CN112284362A - 一种深水区钢护筒垂直度的测量装置及垂直度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深水区钢护筒垂直度的测量装置及垂直度测量方法，测量装置包括：伸缩结构组件、棱镜组件、穿心浮球、挂钩、圆形吊环螺丝、尼龙钢丝绳，其中：伸缩结构组件为沉于水下的部分，挂钩、穿心浮球和棱镜组件为在水面以上的部分，水下部分和水上部分中间通过尼龙钢丝绳连接；测量方法为：使用全站仪测量钢护筒顶三个位置的三维坐标值，利用三点圆拟合出钢护筒上口圆心的三维坐标，然后使用钢护筒垂直度的测量装置，充分利用浮力竖直向上的原理，将水下钢护筒下口中心坐标传递至水面以上进行测量，进而得到钢护筒的垂直度。本发明结构简单，而且使用方法简单，测量方法的精度能满足钢护筒垂直度测量精度要求。

Description

一种深水区钢护筒垂直度的测量装置及垂直度测量方法

技术领域

本发明涉及钢护筒垂直度的测量领域，尤其是涉及一种深水区钢护筒垂直度的测量装置及垂直度测量方法。

背景技术

随着工程建设技术的发展，跨海大桥、海上风电等基础设施建设越来越多，深水区桩基施工作为跨海大桥、海上风电等基础设施建设中至关重要的一个环节，直接影响着整个结构的安全及质量，进行桩基施工，首先需进行钢护筒插打，如何准确测量钢护筒插打的垂直度，是桩基施工质量控制的关键。

目前，传统的测量钢护筒垂直度的方法主要有圆柱归心测量、两台经纬仪扫边测量等方法，这两种方法的仪器投入都比较大，而且对于在深水区钢护筒施工时，钢护筒插打后露出水面部分太短，测量精度无法保证，在深水区这两种方法均不适用。

为满足施工需要，急需研制一种适合深水区钢护筒插打施工时，结构形式简答、易操作的垂直度测量装置，来准确测量水下钢护筒垂直度，为后续钢护筒垂直度提供调整数据，能进一步提高桩基施工质量。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种能极大提高水下点位坐标测量精度、结构简单的深水区钢护筒垂直度的测量装置。

本发明的第二个目的在于提供一种测量精度能满足钢护筒垂直度测量精度要求、使用方法简单的深水区钢护筒垂直度的测量方法。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种深水区钢护筒垂直度的测量装置，特征是：包括伸缩结构组件、棱镜组件、穿心浮球、挂钩、圆形吊环螺丝、尼龙钢丝绳，其中：伸缩结构组件为沉于水下的部分，挂钩、穿心浮球和棱镜组件为在水面以上的部分，水下部分和水上部分中间通过尼龙钢丝绳连接；

所述的伸缩结构组件由固定圆盘和三个相同的伸缩结构组成，三个相同的伸缩结构均由U型板、伸缩板、锁紧装置和两块固定夹板组成，在固定圆盘内开有呈120°夹角的三个让U型板的朝内端***的方形槽口，在三个U型板的朝内端和固定圆盘上均开有可***六角螺栓的圆孔，六角螺栓从上向下旋入圆孔后与六角螺母一起将U型板固定在固定圆盘上，在伸缩板的朝外端及固定圆盘的中间均留有固定圆形吊环螺丝的螺丝孔，圆形吊环螺丝的一头为丝杆，圆形吊环螺丝的另一头为圆形吊环，圆形吊环螺丝一头的丝杆通过旋紧的方式旋入伸缩结构组件或固定圆盘的螺丝孔中；伸缩板的朝内端放置于U型板的U型槽内，两块固定夹板通过螺丝固定在伸缩板的朝内端上面，“□”形的锁紧装置的一个侧板通过螺丝固定在U型板朝外端的一个侧板外壁上，在锁紧装置的另一个侧板和U型板朝外端的另一个侧板上均设有位置对应的螺丝孔，松紧旋钮从外向内旋入螺丝孔锁紧装置的另一个侧板上的螺丝孔和U型板朝外端的另一个侧板上的螺丝孔，松紧旋钮的顶端伸入到U型槽内顶住伸缩板的侧壁，锁紧装置能挡住固定夹板以防止伸缩板滑出U型板；伸缩结构组件的组装过程包括：首先将锁紧装置通过螺丝固定在U型板上，松开松紧旋钮，再将伸缩板***U型板中以后，用两块固定夹板通过螺丝固定在伸缩板上，防止伸缩板滑出U型板，共组装好三个相同伸缩结构，最后将三个相同的伸缩结构***对应的三个方形槽口中，六角螺栓***对应的圆孔，六角螺母旋紧固定，即可完成伸缩结构组件的组装；

