周存圣

摘 要：坡度角的测量和检测在工程建设中占有重要地位，传统的方法较为复杂，笔者通過大量调研，结合多年的工作实践，研制成功了坡度角测量工具。有效解决了建筑工地的基坑护坡、公路路基护坡、河道、水库护坡等的坡度测角问题。

关键词：坡度角;检测

测量是工程建设中的一个重要组成部分，其中坡度角的测量和检测在工程建设上占有重要地位。目前坡度角测量使用的仪器和方法较为复杂，需要使用专用仪器，分别测出两点之间的高度差及两点间的直线距离，再经过计算方能取得最后结果。成本高，费时，费力，而且增加了测量误差。为解决现有技术中坡度角测量过程较复杂，测量误差较大的问题，设计了一种坡度角测量工具，可以直接进行坡度角测量，成本小，造价低，操作方便，测量误差小。

一、总体思路

坡度角测量工具运用“铅垂线原理”和“几何中平行线内错角相等原理”，利用壳体和内部的角度度量装置，组成指针式坡度角测量工具。玻璃罩内装有半圆形刻度盘，其上标有刻度。在半圆的中心装有中心轴，轴上固定指针和摆锤杆，并且使指针与摆锤杆相互垂直，轴的两端嵌入轴承并固定于壳体的两侧中心处，固定于一体的中心轴、指针和摆锤杆可以在重力的作用下自由摆动。考虑到工作环境的因素，在壳体内部加装了照明装置，便于在昏暗的环境中准确读取数据。测量结束，将摆锤锁定，从而有效避免移动过程中摆锤的随意摆动。

二、探究过程

1、探究内容及原理

该测量工具重点针对制作过程中的误差控制问题、指针与摆锤杆垂直度的精度控制、照明亮度与电池使用寿命、整体重量及尺寸等问题进行了多次改进，同时考虑使用环境、耐用、轻便、便于制作等因素确定下列研究内容：①半圆形刻度盘分划方法;②指针与摆锤杆垂直度的精度控制;③摆锤锁定装置;④照明亮度与电池使用寿命的优化配置;⑤根据使用环境，试验选取材料及外部尺寸。

由于摆锤杆与指针成垂直状态，当工作中的摆锤稳定后，指针便处于水平。由“平行线内错角相等”原理可知，此时在刻度盘上读出的数值就是坡度角的角值。

2、关键技术及创新点

玻璃罩内装有半圆形刻度盘，其上标有刻度。在半圆的中心装有中心轴，轴上固定指针和摆锤杆，并且使指针与摆锤杆相互垂直，轴的两端嵌入轴承并固定于壳体的两侧中心处，固定于一体的中心轴、指针和摆锤杆可以自由摆动。

在测量工具中心轴上加装轴承，使摆锤能够自由摆动。指针与锤球杆相互垂直，并可进行360度旋转。当工具处于工作位置时，摆锤能很快稳定在铅垂线上，从而直接测量坡度角。

当工作环境变暗，影响正常读数时，可以开启照明装置，从而保证测角工作的正常进行。经过验证，该照明装置可以连续使用8小时而不必更换电池。

为了保证该工具的长久使用而测角精度不会下降，在测角装置和照明系统外部加装了壳体。在壳体内加装了摆锤锁定装置，有效避免了移动过程中摆锤的随意摆动。

3、误差分析

该工具测角过程中所产生的误差，主要来自于制作误差和读数误差两个方面。

制作误差主要由制作加工和制成品校验不完善引起。对消除或减弱上述误差所采取的措施是：①对测角用的刻度盘有手工绘制改成激光雕刻机刻制，并将最小分划有2度缩小至0.5度;②反复验证指针、锤球杆、中心轴间的垂直度，保证两两间的夹角误差在秒级范围内;③反复修正中心轴与刻度盘中心的对中误差。

读数误差与观测者的工作经验和操作熟练程度有关，经验不足，可能造成误差超限。为此，观察者首先要与刻度盘成垂直状态，待指针稳定后再仔细读取数值。

通过以上分析，对误差产生的因素进行有效控制后，可以将测角精度控制0.5度以内。

4、方案实施

坡度角测量在工程建设和检查验收过程中都有着广泛的应用。在设计过程中，多次深入建筑工地、监理公司、市政建设工程公司等进行调研，征求一线技术工人需求，不断改进产品原有设计。根据市场调研的结果，定位测角工具功能，设计出整体结构。由角度测量装置、照明电路和摆锤锁定装置三部分组成。角度测量装置由刻度盘、指针、摆锤;照明电路由LED灯条、亮度调节旋钮、开关、电源。角度测量装置可以对坡度角进行测量;照明电路可以在昏暗的工作环境中开启，便于观测人员观测读数;摆锤锁定装置可以在结束工作后，将摆锤固定，从而避免在移动过程中摆锤的随意摆动。使产品具有了结构设计合理，操作方便，测量精度能满足用户需求，测量速度快，价格便宜等优点;加装照明电路后，实现了夜间观测。

三、结语

该工具适用于建筑工程、交通工程、水利工程等行业。通过市场调研，该产品可以供需到各类工程公司、企业和个人。在建筑工地的基坑护坡、公路路基护坡、河道、水库护坡等有坡度的地方，都需要进行坡度角观测。现有技术中坡度角测量过程较复杂，需要使用专用仪器，分别测出两点之间的高度差及两点间的直线距离，再经过计算方能取得最后结果。方法陈旧，误差控制难，费工费时。该工具可以直接进行坡度角的测量，劳动效率高，应用前景广阔。经过验证，该测角方法与传统方法相比，可以提高工效百分之五十以上，而且测角精度完全能够满足工程现场需求。

参考文献：

[1] 工程测量规范. （GB50026-2007）

[2] 王锦国，贾琳，何爱芳.土方施工中控制坡度的几种简易方法[J].水利科技与经济，2005（6）

[3] 姜岳民，石怀仑，雷振华. 检测坡度工具探讨与研究[ J ]. 陕西水利发电， 1998 （1）

作者简介：

淄博职业学院建筑工程学院专业课教师。主要从事《建筑工程测量》课程教学、实训指导、国家及省市“测绘赛项”大赛指导等。