CN103016914A - 多功能强制对中脚架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能强制对中脚架，包括对中盘、支撑组件和固定组件；对中盘设有中心孔，中心孔内设有对中圆柱，对中圆柱与中心孔之间镶嵌有护套，对中圆柱的底部设有连接件；对中圆柱与中心孔的同轴度公差为±0.01mm；支撑组件包括三个脚架杆件，脚架杆件包括自上而下连接的连接杆、微调结构和伸缩杆，微调结构由微调螺旋和其两端的锁紧螺母构成；固定组件由固定平台和锥型螺旋地桩构成；连接杆的上端与对中盘铰接，伸缩杆的下端与固定平台铰接。本发明具有对中精度高，安装方便、稳定性好、测量速度快、可重复利用等特点。可广泛用于精密工程测量、基坑监测、边坡监测和特殊工程的监测等。

Description

多功能强制对中脚架

技术领域

本发明涉及一种测绘仪器的支架，尤其涉及一种用于测绘仪器强制对中的装置。

背景技术

随着我国城市化进程的加快和建筑水平的提高，高层、超高层建筑、大型体育场馆、钢结构、深基坑等工程越来越多。并且建筑层高越来越高、体育场馆结构越来越复杂、钢结构跨度越来越大、基坑越来越深，这就给传统的工程测量和工程监测提出了新的挑战。如何在上述工程中及时准确、快速可靠的进行测量和监测是摆在测量工作者面前的一道难题。为了达到相应的测量精度，在使用高精度测量仪器、高水平的测量人员的前提下，采用更加精确的测量方法和辅助设备必不可少。

传统的测量工作一般用普通脚架，利用垂球、光学对中器或激光对中器将测量仪器中心与控制点中心对准。普通脚架具备设站快捷、简便的特点。上述几种对中方式中，垂球对中精度较低，只能用于低等级的测量中。而光学对中器和激光对中器，因与测量仪器存在轴系误差，在高精度测量中对中器的对中精度也难以满足要求。因此，在进行高精度变形测量时，由于其精度要求特别高，采用垂球对中、光学对中或激光对中时对中误差在总体误差中会产生显著的影响，现行测量规范中也有相应规定，高精度测量应使用强制对中装置。

常见的强制对中观测方法是在整个观测过程中，建立观测墩，在观测墩平台上埋设强制对中装置，观测时直接把仪器安置在强制对中装置上。观测墩一般用混凝土浇注，观测墩浇注完成后需要静置一段时间，待其稳定后才能使用，很多情况下不能满足工期要求，而且不能重复利用，浇注混凝土时还需有土建施工单位配合，很大程度上影响监测工作的进展。在运营期间需要长期观测的大型工程，如大坝、大桥、大型水利设施等，一般采用带有强制对中装置的混凝土观测墩。

而在施工定位测量、基坑监测等精度要求较高、测量周期较短的测量项目中，往往由于前期缺乏测量方案的设计与准备工作，经常出现建设单位或总包单位急需测量时才委托专业测量单位。此时浇筑混凝土观测墩往往不能满足测量精度要求，因为混凝土观测墩需静置一段时间才能达到稳定。混凝土观测墩稳定周期取决于工程地质条件，一般不能满足工程施工进度的要求。

在城市中大型、结构复杂和深基坑工程往往处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程附近。在基坑开挖和主体结构施工过程中，施工测量的定位精度、深基坑支护结构体系变形、邻近建筑物及道路管线的安全性、稳定性显得尤为重要。如果处理不当，不仅将危及工程本身安全，而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失。系统、全面、高精度的施工测量和监测工作能给工程的安全提供有力的保障。

发明内容

为了克服现有的三脚架在高精度测量工作中的不足,本发明提供一种多功能强制对中脚架，具有对中精度高，安装方便、稳定性好、测量速度快、可重复利用等特点。可广泛用于精密工程测量、基坑监测、边坡监测和特殊工程的监测等。

为了解决上述技术问题，本发明多功能强制对中脚架予以实现的技术方案是：包括对中盘、支撑组件和固定组件；所述对中盘设有中心孔，所述中心孔内设有对中圆柱，所述对中圆柱与所述中心孔之间镶嵌有护套，所述对中圆柱的底部设有连接件；所述对中圆柱与中心孔的同轴度公差为±0.01mm；所述支撑组件包括三个脚架杆件，所述脚架杆件包括自上而下连接的连接杆、微调结构和伸缩杆，所述微调结构由微调螺旋和其两端的锁紧螺母构成；所述固定组件由固定平台和锥型螺旋地桩构成；所述连接杆的上端与所述对中盘铰接，所述伸缩杆的下端与所述固定平台铰接。

本发明多功能强制对中脚架，其中的固定组件还可以由固定平台和膨胀螺栓锚固件构成。

本发明多功能强制对中脚架，其中，所述伸缩杆为内外径匹配的两根钢管组成，两根钢管之间用顶丝固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将用于安装检测仪器的对中盘、支撑组件和与底面固定或埋入土体的固定组件制作成可装配式的组合装置，能够快速准确的应用于施工测量和监测，并可重复利用，本发明可以在各种工程环境中广泛应用，并能提高测量工作的精度和速度。