所述的棱镜组件由圆棱镜、棱镜连接杆和圆形吊环螺丝组成，圆棱镜安装于棱镜连接杆的上端，在棱镜连接杆的下端留有与圆形吊环螺丝匹配的螺丝孔；棱镜连接杆下端的圆形吊环螺丝的丝杆通过螺纹方式旋入螺丝孔，圆形吊环螺丝与棱镜连接杆相连；

所述的穿心浮球为高强度ABS塑料材质，中间设有贯穿球心的圆孔，圆孔的直径与棱镜连接杆的直径相同，棱镜连接杆的下端从上向下穿过穿心浮球的圆孔后，旋紧棱镜连接杆下端的圆形吊环螺丝，使穿心浮球和棱镜组件固定成整体；

所述的挂钩是挂在钢护筒顶上的，尾部带有圆形吊环，用于连接尼龙钢丝绳；

外面的尼龙钢丝绳的一端固定在挂钩尾部的圆形吊环上，外面的尼龙钢丝绳的另一段固定在伸缩结构朝外端的圆形吊环螺丝的圆形吊环，中间的尼龙钢丝绳的一头固定在固定圆盘中间的圆形吊环上，尼龙钢丝绳的另一头固定在旋紧棱镜连接杆下端的圆形吊环螺丝的圆形吊环上。

与挂钩3相连的尼龙钢丝绳的长度应比钢护筒的长度短45cm-55cm，且三根尼龙钢丝绳的长度相等。

棱镜组件中圆棱镜的中心与伸缩结构组件之间的间距L1应比与挂钩相连的尼龙钢丝绳的长度短10cm。

本发明第二个目的是这样实现的：

一种深水区钢护筒垂直度的测量方法，特征是：具体步骤如下：

A、钢护筒垂直度的测量装置组装好后，使用卷尺测量钢护筒垂直度的测量装置中伸缩结构组件的半径，根据钢护筒的半径对钢护筒垂直度的测量装置中伸缩结构组件的半径进行调整，使钢护筒垂直度的测量装置中伸缩结构组件的半径比钢护筒的半径小3mm；

B、将伸缩结构组件放入钢护筒中，并在钢护筒顶做出伸缩结构组件中的三个伸缩结构的位置标记，然后缓慢下放伸缩结构组件，至挂钩能挂在钢护筒的顶面，调整挂钩的位置使挂钩与钢护筒顶做出的伸缩结构组件中的三个伸缩结构的位置标记重合，且尼龙钢丝绳处于绷紧状态；

C、向钢护筒内注水，随着水位的上升，穿心浮球会受到一个向上的浮力也跟着水位一起上升，受伸缩结构组件重力的影响，待尼龙钢丝绳绷紧后，穿心浮球不仅会受到一个向上浮力，还会受到一个向下的拉力，继续注水，待穿心浮球的一半浸没在水中时，停止注水；

D、待穿心浮球稳定后，在控制点上架设全站仪，并进行设站，调整穿心浮球上面的圆棱镜方向，使圆棱镜正对全站仪，首先使用全站仪测量钢护筒顶三个位置的三维坐标值，并利用三点圆拟合出钢护筒的上口圆心坐标(X1,Y1,Z1),然后使用全站仪测量穿心浮球上面的圆棱镜的三维坐标(X2,Y2,Z2)，测量出圆棱镜的三维坐标即为钢护筒的下口圆心坐标,最后可通过公式i_x＝(X1-X2)/[Z1-(Z2-L1)]×100％计算钢护筒X方向上的垂直度，公式i_y＝(Y1-Y2)/[Z1-(Z2-L1)]×100％计算钢护筒Y方向上的垂直度。

与现有的技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明的各结构简单，均为工厂制作，具有很高的加工精度，而且各个部件都可拆卸，便于保存，在使用时只需完成组装并根据钢护筒半径调整好装置的半径，即可进行使用，使用方法简单；

