Нівелювання. Види, прилади та принципи роботи

407

До будівельних робіт не приступають спонтанно і без врахування безлічі правил. Попередньо проводиться багато технічних і документальних маніпуляцій, головною з яких є нівелювання земельної ділянки. Для проведення цієї процедури існує багато спеціальних приладів, як наприклад, електронні теодоліти або тахеометри. Також використовуються прилади з GPS модулями, але дана техніка вимагає особливих знань в управлінні. А ось освоїти нівелір під силу кожному будівельнику, зацікавленому в якості виконаних робіт.

Щоб правильно розрахувати місце для котловану під фундамент і вибрати оптимальну точку для скидання грунтових вод необхідно скласти план ділянки з відмітками висот. Визначення різниці висот між точками земної поверхні (перевищення) – це завдання нівелювання.

Існують кілька видів визначення перевищень, однак у будівництві переважно використовуються перші три методи з нижче перерахованих:

  1. геометричне нівелювання — використовує принцип горизонтальності візирного променя зорової труби інструменту, що використовується нівелір;
  2. тригонометричне нівелювання — за основу береться принцип нахилу візирного променя зорової труби інструменту, що використовується теодоліт;
  3. гідростатичне нівелювання — засноване на вирівнюванні рівня рідини в сполучених посудинах (водяний рівень);
  4. барометричний нівелювання — в залежності від висоти точки змінюється показник атмосферного тиску (застосовується в горах);
  5. автоматичне нівелювання — спеціальні датчики, встановлені на автомобілях, передають похилий вектор переміщення на зчитувальний пристрій (дорожні роботи);
  6. стереофотограмметрическое нівелювання — здійснюється на складному апаратному комплексі. Два космічних або аэрофотоснимка, виконаних з частковим перекриттям, завантажуються в спеціальний пристрій. При погляді на них через оптичну систему, ви отримуєте «3-D ефект присутності».

Інструменти і пристосування для геометричного нівелювання

Головний інструмент, за допомогою якого здійснюються заміри — нівелір. Класичний інструмент являє собою оптико-механічний пристрій, за допомогою якого в просторі забезпечується горизонтальність візирного променя. Нівелір кріпиться на штатив, встановлюється на точку стояння і виводиться в горизонтальне положення спеціальними гвинтами. Труба таких пристроїв буває як прямого (сучасні моделі), так і зворотного зображення. Власне, особливих проблем при роботі з перевернутим зображенням немає — вимірювальну рейку просто встановлюють догори ногами. Для повороту картинки використовується спеціальна система лінз, яка впливає на вартість інструменту. Додаткові лінзи також вносять незначні викривлення, які добре помітні за умов рефракції в жарку пору року. Приміром, видимість в радянському теодолите з перевернутим зображенням краще, ніж в електронному тахеометрі з оптикою Carl Zeiss. Хоча це і не дивно — зараз немає потреби в зйомках на великих відстанях, для цього більше підходять методи супутникової геодезії, а працювати з «правильної» картинкою все ж зручніше.

Конструктивно нівеліри бувають наступних типів:

  • з циліндричним рівнем біля зорової труби;
  • з автоматичним компенсатором;
  • електронні.

По класу точності інструменти прийнято ділити на наступні групи:

  • високоточні (Н-05, Н-1, Н-2);
  • точні (Н-3, Н-3К, Н-3КЛ);
  • технічні (М-10).

Літера «Н» у назві інструменту позначає нівелір, а цифри — среднеквадратическую похибка вимірювань в міліметрах на 1 кілометр відстані. Інші букви позначають конструктивні особливості інструменту (лімб і компенсатор).

Компенсатори здатні прибрати похибки установки інструменту, що підвищить точність виконаних робіт. При наявності ручного компенсатора інструмент в горизонтальну площину виводиться вручну, а ось стяжка нівелір здатний зайняти правильно положення автоматично.

Принцип нівелювання

Виконавець бере відлік по рейці (або рейках — передній і задній), яка встановлена на точці, і обчислює отримане значення перевищення. Метод, коли інструмент встановлений між вимірюваними точками, отримав назву «нівелювання із середини», і найбільш часто застосовується в будівництві.

Як видно з ілюстрації, перевищення між точками А і Б буде дорівнює різниці відліку по рейках, причому вона може бути як позитивна, так і негативна. Саме перевищення мало чим допоможе для виробництва робіт, таких значень повинно бути безліч, так як їх сукупність і дає нам уявлення про рельєф місцевості. Тому, як і у випадку з теодолитным ходом, виміри ведуться від точок з відомими висотами, іменованих «реперами».

