组装式水利工程根石探测器及其应用

2021-01-17于潇霈姜剑明

山东水利 2021年4期

于潇霈，姜剑明

（济南水利建筑勘测设计研究院有限公司，山东济南250101）

河道工程坝岸根石探摸是险工和控导工程管理的一项基础工作[1]，长期以来，摸探根石基本上是人工摸探[2]，劳动强度大，工作效率低[3]。近年来，人们逐渐研制了一些根石探测工具，这些成果的应用，取得了明显的效果[4]，但仍存在根石探测效率低、耗时长，运输保管及使用不方便等问题。为测量根石断面结构，分析根石稳定状况，提高根石探测精度和效率，减少劳动强度，及时准确掌握堤坝工程动态，确保工程安全，针对现有技术存在的上述缺陷，经多次改进，研制出了组装式根石探测器。

1 基本构造和设计参数

组装式根石探测器由支架机构、支撑机构、水平测量机构、垂直测量机构和辅助机构5部分组成。1）支架机构包括支臂、平衡臂和滑道，支臂分为3节，材料为铝合金，采用抽拉式并能组装拆卸，平衡臂与支臂相连，滑道安装在支臂下面。2）支撑机构包括三脚支架、调平基座、套筒、卡槽、支杆和回转支撑圆盘，三脚支架采用3条可调节长度并能合拢的支撑腿，支撑腿上装有调节螺栓，便于调节高度和粗平；调平基座安装在三脚架的上部，通过调平基座上的脚螺旋可以进行精平；套筒设置在三脚架的中心，支杆连接卡槽和回转支撑圆盘，探测作业时插入套筒内且可水平旋转。3）水平测量机构包括滑块、水平绞轮、前固定轮和牵引绳，水平绞轮由主动齿轮、摇把和从动齿轮组成，摇把设置在第一主动齿轮上，滑块安装在滑道上，由牵引绳牵引滑块在滑道上行走带动测绳。4）垂直测量机构包括垂直绞轮、铅锤、测绳和计数器，垂直绞轮和水平绞轮结构类似，测绳穿过滑块下的滑轮连接垂直绞轮和铅锤，测绳以连接铅锤的一端为起点标有长度单位，计数器安装在平衡臂上，用于计量测绳长度。5）辅助机构包括水平尺、配重块等，在支臂上安装了气泡水平尺，用于控制支臂水平。

根石探测器的主要设计参数为：1）支臂，每节长2 m，共3节；2）平衡臂，长2 m；3）套筒，长0.3 m，直径6 cm；4）卡槽，长30 cm，宽7 cm，高5 cm；5）支杆，长0.6 m，直径5 cm；6）滑块，长6 cm，宽5 cm，高5 cm；7）测绳，长25 m，直径4 mm，最大承重100 kg；8）主动轮，直径15 cm；9）从动轮，直径10 cm，铅锤，重7 kg。

2 操作方法和特点

2.1 操作步骤

组装式根石探测器具体操作方式为：1）使用时，把三脚架支在地面上，高度适中，3条斜支撑腿开度适当，使三脚架稳定；2）把支杆插入三脚架的套筒内，支臂装入卡槽；3）通过三脚架调节螺栓调整各条斜支撑腿的长度，对支臂粗略调平；4）调整调平基座的脚螺旋进行精确调平，同时，操作人员做好准备；5）摇动水平绞轮摇把，在主动轮、从动轮和水平牵引绳的作用下，滑块在滑道上前后移动，测量平距；6）摇动垂直绞轮摇把，在主动轮、从动轮和测绳的作用下，通过铅锤的升降，对根石水深进行探测；7）断面探测完成，移动到下一断面。

在一个断面上进行多点探测后，根据测点距工程的水平距离，即可得出根石坡度和根石分布情况。

2.2 主要创新成果与特点

1）采用可调三脚架和360°回转支撑圆盘，使调平更加快捷方便，并且可以多点旋转探测。

2）采用装卸式抽拉铝合金支臂，使探测器更加轻便灵活，既便于运输、移动，又便于保存管理，支臂下安设不锈钢滑道，便于滑块滑动。

3）安装了气泡水平尺和计数器，既提高了精度，又保证了探测数据的可靠性。

4）采用调平基座，进行精确调平，能够保证测量数据更加精确。

5）采用了电子显示器，数据更加直观明了。

3 工程应用和经济效益

在项目研究过程中，进行了现场反复试验，并根据试验情况进行了多次升级改造，改造完成后，在鄄城老宅庄控导工程与人工探测做了对比。断面探测对比时，选择了9道坝、45个断面、225个测点，人工探测和探测器探测分别沿同一断面进行。

人工探测需结合探测船进行，每班11人（6人轮流探摸作业，2人测距，1人记录，2人操控探测船），完成全部探测用时11 h，按每工日8 h计，每工日人工费150元，每班人工费1 650元，每工日可探测7道坝，平均每道坝探测费为236元。探测器探测，每班4人（2人操作，1人测距，1人记录），完成探测用时4 h，按每工日8 h计，每工日人工费150元，每班人工费600元，每工日可探测18道坝，平均每道坝探测费33元。通过对比可以看出，根石探测器探测功效提高1.75倍，节省人工63.6%，同测线下的资料对比显示，两者探测的根石比降线基本一致。

根石探摸是探测河道坝岸工程水下状态，争取防汛抗洪工作主动的重要手段，因此，每年汛前、汛中、汛后均需对河道工程特别是靠河坝垛的根石进行探摸[5]。根石探测器研制成功后，在黄河进行了推广应用，鄄城黄河河务局下辖险工、控导工程9处，共181段坝岸，采用人工方法进行探测，每次需人工费3.5万元、探测船租赁费5万元，每年探测3次需投资25.5万元。采用根石探测器探测，每次需人工费0.7万元，探测船租赁费2万元，每年探测3次需投资8.1万元，与人工探测相比费用减少68%，经济效益十分明显。