便攜式多功能測坡儀的研制與應用

□段麗娜 □李小攀 □段麗燕

（1河南省白龜山水庫管理局 2開封第一黃河河務局3開封黃河河務局）

1 成果產生背景

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田基本建設中，自力更生，因陋就簡，發明了很多控制坡度的方法，以往傳統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，然后再對坡度的坡比值進行計算，在測量時，風力較大時不能使用，因為風力會吹動皮尺，造成測量的誤差，使計算出來的坡比值不準，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準堤坡的整修，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板的原理成功研制出了便攜式多功能測坡儀。

2 項目研制開發過程

2.1 項目研究的總體目標

便攜式多功能測坡儀在不同的環境條件下，都可準確、快速地測出坡度、長度及坑面深度，實現了方便、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三角學的原理及坡度尺和坡度檢驗板的工作原理開發研制出來的，便于工程技術人員操作，減少了施工中的檢測程序，實現了“傻瓜式測坡儀”的標準，易學易懂，人人會用，改變了傳統的方法，降低了勞動強度，提高了工作效率。

2.2 項目研究的具體內容

第一，研究便攜式多功能測坡儀框架的合理性，有效地利用三角學原理，使框架不變形，保持框架的結構穩定，確保使用性強，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算方法、坡度值校測的方法，保持坡度線設置的合理性，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，考慮指針防護措施。

第四，考慮水平尺測量的精準性，使測坡儀水平尺能根據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，不用的時候還可以去掉。另外在水平尺上固定工程線，可在測量數據后直接放線。

第五，考慮水平尺的安裝位置，以及水平尺運用的合理性。第六，應用效果分析評價。

2.3 研制過程

在研發便攜式多功能測坡儀時，經過了多次的實驗，無數次的校測，初次制作時，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。后來根據三角學的原理，考慮到三角架不易變形，又根據坡度尺的構造，在上面加設一個多種坡度測量板，達到了一尺可測量多種坡度的目的。其構造是：斜邊長為1 m、3個內角分別為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玻璃板，有機玻璃板做成圓弧形，在有機玻璃板的圓心上，安裝一個指針，指針安裝在兩塊有機玻璃板的中間，指針不受外界天氣（風力）變化的影響，指針靠地球吸引力的作用，永遠垂直向下，指向地心。在有機玻璃板上根據不同的坡度，刻上坡度線，在直角三角板的斜邊上，安裝一個水平尺；如果測量不同坡度的坡比值時，把直角三角板的斜邊放在坡面上，指針所指的坡度線就是該坡的坡度。如果想檢驗壩面、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，水平尺如果長度不夠的話會影響測量效果與準確性，因此在水平尺兩邊各增加長1 m的鋁合金，不用時可拆疊在一起，需要時可自由的伸展，以達到數據的精確度。施工過程中如遇到平面或坡面有坑洼不平時經常要測出坑洼地的高度，測坡儀上所安裝的豎尺方便了對坑洼地的測量，并且能快速精確測出邊埂高度。豎尺不用時可旋轉到斜邊上與斜邊合2為1，需要用時可轉動90°與地面垂直，來測量凹地。考慮到施工中要測量長度，所以在水平尺上新增了卷尺，可在需要時直接拉出測量長度，并能隨時的安裝與去掉，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，可在測量數據后直接放線，節省時間與人力。

2.4 多功能坡度儀的制作過程

首先根據測坡儀的圖紙，到鋁合金加工廠，進行選材，讓鋁合金廠的工人根據坡度儀的圖紙，加工多功能坡度儀的框架，然后到有機玻璃加工廠，讓有機玻璃廠的工人加工安裝兩塊半圓形的有機玻璃，回來后進行計算、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，不斷進行調試。

3 便攜式多功能測坡儀主要創新點

第一，該測坡儀測量時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保護措施，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，可根據需要測量出不同的數值，并且可以根據需要隨時的安裝與去掉。

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，該測坡儀結構簡單、合理、操作簡便，克服傳統坡度測量費時、費力、費工的缺點。

4 便攜式多功能測坡儀的應用

2010年5 月，便攜式多功能測坡儀實驗成功后，初次使用于黃河下游堤防88+800～93+300堤坡專項整修工程中，原來此段堤防臨河坡度達不到1：3，而背河堤坡1：4，滿足不了標準化堤防的要求，為了使堤防工程達到標準化、規范化、科學化的要求，需對這段堤防進行整修，在整修中該儀器發揮了巨大的作用。

2010年，在黃河下游70+250～94+907堤坡專項整修施工中，要整修堤坡和淤區坡度，該儀器得到廣泛的使用。同年，在黃河黑崗口險工1～63壩險工整修中，該儀器也得以廣泛運用。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用。2012年，黃河黑崗口下延控導工程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揮了巨大的作用。2012年在黃河柳園口險工39壩5～7支壩施工中，該便攜式多功能測坡儀也發揮了巨大的作用。

經過大量的實踐運用，該儀器被廣泛推廣使用，得到了施工人員及監理公司的高度評價。一致認為該儀器便于攜帶，測量速度快，精確度高，在測量時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，節省了人力、物力。

5 成果產生效益分析

在防洪工程施工和維修養護過程中，工程坡度難以掌握，坡度的標準直接影響著工程質量，使用測距垂線法等傳統方法，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，測量指針有防風保護措施，減少外界不利因素的影響。

6 推廣及應用前景

土石方工程施工中，坡度標準的控制十分重要，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施工，嚴格控制坡度十分重要。否則，將影響工程質量，嚴重時還會造成返工，浪費人力、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，在土石方工程施工中推廣應用前景廣泛。