坡度角測量工具探究

周存圣

摘 要：坡度角的測量和檢測在工程建設(shè)中占有重要地位，傳統(tǒng)的方法較為復(fù)雜，筆者通過大量調(diào)研，結(jié)合多年的工作實踐，研制成功了坡度角測量工具。有效解決了建筑工地的基坑護坡、公路路基護坡、河道、水庫護坡等的坡度測角問題。

關(guān)鍵詞：坡度角;檢測

測量是工程建設(shè)中的一個重要組成部分，其中坡度角的測量和檢測在工程建設(shè)上占有重要地位。目前坡度角測量使用的儀器和方法較為復(fù)雜，需要使用專用儀器，分別測出兩點之間的高度差及兩點間的直線距離，再經(jīng)過計算方能取得最后結(jié)果。成本高，費時，費力，而且增加了測量誤差。為解決現(xiàn)有技術(shù)中坡度角測量過程較復(fù)雜，測量誤差較大的問題，設(shè)計了一種坡度角測量工具，可以直接進(jìn)行坡度角測量，成本小，造價低，操作方便，測量誤差小。

一、總體思路

坡度角測量工具運用“鉛垂線原理”和“幾何中平行線內(nèi)錯角相等原理”，利用殼體和內(nèi)部的角度度量裝置，組成指針式坡度角測量工具。玻璃罩內(nèi)裝有半圓形刻度盤，其上標(biāo)有刻度。在半圓的中心裝有中心軸，軸上固定指針和擺錘桿，并且使指針與擺錘桿相互垂直，軸的兩端嵌入軸承并固定于殼體的兩側(cè)中心處，固定于一體的中心軸、指針和擺錘桿可以在重力的作用下自由擺動。考慮到工作環(huán)境的因素，在殼體內(nèi)部加裝了照明裝置，便于在昏暗的環(huán)境中準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)。測量結(jié)束，將擺錘鎖定，從而有效避免移動過程中擺錘的隨意擺動。

二、探究過程

1、探究內(nèi)容及原理

該測量工具重點針對制作過程中的誤差控制問題、指針與擺錘桿垂直度的精度控制、照明亮度與電池使用壽命、整體重量及尺寸等問題進(jìn)行了多次改進(jìn)，同時考慮使用環(huán)境、耐用、輕便、便于制作等因素確定下列研究內(nèi)容：①半圓形刻度盤分劃方法;②指針與擺錘桿垂直度的精度控制;③擺錘鎖定裝置;④照明亮度與電池使用壽命的優(yōu)化配置;⑤根據(jù)使用環(huán)境，試驗選取材料及外部尺寸。

由于擺錘桿與指針成垂直狀態(tài)，當(dāng)工作中的擺錘穩(wěn)定后，指針便處于水平。由“平行線內(nèi)錯角相等”原理可知，此時在刻度盤上讀出的數(shù)值就是坡度角的角值。

2、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

玻璃罩內(nèi)裝有半圓形刻度盤，其上標(biāo)有刻度。在半圓的中心裝有中心軸，軸上固定指針和擺錘桿，并且使指針與擺錘桿相互垂直，軸的兩端嵌入軸承并固定于殼體的兩側(cè)中心處，固定于一體的中心軸、指針和擺錘桿可以自由擺動。

在測量工具中心軸上加裝軸承，使擺錘能夠自由擺動。指針與錘球桿相互垂直，并可進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)工具處于工作位置時，擺錘能很快穩(wěn)定在鉛垂線上，從而直接測量坡度角。

當(dāng)工作環(huán)境變暗，影響正常讀數(shù)時，可以開啟照明裝置，從而保證測角工作的正常進(jìn)行。經(jīng)過驗證，該照明裝置可以連續(xù)使用8小時而不必更換電池。

為了保證該工具的長久使用而測角精度不會下降，在測角裝置和照明系統(tǒng)外部加裝了殼體。在殼體內(nèi)加裝了擺錘鎖定裝置，有效避免了移動過程中擺錘的隨意擺動。

