- 29 -

3. Нивелирование

Цель работы: изучить устройство нивелира, освоить методику геометрического и тригонометрического нивелирования и обработки полученных результатов, приобрести начальные навыки выполнения поверок нивелира.

3.1. Виды нивелирования

Задача нивелирования – определение высот точек. Применяется в основном дифференцированный метод нивелирования, при котором непосредственно измеряется превышение одной точки над другой. По заданной высоте исходной точки и измеренному превышению вычисляется высота определяемой точки. В строительстве высоты точек определяются для составления топографических планов, профилей линейных сооружений, вертикальной планировки топографической поверхности, при выносе на местность проекта застройки по высоте, разбивочных работах, исполнительных съемках и т. д.

В строительстве преимущественно применяется три метода нивелирования: геометрическое, тригонометрическое и гидростатическое.

Геометрическое нивелирование – это нивелирование горизонтальным лучом, который строится при помощи уровня. Прибор – нивелир, в котором визирная ось трубы параллельна оси цилиндрического уровня. При положении пузырька уровня на середине визирная ось трубы горизонтальна. Для определения превышения берут отсчеты по нивелирным рейкам с оценкой миллиметров на глаз. Схема геометрического нивелирования приведена на рис. 3.2. Геометрическое нивелирование в строительстве – основной вид нивелирования. Применяется при построении высотной основы на строительной площадке, выносе проектных отметок на местность и монтажные горизонты, при определении осадок и деформаций инженерных сооружений.

Тригонометрическое нивелирование – это нивелирование наклонным лучом, при котором измеряется угол наклона теодолитом и и расстояние рулеткой или нитяным дальномером теодолита. По измеренному углу наклона и длине линии по формулам тригонометрии вычисляется превышение. Отсюда и название этого метода нивелирования. Схема геометрического нивелирования приведена на рис. 3.3. В строительстве тригонометрическое нивелирование применяется для составления топографических планов и при измерении больших превышений.

Гидростатическое нивелирование основано на законах гидростатики. А именно, уровень жидкости в сообщающихся сосудах устанавливается на одной высоте. По существу это нивелирование горизонтальным лучом. Применяется при измерении небольших превышений на малых расстояниях. Так в системе НШТ – 1 (нивелир шланговый технический первой модели) высота измерительной шкалы 200 мм, длина шланга, соединяющего стеклянные сосуды, 10 м, диапазон измерения превышений 200 мм, средняя квадратическая погрешность определения превышения 0.5 мм. В строительстве применяется при монтаже оборудования, определении осадок инженерных сооружений, обследовании конструкций. Вид нивелирования простой и вместе с тем точный. Самостоятельно освоить не представляет трудности.

3.2. Нивелиры и нивелирные рейки

В строительстве применяются следующие нивелиры: высокоточные Н-0.5, точные Н-3, технические Н-10. Цифра после буквы Н обозначает среднюю квадратическую погрешность определения превышения в мм нивелирным ходом длиной в 1 км. Таким образом, погрешности нивелирования на 1 км хода соответственно равны: 0.5 мм, 3 мм, 10 мм. В среднем на 1 км хода приходится 9-10 станций. Следовательно, в соответствии с теорией погрешностей, средние квадратические погрешности определения превышения на одной станции (расстояния между точками порядка 100 м) соответственно равны 0.2 мм, 1 мм, 3 мм.

- 30 –

По конструкции нивелиры различают: нивелиры с цилиндрическим уровнем (уровенные нивелиры), нивелиры с компенсатором. При наличии компенсатора к шифру нивелира добавляется буква К. Компенсатор обеспечивает приведение визирной оси трубы в горизонтальное положение автоматически при небольшом наклоне зрительной трубы. Диапазон работы компенсатора в отечественных нивелирах 15.