附图说明

图1是本发明多功能强制对中脚架的主视图；

图2是图1所示多功能强制对中脚架上部局部结构放大示意图；

图3是图1所示多功能强制对中脚架的俯视图；

图4是图1所示多功能强制对中脚架的侧视图;

图5是本发明实验例中坐标系示意图。

图中：

1-对中圆柱                 2-对中盘                      3-连接杆

4-连接件                   5、7-锁紧螺母                 6-微调螺旋

8-伸缩杆                   9-固定组件                    10-锥型螺旋地桩

11-护套。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明多功能强制对中脚架，包括对中盘、支撑组件和固定组件。

所述对中盘2设有中心孔，所述中心孔内设有对中圆柱1，所述对中圆柱1与所述中心孔之间镶嵌有护套11，所述对中圆柱1的底部设有连接件4；

所述对中圆柱1与中心孔的同轴度公差为±0.01mm；

所述支撑组件包括三个脚架杆件，所述脚架杆件包括自上而下连接的连接杆3、微调结构和伸缩杆8，所述微调结构由微调螺旋6和其两端的锁紧螺母5、7构成；所述伸缩杆8为内外径匹配的两根钢管组成，两根钢管之间用顶丝固定。

所述固定组件由固定平台9和锥型螺旋地桩10构成，或由固定平台和膨胀螺栓锚固件构成；

所述连接杆3的上端与所述对中盘2铰接，所述伸缩杆8的下端与所述固定平台9铰接。

本发明多功能强制对中脚架结构简单，且制作方便，下面是一个制作实例：

如图2所示，对中盘2由10mm厚钢板制成，直径150mm，中心为对中的中心孔，在中心孔内镶嵌有铜制的护套11，中心孔的直径为20mm。测量仪器通过对中圆柱1（或对中球）和连接件4对中并固定，即对中圆柱1上设有外螺纹，通过螺纹连接测量仪器，然后将对中圆柱1插入对中的中心孔中，并用连接件4将其固定在对中盘2上。为了保证对中的效果，机械加工时，对中圆柱和中心孔的匹配精度即同轴度的公差要达到±0.01mm，该公差±0.01mm在测量误差中可忽略不计。伸缩杆8由内外径匹配的两根钢管组成，上半部分的钢管外径35mm，内径30mm，壁厚5mm。下半部分的钢管外径30mm，内径25mm，壁厚5mm。两根钢管用顶丝固定，松开顶丝可自由伸缩。伸缩杆8的上部与连接杆3之间设有用于脚架长度微调的微调螺旋6，在安置好支撑的脚架后可通过微调螺旋6调整对中盘3的水平。固定组件的结构分为两种：一种是固定在硬化地面的形式，采用膨胀螺栓直接锚固在硬化地面上即可。另一种是安装在自然土壤地面的形式，因为表层土松散，无法用膨胀螺栓连接，因此，本发明采用如图1和图4所示的锥型螺旋地桩10来固定伸缩杆8，首先将三个锥型螺旋地桩10埋入土体，然后将三个伸缩杆的底部分别固定在三个锥型螺旋地桩顶部的固定平台上。

本发明强制对中脚架与普通脚架对比试验，为了验证强制对中脚架的对中精度、操作速度和稳定性，分别做两种实验，一种是对用普通三脚架和强制对中三脚架进行操作对比试验；另一种是分别监测强制对中装置的水平和竖直方向的位移。

采用现有技术中普通木制三脚架和本发明多功能强制对中脚架的对比试验：确定4个点A、B和C、D，AB距离和CD距离相近；A点和B点为一组观测对象，C点和D点为另一组观测对象。分别对两组观测对象进行10次距离观测。两组观测人员、所用仪器及棱镜均相同，不同的是测量A、B间距离用普通木制脚架，测量C、D间距离用本发明多功能强制对中脚架。观测数据见下表1（a）和表1（b）。

表1（a）用普通脚架观测数据

表1（b）用本发明多功能强制对中脚架观测数据

通过以上试验数据，计算用两种脚架观测的中误差。用普通脚架测的距离中误差为m=±1.28mm，用本发明多功能强制对中脚架测距的距离中误差m=±0.56。试验各观测10次，用普通脚架监测用时80分钟，用本发明多功能强制对中脚架用时30分钟。经过对比可以发现用本发明多功能强制对中脚架比用普通脚架在测量精度上有显著提高，测量速度提高2倍以上。

本发明多功能强制对中脚架的稳定性试验，主要检验在自然土壤地面安装本发明多功能强制对中脚架的稳定性。选择一块场地在自然地面上安装两个本发明多功能强制对中脚架，对其进行一段时间的位移监测。水平方向采取测距、测角的方法监测，竖直方向采取精密水准方法监测。监测数据见表2：

