Что делают нивелиром при строительстве дорог

Публикации для людей, интересующихся наукой и техникой

Рельеф местности — это совокупность неровностей поверхности земли, он является одной из важнейших характеристик местности. Знать рельеф — значит знать высоты всех точек местности. Высоту точки на местности определяют по превышению этой точки относительно другой точки, высота которой известна. Процесс измерения превышения одной точки относительно другой называется нивелированием.

Начальной точкой счета высот в нашей стране является нуль Кронштадтского футштока. От этого нуля идут ходы нивелирования, пункты которых имеют Балтийской системе высот. Затем от этих пунктов с известными высотами прокладывают новые нивелирные ходы и так далее, пока не получится довольно густая сеть, каждая точка которой имеет известную высоту. Эта сеть называется государственной сетью нивелирования; она покрывает всю территорию страны. Иногда высоты точек определяют в условной системе высот, если поблизости нет пунктов государственной нивелирной сети. Вследствие того, что измерение превышений выполняют различными приборами и разными способами, различают следующие нивелирования:

Как работать нивелиром и для чего он нужен?

• геометрическое;
• тригонометрическое;
• барометрическое;
• гидростатическое.

Геометрическое нивелирование – это метод определения превышения с помощью горизонтального визирного луча и нивелирных реек (рис. 1). Для получения горизонтального луча используют прибор, который называется нивелиром. Геометрическое нивелирование широко применяется в геодезии и строительстве.

Рис. 1. Способы геометрического нивелирования: а – способ «из середины»; б – способ «вперед»

Сущность геометрического нивелирования заключается в следующем. Нивелир устанавливается горизонтально и по рейкам с делениями, стоящими на точках А и В, определяют превышение h как разность между отрезками а и b: h = а – b. Длины отрезков а и b в геодезии называют отсчетами, а иногда – «взглядом».

Горизонтальный визирный луч создает специальный геодезический прибор – нивелир, устанавливаемый между точками А и В. На точках А и В местности отвесно устанавливают нивелирные рейки с нанесенными на них делениями.

Для геометрического нивелирования могут быть использованы кроме нивелира и другие геодезические приборы (теодолиты, тахеометры и т. д.), если придать их визирным осям строго горизонтальное положение. Различают способы геометрического нивелирования «из середины» и «вперед» (рис. 1, а, 6).

Геометрическое нивелирование «из середины» осуществляют следующим образом. Для определения превышения h между точками А и В (рис. 1, а) в этих точках отвесно устанавливают рейки и берут отсчеты а («взгляд назад») на точку А и b («взгляд вперед») на точку В. Как следует из рис. 1, а, превышение между точками А и В равно:

Если превышение h оказалось положительным, то это означает, что передняя точка В расположена выше задней точки А и, наоборот, при отрицательном значении превышения h передняя точка расположена ниже задней.

Как пользоваться нивелиром — 2.

Таким образом, превышение передней точки над задней равно разности отсчетов «взгляд назад» минус «взгляд вперед».

Если известна высота На задней точки А, то вычислив превышение, легко определить высоту Нb передней точки В по формуле:

То есть высота передней точки равна высоте задней плюс соответствующее превышение. Высота последующей точки может быть также определена через горизонт инструмента прибора Hi (рис. 1, а):

Горизонт прибора равен высоте точки плюс «взгляд на эту точку». Тогда высоту передней точки В легко определить по формуле:

Высота точки равна горизонту инструмента минус «взгляд на эту точку».

Способ нивелирования «из середины» является основным при производстве инженерных работ, поскольку практически не сказывается на результатах нивелирования точность юстировки прибора, а также влияние кривизны Земли и рефракции земной атмосферы. При геометрическом нивелировании способом «вперед» прибор устанавливают таким образом, чтобы окуляр его трубы находился над точкой А (рис. 1, 6). Вертикальное расстояние от центра окуляра до точки А называют высотой прибора i. Высоту прибора обычно измеряют с помощью вертикально установленной рейки.

Если в точке В установить рейку и взять на нее отсчет «взгляд вперед» b, то превышение между точками А и В определится:

На результаты нивелирования способом «вперед» существенное влияние оказывает точность юстировки прибора, а также влияние кривизны Земли и рефракции земной атмосферы. Поэтому геометрическое нивелирование способом «вперед» используют, как правило, при поверках и юстировках нивелиров перед началом полевых работ.

