便携式多功能测坡仪的研制与应用

□段丽娜 □李小攀 □段丽燕

（1河南省白龟山水库管理局 2开封第一黄河河务局3开封黄河河务局）

1 成果产生背景

在土石方工程的施工过程中坡度控制方法种类较多，特别是广大群众在农田基本建设中，自力更生，因陋就简，发明了很多控制坡度的方法，以往传统的方法有阶梯开挖法、样架法、测距垂线法，控制坡度的工具有坡度尺、坡度检验板等。但是这些方法操作起来比较麻烦，特别是在工程坡度检测的时候更为不便，例如：测距垂线法测量坡度，首先要多坡度的横距离测量，然后再对坡度的坡比值进行计算，在测量时，风力较大时不能使用，因为风力会吹动皮尺，造成测量的误差，使计算出来的坡比值不准，所以测距垂线法受一定的外界条件限制，且测量速度较慢，不易掌握；坡度尺测量坡度，测量时也受一定的条件限制，做什么样的坡度尺，只能测量什么样的坡度，例如：做一个1：3的坡度尺，它只能测量1：3的坡度，也就是说一种坡度尺它只能测量一种坡度，测量的坡度固定，不适合不同大小的坡度控制。为了便于防洪工程的施工以及高标准堤坡的整修，提出了具体的研究思路与方案，通过不断地研讨、试制，最终在施工过程中，利用坡度尺及坡度检验板的原理成功研制出了便携式多功能测坡仪。

2 项目研制开发过程

2.1 项目研究的总体目标

便携式多功能测坡仪在不同的环境条件下，都可准确、快速地测出坡度、长度及坑面深度，实现了方便、简洁的操作，解决测坡工作的一大难题。

便携式多功能测坡仪是根据三角学的原理及坡度尺和坡度检验板的工作原理开发研制出来的，便于工程技术人员操作，减少了施工中的检测程序，实现了“傻瓜式测坡仪”的标准，易学易懂，人人会用，改变了传统的方法，降低了劳动强度，提高了工作效率。

2.2 项目研究的具体内容

第一，研究便携式多功能测坡仪框架的合理性，有效地利用三角学原理，使框架不变形，保持框架的结构稳定，确保使用性强，使测坡仪使用方便、灵巧。

第二，深入探讨测坡仪上的坡度线的计算方法、坡度值校测的方法，保持坡度线设置的合理性，考虑指针的灵敏度，确保坡度线的精确。

第三，根据地球吸引力的原理，慎重选择测坡仪坡度指针的材料，考虑指针防护措施。

第四，考虑水平尺测量的精准性，使测坡仪水平尺能根据需要自由的伸展合拢。并且测坡仪上增加的卷尺与竖尺也方便施工中测量平面、坡面边埂的高度、深度、长度，不用的时候还可以去掉。另外在水平尺上固定工程线，可在测量数据后直接放线。

第五，考虑水平尺的安装位置，以及水平尺运用的合理性。第六，应用效果分析评价。

2.3 研制过程

在研发便携式多功能测坡仪时，经过了多次的实验，无数次的校测，初次制作时，采用的是长方形的矩形框，在使用过程中矩形框易变形，使测量的坡度有误差，精确度不高。后来根据三角学的原理，考虑到三角架不易变形，又根据坡度尺的构造，在上面加设一个多种坡度测量板，达到了一尺可测量多种坡度的目的。其构造是：斜边长为1 m、3个内角分别为90，60，30°的铝合金直角三角板，在90°的直角上安装两块透明度较高的有机玻璃板，有机玻璃板做成圆弧形，在有机玻璃板的圆心上，安装一个指针，指针安装在两块有机玻璃板的中间，指针不受外界天气（风力）变化的影响，指针靠地球吸引力的作用，永远垂直向下，指向地心。在有机玻璃板上根据不同的坡度，刻上坡度线，在直角三角板的斜边上，安装一个水平尺；如果测量不同坡度的坡比值时，把直角三角板的斜边放在坡面上，指针所指的坡度线就是该坡的坡度。如果想检验坝面、堤面、堤肩是否平整，把测坡仪的斜边放在上面，就能很快的测出平整度，并且可以直接读出平整度。

