一种桥位区河床断面的测量装置及测量方法与流程

1.本发明涉及桥梁河床断面水深测量技术领域，具体地，涉及一种桥位区河床断面的测量装置及测量方法。


背景技术：

2.桥梁桥位处河床面位置直接反映桥梁基础埋置深度，桥梁检测工作需要定期按照规范要求进行河床面测量和评价。
3.针对河床面的检测与评价，现有技术中常用的有测绳法和超声波法；然，在采用测绳污对河床面进行测量时，因测绳易受水流影响，从而导致当水流流速较大时，测绳易产生弯曲，从而影响测量结果；在采用超声波法对河床面进行测量时，因测量工作依赖于仪器设备，并因河床面的检测通常需在水面上进行操作，从而导致存在操作不便的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种桥位区河床断面的测量装置，包括水压检测组件和压强计；
5.所述水压检测组件包括相互配合连接的密封腔体和活塞，所述活塞设置于密封腔体内且与密封腔体之间形成有用于容纳空气的腔室，所述活塞在水压的作用力下沿待检测区域的河床面位移；
6.所述压强计与腔室贯通连接，用于对密封腔体内的空气压强进行实时检测。
7.可选的，所述密封腔体的空腔通过承压管与压强计相连，所述承压管的长度大于待检测区域河床面至水位线的高度。
8.可选的，在密封腔体上还设有配重块。
9.可选的，在密封腔体上还连接有牵引绳，所述牵引绳的长度大于待检测区域河床面至水位线的高度。
10.本发明还提供了一种桥位区河床断面的测量方法，包括以下步骤：
11.步骤一、组装如上述所述的桥位区河床断面的测量装置，并将其水压检测组件置于待检测区域的水位线上，读取待检测区域的水位线位置的压强p
水
；
12.步骤二、对待检测区域中的第i检测点的不同位置的水深值h
′
及其对应的压强值p
′
进行逐一检测，并根据水深值h
′
及其对应的压强值p
′
建立该检测点的水深值hi与其对应的压强值pi的线性回归方程；其中：i≥1；
13.步骤三、根据水深值hi与其对应的压强值pi的线性回归方程，计算待检测区域中第i检测点的河床面水深值h：
14.h＝kp
′
+b；
15.其中：k为线性回归方程斜率，b为线性回归方程斜距；
16.步骤四、重复步骤二和步骤三，对待检测区域中的其他检测点的水深值，并基于待检测区域中的所有检测点的水深值及其对应的检测点的分布情况，绘制该检测区域的河床断面图。
17.可选的，根据水深值h
′
及其对应的压强值p
′
建立该检测点的水深值hi与其对应的压强值pi的线性回归方程的具体过程如下：
18.1)、将所述的桥位区河床断面的测量装置中的密封腔体与带刻度尺寸的固定杆相互固定，并使活塞与固定杆上的某一特定刻度线对齐后将密封腔体与带刻度尺寸的固定杆一并竖直放入待检测区域的水中，得到该检测点在不同位置的多组水深值h
′
＝(h1,h2,
…
,hm)及其对应的多组压强值p
′
＝(p1,p2,
…
,pm)，其中：m为测量不同位置的总次数且m≥1；
19.2)、根据多组水深值hi′
及其对应的压强值pi′
，基于以下公式建立该检测点的水深值hi与其对应的压强值pi的线性回归方程：
20.hi＝(p
i-p0)/(ρ
水
g)＝pi/(ρ
水
g)-p0/(ρ
水
g)＝kpi+b。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.(1)本发明提供的一种桥位区河床断面的测量装置，通过将采用由密封腔体和活塞组成的水压检测组件置于待检测河床面上，通过该待检测河床面的水压对活塞提供压力以对该待检测河床面的水压进行实时检测，并实时传送至压强计中进行水强的实时读取，从而有效保证对待检测河床面的水深检测精度。
23.(2)本发明提供的一种桥位区河床断面的测量方法，首先通过基于同一检测点不同水位上的水深值及其所对应的压强值建立该检测点的河床面水深值与其对应的压强值的线性回归方程，再基于线性回归方程计算该检测点的河床面水深值，最终再基于待检测区域中的所有检测点的水深值绘制该待检测区域的河床面断面图，使其具有检测精准、简单可行的特点；同时因在检测过程中为实时检测，从而使采用该方法进行检测过程中其检测结构仅跟水深值不并，不受所测水域水流流速的影响。
