1.本发明涉及桥梁检测设备领域，具体是一种桥墩安全检测装置及其检测方法。
背景技术：
2.桥墩作为桥梁的承重件，其垂直度是极其重要的一个指标，桥墩倾斜会使桥墩的受力发生变化，桥墩便会承受非正常的切向力，桥墩便极易出现裂痕断裂甚至倒塌，因此桥墩垂直度的检测是非常重要的工作。
3.目前检测桥墩的倾斜度主要采用垂线法、靠尺法或用全站仪进行测量等方法；垂线法和靠尺法的检测段长度有限，一般只局限在桥墩下段，如果想要以桥墩全长作为检测对象，则需要攀爬到桥墩顶部，测量难度很大，且线锤受风晃动，很难稳定，只能在其趋于稳定时进行测量，上述原因就造成了垂线法和靠尺法测量精度差，特别对于超高桥墩，该缺陷尤为明显。
4.使用全站仪进行测量需要找到一个能够完整观测到整个桥墩的合适位置进行观测测量，测量时需要保证通视，观测路径上不能有遮挡物，且天气可视条件要好，对于一些复杂的桥下地形，寻找到这样一个合适且容易到达的观测点很困难，而且这样的观测点一般离桥墩几十甚至上百米，当需要从桥墩另一侧进行测量时，需要再次找到一个合适的观测点，然后长距离迁移过去进行测量，整个过程非常困难且效率极低；而且全站仪测量的计算过程复杂，难度大。
技术实现要素：
5.为了解决现有桥墩垂直度测量工具和方法精度差、难度大、效率低的缺陷，本发明设计了一种桥墩安全检测装置及其检测方法。
6.一种桥墩倾斜检测装置，包括一个竖直的支柱，支柱的上端铰接有一个悬臂梁，悬臂梁的中段装有一个竖直的调平螺栓；悬臂梁的外伸悬空段上装有一个滑套，悬臂梁的外壁上沿长度方向刻有第一刻度，滑套的前侧壁上球铰有一个横杆，横杆的自由端固定有一个激光发射器和一个激光测距仪，激光测距仪的发射原点与悬臂梁的轴线等高，激光发射器与激光测距仪的发射方向之间的角度为180度；悬臂梁下方设有一个上端开口且透明的容器，容器内装有水，水中设有一面平面镜，平面镜的上表面经吊绳连接有多个均匀分布的且规格完全相同的浮球，每个浮球与平面镜之间的吊绳的长度完全相同；容器内装有一个位于液面以上的投影板，投影板上开有一个透光孔。
7.所述的悬臂梁位于支柱和调平螺栓之间的部分内沿长度方向开有一个液道，液道的两端各装有一个朝上且位于悬臂梁外的玻璃管，两个玻璃管的侧壁上刻有第二刻度，液道内装有水，两端的液面达到两个玻璃管的中部。
8.所述的两个玻璃管的上端封闭且两个玻璃管的上端之间经一根通气管连通。
9.所述的滑套的前壁固定有一个球壳，球壳上开有一个朝向悬臂梁自由端的通孔，球壳内装有一个圆球，横杆的铰接端经通孔伸入球壳内固定于圆球上，通孔的直径大于横
杆的直径，使横杆可在一定范围内灵活转动，球壳上穿有多个径向杆，每个径向杆的内端均固定有一个弧形的摩擦片，径向杆上安装有弹簧，在弹簧的作用下，摩擦片抱紧圆球。
10.所述的横杆的自由端固定有一个与其平行的标尺，标尺的两端各有一根定位线，一端的定位线与激光测距仪的发射方向对齐，另一端的定位线伸出横杆端部外。
11.所述的投影板倾斜设置。
12.利用上述装置的测量方法为：步骤一：通过立柱和调平螺栓将悬臂梁支设在桥墩底部的一侧，并使悬臂梁的自由端抵住桥墩表面，并将容器置于悬臂梁悬空段的下方；步骤二：通过调平螺栓将悬臂梁调节至水平；步骤三：待容器内的液面完全平静后，开启激光发射器，通过滑动滑套将激光发射器的激光线移动到容器上方，使激光从投影板上的透光孔射入，转动横杆并同时观察投影板上光斑使光斑向透光孔方向移动直至光斑消失；步骤四：开启激光测距仪，滑动滑套使激光测距仪向桥墩靠近，向上观察激光测距仪的光点，当激光测距仪的光点移动到桥墩外壁上时，停止移动滑套，此时记录激光测距仪的读数l1，并通过悬臂梁上的刻度读取激光测