Современную стройку можно сравнить с большим заводом, все цеха которого нацелены на выпуск ответственной продукции. Бригады и отдельные специалисты выполняют различные виды процессов, которые разнесены во времени. Очень многое зависит от слаженной работы смежных служб, при этом контроль качества становится во главу угла — ведь в здании в итоге будут постоянно находиться люди. Сложные электронные теодолиты и устройства для GPS наблюдений доступны для работы не всем, а вот освоить нивелир под силу любому строителю, заинтересованному в качестве выполненных работ.
План участка с отметками высот является основой для строительства. Данные о рельефе позволяют выбрать оптимальное место для котлована и рассчитать точку сброса поверхностных вод.
Так что задача нивелировки — определение разницы высот между точками земной поверхности, именуемой превышением. Зная проектную отметку пола первого этажа сооружения, можно рассчитать место сброса ливневых стоков, или предусмотреть точку врезки самотечной канализации.
В арсенале у специалиста есть различные инструменты и приспособления, которые позволяют получить локальные данные, не давая общей картины. Например, гигрометром определяют влажность определенного материала, а как узнать степень «набухания» всего сооружения? В этом случае нам на помощь приходит нивелир, с помощью которого можно получить значения высоты объекта и сравнить ее с контрольной.
Для этого в фасадную часть здания по периметру монтируются специальные марки, между которыми определяются превышения. Если марки расположены на одной высоте в пределах допуска — все в порядке, если одна часть здания дает просадку быстрее другой — пора эвакуировать людей.
Методы нивелировки
Существуют несколько видов определения превышений, однако в строительстве преимущественно используются первые три метода из ниже перечисленных:
- геометрическое нивелирование — использует принцип горизонтальности визирного луча зрительной трубы инструмента, используется нивелир;
- тригонометрическое нивелирование — за основу берется принцип наклона визирного луча зрительной трубы инструмента, используется теодолит;
- гидростатическое нивелирование — основано на выравнивании уровня жидкости в сообщающихся сосудах (водяной уровень);
- барометрическое нивелирование — в зависимости от высоты точки меняется показатель атмосферного давления (применяется в горах);
- автоматическое нивелирование — специальные датчики, установленные на автомобилях, передают наклонный вектор перемещения на считывающее устройство (дорожные работы);
- стереофотограмметрическое нивелирование — осуществляется на сложном аппаратном комплексе. Два космических или аэрофотоснимка, выполненных с частичным перекрытием, загружаются в специальное устройство. При взгляде на них через оптическую систему, вы получаете «3-D эффект присутствия».
Вот так, к примеру, выглядит трехмерная модель микрорайона, выполненная с использованием стереофотограмметрического комплекса. Далее осуществляется привязка жестких контуров местности в системе координат, и мы получаем цифровую модель, для которой в любой точке снимка можно получить значение высоты методом интерполяции.
Инструменты и приспособления для геометрического нивелирования
Главный инструмент, с помощью которого осуществляются замеры — нивелир. Классический инструмент представляет собой оптико-механическое устройство, с помощью которого в пространстве обеспечивается горизонтальность визирного луча. Нивелир крепится на штатив, устанавливается на точку стояния и выводится в горизонтальное положение специальными винтами. Труба таких устройств бывает как прямого (современные модели), так и обратного изображения. Собственно, особых проблем при работе с перевернутым изображением нет — измерительную рейку просто устанавливают вверх ногами. Для поворота картинки используется специальная система линз, которая влияет на стоимость инструмента. Дополнительные линзы также вносят незначительные искажения, которые хорошо заметны при условиях рефракции в жаркое время года. К примеру, видимость в советском теодолите с перевернутым изображением лучше, чем в электронном тахеометре с оптикой Carl Zeiss. Хотя это и неудивительно — сейчас нет потребности в съемках на больших расстояниях, для этого больше подходят методы спутниковой геодезии, а работать с «правильной» картинкой все же удобнее.
Конструктивно нивелиры бывают следующих типов:
- с цилиндрическим уровнем возле зрительной трубы
- с автоматическим компенсатором
- электронные
По классу точности инструменты принято делить на следующие группы:
- высокоточные (Н-05, Н-1, Н-2)
- точные (Н-3, Н-3К, Н-3КЛ)
- технические (Н-10)
Буква «Н» в названии инструмента обозначает нивелир, а цифры — среднеквадратическую погрешность измерений в миллиметрах на 1 километр расстояния. Остальные буквы обозначают конструктивные особенности инструмента (лимб и компенсатор).
Компенсаторы способны убрать погрешности установки инструмента, что повысит точность выполненных работ. При наличии ручного компенсатора инструмент в горизонтальную плоскость выводится вручную, а вот самовыравнивающийся нивелир способен занять правильно положение автоматически.
Принцип нивелировки
Исполнитель берет отсчет по рейке (или рейкам — передней и задней), которая установлена на точке, и вычисляет полученное значение превышения. Метод, когда инструмент установлен между измеряемыми точками, получил название «нивелирование из середины», и наиболее часто применятся в строительстве.