Нивелирование с одной стоянки прибора (станции) называют простым. Если требуется определить превышения или высоты для многих точек на значительном протяжении, то нивелирование осуществляют с нескольких станций, т. е. прокладывают нивелирный ход. Такое нивелирование называют сложным.

В процессе сложного нивелирования точки, общие для двух смежных станций, называют связующими, а остальные – промежуточными (рис. 2).

Рис. 2. Схема нивелирного хода: точки связующие (Рп, ПК1, +28, ПК3, +31,+72, ПК5); точки промежуточные (+41, ПК2, ПК4); а – продольный план.

При сложном нивелировании особое внимание уделяют связующим точкам, так как ошибка, допущенная в определении высоты одной из связующих точек, передается на все последующие.

При изысканиях автомобильных дорог, мостовых переходов, каналов и других линейных инженерных сооружений нивелирование ведут вдоль трассы сооружений, с определением высот переломных и характерных точек местности, с последующим составлением продольного профиля по оси будущего сооружения. Такое нивелирование называют продольным.

В характерных местах производят определение высот точек местности по перпендикулярам к трассе. Такое нивелирование называют поперечным. Необходимо иметь в виду, что поперечное геометрическое нивелирование производят обычно при небольшом перепаде высот между крайними точками поперечников, когда каждый поперечник может быть снят с 1-2 станций.

Классификация и устройство нивелиров

В соответствии с ГОСТ Р 53340-2009 нивелиры классифицируют по нескольким признакам.

По принципу приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение существует нивелиры с уровнем при зрительной трубы нивелиры с компенсаторами.

В приборах с уровнем перед каждым отсчетом по рейке пузырек цилиндрического уровня выводится на середину элевационным винтом. Таким нивелиром является, например, нивелир Н-3. Его устройство показано на рис. 3.

Рис. 3. Устройство нивелира с уровнем при трубе:

1 — зрительная труба; 2 — фокусирующий винт зрительной трубы;

3, 4 — закрепительный и наводящий винты; 5 — круглый уровень;

6 — исправительные винты круглого уровня; 7 — подъемные винты; 8 — подставка;

9 — элевационный винт; 10 — окуляр с диоптрийным кольцом для фокусировки трубы по глазу;

11 — исправительные винты цилиндрического уровня;12 — цилиндрический уровень

Вращая элевационный винт 9 (рис. 3), изменяющий наклон трубы 1 и цилиндрического уровня 12, приводят ось уровня в горизонтальное положение. Ось уровня горизонтальна, если его пузырек находится в нуль-пункте, на что указывает совмещение концов изображений половинок уровня в поле зрения трубы (рис. 4).

Рис. 4. Поле зрения зрительной трубы нивелира: отсчет по рейке равен 1449 мм

У нивелиров с компенсаторами визирная ось зрительной трубы автоматически приводится в горизонтальное положение с помощью специального устройства, называемого компенсатором. Компенсатор действует в пределах определенного диапазона, обычно 12-15´, поэтому предварительно прибор должен быть приведен в рабочее положение по круглому установочному уровню. Компенсаторы делят на две группы: оптико- механические и жидкостные.

Оптико-механические (маятниковые) компенсаторы используют свойство маятника занимать отвесное положение при наклоне прибора. На маятнике крепится оптическая деталь зрительной трубы (призма, зеркало), которая при наклоне прибора приводит визирную ось в горизонтальное положение. Для гашения колебаний маятника нивелир снабжают демпфером. По конструкции демпферы бывают воздушные или магнитные. Более надежны ми в эксплуатации считаются магнитные демпферы, они обеспечивает более высокую стабильность результатов измерений.

В жидкостных компенсаторах компенсирующим элементом является слой жидкости, поверхность которой при наклоне прибора всегда принимает горизонтальное положение, образуя со стеклянным дном ампулы оптический клин с углом, при вершине равным углу наклона прибора.

Нивелиром с компенсатором является, например, нивелир SETL AT24D. Его устройство показано на рис. 5.

