基本信息
- 项目名称：
- 锚杆水平倾斜角度测量装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 在深基坑工程施工中，锚孔及锚杆的水平方向倾斜角度控制较难实现。此外，建筑施工过程中,由于缺少必要的检测工具，工程技术人员普遍对深基坑支护工程重视不足，由此已造成多起工程安全事故，对工程及周边的人民生命和财产造成巨大损失。本文对锚杆水平倾角测量装置技术研究的应用，进行了研究和开发工作，设计出了便于锚杆水平倾斜角度检测的装置。该锚杆水平倾角测量装置以半圆量角器、自由旋转的垂直方向指示针、阻尼旋转的锚杆方向指示针为主要组成部分。其测量原理巧妙地将水平方向倾斜角度测量利用重力原理转换为垂直角度测量，使锚杆的水平倾斜角度测量更加方便、快捷；在垂直方向指示针和锚杆方向指示针端部设有游标，将测量精度提高至0.1°，满足工程施工需要。锚杆水平倾斜角度测量装置可提高深基坑锚喷支护的施工质量检测效率，保障深基坑施工及周边居民生命、财产安全。
- 详细介绍：
- 锚杆喷射混凝土支护是深基坑支护工程中应用广泛的深基坑支护方法。以某市为例，我们调查的61个深基坑工程，其中有51个深基坑工程采用的是锚喷支护方式，占总数的83.61%。但是锚杆水平倾斜角度的检测却是一个棘手的问题。按照《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）中锚杆施工的一般规定：预应力锚杆的钻孔轴线与设计轴线的偏差不应大于3%；预应力锚杆施工中规定：钻孔与锚杆预定方位的允许角偏差为1°-3 °，其它锚杆的钻孔轴线应符合设计要求；按照《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）中锚杆构造设计中锚孔施工规定：锚孔偏斜度不应大于5%。 锚杆水平倾角测量仪的发明目的是为了克服原有深基坑支护中锚杆水平倾斜角度难以方便测量的问题。该测量仪结构简单，不仅能够测出垂直和平整坡面上的锚杆水平倾斜角度，而且能够测量非垂直或不平整坡面上锚杆的水平倾斜角度。在该测量装置角度盘的半圆量角器上设置一排0°—180º的角度刻度，在角度盘的半圆量角器圆心处通过阻尼铰链和自由铰链依次铰接有锚杆指示针和垂直指示针。锚杆方向指示针以该量角器的圆心为轴，在角度盘的盘面上通过阻尼铰链阻尼旋转指示角度；垂直方向指示针以量角器的圆心为轴，在角度盘的盘面上自由旋转指示角度。该装置使用方便、测量精确（测量精度为0.1°，满足锚杆施工的规定），受外界自然条件影响小，不消耗能源，可对锚杆施工及其质量检验提供可靠的水平倾斜角度测量数据。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：现有锚杆测斜仪结构复杂，测量时极易受周围环境、施工条件等影响，且价格昂贵，在工程界难以推广。本产品综合利用重力学、角度游标、阻尼旋转等原理满足深基坑锚杆喷混凝土支护中锚杆水平倾斜角度的方便测量。 创新点：该测量装置将重力学、角度游标原理有机结合，将自由旋转与阻尼旋转有机结合。在不消耗电能前提下，可方便测量非垂直或不平整坡面上锚杆的水平倾斜角度，操作不受外界自然条件和施工用电的影响，使用方便、快捷。 技术关键：实现不平整坡面上锚杆水平倾斜角度的快速、准确测量。 主要技术指标：测量精度：±0.1°；测量范围：0～180°；操作环境温度：–15～ 40℃；储存环境温湿度：–10℃ ～ 50℃、0 ～ 80%RH。
科学性、先进性
- 突出技术特点：无需固定或安装，使用方便灵活；将水平倾斜角度测量转换为垂直角度测量；指示针端部设游标，精度可达0.1°，满足工程精度要求。 技术方案：本装置由与半圆量角器直角边和直尺连体组成的角度盘，在角度盘的半圆量角器上设置一排0-180º的角度刻度；在角度盘的半圆量角器圆心处由阻尼铰链和自由铰链依次铰接有锚杆指示针和垂直指示针；锚杆指示针以量角器的圆心为轴阻尼旋转指示角度；垂直指示针以量角器的圆心为轴自由旋转指示角度。垂直指示针适当位置设有重锤。 原有锚杆水平倾角测量的倾角计由传感器、倾斜板和读数仪三部分组成。测斜仪复杂、昂贵、使用条件要求高，测量易受周围环境、施工条件等影响，很难满足基坑支护中操作简单、实用、方便的需求。 参考文献： [1]二滩水电开发有限责任公司.岩土工程安全监测手册.第1版.北京：中国水利水电出版社，1999. 488-493 [2] 魏道垛. 岩土工程应用技术新进展. 上海：同济大学出版社，2002.19-378
获奖情况及鉴定结果
- 1. 某大学2008年学生科技创新项目立项中总评分第一名； 2. 2008年通过某大学学生科技创新项目鉴定。 3. 某老师，该学生. 锚杆水平倾斜角度测量装置的应用研究. 某大学土木专辑2009，录用待刊.