3、誤差分析

該工具測角過程中所產(chǎn)生的誤差，主要來自于制作誤差和讀數(shù)誤差兩個方面。

制作誤差主要由制作加工和制成品校驗不完善引起。對消除或減弱上述誤差所采取的措施是：①對測角用的刻度盤有手工繪制改成激光雕刻機刻制，并將最小分劃有2度縮小至0.5度;②反復(fù)驗證指針、錘球桿、中心軸間的垂直度，保證兩兩間的夾角誤差在秒級范圍內(nèi);③反復(fù)修正中心軸與刻度盤中心的對中誤差。

讀數(shù)誤差與觀測者的工作經(jīng)驗和操作熟練程度有關(guān)，經(jīng)驗不足，可能造成誤差超限。為此，觀察者首先要與刻度盤成垂直狀態(tài)，待指針穩(wěn)定后再仔細(xì)讀取數(shù)值。

通過以上分析，對誤差產(chǎn)生的因素進(jìn)行有效控制后，可以將測角精度控制0.5度以內(nèi)。

4、方案實施

坡度角測量在工程建設(shè)和檢查驗收過程中都有著廣泛的應(yīng)用。在設(shè)計過程中，多次深入建筑工地、監(jiān)理公司、市政建設(shè)工程公司等進(jìn)行調(diào)研，征求一線技術(shù)工人需求，不斷改進(jìn)產(chǎn)品原有設(shè)計。根據(jù)市場調(diào)研的結(jié)果，定位測角工具功能，設(shè)計出整體結(jié)構(gòu)。由角度測量裝置、照明電路和擺錘鎖定裝置三部分組成。角度測量裝置由刻度盤、指針、擺錘;照明電路由LED燈條、亮度調(diào)節(jié)旋鈕、開關(guān)、電源。角度測量裝置可以對坡度角進(jìn)行測量;照明電路可以在昏暗的工作環(huán)境中開啟，便于觀測人員觀測讀數(shù);擺錘鎖定裝置可以在結(jié)束工作后，將擺錘固定，從而避免在移動過程中擺錘的隨意擺動。使產(chǎn)品具有了結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，操作方便，測量精度能滿足用戶需求，測量速度快，價格便宜等優(yōu)點;加裝照明電路后，實現(xiàn)了夜間觀測。

三、結(jié)語

該工具適用于建筑工程、交通工程、水利工程等行業(yè)。通過市場調(diào)研，該產(chǎn)品可以供需到各類工程公司、企業(yè)和個人。在建筑工地的基坑護坡、公路路基護坡、河道、水庫護坡等有坡度的地方，都需要進(jìn)行坡度角觀測。現(xiàn)有技術(shù)中坡度角測量過程較復(fù)雜，需要使用專用儀器，分別測出兩點之間的高度差及兩點間的直線距離，再經(jīng)過計算方能取得最后結(jié)果。方法陳舊，誤差控制難，費工費時。該工具可以直接進(jìn)行坡度角的測量，勞動效率高，應(yīng)用前景廣闊。經(jīng)過驗證，該測角方法與傳統(tǒng)方法相比，可以提高工效百分之五十以上，而且測角精度完全能夠滿足工程現(xiàn)場需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 工程測量規(guī)范. （GB50026-2007）

[2] 王錦國，賈琳，何愛芳.土方施工中控制坡度的幾種簡易方法[J].水利科技與經(jīng)濟，2005（6）

[3] 姜岳民，石懷侖，雷振華. 檢測坡度工具探討與研究[ J ]. 陜西水利發(fā)電， 1998 （1）

作者簡介：

淄博職業(yè)學(xué)院建筑工程學(xué)院專業(yè)課教師。主要從事《建筑工程測量》課程教學(xué)、實訓(xùn)指導(dǎo)、國家及省市“測繪賽項”大賽指導(dǎo)等。