Нивелирование, способы, методы и допуски

Принцип работы лазерных уровней

Современные электронные нивелиры построены на визуализации отметок проецируемых самим прибором с помощью лазера. При этом разметка может производиться лучом сразу в нескольких плоскостях предметов и помещений. В качестве примера рассмотрим работу ротационного уровня, скорость вращения луча которого, достигает 400 -550 об/мин.

Преимущество использования такого нивелира в том, что им можно производить разметку, высчитывать превышение в условиях закрытых узких пространств помещений и на открытой местности, с минимальной погрешностью и под любым углом. Работать можно, как при дневном освещении, так и в темное время суток. Его удобно использовать при поклейки плитки на стену, оклейки обоев и выставления иных конструкций. С его помощью выполняют:

• нивелировку
• превышение точек
• размечать угол наклона конструкций

Лазерные уровни особенно незаменимы, там, где необходимо производить разметку на больших и удаленных плоскостях, так как они более удобны в отличие от веревочных отвесов, угольников и реечных уровней. Они безопасны в применении и относятся к 2 классу излучения. Сам луч прибора так же не представляет угрозы для человека, за исключением длительного воздействия на глаза. Все лазерные уровни ударопрочны и влагонепроницаемы, поскольку такие факторы влияют на работу и защита от них изначально заложена в разработку приборов. Для большего удобства, при интенсивном солнечном свете, рекомендовано использовать специализированные очки.

Все приборы необходимо подвергать проверке на точность периодично (раз в год). Желательно приобретать приборы известных марок и производителей. Использование непроверенного инструмента, может стоить вам больших ошибок, особенно при строительстве многоэтажных или многоярусных конструкций. Ошибки в сантиметрах на начальных этапах строительства, могут привести к невозможности его завершения, по причине не соответствия размеров верхних помещений или консолей, типовым завершающим конструкциям (фермам, плитам перекрытий и т.д.). Помните о том, что от кропотливой работы геодезистов, зависит весь ход строительного процесса, где задействовано множество ресурсов, как людских, так и машин (механизмов). А переделывать всю работу порой невозможно и дорого.

Технические параметры

Наиболее важными в нивелире являются шесть деталей конструкции, которые нужны для грамотного и точного измерения высот.

• Оптическая система – один из главнейших элементов. Линзы позволяют выстраивать луч определенной толщины и проецировать его на большие расстояния.
• Регулирующий механизм – необходим для установки нивелира на местности. Современные сложные модели оснащаются системой автоматического определения угла отклонения, которая еще сильнее облегчает эксплуатацию прибора.
• Элементы управления – имеются у всех видов лазерных нивелиров, однако ротационные аппараты отличаются разнообразными функциями. Но несмотря на это, разобраться в управлении довольно просто – достаточно ознакомиться с инструкцией.
• Излучатель света – представлен встроенным светодиодом, который проецирует луч на плоскости. Для измерений на больших расстояниях используются светодиоды высокой мощности. Однако они быстрее потребляют заряд энергии и вызывают нагрев аппарата. В одном нивелире может иметься от одного до трех светодиодов одновременно.
• Элементы питания – нужны для продолжительной работы нивелира, так как ротационные приборы являются автономными. В этой роли обычно выступают пальчиковые батарейки или съемные аккумуляторы, заряда которых хватает до 10 часов непрерывной работы. Мощным нивелирам одновременно требуется несколько источников питания: отдельно для электромотора и светодиодов.
• Регуляторы вращения – позволяют настроить скорость вращения подвижной головки под выполнение конкретной задачи.

Также ротационный лазерный нивелир имеет в комплекте дополнительные приспособления, среди которых пульты, мишени и очки, которые облегчают эксплуатацию прибора.

У каждой модели нивелира есть свое техническое описание, в котором подробно изложены его характеристики. К ним относятся:

• предельная точность;
• величина погрешности;
• максимальное расстояние;
• цвет луча;
• доступные функции и возможности.

Теперь, когда вы имеете представление о параметрах лазерного нивелира и его элементах конструкции, мы можем перейти к описанию работы прибора.

Современные системы нивелирования в дорожном строительстве

В современном дорожном строительстве широко применяются автоматизированные системы нивелирования, которые позволяют управлять рабочим органом дорожно-строительной техники в зависимости от его текущего положения. При этом системы автоматического нивелирования отличаются высокой точностью работ, значительно повышающей качество дорожного полотна и сокращающей общие сроки строительства.