Некоторые нивелиры снабжены лимбом для измерения или построения горизонтальных углов. В этом случае к шифру добавляется буква Л. Так современные нивелиры 3Н-3КЛ: третья базовая модель нивелира с точностью нивелирования 3 мм на 1 км хода с компенсатором и лимбом. Относятся к классу технической точности. Нивелиры 2Н-2КЛ: средняя квадратическая погрешность нивелирования 2 мм на 1 км хода с компенсатором и лимбом. Относятся к классу точных нивелиров.

Освоив работу одним типом нивелира, самостоятельно можно освоить работу любым другим типом. На практических занятиях осваивается работа уровенным нивелиром Н-3, широко применяемым на строительных площадках.

Устройство уровенного нивелира Н-3 (рис. 3.1).

Нивелир состоит из двух основных частей: неподвижной нижней 13 и верхней 2, имеющей возможность вращаться относительно нижней на 360⁰ и наклоняться в вертикальной плоскости на 20 элевационным винтом 9. При работе нивелир устанавливают на штатив. Закрепляется становым винтом.

Рис. 3.1. Устройство нивелира Н-3

1 – окуляр; 2 – корпус трубы; 3 – механический визир; 4 – объектив; 5 – кремальера;

6 – наводящий винт трубы; 7 – круглый (установочный) уровень; 8 – исправительные винты установочного уровня; 9 – элевационный винт; 10 – подъемные винты; 11 – закрепительный винт трубы; 12 – коробка цилиндрического уровня; 13 – подставка

Пузырек круглого (установочного) уровня 7 приводят на середину подъемными винтами 10. Диоптрийным кольцом окуляра 1 устанавливают сетку нитей по глазу (до резкой видимости нитей сетки, как при работе с теодолитом). По механическому визиру 3 трубу наводят на рейку, закрепляют винтом 11. Наводящим винтом 6 устанавливают вертикальную нить сетки на середину рейки. Элевационным винтом 9 приводят пузырек цилиндрического уровня, помещенного в коробку 12, на середину. Вначале выводят пузырек на середину на глаз, а затем концы пузырька уровня, видимые в поле зрения трубы, совмещают в одно изображение. Такой уровень называется контактным. Точность приведения пузырька контактного уровня на середину в 4 раза выше, чем на глаз. По рейке берут отсчет, оценивая доли деления рейки на глаз, в миллиметрах. Схема отсчетов по рейке приведена на рис. 3. 2.

- 31 -

При работе нивелирами с компенсатором, после приведения пузырька установочного уровня на середину и установки сетки нитей по глазу, визируют на рейку и берут отсчет по ней. При этом следят, чтобы пузырек установочного уровня не выходил за пределы окружности, а изображение рейки в момент отсчета было неподвижным. При необходимости положение пузырька уровня исправляют подъемными винтами подставки и выжидают, пока прекратятся вынужденные колебания маятника компенсатора.

Устройство нивелирных реек

Рейки к нивелирам: РН-05, РН-3, РН-10. Точностные характеристики реек соответствуют точностным характеристикам нивелиров.

Рейки РН-05 изготовлены из 3-х метровых цельных деревянных брусков, на которых укреплены инварные ленты с полусантиметровыми делениями. Отсчеты берутся по микрометру нивелира Н-0.5 с точностью 0.05 мм. На инварной полосе нанесены две шкалы: основная с началом отсчета 0 и дополнительная, начало отсчета которой смещено относительно основной.

Рейки РН-3 складные, 3-х метровые, деревянные, двухсторонние. На черной стороне рейки нанесены сантиметровые деления в виде шашечек, закрашенных в черный цвет. Подписаны дециметровые деления. Пятка рейки начинается с нуля. На красной стороне рейки такие же шашечные деления, закрашенные в красный цвет. Но отсчет красной стороны рейки начинается не с нуля. В комплект реек к нивелиру входят рейки с разными нулями красных сторон: 4683 и 4783 мм (или 4700 и 4800). Две шкалы, черная и красная, смещенные на определенную величину, служат для контроля нивелирования.

Рейки РН-10 изготовлены аналогично рейкам РН-3. Разница – в точности нанесения дециметровых делений. Рейки РН-10 могут быть 4-х метровыми, складными.