作品所处阶段
- 本作品已经完成社会调查、方案设计、实验研究、数据处理、研制开发和项目鉴定，正处于中试阶段。
技术转让方式
- 本作品成果的技术推广及转让方式为学校跟企业共同合作的方式。
作品可展示的形式
- 本作品的展示方式有实物、产品、模型、图纸、现场演示、图片等。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：当该作品用于对垂直边坡或向外(内)倾斜的边坡处的锚杆进行水平倾角测量时，应先将角度盘的直尺边顺坡紧靠在施工基坑边坡面上，并使该角度盘的盘面置于铅垂面上，将角度盘的半圆量角器圆心放在锚杆的轴线上，转动锚杆指示针使其与锚杆的轴线方向一致，此时锚杆指示针所指示的角度顺时针读数为θ1(内倾为θ2)；垂直指示针依其重锤作用而自由下垂，其指示所指示的角度顺时针读数为θ2 (内倾为θ1)。 （1）外倾边坡：锚杆的水平倾斜角度θ3=90度-θ1+θ2；当θ3为正值时，表明锚杆3向上倾斜，当θ3为负值时，表明锚杆3向下倾斜。 （2）内倾边坡：锚杆的水平倾斜角度θ3=θ2-θ1-90度；当θ3为正值时，表明锚杆3向上倾斜，当θ3为负值时，表明锚杆3向下倾斜。 技术特点和优势：该测量装置将重力、角度原理有机结合，将自由旋转与阻尼旋转有机结合。在不利用电能前提下，方便测量非垂直或不平整坡面上锚杆的水平倾斜角度，操作不受外界自然条件和施工用电的影响，使用方便、快捷。
同类课题研究水平概述
- 在基坑工程界，寻求既安全又经济的支护方案一直困扰着工程技术人员。总的说来，发展基坑支护技术有如下几点值得重视： 1.从工程所在区域地质条件出发，建立深基坑支护施工方案的优选模型，实现客观评选择优； 2.发展信息化施工技术，以弥补基坑工程设计非确定性因素多、风险性高的缺陷，提高深基坑工程的安全性和经济性，降低事故率； 3.采取各种预警措施，预告移动已经发生或者破坏已经发生；同时还可预告移动或破坏即将发生； 4.选择锚杆支护施工监测仪器时，最重要的是仪器的可靠性。仪器固有的可靠性应该是最简易、在安装的环境中最耐久、对气候条件敏感性最小，并有良好的运行性能。 本作品研制过程中，通过对某市61项深基坑支护工程的支护方式统计，采用锚杆作为支护方式的共51项，占总量的83.61%。因此，锚杆施工管理与检测应重点研究。 课题组以研究难度大的工程检测问题为研究课题，团队参与，分工协作，完成了“锚杆水平倾斜角度测量装置”的两阶段研究，内容包括工程调研、研究论文、作品实物模型制作三项研究，研究跨度和难度大。 本课题工作量大、研究成果丰富，先后由近10名不同专业的学生和4位指导教师参与，共完成61项工程的调查研究。活动增强了参赛选手的跨学科知识，提高了学生认识问题和解决跨学科问题的能力、写作能力和表达能力、组织能力和与他人沟通的能力。学生受益面广，培养锻炼学生的社会成效显著。