24.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
25.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
26.图1是本发明实施例中一种桥位区河床断面的测量装置的结构示意图；
27.图2是本发明实施例中一种桥位区河床断面的测量方法中将桥位区河床断面的测量装置固定在带刻度尺的固定杆上并置于待检测河床面上的示意图；
28.图3是本发明实施例中一种桥位区河床断面的测量方法中基于当前检测点的多组水深值hi′
与其对应的多组压强值pi′
的线性回归方程计算当前检测点的河床面水深值hi的示意图；
29.图4是本发明实施例中一种桥位区河床断面的测量方法中活塞作用力示意图；
30.图5是本发明实施例中一种桥位区河床断面的测量方法中水压检测组件在检测过程中的分布示意图。
31.其中：
32.1、配重块，2、活塞，3、密封腔体，4、承压管，5、压强计，6、牵引绳。
具体实施方式
33.为使本发明的上述目的、特征和优点等能够更加明确易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精确比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施；本发明中所提及的若干，并非限于附图实例中具体数量；本发明中所提及的
‘
前
’‘
中
’‘
后
’‘
左
’‘
右
’‘
上
’‘
下
’‘
顶部
’‘
底部
’‘
中部’等指示的方位或位置关系，均基于本发明附图所示的方位或位置关系，而不指示或暗示所指的装置或零部件必须具有特定的方位，亦不能理解为对本发明的限制。
34.本实施例:
35.参见图1所示，一种桥位区河床断面的测量装置，包括水压检测组件和压强计5；
36.所述水压检测组件包括包括相互配合连接的密封腔体3和活塞2，所述活塞2设置于密封腔体3内且与密封腔体3之间形成有用于容纳空气的腔室，所述活塞2在水压的作用力下沿待检测区域的河床面位移；
37.所述压强计5与腔室贯通连接；
38.检测过程中，将密封腔体3置于待检测的河床面上，活塞2在水压的作用力下压缩腔室内的空气，压强计5对其压强进行实时检测，通过读取压强计5上的水压数值，实现待检测区域河床断面的检测。此处优选：为确保对待检测区域河床上水压检测的准确性，所述密封腔体3的开口端与待检测区域河床面采用相互垂直设置，密封腔体3用于与压强计5连接的端面设置为与活塞2相互平行的端面。
39.可选的，为便于对压强计5的压强数值的读取，所述压强计5采用承压管4与腔室贯通连接，且所述承压管4的长度大于待检测区域河床面至水位线的高度，以使压强计5暴露于水位线之上，便于操作人员对压强数值的读取。
40.可选的，为使水压检测组件能够顺利落入待检测区域的河床上，在密封腔体3上还设有配重块1，通过配重块1的自身重量，以确保水压检测组件能够落入待检测区域的河床上。
41.可选的，为便于水压检测组件的放置与收纳，在密封腔体3上还连接有牵引绳6。所述牵引绳6的长度大于待检测区域河床面至水位线的高度，以便于对水压检测组件放置与收纳。
42.参见图2所示，本发明还提供了一种桥位区河床断面的测量方法，具体包括以下步骤：
43.步骤一、组装上述所述的桥位区河床断面的测量装置，将其水压检测组件置于待检测区域的水位线上，读取当前压强p
水
并将当前压强p
水
记为：
44.p
水
＝p0+ρ
水
gh，
ꢀꢀꢀ
(1)
45.其中：p0为桥位处大气压强，ρ
水
为水密度，g为重力加速度，h为水深(此处h＝0)。
46.步骤二、建立待检测区域中第i(i≥1)个检测点的水深值hi与其对应的压强值pi的线性回归方程：
47.s2.1、将所述的桥位区河床断面的测量装置中的密封腔体与带刻度尺寸的固定杆(具体的，带刻度尺寸的固定杆可设置为水准尺等结构)相互固定，并使活塞与固定杆上的某一特定刻度线对齐(如固定杆上的0刻度线、5刻度线等)后将密封腔体与带刻度尺寸的固定杆一并竖直放入待检测区域的水中(参见图2所示)，得到不同位置的水深值h
