便攜式多功能測坡儀的研制與應(yīng)用

□段麗娜 □李小攀 □段麗燕

（1河南省白龜山水庫管理局 2開封第一黃河河務(wù)局3開封黃河河務(wù)局）

1 成果產(chǎn)生背景

在土石方工程的施工過程中坡度控制方法種類較多，特別是廣大群眾在農(nóng)田基本建設(shè)中，自力更生，因陋就簡，發(fā)明了很多控制坡度的方法，以往傳統(tǒng)的方法有階梯開挖法、樣架法、測距垂線法，控制坡度的工具有坡度尺、坡度檢驗(yàn)板等。但是這些方法操作起來比較麻煩，特別是在工程坡度檢測的時(shí)候更為不便，例如：測距垂線法測量坡度，首先要多坡度的橫距離測量，然后再對(duì)坡度的坡比值進(jìn)行計(jì)算，在測量時(shí)，風(fēng)力較大時(shí)不能使用，因?yàn)轱L(fēng)力會(huì)吹動(dòng)皮尺，造成測量的誤差，使計(jì)算出來的坡比值不準(zhǔn)，所以測距垂線法受一定的外界條件限制，且測量速度較慢，不易掌握；坡度尺測量坡度，測量時(shí)也受一定的條件限制，做什么樣的坡度尺，只能測量什么樣的坡度，例如：做一個(gè)1：3的坡度尺，它只能測量1：3的坡度，也就是說一種坡度尺它只能測量一種坡度，測量的坡度固定，不適合不同大小的坡度控制。為了便于防洪工程的施工以及高標(biāo)準(zhǔn)堤坡的整修，提出了具體的研究思路與方案，通過不斷地研討、試制，最終在施工過程中，利用坡度尺及坡度檢驗(yàn)板的原理成功研制出了便攜式多功能測坡儀。

2 項(xiàng)目研制開發(fā)過程

2.1 項(xiàng)目研究的總體目標(biāo)

便攜式多功能測坡儀在不同的環(huán)境條件下，都可準(zhǔn)確、快速地測出坡度、長度及坑面深度，實(shí)現(xiàn)了方便、簡潔的操作，解決測坡工作的一大難題。

便攜式多功能測坡儀是根據(jù)三角學(xué)的原理及坡度尺和坡度檢驗(yàn)板的工作原理開發(fā)研制出來的，便于工程技術(shù)人員操作，減少了施工中的檢測程序，實(shí)現(xiàn)了“傻瓜式測坡儀”的標(biāo)準(zhǔn)，易學(xué)易懂，人人會(huì)用，改變了傳統(tǒng)的方法，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

2.2 項(xiàng)目研究的具體內(nèi)容

第一，研究便攜式多功能測坡儀框架的合理性，有效地利用三角學(xué)原理，使框架不變形，保持框架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，確保使用性強(qiáng)，使測坡儀使用方便、靈巧。

第二，深入探討測坡儀上的坡度線的計(jì)算方法、坡度值校測的方法，保持坡度線設(shè)置的合理性，考慮指針的靈敏度，確保坡度線的精確。

第三，根據(jù)地球吸引力的原理，慎重選擇測坡儀坡度指針的材料，考慮指針防護(hù)措施。

第四，考慮水平尺測量的精準(zhǔn)性，使測坡儀水平尺能根據(jù)需要自由的伸展合攏。并且測坡儀上增加的卷尺與豎尺也方便施工中測量平面、坡面邊埂的高度、深度、長度，不用的時(shí)候還可以去掉。另外在水平尺上固定工程線，可在測量數(shù)據(jù)后直接放線。

第五，考慮水平尺的安裝位置，以及水平尺運(yùn)用的合理性。第六，應(yīng)用效果分析評(píng)價(jià)。

2.3 研制過程

在研發(fā)便攜式多功能測坡儀時(shí)，經(jīng)過了多次的實(shí)驗(yàn)，無數(shù)次的校測，初次制作時(shí)，采用的是長方形的矩形框，在使用過程中矩形框易變形，使測量的坡度有誤差，精確度不高。后來根據(jù)三角學(xué)的原理，考慮到三角架不易變形，又根據(jù)坡度尺的構(gòu)造，在上面加設(shè)一個(gè)多種坡度測量板，達(dá)到了一尺可測量多種坡度的目的。其構(gòu)造是：斜邊長為1 m、3個(gè)內(nèi)角分別為90，60，30°的鋁合金直角三角板，在90°的直角上安裝兩塊透明度較高的有機(jī)玻璃板，有機(jī)玻璃板做成圓弧形，在有機(jī)玻璃板的圓心上，安裝一個(gè)指針，指針安裝在兩塊有機(jī)玻璃板的中間，指針不受外界天氣（風(fēng)力）變化的影響，指針靠地球吸引力的作用，永遠(yuǎn)垂直向下，指向地心。在有機(jī)玻璃板上根據(jù)不同的坡度，刻上坡度線，在直角三角板的斜邊上，安裝一個(gè)水平尺；如果測量不同坡度的坡比值時(shí)，把直角三角板的斜邊放在坡面上，指針?biāo)傅钠露染€就是該坡的坡度。如果想檢驗(yàn)壩面、堤面、堤肩是否平整，把測坡儀的斜邊放在上面，就能很快的測出平整度，并且可以直接讀出平整度。