Рис. 5. Устройство нивелира с компенсатором:

1 — зрительная труба; 2 — круглый уровень;

3 — исправительные винты круглого уровня; 4 — наводящий винт;

5 — подъемные винты; 6 — подставка; 7 — кремальера;

8 — визир; 9 — крышка окуляра; 10 — окуляр;

11 — горизонтальный лимб

По точности, в зависимости от величины средней квадратической погрешности (СКП) измерения превышения на 1 км двойного хода, нивелиры делят на высокоточные, точные и технические.

По способу отсчитывания по рейке нивелиры делятся на визуальные и цифровые. Нивелиры с цифровым отсчетом в своей конструкции содержат электронно-цифровой датчик, позволяющей автоматически считывать положение визирной линии по специальной штрих-кодовой рейке, а также регистрировать, хранить и обрабатывать информацию.

Цифровые (электронные) нивелиры являются многофункциональными геодезическими приборами, совмещающими функции оптического нивелира, электронного запоминающего устройства и встроенного программного обеспечения для обработки полученных результатов. К таким нивелирам относится, например, точный нивелир SDL50 (рис. 6).

Рис. 6. Цифровой нивелир SDL50

Основные требования к нивелирным рейкам

Нивелирные рейки используют для определения превышений точек местности относительно плоскости нивелирования. В зависимости от класса и точности нивелирования применяются различные типы реек.

Условное обозначение отечественных нивелирных реек, применяемых для оптических нивелиров, состоит из буквенного обозначения, цифрового обозначения группы нивелиров, для которой она предназначена (для высокоточных нивелиров 05, точных — 3, технических — 10), номинальной длины рейки и обозначения стандарта. В обозначении складных реек или реек с прямым изображением оцифровки шкал после указания номинальной длины добавляют соответственно буквы С и (или) П.

Рейки для цифровых нивелиров имеют RAB- или BAR-код, по которому с помощью цифрового нивелира снимают отсчет и определяют расстояние до рейки. Рейки для цифровых нивелиров могут быть односторонними или двухсторонними (с дополнительной сантиметровой или E-градуировкой, позволяющей снимать отсчеты с помощью оптического нивелира). Нивелирные рейки могут также использоваться для установки детектора лазерного луча на заданной высоте при работе с лазерными нивелирами (построителями плоскостей).

По конструкции нивелирные рейки могут быть цельными, складными или телескопическими.

Цельными и складными являются, как правило, деревянные рейки. Для их изготовления используют деревянные бруски двутаврового сечения из выдержанной древесины хвойных пород. На нижнюю часть рейки крепится металлическая пластина, называемая пяткой рейки. На одной из сторон реек деления нанесены черным цветом, на другой — красной. На рис.

7 представлены разные виды реек.

Рис. 7. Рейки нивелирные

Рейки телескопической конструкции имеют компактные размеры (в сложенном состоянии), малый вес и очень удобны в использовании с различными оптическими нивелирами. Телескопические рейки обычно изготавливаются из алюминиевого сплава или фибергласса.

Оформление полевых журналов

После получения задания инженеры оформляют обложки журналов и необходимые чертежи, обертывают журнал плотной бумагой и на лицевой стороне пишут номер журнала, свою фамилию. Затем нумеруют листы и оформляют титульный лист, данные о нивелирах и рейках.

Записи в журналах делают вычислительным шрифтом, простым карандашом или шариковой ручкой черного или синего цвета.

Запрещается пользоваться химическими и цветными карандашами.

Ну что понравилась вам статья? Теперь вы знаете, что такое геометрическое нивелирование. Если у вас есть вопросы или нужна консультация пишите сюда.

Подписывайтесь на наш youtube канал, где мы постоянно выкладываем образовательные видео о чертежах, технологиях, 3D.

Источник: kompaswork.ru

Как пользоваться нивелиром — установка, устройство, вынос отметок

Как пользоваться нивелиром, для чего предназначен этот прибор рассмотрим в данной публикации. Нивелир – это геодезический прибор, предназначенный для измерения и выноса в натуру высотных отметок частей зданий и сооружений, характерных точек рельефа местности.

Процесс нивелирования заключается в определении разности высот точек поверхности земли или сооружений, а также высоты этих точек по отношению к условно принятой отсчётной поверхности, которой у нас является Балтийская система высот.

В последнее время распространение получили лазерные нивелиры, но их область применения крайне ограничена – в основном внутри помещения. Поэтому рассмотрим, как работать со строительным оптическим нивелиром.