距仪发射原点与悬臂梁自由端之间的距离l2；如果滑套移动到端部时，激光测距仪的光点依然没有投射到桥墩上，则说明桥墩没有向该侧倾斜，则不需读数直接进行下一步；步骤五：将测量装置沿桥墩轴线转动90度，重复步骤一到步骤四；步骤六：重复步骤五三次，共在桥墩圆周方向的四个象限点处进行四次测量；步骤七：计算桥墩各向的倾斜度，只需计算具有读数组的一侧或数侧，记激光测距仪的发射原点为a，悬臂梁与桥墩外壁的接触点为b，激光测距仪在桥墩外壁上的光点位置为c，则∠acb即为桥墩的倾斜度a，则三角形abc的竖直直角边长为l1，水平直角边的边长为l2，则tana=l2/l1，即可计算得到a；步骤八：计算出桥墩在各个反向上的倾斜度后，通过矢量合成，便可得出桥墩的真实倾斜反向和角度。
13.在步骤一中，悬臂梁抵住桥墩的位置需避开桥墩上有凸起、凹坑的缺陷位置，选择平整的桥墩表面处作为接触点。
14.本发明的测量对象是是桥墩的全段，测量精度高，不需登高攀爬不受风力影响，不需寻找能够观测整个桥墩的合适位置，不需长距离转换检测，大大减小了测量难度，提高了测量效率。
附图说明
15.图1为检测装置的主视剖视图。
16.图2为检测时的主视图。
17.图3为检测方法的原理图。
18.图4为容器的侧视剖视图。
19.图5为激光非竖直入射进水时容器的主视剖视图。
20.图6为滑套位置的俯视图。
21.图7为图1中d位置的放大图。
22.图8为图2中e位置的放大图。
具体实施方式
23.参照附图，下文将对本发明的具体实施方式进行进一步说明。
24.检测装置包括一个竖直的支柱1，支柱1的上端铰接有一个悬臂梁2，悬臂梁2的中段装有一个竖直的调平螺栓3，支柱1支设好以后，通过调节调平螺栓3可将悬臂梁2调节至水平状态；悬臂梁2的外伸悬空段上装有一个滑套4，悬臂梁2的外壁上沿长度方向刻有第一刻度5，滑套4的前侧壁上球铰有一个横杆6，横杆6的自由端固定有一个激光发射器7和一个激光测距仪8，激光测距仪8的发射原点与悬臂梁2的轴线等高，激光发射器7与激光测距仪8的发射方向之间的角度为180度，若激光发射器7的发射方向竖直朝下，则激光测距仪8的发射方向便为竖直朝上；悬臂梁2下方设有一个上端开口且透明的容器9，容器9内装有水，水中设有一面平面镜10，平面镜10的上表面经吊绳11连接有多个均匀分布的且规格完全相同的浮球12，每个浮球12与平面镜10之间的吊绳11的长度完全相同，浮球12漂浮于平静的水面上，则平面镜10水平悬浮与水中；容器9内装有一个位于液面以上的投影板13，投影板13上开有一个透光孔14，激光发射器7发出的激光穿过透光孔14和水面照射在平面镜10上，若激光竖直向下穿过透光孔14，则激光的入射方向与水面和平面镜10垂直，激光在水面不发生折射且被平面镜10反射后原路穿过透光孔14，因此在投影板13上没有光斑，如果激光不是竖直向下穿过透光孔14，则激光在水面处被折射然后被平面镜10反射至水面处再发生折射，反射光路线与入射光路线不重合，因此反射光会在投影板13上投射出一个光斑。
25.所述的悬臂梁2位于支柱1和调平螺栓3之间的部分内沿长度方向开有一个液道15，液道15的两端各装有一个朝上且位于悬臂梁2外的玻璃管16，两个玻璃管16的侧壁上刻有第二刻度17，液道15内装有水，两端的液面达到两个玻璃管16的中部；液道15和两个玻璃管16构成一个连通器，调节调平螺栓3时，观察两个玻璃管16内的液面位置的刻度值，当两个玻璃管16内的液面的刻度值相同时，说明悬臂梁2已调节至水平状态。
26.所述的两个玻璃管16的上端封闭且两个玻璃管16的上端之间经一根通气管18连通；这样可避免玻璃管16内的水洒出，且能够使玻璃管16和液道15内的水自由流动。
