Практикум по инженерной геодезии./ Б. Б. Данилевич, В. Ф. Лукьянов, Б. С. Хейфиц и др. Под ред. В. Е. Новака. М.: Недра, 1987. 334 с

Тема 3. Геодезические измерения.


3.11. Нивелирование. Сущность и методы нивелирования.


Нивелирование – это вид геодезических работ по определению превышений между точками местности.
Нивелирование обычно используют для последующего определения высот точек при составлении топографических планов, карт, профилей. Применяют также нивелирование при наблюдениях за осадками и деформациями зданий, определение вертикальных перемещений точек зданий и сооружений.
Различают следующие методы нивелирования:
- геометрическое;
- тригонометрическое;
- физическое;
- автоматическое.
Геометрическое нивелирование – это метод определения превышения с помощью горизонтального визирного луга и нивелирных реек. Для получения горизонтального луга используют прибор называющийся нивелиром. Геометрическое нивелирование разделяется на нивелирование классов и техническое нивелирование.
Тригонометрическое нивелирование – это метод определения превышения по измерительному углу наклона и расстояния между точками, то есть с помощью наклонного и визирного луча. Применяют тригонометрическое нивелирование при топографических съемках и при определении больших превышений.
К физическому нивелированию относят методы, основанные на использовании различных физических явлений:
- метод гидростатического нивелирования, основанный на применении сообщающихся сосудов;
- метод барометрического нивелирования, основанный на определении превышений по разностям атмосферного давления в наблюдаемых точках.
Автоматическое нивелирование – осуществляют с помощью специальных приборов, установленных на автомобилях, вагонах и т. п. При этом сразу вычерчивается на специальной ленте профиль местности.


3.12. Способы геометрического нивелирования

Наибольшее распространение получили 2 способа геометрического нивелирования:

- из середины;
- вперед.
Из середины
В точки А и В устанавливают отвесно рейки, а посередине между ними прибор – нивелир. Когда нивелирование выполняют от точки А к точке В, то рейку в точке А считают задней, а в точке В – передней. Если с помощью нивелира взять отсчеты а и в, которые соответствуют расстоянию от пятки рейки до горизонтального луга визирования, задаваемого нивелиром, то превышение между точками будет равно:

h = a – в,

Если точка В выше точки А, h > 0 если точка А выше точки В h < 0.

Зная высоту точки A и превышение точки B h над точкой А можно получить высоту точки В:

H_в = Н_А + h,

то есть высота последующей точки равна высоте предыдущей точки плюс превышения.

Вперед
Нивелир устанавливают в точке А, измеряют высоту прибора i (отвесное расстояние от центра окуляра до точки) и с помощью горизонтального луга визирования берут отсчет в по рейке.

h = i – в,

превышение равно высоте нивелира минус отсчет по рейке

Н_В = Н_А + h,

Высоту точки В можно получить при помощи горизонта прибора (ГП) – отвесного расстояния от уровенной поверхности до визирной оси нивелира.

Как видно из рисунка

ГП = Н_А + i,

Или
ГП = Н_В + в,

то есть ГП равен высоте точки плюс высота прибора или высоте точки на которой стоит рейка плюс отсчет на нее.

Зная ГП определяют высоту точки на которую был сделан отсчет по рейке:

Н_В = ГП - в,

то есть высота точки равна ГП – отсчет по рейке на этой точке.

С помощью ГП удобно определять высоты в тех случаях, когда с одной станции (точка стояния нивелира) выполнены отчеты по рейке на нескольких точках.
Часто возникает задача в определении высоты точки, расположенной на значительном расстоянии от точки с известной высотой.
В этом случае от точки А до точки В прокладывают нивелирный ход, состоящий из нескольких станций и в котором точки хода, являющиеся передними на предыдущей станции и задними на последующей, называются связующими.
При нивелировании на крутом склоне возможно такое положение, когда визирный луч проходит выше рейки и «бьет» в землю. В этих случаях организовывают две или несколько станций с дополнительными связующими точками, которые называют иксовые.
Тогда превышение между точками А и В равно:

h_AB = h₁ + h₂ +……+ h_n = = - ,

Высота между этими точками:

H_B = H_A + h_AB = H_A + ,

3.13. Нивелиры и нивелирные рейки. Нивелирные знаки.


Нивелир – прибор с помощью которого определяют превышения между точками.
В соответствии с ГОСТ выпускаются нивелиры следующих классов:
- высокоточные Н-05;
- точные Н-3;
- технические Н-10,
где цифры указывают значения измерений на 1 км нивелирного хода.
В зависимости от конструкций нивелиры подразделяются на:
- уровенные;
- нивелиры с компенсатором.
Рейки для нивелирования выпускают трех типов:
РН-05, РН-3, РН-10.
Цифра обозначает величину в мм на 1 км хода.
Рейки имеют две стороны красную и черную со шкалой выполненной в виде сантиметровых . Для облегчения отсчетов первые пять сантиметровых делений каждого дециметра объединены в виде буквы Е.
На черной стороне ноль (начало шкалы) совпадает с пяткой рейки, на красной от произвольного числа, например, 4687. То есть начало отсчетов по черной и красной сторонам на определенную величину с целью выполнения контроля правильности отсчетов при нивелировании.
Разность отсчетов по черной и красной сторонам одной и той же рейки – величина постоянная.
Отсчеты по рейкам берут по средней нити сетки нитей нивелира с округленным до мм в виде 4-х значного числа.
Нивелирный ход на местности закрепляют постоянными и временными знаками – реперами и марками.
Реперы изготавливают из материала, обеспечивающего длительную сохранность и неподвижность – бетон, ж/б, металлические трубы с антикоррозийным материалом.
Постоянные реперы бывают:
- грунтовые;
- степные.
Грунтовые реперы закладывают на глубину превышающую наибольшую глубину промерзания для исключения возможности воздействия выталкивающих сил при выпучивании.
Внешним оформлением грунтового репера служит ж/б опознавательный знак с охраной плитой.
Степные реперы изготавливают из металла и устанавливают в цокольной части зданий.


3.14. Поверки нивелиров.

Перед началом работ каждый нивелир подвергается следующим поверкам:

1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.
Выполнение поверки: подъемными винтами выводят пузырек уровня в ноль -пункт. Поворачивают зрительную трубку на 180⁰. Условие выполнено, если пузырек уровня находится у пункте.
2. Вертикальная нить сетки нитей должна быть параллельна оси вращения нивелира.
Выполнение поверки: устанавливают ось нивелира в отвесное положение. На расстоянии 20 – 25 м от нивелира подвешивают отвес, при этом вертикальная нить сетки нитей должна совпадать с нитью отвеса.
3. Визирная ось зрительной трубы и ось цилиндрического уровня должны быть параллельны (главное условие нивелира)
Выполнение поверки: выполняют методом двойного нивелирования для чего устанавливают нивелир между закрепленными точками, находящимися на расстоянии 50 70 м друг от друга. Определяют превышение способом «из середины» больше трех раз при этом изменяют горизонт прибора. Далее определяют превышение способом «вперед» устанавливая нивелир у одной из точек. Вычисляют погрешность ∆х как разность превышений из двух способов. Вычисляют правильный отсчет по дальней рейке:

в = а – h_эт,

Лекция 12