另外考慮到坡面不平順落差較大時(shí)，水平尺如果長度不夠的話會(huì)影響測量效果與準(zhǔn)確性，因此在水平尺兩邊各增加長1 m的鋁合金，不用時(shí)可拆疊在一起，需要時(shí)可自由的伸展，以達(dá)到數(shù)據(jù)的精確度。施工過程中如遇到平面或坡面有坑洼不平時(shí)經(jīng)常要測出坑洼地的高度，測坡儀上所安裝的豎尺方便了對(duì)坑洼地的測量，并且能快速精確測出邊埂高度。豎尺不用時(shí)可旋轉(zhuǎn)到斜邊上與斜邊合2為1，需要用時(shí)可轉(zhuǎn)動(dòng)90°與地面垂直，來測量凹地?？紤]到施工中要測量長度，所以在水平尺上新增了卷尺，可在需要時(shí)直接拉出測量長度，并能隨時(shí)的安裝與去掉，方便使用。另外考慮到施工中的放線問題，又在測坡儀水平尺上固定了線卷，可在測量數(shù)據(jù)后直接放線，節(jié)省時(shí)間與人力。

2.4 多功能坡度儀的制作過程

首先根據(jù)測坡儀的圖紙，到鋁合金加工廠，進(jìn)行選材，讓鋁合金廠的工人根據(jù)坡度儀的圖紙，加工多功能坡度儀的框架，然后到有機(jī)玻璃加工廠，讓有機(jī)玻璃廠的工人加工安裝兩塊半圓形的有機(jī)玻璃，回來后進(jìn)行計(jì)算、校測、刻制不同坡度的坡度線，并且安裝坡度指針和水平尺，增加一些常用的工具，不斷進(jìn)行調(diào)試。

3 便攜式多功能測坡儀主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

第一，該測坡儀測量時(shí)能在測坡儀上直接讀出所測量坡度的坡比值，水平尺的自由伸展也增加了測量的精度。

第二，該測坡儀的測量指針有防風(fēng)保護(hù)措施，減少外界不利因素的影響。

第三，該測坡儀安裝了卷尺、豎尺、放線等常用測量工具，可根據(jù)需要測量出不同的數(shù)值，并且可以根據(jù)需要隨時(shí)的安裝與去掉。

第四，該便攜式多功能測坡儀功能較多，不但能測量各種不同坡度的坡比值，而且還能測量水平面的平整度。

第五，該測坡儀結(jié)構(gòu)簡單、合理、操作簡便，克服傳統(tǒng)坡度測量費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)工的缺點(diǎn)。

4 便攜式多功能測坡儀的應(yīng)用

2010年5 月，便攜式多功能測坡儀實(shí)驗(yàn)成功后，初次使用于黃河下游堤防88+800～93+300堤坡專項(xiàng)整修工程中，原來此段堤防臨河坡度達(dá)不到1：3，而背河堤坡1：4，滿足不了標(biāo)準(zhǔn)化堤防的要求，為了使堤防工程達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、科學(xué)化的要求，需對(duì)這段堤防進(jìn)行整修，在整修中該儀器發(fā)揮了巨大的作用。

2010年，在黃河下游70+250～94+907堤坡專項(xiàng)整修施工中，要整修堤坡和淤區(qū)坡度，該儀器得到廣泛的使用。同年，在黃河黑崗口險(xiǎn)工1～63壩險(xiǎn)工整修中，該儀器也得以廣泛運(yùn)用。2011年，在黃河下游堤防78+000～86+000示范工程整修過程中，該測坡儀也得以廣泛運(yùn)用。2012年，黃河黑崗口下延控導(dǎo)工程1～9壩石坦坡整修中，該便攜式多功能測坡儀也在施工中發(fā)揮了巨大的作用。2012年在黃河柳園口險(xiǎn)工39壩5～7支壩施工中，該便攜式多功能測坡儀也發(fā)揮了巨大的作用。

經(jīng)過大量的實(shí)踐運(yùn)用，該儀器被廣泛推廣使用，得到了施工人員及監(jiān)理公司的高度評(píng)價(jià)。一致認(rèn)為該儀器便于攜帶，測量速度快，精確度高，在測量時(shí)不受外界因素的影響，能夠測量各種類型的坡度，易于掌握，便于操作，節(jié)省了人力、物力。

5 成果產(chǎn)生效益分析

在防洪工程施工和維修養(yǎng)護(hù)過程中，工程坡度難以掌握，坡度的標(biāo)準(zhǔn)直接影響著工程質(zhì)量，使用測距垂線法等傳統(tǒng)方法，效果不佳。而該測坡儀不但能測量各種不同坡度的坡比值，而且還能測量水平面的平整，測量指針有防風(fēng)保護(hù)措施，減少外界不利因素的影響。

6 推廣及應(yīng)用前景

土石方工程施工中，坡度標(biāo)準(zhǔn)的控制十分重要，無論是堤（壩）、渠堤工程的填筑施工或者其他類型建筑物的基礎(chǔ)施工，嚴(yán)格控制坡度十分重要。否則，將影響工程質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成返工，浪費(fèi)人力、物力。便攜式多功能測坡儀具有簡單、合理、操作簡便、成本低廉、受外界不利因素影響小等特點(diǎn)，在土石方工程施工中推廣應(yīng)用前景廣泛。