27.所述的滑套4的前壁固定有一个球壳19，球壳19上开有一个朝向悬臂梁2自由端的通孔20，球壳19内装有一个圆球21，横杆6的铰接端经通孔20伸入球壳19内固定于圆球21上，通孔20的直径大于横杆6的直径，使横杆6可在一定范围内灵活转动，球壳19上穿有多个径向杆22，每个径向杆22的内端均固定有一个弧形的摩擦片23，径向杆22上安装有弹簧24，在弹簧24的作用下，摩擦片23抱紧圆球21；摩擦片23为横杆6的转动施加阻尼，使横杆6既能被灵活的转动，又能稳定在任意位置。
28.所述的横杆6的自由端固定有一个与其平行的标尺25，标尺25的两端各有一根定位线26，一端的定位线26与激光测距仪8的发射方向对齐，另一端的定位线26伸出横杆6端部外；读取激光测距仪8的发射原点在悬臂梁2上的位置时，通过读取标尺25外端的定位线26处的刻度，然后减去两根定位线26之间的距离即可，这样可避免横杆6遮挡住激光测距仪8发射原点处的刻度而不便读取的问题。
29.所述的投影板13倾斜设置，便于观察投影板13上的光斑。
30.利用本装置测量桥墩垂直度的方法为：
步骤一：通过立柱和调平螺栓将悬臂梁支设在桥墩底部的一侧，并使悬臂梁的自由端抵住桥墩表面，并将容器置于悬臂梁悬空段的下方；步骤二：通过调平螺栓将悬臂梁调节至水平，调节调平螺栓时观察两个玻璃管内液面处的刻度值，当两个玻璃管内液面处的刻度值相同时，说明悬臂梁被调节至水平状态；步骤三：待容器内的液面完全平静后，开启激光发射器，通过滑动滑套将激光发射器的激光线移动到容器上方，使激光从投影板上的透光孔射入，转动横杆并同时观察投影板上光斑使光斑向透光孔方向移动直至光斑消失；如果激光经水面折射和平面镜反射后在投影板上投射出一个光斑，则说明激光不是竖直入射，转动横杆并同时观察投影板上光斑使光斑向透光孔方向移动，直至反射光与入射光重合，反射光从透光孔穿出，投影板上的光斑消失，则激光发射器调节至竖直向下的状态，而激光测距仪被调节至竖直向上的状态；步骤四：开启激光测距仪，滑动滑套使激光测距仪向桥墩靠近，向上观察激光测距仪的光点，当激光测距仪的光点移动到桥墩外壁上时，停止移动滑套，此时记录激光测距仪的读数l1，并通过悬臂梁上的刻度读取激光测距仪发射原点与悬臂梁自由端之间的距离l2；如果滑套移动到端部时，激光测距仪的光点依然没有投射到桥墩上，则说明桥墩没有向该侧倾斜，则不需读数直接进行下一步；步骤五：将测量装置沿桥墩轴线转动90度，重复步骤一到步骤四；步骤六：重复步骤五三次，共在桥墩圆周方向的四个象限点处进行四次测量；步骤七：计算桥墩各向的倾斜度，只需计算具有读数组的一侧或数侧，记激光测距仪的发射原点为a，悬臂梁与桥墩外壁的接触点为b，激光测距仪在桥墩外壁上的光点位置为c，则∠acb即为桥墩的倾斜度a，则三角形abc的竖直直角边长为l1，水平直角边的边长为l2，则tana=l2/l1，即可计算得到a；步骤八：计算出桥墩在各个方向上的倾斜度后，通过矢量合成，便可得出桥墩的真实倾斜反向和角度。
31.在步骤一中，悬臂梁抵住桥墩的位置需避开桥墩上有凸起、凹坑的缺陷位置，选择平整的桥墩表面处作为接触点。
32.相对于垂线法和靠尺法，本发明测量的是桥墩全段的倾斜度，测量精度更高，且不需登高攀爬即可测量桥墩的倾斜度，且不受风力影响；相对于全站仪测量，本发明不需寻找能够观测整个桥墩的合适位置，在桥墩底部即可完成测量，不受地形影响，且由于测点就在桥墩底部，换侧测量时非常方便，避免了全站仪测量另一侧时需要长距离转换地点的不便，大大减小了测量难度，另外，本发明需量取的数据少，计算简单，计算量小。