組裝式水利工程根石探測器及其應用

于瀟霈，姜劍明

（濟南水利建筑勘測設計研究院有限公司，山東 濟南250101）

河道工程壩岸根石探摸是險工和控導工程管理的一項基礎工作[1]，長期以來，摸探根石基本上是人工摸探[2]，勞動強度大，工作效率低[3]。近年來，人們逐漸研制了一些根石探測工具，這些成果的應用，取得了明顯的效果[4]，但仍存在根石探測效率低、耗時長，運輸保管及使用不方便等問題。為測量根石斷面結構，分析根石穩(wěn)定狀況，提高根石探測精度和效率，減少勞動強度，及時準確掌握堤壩工程動態(tài)，確保工程安全，針對現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，經(jīng)多次改進，研制出了組裝式根石探測器。

1 基本構造和設計參數(shù)

組裝式根石探測器由支架機構、支撐機構、水平測量機構、垂直測量機構和輔助機構5部分組成。1）支架機構包括支臂、平衡臂和滑道，支臂分為3節(jié)，材料為鋁合金，采用抽拉式并能組裝拆卸，平衡臂與支臂相連，滑道安裝在支臂下面。2）支撐機構包括三腳支架、調(diào)平基座、套筒、卡槽、支桿和回轉(zhuǎn)支撐圓盤，三腳支架采用3條可調(diào)節(jié)長度并能合攏的支撐腿，支撐腿上裝有調(diào)節(jié)螺栓，便于調(diào)節(jié)高度和粗平；調(diào)平基座安裝在三腳架的上部，通過調(diào)平基座上的腳螺旋可以進行精平；套筒設置在三腳架的中心，支桿連接卡槽和回轉(zhuǎn)支撐圓盤，探測作業(yè)時插入套筒內(nèi)且可水平旋轉(zhuǎn)。3）水平測量機構包括滑塊、水平絞輪、前固定輪和牽引繩，水平絞輪由主動齒輪、搖把和從動齒輪組成，搖把設置在第一主動齒輪上，滑塊安裝在滑道上，由牽引繩牽引滑塊在滑道上行走帶動測繩。4）垂直測量機構包括垂直絞輪、鉛錘、測繩和計數(shù)器，垂直絞輪和水平絞輪結構類似，測繩穿過滑塊下的滑輪連接垂直絞輪和鉛錘，測繩以連接鉛錘的一端為起點標有長度單位，計數(shù)器安裝在平衡臂上，用于計量測繩長度。5）輔助機構包括水平尺、配重塊等，在支臂上安裝了氣泡水平尺，用于控制支臂水平。

根石探測器的主要設計參數(shù)為：1）支臂，每節(jié)長2 m，共3節(jié)；2）平衡臂，長2 m；3）套筒，長0.3 m，直徑6 cm；4）卡槽，長30 cm，寬7 cm，高5 cm；5）支桿，長0.6 m，直徑5 cm；6）滑塊，長6 cm，寬5 cm，高5 cm；7）測繩，長25 m，直徑4 mm，最大承重100 kg；8）主動輪，直徑15 cm；9）從動輪，直徑10 cm，鉛錘，重7 kg。

2 操作方法和特點

2.1 操作步驟

組裝式根石探測器具體操作方式為：1）使用時，把三腳架支在地面上，高度適中，3條斜支撐腿開度適當，使三腳架穩(wěn)定；2）把支桿插入三腳架的套筒內(nèi)，支臂裝入卡槽；3）通過三腳架調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整各條斜支撐腿的長度，對支臂粗略調(diào)平；4）調(diào)整調(diào)平基座的腳螺旋進行精確調(diào)平，同時，操作人員做好準備；5）搖動水平絞輪搖把，在主動輪、從動輪和水平牽引繩的作用下，滑塊在滑道上前后移動，測量平距；6）搖動垂直絞輪搖把，在主動輪、從動輪和測繩的作用下，通過鉛錘的升降，對根石水深進行探測；7）斷面探測完成，移動到下一斷面。

在一個斷面上進行多點探測后，根據(jù)測點距工程的水平距離，即可得出根石坡度和根石分布情況。

2.2 主要創(chuàng)新成果與特點

1）采用可調(diào)三腳架和360°回轉(zhuǎn)支撐圓盤，使調(diào)平更加快捷方便，并且可以多點旋轉(zhuǎn)探測。

2）采用裝卸式抽拉鋁合金支臂，使探測器更加輕便靈活，既便于運輸、移動，又便于保存管理，支臂下安設不銹鋼滑道，便于滑塊滑動。

3）安裝了氣泡水平尺和計數(shù)器，既提高了精度，又保證了探測數(shù)據(jù)的可靠性。

4）采用調(diào)平基座，進行精確調(diào)平，能夠保證測量數(shù)據(jù)更加精確。

5）采用了電子顯示器，數(shù)據(jù)更加直觀明了。

3 工程應用和經(jīng)濟效益

在項目研究過程中，進行了現(xiàn)場反復試驗，并根據(jù)試驗情況進行了多次升級改造，改造完成后，在鄄城老宅莊控導工程與人工探測做了對比。斷面探測對比時，選擇了9道壩、45個斷面、225個測點，人工探測和探測器探測分別沿同一斷面進行。

人工探測需結合探測船進行，每班11人（6人輪流探摸作業(yè)，2人測距，1人記錄，2人操控探測船），完成全部探測用時11 h，按每工日8 h計，每工日人工費150元，每班人工費1 650元，每工日可探測7道壩，平均每道壩探測費為236元。探測器探測，每班4人（2人操作，1人測距，1人記錄），完成探測用時4 h，按每工日8 h計，每工日人工費150元，每班人工費600元，每工日可探測18道壩，平均每道壩探測費33元。通過對比可以看出，根石探測器探測功效提高1.75倍，節(jié)省人工63.6%，同測線下的資料對比顯示，兩者探測的根石比降線基本一致。

根石探摸是探測河道壩岸工程水下狀態(tài)，爭取防汛抗洪工作主動的重要手段，因此，每年汛前、汛中、汛后均需對河道工程特別是靠河壩垛的根石進行探摸[5]。根石探測器研制成功后，在黃河進行了推廣應用，鄄城黃河河務局下轄險工、控導工程9處，共181段壩岸，采用人工方法進行探測，每次需人工費3.5萬元、探測船租賃費5萬元，每年探測3次需投資25.5萬元。采用根石探測器探測，每次需人工費0.7萬元，探測船租賃費2萬元，每年探測3次需投資8.1萬元，與人工探測相比費用減少68%，經(jīng)濟效益十分明顯。

4 結語

根石探測器結構簡單，攜帶方便，節(jié)省人力，易操作，可以大幅度提高效率，降低成本，提高作業(yè)安全性，將該設備應用于根石探測改變了壩岸根石長期依靠人工探測的落后方法具有重要意義。