′
＝(h1,
h2,
…
,hm)及其对应的压强值p
′
＝(p1,p2,
…
,pm)，其中：m为测量不同位置的总次数且m≥1；
48.s2.2、并根据水深值h
′
及其对应的压强值p
′
建立该检测点的水深值hi与其对应的压强值pi的线性回归方程，并计算待检测区域中的河床面的第i检测点的k值和b值；其具体过程如下：
49.设活塞与密封腔体之间的摩擦力f：
50.f＝μn≈0，
ꢀꢀꢀ
(2)
51.其中：μ为活塞与密封腔体之间的摩擦系数，n为活塞与密封腔体之间的压力，f为活塞与密封腔体之间的摩擦力；
52.将活塞作为分析对象，活塞处于受力平衡状态，则有平衡方程：
53.f
水
＝f
空气
±
f，
ꢀꢀꢀ
(3)
54.其中：f
水
＝p
水
a＝(p0+ρ
水
gh)a，f
空气
＝pia(其作用力示意图参数图4所示)；a为活塞面积，f
水
为水对活塞的作用力，f
空气
为密封腔体中空气对活塞的作用力；
55.则式(3)整理成：f
水
＝p
水
a＝(p0+ρ
水
gh)a＝p
ia±
μn
ꢀꢀꢀ
(4)
56.即：hi＝(p
i-p0)/(ρ
水
g)
±
μn/(ρ
水
ga)
ꢀꢀꢀ
(5)
57.采取措施f＝μn≈0，则有：
58.hi＝(p
i-p0)/(ρ
水
g)＝pi/(ρ
水
g)-p0(ρ
水
g)
ꢀꢀꢀ
(6)
59.由式(6)可知，hi与pi为一一对应的线性关系。
60.将式(6)进行整理列式如下：
61.hi＝(p
i-p0)/(ρ
水
g)＝pi/(ρ
水
g)-p0/(ρ
水
g)＝kpi+b
ꢀꢀꢀ
(7)
62.s2.3、基于水深hi值与其对应的压强值pi的线性回归方程，计算待检测区域河床面的k值和b值(参见图3所示)：
63.k＝1/(ρ
水
g)
ꢀꢀꢀ
(8)
64.b＝-p0/(ρ
水
g)
ꢀꢀꢀ
(9)
65.其中：k为线性回归方程斜率，b为线性回归方程斜距(截距)。
66.步骤三、计算待检测区域的第i检测点的河床面水深h值：
67.通过第i检测点不同位置所测得的压强值p
′
＝(p1,p2,
…
,pm)，通过下式计算得到该检测点河床面的水深h值：
68.h＝kp
′
+b。
ꢀꢀꢀ
(10)
69.步骤四、重复步骤二和步骤三，直到待检测区域所有检测位均测量完成，基于待检测区域中的所有检测点的河床面水深值以及其应对的检测点的分布情况，绘制该检测区域的河床断面示意图(参见图5所示)。
70.应用上述所述的一种桥位区河床断面的测量方法对待检测区域的河床断面进行检测的具体过程如下：
71.①
、组装上述所述的桥位区河床断面的测量装置，并将其水压检测组件置于待检测区域中第1个检测点的水位线上，读取当前位置的压强p
水
；
72.②
、将密封腔体与带刻度尺寸的固定杆相互固定，并使活塞的下端面与固定杆上的o刻度线对齐；
73.③
、将密封腔体与固定杆同步采用竖直向下的方式放入该检测点的水中第1个水深位，读取当前水深位的水深值h
11
以及其相应对的压强值p
11
；
74.④
、将密封腔体与固定杆同步采用竖直向下的方式放入该检测点的水中第2个水深位，读取当前水深位的水深值h
12
以及其相应对的压强值p
12
；
75.⑤
、重复步骤
④
，根据当前检测点的水深情况重复测量m次，得到m组水深值及其相对应的m组压强值；
76.⑥
、根据m组水深值及其相对应的m组压强值，建立当前检测点的水深值h
′
1m
与其对应的压强值p
′
1m
的线性回归方程；
77.⑦
、基于当前检测点的水深值h
′
1m
与其对应的压强值p
′
1m
的线性回归方程，计算该检测点的河床面水深值h；
78.⑧
、重复步骤
①
至步骤
⑦
，获得待检测区域的其他检测点的河床面水深值；
79.⑨
、基于待检测区域中的所有检测点的河床面水深值以及其应对的检测点的分布情况，绘制该检测区域的河床断面图。
80.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。