为动态传感器，能够在这个光纤铺设路段范围内对路面的变形情况和温度分布进行分布式的整体监控，并且能够涵盖车辆通过引起的动态变形。这一监测方法允许用户获取在被测范围内的路面的变形与温度场，并获知在道路上行驶的车辆的基本信息。主要包括：

1. 道路路面的变形状态：横向变形；竖向变形；裂缝的产生与发展；路面的温度剖面。

2. 关于车辆的信息：车辆引发变形的动态加权；车辆轴的数量。

1 光纤光栅传感器布设方案

对于一个典型沥青路面结构，光纤光栅传感器布设方案如图1和图2所示。传感器布设方案详细说明如下：

（1）温度传感器：每一结构层底部布设2个，土基内布设6个。

（2）土压力计：布设4个，用于实际路面各层土压力实测。

安装注意事项：

50. 采用划槽的方式。施工方做完一层后，开始划槽，在划的槽里面放置传感器，熔接好接头，敷设好光缆，开始回填，压实。
50. 安装时用GPS定位，保证传感器在同一个断面上。
50. 每一层的传感器安装完毕就近把光缆引到路边，这样可以保证埋入的成活率。

（3）水平向应变传感器：布设6个。

（4）竖向应变传感器：共计6个。

安装注意事项：

50. 采用划槽的方式。施工方做完一层后，开始划槽，在划的槽里面放置传感器，熔接好接头，敷设好光缆，开始回填，压实。
50. 安装时用GPS定位，保证传感器在同一个断面上。
50. 每一层的传感器安装完毕就近把光缆引到路边，这样可以保证埋入的成活率。

（5）渗压计：布设6个。

安装注意事项：

50. 采用划槽的方式。施工方做完一层后，开始划槽，在划的槽里面放置传感器，熔接好接头，敷设好光缆，开始回填，压实。
50. 安装时用GPS定位，保证传感器在同一个断面上。
50. 每一层的传感器安装完毕就近把光缆引到路边，这样可以保证埋入的成活率。

（6）动态称重传感器：位于表面层顶部，距离应变传感器测试矩阵4 ~ 5m，垂直于车辆行驶方向布设，长度按3.75 m计，用于现场应变实测时车辆轴重测试，动态称重仅考虑压过响应矩阵的车辆荷载。

图1 光纤光栅传感器横断面图

图2 光纤光栅传感器平面图

表1 监测断面光纤光栅传感器汇总

2.2光纤光栅温度场监测布设方案

采用光纤光栅技术进行路面结构温度信息监测。布设于表面层、中面层、下面层、基层、底基层底部，并在终端与监控中心连接。获取温度分布信息。

（温度场监测布设方案与2.1融合）