Нівелірна мережа бере свій початок від нуля Кронштадтського футштока, який розташований на березі Балтійського моря. Тому система висот, що застосовується для виготовлення топографічних планів, і отримала назву «Балтійська». У нашому випадку абсолютна висота точки Б складе h = А + а – б, де А — відмітка точки щодо державної системи висот, а і б — відлік по рейках.

Ще один метод нівелювання передбачає використання інструменту замість рейки. Він отримав назву «нівелювання вперед».

У цьому випадку інструмент встановлюється на точку з певною висотою. Формула для обчислення висоти точки Б приймає наступний вигляд:

h = А + i – б, де i — висота інструменту, виміряна за допомогою рулетки.

Даний спосіб не завжди зручний при виробництві робіт, адже складно встановити інструмент на вертикальну поверхню стіни, та й працювати дистанційно, не наближаючись до об’єкту, набагато простіше.

Умовно кажучи, за початок відліку можна взяти уріз води будь-якого водоймища, що має сполучення з світовим океаном. Проте в цьому випадку можна говорити про умовну систему висот, адже точність визначення висоти в такому випадку буде недостатня для проведення робіт, хоча такий метод може застосовуватися на локальних майданчиках, де немає необхідності ув’язки висот з місцевими системами.

Тригонометричне нівелювання

Принцип тригонометричного нівелювання передбачає використання теодоліта або тахеометра. В цьому випадку вимірюється кут від горизонтальної площини до верху рейки або недоступного об’єкта. Цей метод менш точний, ніж геометричне нівелювання, однак дозволяє вести вимірювання на значні відстані і при значних кутах нахилу місцевості.

В цьому випадку робоча формула для визначення висоти прийме наступний вигляд:

h = s * tg ? + i – б або h = S * sin ? + i – б, де ? — кут нахилу променя, s — горизонтальне положення лінії, S — довжина візирної лінії, i — висота інструменту, а б — висота візування.

Гідростатичне нівелювання

Гідростатичні нівеліри невибагливі, прості в обігу і забезпечують швидке визначення перевищення. Цей вид нівелювання добре підходить для автоматизації вимірювань.

Сфера застосування гідростатичних нівелірів:

  • монтаж великогабаритного устаткування;
  • нівелювання фундаментів;
  • оздоблювальні та архітектурні роботи;
  • укладання сантехнічного обладнання і трубопроводів;
  • визначення горизонтальності направляючих;
  • спостереження за деформаціями і осіданнями будівель і споруд;
  • передача висоти через водні перешкоди і т. д.

Як відомо, у сполучених посудинах рівень рідин вирівнюється. Шукане перевищення h може бути знайдено різницею відліків а і б, які беруться за спеціальною шкалою, вбудованої в судинах. Цей метод дозволяє вести роботи в тісних приміщеннях, не вимагає спеціальних навичок, проте не завжди забезпечує необхідну точність (похибка вимірювань у цьому випадку ±10 мм) і створює незручності при переміщенні з’єднувальних шлангів.

Лазерні рівні

Електронна різновид нівелірів дозволяє візуалізувати відразу кілька площин допомогою проекції лазерного променя на предмети і споруди. Наприклад, ротаційний рівень обертається зі швидкістю 400-550 оборотів в хвилину і більше. За допомогою цього пристрою можна зробити розмітку як всередині приміщення, так і зовні, при денному світлі або в сутінках. Ці рівні незамінні при наклеюванні шпалер, облицювання плиткою або монтажі конструкцій з мінімальними допусками. Лазерний рівень дозволяє заміряти перевищення точок, проводити нівелювання або розмічати ухили. При використанні лазерного інструменту ви назавжди забудете про мотузкові висок і металеві кутники, які особливо незручні на відстані в десятки або навіть сотні метрів. Розмітка тепер стала можлива під будь-якими кутами навіть у найбільш недоступних місцях.

Лазерні інструменти безпечні, так як відносяться до другого класу приладів по потужності випромінювання. Промінь від лазерного рівня може нашкодити тільки у випадку тривалої проекції на око людини. Більшість приладів, що випускаються для будівництва, захищені від ударів і попадання вологи, так як це може позначитися на працездатності інструменту. При несприятливих умовах варто придбати спеціальні окуляри, що поліпшують видимість променя.

Як і у випадку з будь-яким іншим будівельним інструментом, перевагу варто віддавати моделям відомих марок. Нівеліри і лазерні рівні повинні проходити щорічні перевірки.