Устройство нивелира, подготовка к работе

Классические модели оптических приборов состоят из двух основных частей обозначенных на рисунке 1 цифрами:

1. Нижняя или подставка (1) имеет три подъёмных винта (9), которыми приводят в вертикальное положение отвесную ось нивелира. Для этого подъёмными винтами регулируют круглый пузырьковый уровень (7). На нём нанесены две окружности – большая и малая. Пузырёк должен занять положение строго по центру малой окружности.
2. Верхняя часть со зрительной трубой (2) свободно вращается на 360 градусов и оборудована следующими регулировочными винтами:

• наводящий (5) – для поиска рейки или объекта его заменяющего;
• закрепительный (4) – для фиксации поворота инструмента;
• винт регулировки резкости — иначе кремальера(6);
• элевационный (3) – для настройки контактного цилиндрического уровня, который устанавливает визуальную ось трубы в горизонтальное положение.

Для наведения трубы служат целик (10) и мушка (11).

Рисунок 1 — Устройство нивелира

В окуляр трубы видно контактное изображение половинок пузырька цилиндрического уровня. Когда половинки сойдутся, горизонтальный уровень будет отрегулирован. В трубу мы также видим горизонтальную визирную нить, по которой снимаются отсчёты по геодезической рейке. Отдельные модели инструментов могут иметь визирную сетку нитей. Прибор готов к работе, если все его уровни отрегулированы.

Более старые модели (НВ-1) имеют два уровня:

• цилиндрический на подставке;
• контактный цилиндрический уровень со зрительной трубой, который виден в окуляре трубы.

Более поздние модели выпускались с самоустанавливающейся линией визирования. В них достаточно настроить только нижний цилиндрический уровень.

Установка нивелира в рабочее положение

Чтобы пользоваться нивелиром и снимать показания, необходимо установить его на штатив. Штатив представляет собой треногу с выдвигающимися телескопическими опорами. Благодаря этому длина опор изменяется и закрепляется фиксирующими винтами. Такая конструкция позволяет устанавливать штатив на резких уклонах, в неудобных местах, выдвигая каждую опору на нужную длину.

На концах опор имеются заострённые металлические наконечники с небольшими площадками (лапками) для нажатия на них ногой. Штатив слегка вдавливается заострёнными наконечниками в почву для создания устойчивого положения. В верхней части штатива расположена посадочная площадка с винтом для крепления прибора.

При установке штатива нужно размещать посадочную площадку горизонтально, чтобы легче было установить инструмент по уровню. Перед началом работы выбираем место установки прибора, с которого видны все точки нивелировки.

Нивелирная рейка для измерений

Вспомогательным инструментом для выполнения нивелирования служит нивелирная рейка. Существует несколько её видов. Рассмотрим, на мой взгляд, самую распространённую и удобную в работе, деревянную двухстороннюю складную рейку длиной 3 метра.

Двухсторонней она называется потому, что на одной её стороне чёрной краской изображены сантиметровые деления, напоминающие очертанием букву Е. Цифры на ней нанесены через 10сантиметров. На другой её стороне деления выполнены красной краской подобным образом.

Старые модели нивелиров дают перевернутое изображение, поэтому цифры на рейках к ним будут перевёрнутыми, что нужно иметь ввиду, чтобы правильно пользоваться нивелиром. В более современных моделях изображения получаются не перевёрнутыми, поэтому рейки к ним нужны прямого вида. Это следует учитывать, когда работаешь с нивелиром.

В строительстве в основном используется геометрическое нивелирование, суть которого заключается в измерении разности высот точек при помощи горизонтального луча зрения. При этом рейка должна устанавливаться на точку нивелирования строго вертикально, чтобы избежать погрешностей в измерениях.

В особо ответственных случаях — при монтаже технологического оборудования, на рейку закрепляют отвес или цилиндрический уровень. В измерениях участвуют два человека, один из которых снимает отсчёты через подзорную трубу нивелира, а второй перемещает рейку.

Примеры нивелирования

1.Определение разности отметок двух точек
Помощник ставит строго вертикально рейку на точку №1, а измеряющий наводит на неё трубу нивелира при помощи имеющегося на нём прицела. Поймав в окуляр объектива рейку, измеряющий регулирует резкость, фиксирует винтом подзорную трубу в неподвижное положение. Он считывает по визирной горизонтальной нити показание, которое записывает на бумаге.

