9.1. Сущность и способы геометрического нивелирования
Для выполнения геометрического нивелирования необходимо наличие горизонтального луча визирования и отсчетной шкалы. Горизонтальный луч визирования формирует в пространстве специальный геодезический прибор – нивелир. Согласно ГОСТу 11158-83 выпускают три типа реек: РН-05, РН-3, РН-10 (для соответственно высокоточного, точного и технического нивелирования). Рейка представляет собой деревянную планку с делениями. Рейки изготавливают односторонние и двухсторонние. Последние имеют черную сторону – основную, оцифрованную от 0 мм и красную – контрольную, обычно оцифрованную от 4 687 мм или 4 700 мм (рис. 57, а, б, в). Разность отсчетов по красной и черной сторонам рейки называется пяткой рейки, которая должна быть постоянна во время измерений (контроль взятия отсчетов).
В зависимости от точности нивелирования применяют штриховые рейки с инварной полосой и круглым уровнем, односторонние, имеющие основную и дополнительную шкалы (РН-05) и шашечные рейки. Комплект штриховых реек состоит из двух трехметровых реек (по 6 кг каждая) и подвесной реечки длиной 1,2 м. Шашечные рейки изготавливают длиной от 1,5 до 4 м, они бывают складные и нескладные (рис. 57, д). Каждое деление рейки, затененное и белое, равно 10 мм, они образуют дециметровые подписанные деления. Для нивелирования, кроме нивелира и реек, используют металлический «башмак» с целью временного закрепления точки для установки рейки.
Различают два способа геометрического нивелирования в зависимости от места установки нивелира: «из середины» (рис. 54) и «вперед» (рис. 55). Расстояние от нивелира до рейки называется длиной визирного луча или плечом.
Точка А – исходная, с нее начинают измерения на станции нивелирования, ее называют задней; точка В – определяемая, ее называют передней. Одна установка нивелира называется станцией. Н – отметка точки; h – превышение, h = задний отсчет – передний отсчет.
По отметке точки А – НА и превышению можно вычислить отметку НВ точки В двумя способами:
При помощи превышения НВ = НА + h.
Через горизонт инструмента. Выразим h через (а – в)
НВ = НА + а – в. Обозначим ГИ = НА + а, тогда НВ = ГИ – в.
Горизонт инструмента (ГИ) – высота визирного луча над исходной уровенной поверхностью. На данной станции он равен отметке точки плюс отсчет по рейке, установленной в этой точке. По сложности нивелирование делят на простое и сложное или последовательное.
задняя рейка передняя рейка
в
в
а с В
........................................................................
А +20 h
ГИ
НА Н+20 .................................... НВ
Уровенная поверхность
Рис. 54. Способ геометрического нивелирования «из середины»
в В
i
i h
А
ГИ
НА НВ
Рис. 55. Способ геометрического нивелирования «вперед»
Простое нивелирование выполняется с одной установки нивелира. Сложное – путем нескольких установок, образующих нивелирный ход (высотный). Оно применяется при определении превышений между точками, расположенными на большом расстоянии друг от друга или намного отличающимися по высоте.
На рис. 56 (А – Х1 –Х2 – … -В) – нивелирный ход. Точки, являющиеся задними и передними, называются связующими. Их нивелируют по двум сторонам рейки.
а – задние отсчеты, в – передние отсчеты. Из рисунка видно:
h1 = а1 – в1, h2 = а2 – в2, hn = аn – вn.
Отметки связующих точек вычисляют следующим образом:
НХ1 = НА + h1испр.
НХ2 = НВ1 + h2испр.
………………
Нn = Нn-1 + hnиспр.,
где hіиспр. – исправленное среднее превышение (с учетом распределенной невязки, т.е. с учетом поправки).
Если необходимо знать отметку только конечной точки, то
НВ
= НА
+
.
Рис. 56. Сложное геометрическое нивелирование
Кроме связующих точек, на местности могут быть пронивелированы характерные точки рельефа, расположенные между двумя соседними связующими и называемые промежуточными (рис. 54). Нивелирование их производится после взятия отсчетов а и в взятием отсчета с по рейке, установленной в этой точке, только по черной стороне рейки. Отметки промежуточных точек вычисляют через горизонт инструмента по ранее приведенной формуле
Н+20 = ГИ – с.
Точки нивелирования закрепляют постоянными и временными знаками. К постоянным знакам относятся реперы – грунтовые и стенные, и нивелирные марки. Грунтовые реперы – это металлические трубы, которые закладывают в пробуренную скважину и цементируют. Реперы, закладываемые на глубину до коренных пород, называются глубинными. При нивелировании определяют отметку верха репера. Стенные реперы цементируют в цокольную часть капитальных сооружений. К временным знакам относятся деревянные и металлические колья (костыли), рис. 57, u и «башмаки», рис. 57, ж, з.
Рис. 57. Нивелирные рейки и временные знаки
а)
б)
в)
г)
Рис. 58. Современные нивелирные рейки: а) телескопическая алюминиевая рейка; рейки для цифровых нивелиров: б) инварная рейка с RAB-кодом;
в) фиберглассовая рейка BGS50; г) рейка с BAR-кодом