2、本发明充分利用了浮力竖直向上的原理，将水下的点竖直向上传递至水面以上，很好地解决了水下点无法准确测量坐标的问题，能极大提高水下点位坐标的测量精度；

3、本发明所提到的测量方法，能很好地区分钢护筒上口圆心坐标和下口圆心坐标，计算X方向和Y方向垂直度方式简单，测量精度能满足钢护筒垂直度测量精度要求，且在确定垂直度的偏差过程中，偏差方向不容易出现计算错误。

附图说明

图1为本发明的钢护筒垂直度的测量装置结构示意图；

图2为本发明的钢护筒垂直度的测量方法示意图；

图3为本发明的伸缩结构组件拆解示意图；

图4为本发明的棱镜组件结构示意图；

图5为本发明的穿心浮球示意图；

图6为本发明的挂钩示意图；

图7为本发明的圆形吊环组件结构示意图；

图8为本发明的锁紧装置示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，一种深水区钢护筒垂直度的测量装置，包括伸缩结构组件4、棱镜组件1、穿心浮球2、挂钩3、圆形吊环螺丝6、尼龙钢丝绳5，其中：伸缩结构组件4为沉于水下的部分，挂钩3、穿心浮球2和棱镜组件1为在水面以上的部分，水下部分和水上部分中间通过尼龙钢丝绳5连接；

所述的伸缩结构组件4由固定圆盘20和三个相同的伸缩结构21组成，三个相同的伸缩结构21均由U型板8、伸缩板9、锁紧装置10和两块固定夹板13组成，在固定圆盘20内开有呈120°夹角的三个让U型板8的朝内端***的方形槽口7，在三个U型板8的朝内端和固定圆盘20上均开有可***六角螺栓15的圆孔，六角螺栓15从上向下旋入圆孔后与六角螺母16一起将U型板8固定在固定圆盘20上，在伸缩板9的朝外端及固定圆盘20的中间均留有固定圆形吊环螺丝6的螺丝孔，圆形吊环螺丝6的一头为丝杆，圆形吊环螺丝6的另一头为圆形吊环，圆形吊环螺丝6一头的丝杆通过旋紧的方式旋入伸缩结构组件4或固定圆盘20的螺丝孔中；伸缩板9的朝内端放置于U型板8的U型槽22内，两块固定夹板13通过螺丝12固定在伸缩板9的朝内端上面，“□”形的锁紧装置10的一个侧板通过螺丝11固定在U型板8朝外端的一个侧板外壁上，在锁紧装置10的另一个侧板和U型板8朝外端的另一个侧板上均设有位置对应的螺丝孔，松紧旋钮14从外向内旋入螺丝孔锁紧装置10的另一个侧板上的螺丝孔和U型板8朝外端的另一个侧板上的螺丝孔，松紧旋钮14的顶端伸入到U型槽22内顶住伸缩板9的侧壁，锁紧装置10能挡住固定夹板13以防止伸缩板9滑出U型板8；伸缩结构组件4的组装过程包括：首先将锁紧装置10通过螺丝11固定在U型板8上，松开松紧旋钮14，再将伸缩板9***U型板8中以后，用两块固定夹板13通过螺丝12固定在伸缩板9上，防止伸缩板9滑出U型板8，共组装好三个相同伸缩结构，最后将三个相同的伸缩结构***对应的三个方形槽口9中，六角螺栓15***对应的圆孔，六角螺母16旋紧固定，即可完成伸缩结构组件4的组装；

所述的棱镜组件1由圆棱镜17、棱镜连接杆18和圆形吊环螺丝6组成，圆棱镜17安装于棱镜连接杆18的上端，在棱镜连接杆18的下端留有与圆形吊环螺丝6匹配的螺丝孔；棱镜连接杆18下端的圆形吊环螺丝6的丝杆通过螺纹方式旋入螺丝孔，圆形吊环螺丝6与棱镜连接杆18相连；

所述的穿心浮球2为高强度ABS塑料材质，中间设有贯穿球心的圆孔19，圆孔19的直径与棱镜连接杆18的直径相同，棱镜连接杆18的下端从上向下穿过穿心浮球2的圆孔19后，旋紧棱镜连接杆18下端的圆形吊环螺丝6，使穿心浮球2和棱镜组件1固定成整体；

所述的挂钩3是挂在钢护筒顶上的，尾部带有圆形吊环，用于连接尼龙钢丝绳5；

外面的尼龙钢丝绳5的一端固定在挂钩3尾部的圆形吊环上，外面的尼龙钢丝绳5的另一段固定在伸缩结构21朝外端的圆形吊环螺丝6的圆形吊环，中间的尼龙钢丝绳5的一头固定在固定圆盘20中间的圆形吊环上，尼龙钢丝绳5的另一头固定在旋紧棱镜连接杆18下端的圆形吊环螺丝6的圆形吊环上。