Затем помощник переходит на точку №2, где повторяются аналогичные действия. После выполнения обоих измерений по разнице показаний отсчётов вычисляется разность отметок. Допустим, в первый раз отсчёт был 095, во второй 075. Разница отметок по высоте составляет 095-075=020 (двадцать сантиметров). Следует помнить, что чем больше отсчёт по рейке, тем ниже по уровню отметка точки и наоборот.

2.Вынос горизонтальной отметки нивелиром
Например, необходимо выровнять ленточный фундамент из блоков по горизонтали железобетонным поясом под перекрытие. Поверх блоков будет установлена опалубка для бетонирования монолитного пояса. Визуально находим самую высокую точку на арматурном каркасе пояса. Устанавливаем на неё рейку и снимаем отсчёт, исходя из описания, как пользоваться нивелиром. Допустим, он получился 122.

Учитывая толщину защитного слоя бетона над арматурой 20миллиметров, вычисляем необходимую горизонтальную отметку по всей длине пояса. Она будет равна 122-2=120. Затем, перемещая рейку вдоль опалубки, переносим на неё метки карандашом, мелом, краской либо забитыми горизонтально гвоздями, если опалубка деревянная. Метки выполняются на уровне низа рейки через небольшие расстояния(1-2 метра).

Таким образом, все метки будут находиться на одной высоте, соответствующей показанию 120. При укладке бетона в опалубку верх его должен совпадать с метками. По аналогии данный способ используется при выносе отметок под полы, другие горизонтально расположенные конструкции.

Выношу отметки парапета

В обоих примерах измерения производились с одной стоянки нивелира на одном горизонте инструмента. Горизонтом нивелира называется высота линии визирования над принятой отсчётной поверхностью. Эта величина имеет очень важное значение при перестановке прибора в процессе измерений. На новой стоянке горизонт инструмента, как правило, изменяется. Поэтому разница между старым и новым горизонтом, взятым над одной и той же точкой, необходимо обязательно учитывать.

Хранение нивелира

Нивелир является сложным оптическим прибором, требует правильной эксплуатации и хранения, исходя из описания, как пользоваться нивелиром его нельзя ударять, ронять во избежание порчи. В моей практике известны случаи, когда после падения инструмента на бетонную поверхность он уже не подлежал ремонту. Хранить нивелир надо строго в специальной коробке, в которой он поступает с завода изготовителя.

После каждого применения нивелир следует снимать со штатива. Периодически, не реже одного раза в три года, его следует подвергать поверке. Линзы подзорной трубы рекомендовано протирать мягкой тканью. Поверка и юстировка инструмента должна осуществляться специалистом.

Для чего нужно нивелирование

В строительной практике нивелир является незаменимым прибором. Без него невозможно построить ни одно серьёзное сооружение. На практике используют главное свойство правильно установленного инструмента – его ось визирования всегда строго горизонтальна.

В проектной документации указываются отметки отдельных конструкций, конструктивных частей сооружений, например, полов, перекрытий, элементов шатровых крыш и прочего. Вынос этих отметок в натуру выполняется при помощи нивелира. Если необходимо определить отметки дна котлована или траншеи, то и здесь он незаменим.

Несмотря на то, что ось визирования всегда горизонтальна, при помощи этого прибора можно произвести разбивку наклонных линий. Достаточно вычислить разность отметок точек при заданном уклоне на определённой длине.

Без нивелирования нельзя выполнить работы по вертикальной планировке территории, устройству дорог, проездов, тротуаров и прочему. Так как они предусматривают решения по отводу дождевых и талых вод от зданий, с дворов, дорог.

И немного истории. С древних времен перед строителями стояла задача при возведении частей здания или сооружения придать им горизонтальное и вертикальное положение. Было замечено, что грузик на верёвке всегда принимает вертикальное положение, а поверхность воды горизонтальное. Это послужило поводом для создания устройств, позволяющих определять вертикаль и горизонталь.

Используя эти знания люди постепенно от примитивных приспособлений, пришли к созданию в 17 веке строительного уровня и зрительной трубы. На их основе в последующем был сконструирован нивелир, который предназначен для снятия высотных отметок при устройстве горизонтальных поверхностей. А как пользоваться нивелиром мы рассмотрели выше.

Источник: remont-stroitelstvo77.ru