Принцип нивелировки методом «из середины»
Как видно из иллюстрации, превышение между точками А и Б будет равно разнице отсчета по рейкам, причем она может быть как положительная, так и отрицательная. Само превышение мало чем поможет для производства работ, таких значений должно быть множество, так как их совокупность и дает нам представление о рельефе местности. Поэтому, как и в случае с теодолитным ходом, замеры ведутся от точек с известными высотами, именуемых «реперами».
Нивелирная сеть берет свое начало от нуля Кронштадтского футштока, который, как мы помним из прошлых статей нашего цикла, расположен на берегу Балтийского моря. Поэтому система высот, применяемая для изготовления топографических планов, и получила название «Балтийская». В нашем случае абсолютная высота точки Б составит h = А + а – б, где А — отметка точки относительно государственной системы высот, а и б — отсчет по рейкам.
Еще один метод нивелировки подразумевает использование инструмента вместо рейки. Он получил название «нивелировки вперед».
Принцип нивелировки методом «вперед»
В этом случае инструмент устанавливается на точку с известной высотой. Формула для вычисления высоты точки Б принимает следующий вид:
h = А + i – б, где i — высота инструмента, измеренная с помощью рулетки.
Данный способ не всегда удобен при производстве работ, ведь сложно установить инструмент на вертикальную поверхность стены, да и работать дистанционно, не приближаясь к объекту, гораздо проще.
Условно говоря, за начало отсчета можно принять урез воды любого водоема, имеющего сообщение с мировым океаном. Однако в этом случае можно говорить про условную систему высот, ведь точность определения высоты в таком случае будет недостаточна для проведения работ, хотя такой метод может применяться на локальных площадках, где нет необходимости увязки высот с местными системами.
Принцип тригонометрического нивелирования подразумевает использование теодолита или тахеометра. В этом случае измеряется угол от горизонтальной плоскости до верха рейки или недоступного объекта. Именно методом тригонометрии мы и определили высоту опоры ЛЭП в предыдущей статье нашего цикла. Этот метод менее точен, чем геометрическое нивелирование, однако позволяет вести измерения на значительные расстояния и при значительных углах наклона местности.
Принцип тригонометрической нивелировки
В этом случае рабочая формула для определения высоты примет следующий вид:
h = s * tg ν + i – б или h = S * sin ν + i – б, где ν — угол наклона луча, s — горизонтальное проложение линии, S — длина визирной линии, i — высота инструмента, а б — высота визирования.
Гидростатические нивелиры неприхотливы, просты в обращении и обеспечивают быстрое определение превышения. Этот вид нивелировки хорошо подходит для автоматизации измерений.
Сфера применения гидростатических нивелиров:
- монтаж крупногабаритного оборудования;
- нивелировка фундаментов;
- отделочные и архитектурные работы;
- укладка сантехнического оборудования и трубопроводов;
- определение горизонтальности направляющих;
- наблюдение за деформациями и просадками зданий и сооружений;
- передача высоты через водные преграды и т.д.
Принцип действия такого устройства приведен на рисунке.
Принцип гидростатической нивелировки
Как известно, в сообщающихся сосудах уровень жидкости выравнивается. Искомое превышение h может быть найдено разницей отсчетов а и б, которые берутся по специальной шкале, встроенной в сосудах. Этот метод позволяет вести работы в тесных помещениях, не требует специальных навыков, однако не всегда обеспечивает необходимую точность (погрешность измерений в этом случае ±10 мм) и создает неудобства при перемещении соединительных шлангов.
Лазерные уровни
Электронная разновидность нивелиров позволяет визуализировать сразу несколько плоскостей посредством проецирования лазерного луча на предметы и сооружения. Например, ротационный уровень вращается со скоростью 400–550 оборотов в минуту и более. С помощью этого устройства можно произвести разметку как внутри помещения, так и снаружи, при свете дня или в сумерках. Эти уровни незаменимы при поклейке обоев, облицовке плиткой или монтаже конструкций с минимальными допусками. Лазерный уровень позволяет замерять превышения точек, проводить нивелировку или размечать уклоны. При использовании лазерного инструмента вы навсегда забудете про веревочные отвесы и металлические угольники, которые особенно неудобны на расстояниях в десятки или даже сотни метров. Разметка теперь стала возможна под любыми углами даже в самых недоступных местах.
Лазерные инструменты безопасны, так как относятся ко второму классу приборов по мощности излучения. Луч от лазерного уровня может навредить только в случае длительной проекции на глаз человека. Большинство приборов, выпускаемых для строительства, защищены от ударов и попадания влаги, так как это может сказаться на работоспособности инструмента. При неблагоприятных условиях стоит приобрести специальные очки, улучшающие видимость луча.
Как и в случае с любым другим строительным инструментом, предпочтение стоит отдавать моделям известных марок. Нивелиры и лазерные уровни должны проходить ежегодные поверки. Если работать неточным инструментом, и загнать сантиметровую невязку в отметку первого этажа, на последнем этаже у вас может не стать плита перекрытия. Так что изучайте статьи нашего цикла, используйте современное оборудование и шлифуйте свое мастерство. Построенное сооружение — результат кропотливой работы многих специалистов, которым очень бы не хотелось, чтобы их работа пошла под снос из-за невнимательности геодезистов.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