与挂钩3相连的尼龙钢丝绳5的长度应比钢护筒的长度短45cm-55cm，且三根尼龙钢丝绳5的长度相等。

棱镜组件1中圆棱镜的中心与伸缩结构组件4之间的间距L1应比与挂钩3相连的尼龙钢丝绳5的长度短10cm。

一种深水区钢护筒垂直度的测量方法，具体步骤如下：

A、钢护筒垂直度的测量装置组装好后，使用卷尺测量钢护筒垂直度的测量装置中伸缩结构组件4的半径，根据钢护筒的半径对钢护筒垂直度的测量装置中伸缩结构组件4的半径进行调整，使钢护筒垂直度的测量装置中伸缩结构组件4的半径比钢护筒的半径小3mm；

B、将伸缩结构组件4放入钢护筒中，并在钢护筒顶做出伸缩结构组件4中的三个伸缩结构21的位置标记，然后缓慢下放伸缩结构组件4，至挂钩3能挂在钢护筒的顶面，调整挂钩3的位置使挂钩3与钢护筒顶做出的伸缩结构组件4中的三个伸缩结构21的位置标记重合，且尼龙钢丝绳5处于绷紧状态；

C、向钢护筒内注水，随着水位的上升，穿心浮球2会受到一个向上的浮力也跟着水位一起上升，受伸缩结构组件4重力的影响，待尼龙钢丝绳5绷紧后，穿心浮球2不仅会受到一个向上浮力，还会受到一个向下的拉力，继续注水，待穿心浮球2的一半浸没在水中时，停止注水；

D、待穿心浮球2稳定后，在控制点上架设全站仪20，并进行设站，调整穿心浮球2上面的圆棱镜17方向，使圆棱镜17正对全站仪20，首先使用全站仪20测量钢护筒顶三个位置的三维坐标值，并利用三点圆拟合出钢护筒的上口圆心坐标(X1,Y1,Z1),然后使用全站仪测量穿心浮球2上面的圆棱镜17的三维坐标(X2,Y2,Z2)，测量出圆棱镜的三维坐标即为钢护筒的下口圆心坐标,最后可通过公式i_x＝(X1-X2)/[Z1-(Z2-L1)]×100％计算钢护筒X方向上的垂直度，公式i_y＝(Y1-Y2)/[Z1-(Z2-L1)]×100％计算钢护筒Y方向上的垂直度。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (5)

1.一种深水区钢护筒垂直度的测量装置，其特征在于：包括伸缩结构组件、棱镜组件、穿心浮球、挂钩、圆形吊环螺丝、尼龙钢丝绳，其中：伸缩结构组件为沉于水下的部分，挂钩、穿心浮球和棱镜组件为在水面以上的部分，水下部分和水上部分中间通过尼龙钢丝绳连接；

所述的伸缩结构组件由固定圆盘和三个相同的伸缩结构组成，三个相同的伸缩结构均由U型板、伸缩板、锁紧装置和两块固定夹板组成，在固定圆盘内开有呈120°夹角的三个让U型板的朝内端***的方形槽口，在三个U型板的朝内端和固定圆盘上均开有可***六角螺栓的圆孔，六角螺栓从上向下旋入圆孔后与六角螺母一起将U型板固定在固定圆盘上，在伸缩板的朝外端及固定圆盘的中间均留有固定圆形吊环螺丝的螺丝孔，圆形吊环螺丝的一头为丝杆，圆形吊环螺丝的另一头为圆形吊环，圆形吊环螺丝一头的丝杆通过旋紧的方式旋入伸缩结构组件或固定圆盘的螺丝孔中；伸缩板的朝内端放置于U型板的U型槽内，两块固定夹板通过螺丝固定在伸缩板的朝内端上面，“□”形的锁紧装置的一个侧板通过螺丝固定在U型板朝外端的一个侧板外壁上，在锁紧装置的另一个侧板和U型板朝外端的另一个侧板上均设有位置对应的螺丝孔，松紧旋钮从外向内旋入螺丝孔锁紧装置的另一个侧板上的螺丝孔和U型板朝外端的另一个侧板上的螺丝孔，松紧旋钮的顶端伸入到U型槽内顶住伸缩板的侧壁，锁紧装置能挡住固定夹板以防止伸缩板滑出U型板；伸缩结构组件的组装过程包括：首先将锁紧装置通过螺丝固定在U型板上，松开松紧旋钮，再将伸缩板***U型板中以后，用两块固定夹板通过螺丝固定在伸缩板上，防止伸缩板滑出U型板，共组装好三个相同伸缩结构，最后将三个相同的伸缩结构***对应的三个方形槽口中，六角螺栓***对应的圆孔，六角螺母旋紧固定，即可完成伸缩结构组件的组装；