另外考虑到坡面不平顺落差较大时，水平尺如果长度不够的话会影响测量效果与准确性，因此在水平尺两边各增加长1 m的铝合金，不用时可拆叠在一起，需要时可自由的伸展，以达到数据的精确度。施工过程中如遇到平面或坡面有坑洼不平时经常要测出坑洼地的高度，测坡仪上所安装的竖尺方便了对坑洼地的测量，并且能快速精确测出边埂高度。竖尺不用时可旋转到斜边上与斜边合2为1，需要用时可转动90°与地面垂直，来测量凹地。考虑到施工中要测量长度，所以在水平尺上新增了卷尺，可在需要时直接拉出测量长度，并能随时的安装与去掉，方便使用。另外考虑到施工中的放线问题，又在测坡仪水平尺上固定了线卷，可在测量数据后直接放线，节省时间与人力。

2.4 多功能坡度仪的制作过程

首先根据测坡仪的图纸，到铝合金加工厂，进行选材，让铝合金厂的工人根据坡度仪的图纸，加工多功能坡度仪的框架，然后到有机玻璃加工厂，让有机玻璃厂的工人加工安装两块半圆形的有机玻璃，回来后进行计算、校测、刻制不同坡度的坡度线，并且安装坡度指针和水平尺，增加一些常用的工具，不断进行调试。

3 便携式多功能测坡仪主要创新点

第一，该测坡仪测量时能在测坡仪上直接读出所测量坡度的坡比值，水平尺的自由伸展也增加了测量的精度。

第二，该测坡仪的测量指针有防风保护措施，减少外界不利因素的影响。

第三，该测坡仪安装了卷尺、竖尺、放线等常用测量工具，可根据需要测量出不同的数值，并且可以根据需要随时的安装与去掉。

第四，该便携式多功能测坡仪功能较多，不但能测量各种不同坡度的坡比值，而且还能测量水平面的平整度。

第五，该测坡仪结构简单、合理、操作简便，克服传统坡度测量费时、费力、费工的缺点。

4 便携式多功能测坡仪的应用

2010年5 月，便携式多功能测坡仪实验成功后，初次使用于黄河下游堤防88+800～93+300堤坡专项整修工程中，原来此段堤防临河坡度达不到1：3，而背河堤坡1：4，满足不了标准化堤防的要求，为了使堤防工程达到标准化、规范化、科学化的要求，需对这段堤防进行整修，在整修中该仪器发挥了巨大的作用。

2010年，在黄河下游70+250～94+907堤坡专项整修施工中，要整修堤坡和淤区坡度，该仪器得到广泛的使用。同年，在黄河黑岗口险工1～63坝险工整修中，该仪器也得以广泛运用。2011年，在黄河下游堤防78+000～86+000示范工程整修过程中，该测坡仪也得以广泛运用。2012年，黄河黑岗口下延控导工程1～9坝石坦坡整修中，该便携式多功能测坡仪也在施工中发挥了巨大的作用。2012年在黄河柳园口险工39坝5～7支坝施工中，该便携式多功能测坡仪也发挥了巨大的作用。

经过大量的实践运用，该仪器被广泛推广使用，得到了施工人员及监理公司的高度评价。一致认为该仪器便于携带，测量速度快，精确度高，在测量时不受外界因素的影响，能够测量各种类型的坡度，易于掌握，便于操作，节省了人力、物力。

5 成果产生效益分析

在防洪工程施工和维修养护过程中，工程坡度难以掌握，坡度的标准直接影响着工程质量，使用测距垂线法等传统方法，效果不佳。而该测坡仪不但能测量各种不同坡度的坡比值，而且还能测量水平面的平整，测量指针有防风保护措施，减少外界不利因素的影响。

6 推广及应用前景

土石方工程施工中，坡度标准的控制十分重要，无论是堤（坝）、渠堤工程的填筑施工或者其他类型建筑物的基础施工，严格控制坡度十分重要。否则，将影响工程质量，严重时还会造成返工，浪费人力、物力。便携式多功能测坡仪具有简单、合理、操作简便、成本低廉、受外界不利因素影响小等特点，在土石方工程施工中推广应用前景广泛。