Нивелир: принцип работы и применение¶
Нивелир — геодезический оптико-механический или электронный прибор для определения разности высот точек местности и построения горизонтальных плоскостей. Принцип работы основан на визировании по строго горизонтальной линии, которую формирует вращающийся оптический или лазерный излучатель. Нивелиры применяются в строительстве, монтаже коммуникаций, благоустройстве и земляных работах.
¶Классификация
По конструкции и принципу формирования горизонтали нивелиры делятся на:
- Оптические (гидростатические) — с оптической трубой на штативе и компенсатором, выравнивающим визирную линию. Точность — 0,5–3 мм на 1 км хода.
- Лазерные — формируют видимую лазерную плоскость (вертикальную, горизонтальную или круговую). Точность — 0,1–2 мм на 1 м в зависимости от класса.
- Электронные (цифровые) — оснащены датчиком наклона и цифровым табло, показывающим отклонение от горизонтали в градусах или миллиметрах на метр.
- Водяные (гидравлические) — прозрачный шланг, заполненный водой; разность высот определяется по уровню жидкости в двух концах. Просты и не требуют питания, но ограничены длиной шланга.
¶Устройство оптического нивелира
Классический нивелир (например, Н-3, выпускаемый в России) состоит из:
- Оптической трубы с визирной сеткой и окуляром;
- Компенсатора — маятникового механизма, автоматически удерживающего визирную линию горизонтально при незначительных наклонах прибора (обычно до ±15′);
- Цилиндрического уровня для предварительного вывертикаливания;
- Лимба и наводящих винтов для горизонтального поворота трубы;
- Штатива с неразъёмным винтом для крепления прибора.
Визирная сетка содержит горизонтальную нить и две вертикальные для измерения углов; центральная точка горизонтальной нити называется визирным пунктом.
¶Подготовка прибора к работе
- Установка штатива — раздвигают ножки, устанавливают на грунт, центральный винт подводят на уровень глаз оператора.
- Крепление нивелира — прибор привинчивают к площадке штатива, обеспечивая примерно горизонтальное положение.
- Вывертикаливание — по цилиндрическому уровню двумя подъёмными винтами приводят прибор в строго горизонтальное положение; при наличии компенсатора точная выверка не требуется, достаточно довести пузырьок уровня в центр.
- Фокусировка — наводят трубу на яркий предмет (например, нейтрально-серую поверхность или небо), вращением окуляра добиваются чёткости визирной сетки, затем наводкой на предмет с помощью фокусировочного кольца добиваются чёткости его изображения.
¶Порядок работ
¶Нивелирование сечений (профилирование)
Прибор устанавливают на штатив, измерительный рейку ставят на первую точку. По рейке считывают показание центральной нити (отсчёт). Затем рейку переносят на следующую точку и считывают новый отсчёт. Разность отсчётов равна разности высот. Для длинных линий нивелир перестанавливают, а связь между постами обеспечивают через промежуточную (переходную) точку: высота прибора над переходной точкой вычисляется дважды — с предыдущего и на следующий пост, расхождение не должно превышать допуск (обычно 5 мм).
¶Высотная съёмка
От базовой точки с известной высотой последовательно измеряют отсчёты на рейки, выставленные в точках съёмки. Высота точки вычисляется по формуле:
H = H₀ + a − b
где H₀ — высота базовой точки, a — отсчёт на рейке с базовой точки, b — отсчёт на рейке в определяемой точке.
¶Построение горизонтальной плоскости (лазерным нивелиром)
Лазерный нивелир устанавливают на штатив или магнитное основание, включают и по лазерной линии на стенах или рейках определяют отметку. Прибор можно откалибровать по водяному уровню или по двум отметкам на противоположных стенах.
¶Типичные ошибки
- Недостаточная фокусировка окуляра, из-за которой возникает параллакс;
- Отсутствие компенсатора или его поломка при попытке работать без точной выверки;
- Погрешность переходного отсчёта при перестановках;
- Просадка штатива на размягчённом грунте;
- Тепловая рефракция и мираж при работе на асфальте или над водой.
¶Требования к точности
Согласно российским строительным нормам (СП 126.13330.2012 «Геодезические работы в строительстве»), допустимая точность нивелирования II класса — 5 мм на 1 км хода при применении нивелиров с компенсатором. Для инженерных изысканий используют нивелиры классов Н-3 и Н-05.
¶Применение
Нивелиры применяются при устройстве фундаментов, разметке отметок чистого пола, монтаже трубопроводов и канализации с уклоном, прокладке дорог, планировке участков, установке маяков для стяжки, а также при съёмке рельефа для проектной документации.
¶Интересные факты
До появления оптических нивелиров в XVIII–XIX веках для определения разности высот применяли водяной уровень — прозрачный шланг или два сообщающихся сосуда. Принцип сообщающихся сосудов до сих пор лежит в основе работы простейших водяных уровней, применяемых в быту при монтаже навесных шкафов и подвесных потолков.
Источники:
- СП 126.13330.2012 «Геодезические работы в строительстве»
- Книги по инженерной геодезии: А. Д. Агеев, А. С. Михайлов «Курс инженерной геодезии»
- Руководства по эксплуатации оптических нивелиров Н-3 и Н-05