所述的棱镜组件由圆棱镜、棱镜连接杆和圆形吊环螺丝组成，圆棱镜安装于棱镜连接杆的上端，在棱镜连接杆的下端留有与圆形吊环螺丝匹配的螺丝孔；棱镜连接杆下端的圆形吊环螺丝的丝杆通过螺纹方式旋入螺丝孔，圆形吊环螺丝与棱镜连接杆相连；

所述的穿心浮球的中间设有贯穿球心的圆孔，圆孔的直径与棱镜连接杆的直径相同，棱镜连接杆的下端从上向下穿过穿心浮球的圆孔后，旋紧棱镜连接杆下端的圆形吊环螺丝，使穿心浮球和棱镜组件固定成整体；

所述的挂钩是挂在钢护筒顶上的，尾部带有圆形吊环，用于连接尼龙钢丝绳；

外面的尼龙钢丝绳的一端固定在挂钩尾部的圆形吊环上，外面的尼龙钢丝绳的另一段固定在伸缩结构朝外端的圆形吊环螺丝的圆形吊环，中间的尼龙钢丝绳的一头固定在固定圆盘中间的圆形吊环上，尼龙钢丝绳的另一头固定在旋紧棱镜连接杆下端的圆形吊环螺丝的圆形吊环上。

2.根据权利要求1所述的深水区钢护筒垂直度的测量装置，其特征在于：与挂钩相连的尼龙钢丝绳的长度应比钢护筒的长度短45cm-55cm，且三根尼龙钢丝绳的长度相等。

3.根据权利要求1所述的深水区钢护筒垂直度的测量装置，其特征在于：棱镜组件中圆棱镜的中心与伸缩结构组件之间的间距L1应比与挂钩相连的尼龙钢丝绳的长度短10cm。

4.根据权利要求1所述的深水区钢护筒垂直度的测量装置，其特征在于：穿心浮球为高强度ABS塑料材质。

5.一种深水区钢护筒垂直度的测量方法，其特征在于：具体步骤如下：

A、钢护筒垂直度的测量装置组装好后，使用卷尺测量钢护筒垂直度的测量装置中伸缩结构组件的半径，根据钢护筒的半径对钢护筒垂直度的测量装置中伸缩结构组件的半径进行调整，使钢护筒垂直度的测量装置中伸缩结构组件的半径比钢护筒的半径小3mm；

B、将伸缩结构组件放入钢护筒中，并在钢护筒顶做出伸缩结构组件中的三个伸缩结构的位置标记，然后缓慢下放伸缩结构组件，至挂钩能挂在钢护筒的顶面，调整挂钩的位置使挂钩与钢护筒顶做出的伸缩结构组件中的三个伸缩结构的位置标记重合，且尼龙钢丝绳处于绷紧状态；

C、向钢护筒内注水，随着水位的上升，穿心浮球会受到一个向上的浮力也跟着水位一起上升，受伸缩结构组件重力的影响，待尼龙钢丝绳绷紧后，穿心浮球不仅会受到一个向上浮力，还会受到一个向下的拉力，继续注水，待穿心浮球的一半浸没在水中时，停止注水；

D、待穿心浮球稳定后，在控制点上架设全站仪，并进行设站，调整穿心浮球上面的圆棱镜方向，使圆棱镜正对全站仪，首先使用全站仪测量钢护筒顶三个位置的三维坐标值，并利用三点圆拟合出钢护筒的上口圆心坐标(X1,Y1,Z1),然后使用全站仪测量穿心浮球上面的圆棱镜的三维坐标(X2,Y2,Z2)，测量出圆棱镜的三维坐标即为钢护筒的下口圆心坐标,最后可通过公式i_x＝(X1-X2)/[Z1-(Z2-L1)]×100％计算钢护筒X方向上的垂直度，公式i_y＝(Y1-Y2)/[Z1-(Z2-L1)]×100％计算钢护筒Y方向上的垂直度。

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