3. Нивелирование

Задача: изучить устройство нивелира, освоить методику геометрического и тригонометрического нивелирования и обработки полученных результатов.

Задание. 1. Изучить устройство нивелира и реек, приведение нивелира в рабочее положение по круглому уровню, наведение трубы на рейку и взятие отсчета по рейке.

2. Освоить методику геометрического нивелирования. По заданной отметке репера определить отметки передней и промежуточной точек способом из середины. Работа выполняется по заданному преподавателем варианту.

3. Освоить основные определения и методику тригонометрического нивелирования. Отметки точек, полученные геометрическим нивелированием, повторно определить тригонометрическим нивелированием. Отметка станции (точки пола, над которой установлен теодолит) меньше отметки репера на 0.32 м. Расхождения в отметках, полученных разными способами, не должны превышать 3 см.

Приборы и принадлежности: нивелир Н-3, нивелирные рейки, теодолит, микрокалькулятор, журналы геометрического и тригонометрического нивелирования.

На практических занятиях изучается устройство нивелира, наведение на рейку, взятие отсчетов, контроль отсчетов по разностям нулей красных и черных сторон реек, методика геометрического и тригонометрического нивелирования, обработки результатов измерений. В часы самостоятельной работы выполняется геометрическое и тригонометрическое нивелирование по своему варианту.

3.1. Основные понятия

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 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 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 тригонометрического нивелирования приведена на рис. 3.3. В строительстве тригонометрическое нивелирование применяется для составления топографических планов, измерения высоты сооружения.

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. В строительстве применяется при монтаже оборудования, определении осадок инженерных сооружений, обследовании конструкций. Вид нивелирования простой и вместе с тем точный (средняя квадратическая погрешность измерения превышения 0.5 мм). Самостоятельно освоить этот вид нивелирования не представляет трудности.

Нивелиры и нивелирные рейки

В строительстве применяются нивелиры: высокоточные Н-0.5, точные Н-3, технические Н-10. Цифра после буквы Н обозначает среднюю квадратическую погрешность определения превышения в мм на 1 км хода: 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.

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 (рис.3.1), широко применяемым на строительных площадках.

ксерокопия

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

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. Закрепляют становым винтом.

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 (рис.3.2).

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.

В комплект к нивелирам входят рейки: РН-05, РН-3, РН-10. Точностные характеристики реек соответствуют точностным характеристикам нивелиров.

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.