表2本发明多功能强制对中脚架稳定性监测数据

通过对以上数据进行计算分析，测角中误差M_角=±1.41″，测距中误差M_距＝±0.00mm，平面点位中误差为M_点=±1.26mm，高程中误差为M_高=±0.13mm。测量所用仪器为徕卡TC800全站仪，其测角精度3″，测距精度为2mm+1ppm。以上精度计算数据表明在包含照准误差和仪器系统误差的情况下，测量点位中误差能够达到1.26mm，说明强制对中脚架的稳定性完全满足精密测量的精度要求。

按照试验方案，采用本发明多功能强制对中脚架以自由设站的测量方法，进行了实地测量实验。为了减小起算误差，测量采用独立坐标系。如图5所示，以A点为原点，坐标设为（0，0），以AB边为坐标纵轴，精确测定AB距离为130.063m，则B点坐标为（0，130.063），精确测定C点坐标为（-40.323，20.538），以自由设站方法多次测量C点坐标进行数据对比分析，测量数据见表3。

表3实测数据及分析

通过以上实验及数据分析（见表3），测量的点位误差W_总=±1.3mm，参考《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）中的相关规定，最高安全级别的基坑水平位移报警值为累计10mm，变化速率2mm/d。说明本发明多功能强制对中脚架能够满足基坑监测的精度要求。

按上述实验方法分别在多个工程中应用，并取得了良好的效果。

下面详细介绍一下在某一建筑基坑监测工程中的应用情况。

该工程基坑设计深度14.3～15.3m（局部20.3m），基坑支护采用带2道水平支撑的钢筋混凝土灌注桩支护形式，腰梁、环梁及支撑采用钢筋混凝土现浇结构。支护结构外侧为水泥土搅拌桩止水帷幕。基坑设计安全等级为一级。基坑水平位移监测共布设4个基准点，布设30个监测点。

该工程基坑水平位移自2010年8月20日开始监测，至今仍在监测。前期水平位移采用普通脚架常规方法监测，2011年10月开始采用前述的实验方法进行监测。因工程位于市区中心地带，工程施工现场非常狭小，基坑边缘距围墙最近处仅有3m。由于现场施工材料、施工机具等经常阻挡监测视线，采用常规监测方法非常困难。2011年10月以前监测时经常因视线遮挡，有部分监测点无法及时、准确地提供监测数据。

自2011年10月以后，通过安装本发明多功能强制对中脚架、采用自由设站的方法使水平位移监测得以顺利进行。在实际监测过程中使用强制对中脚架不仅提高了观测精度、速度，而且配合自由设站的方法使以前测不到的监测点，现在也能很容易的监测到。特别是在水平支撑拆除期间，及时、准确、全面地监测数据，为基坑支撑拆除工作提供了安全保障。

综上，通过多个实验例表明，本发明多功能强制对中脚架具有对中精度高，安装方便、稳定性好、可重复利用等特点。可广泛用于精密工程测量、基坑监测、边坡监测和特殊工程的监测等。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种多功能强制对中脚架，包括对中盘、支撑组件和固定组件；其特征在于，

所述对中盘（2）设有中心孔，所述中心孔内设有对中圆柱（1），所述对中圆柱（1）与所述中心孔之间镶嵌有护套（11），所述对中圆柱（1）的底部设有连接件（4）；

所述对中圆柱（1）与中心孔的同轴度公差为±0.01mm；

所述支撑组件包括三个脚架杆件，所述脚架杆件包括自上而下连接的连接杆（3）、微调结构和伸缩杆（8），所述微调结构由微调螺旋（6）和其两端的锁紧螺母（5、7）构成；

所述固定组件由固定平台（9）和锥型螺旋地桩（10）构成；

所述连接杆（3）的上端与所述对中盘（2）铰接，所述伸缩杆（8）的下端与所述固定平台（9）铰接。

2.根据权利要求1所述多功能强制对中脚架，其特征在于，所述伸缩杆（8）为内外径匹配的两根钢管组成，两根钢管之间用顶丝固定。

3.一种多功能强制对中脚架，包括对中盘、支撑组件和固定组件；其特征在于，

所述对中盘（2）设有中心孔，所述中心孔内设有对中圆柱（1），所述对中圆柱（1）与所述中心孔之间镶嵌有护套（11），所述对中圆柱（1）的底部设有连接件（4）；

所述对中圆柱（1）与中心孔的同轴度公差为±0.01mm；

所述支撑组件包括三个脚架杆件，所述脚架杆件包括自上而下连接的连接杆（3）、微调结构和伸缩杆（8），所述微调结构由微调螺旋（6）和其两端的锁紧螺母（5、7）构成；

所述固定组件由固定平台和膨胀螺栓锚固件构成；

所述连接杆（3）的上端与所述对中盘（2）铰接，所述伸缩杆（8）的下端与所述固定平台（9）铰接。

4.根据权利要求3所述多功能强制对中脚架，其特征在于，所述伸缩杆（8）为内外径匹配的两根钢管组成，两根钢管之间用顶丝固定。

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