Автоматические системы нивелирования, установленные на асфальтоукладчиках, дорожных фрезах или бульдозерах, позволяют устранять дефекты старого дорожного полотна при укладке нового слоя покрытия. Такая нивелировка контролирует поперечный уклон дороги и выполняет его точно с заданными проектом параметрами.

Современные системы нивелировки для дорожно-строительной техники разделяются на несколько видов в зависимости от используемой технологии:

• ультразвуковые системы с различным количеством датчиков;
• лазерные системы нивелирования;
• системы на базе спутниковых GPS-технологий;
• трехмерные системы, работающие на базе тахеометра.

В зависимости от сложности и требуемого качества дорожно-строительных работ может использоваться та или иная система автоматической нивелировки. Главной особенностью таких систем, предлагаемых лидирующими мировыми производителями, является возможность модернизации систем нивелирования от простых до наиболее сложных.

Как работать с лазерным нивелиром, ликбез для новичков

Данное приспособление достаточно простое в эксплуатации, однако, начиная работы, следует изучить руководство.

Работа с лазерными нивелирами ФОТО: domavlad.ru

Как измерить расстояние лазерным нивелиром

Ряд приспособлений обладают специальными дальномерами, что даст возможность строить плоскость в авторежиме, а также считать расстояние. Иначе понадобится использовать обыкновенные рулетки.

Измерение расстояния ФОТО: postroibanu.ru

Как пользоваться лазерным нивелиром при устройстве пола

Нивелир является незаменимым во время обустройства лаг для пола. После запуска  прибора по периметру появится так называемый нулевой уровень.

Применение нивелира во время обустройстве пола ФОТО: yserogo.ru

Как использовать при работе со стенами

Области применения нивелира обширны. Его можно использовать для контроля укладки кирпичной кладки, устанавливать осветительные приборы и полки, выравнивать перила у лестниц, укладывать панели, для других работ, где требуется определение точного положения предмета по отношению к какой-либо плоскости.

Применение нивелира во время работ со стенами ФОТО: sami-stroim.com

Как проверить погрешность лазерного нивелира

Чтобы проверить точность приспособления, есть большое количество методов. Наиболее простой – проверка в маленькой комнате, которую возможно без труда измерить самому, чтобы уточнить расчёты. Устанавливается устройство точно по центру двух стен, которые находятся примерно на расстоянии 20 м между собой. Включается уровень и отмечается на стене точка, которая указана лазерным крестом. Построитель плоскостей поворачивается на 180 градусов, делается отметка на стене напротив.

Далее следует перенести прибор к какой-либо из стен, установить на дистанции 60–70 см от стены и сделать аналогичные отметки, как указано выше.

Замеряется дистанция между точек а1 и а2, между точек b1 и b2. Вычитается расстояние из другого (а1 и а2) − (b1 и b2), готовый показатель сравнивается с указанной точностью. Когда данные не превысят точность в руководстве, следовательно, уровень функционирует надлежащим образом.

Отметка точки А1 и А2 ФОТО: youtube.comОтметка точек B1 и В2 ФОТО: youtube.comСравнение расстояния ФОТО: youtube.com

Инструментарий геометрической нивелировки

Как было указано данный тип работ проводиться с помощью нивелира. Он представляет классический прибор с оптико-механической начинкой, обеспечивающий горизонт для визирного луча. Прибор монтируется на штативе и выставляется в точку стояния, затем при помощи специальных винтов выводиться в горизонтальную плоскость. Трубка нивелира бывает двух видов, прямого и обратного изображения. Трубкой прямого изображения оснащаются в основном нивелиры современного типа.

Приборы старого образца, хоть и имеют систему обратного изображения, но имеют отличную видимость. К тому же при работе с трубками обратного изображения применяется измерительная линейка в перевернутом виде и система поворотных линз. Стоимость таких приборов высока, да к тому же система линз для поворота изображения страдает одним недостатком. В условии рефракции наблюдаются незначительные искажения объектов, при использовании в жаркий период года.

И все же качество советских приборов цениться, по причине высокой четкости по сравнению с современными аналогами. В качестве примера возьмем советский теодолит и сравним его с электронным геодезическим тахеометром имеющий оптическую систему Carl Zeiss . Результат будет не в пользу последнего, так как советский хорошо подходит для локальной выверки с адекватным изображением. Если нужна глобальная картинка, необходимо использовать метод спутниковой геодезии.

Существует три типа конструкций нивелиров: цилиндрического уровня зрительной трубы, с компенсатором автоматом и электронные. Нивелиры так же принято делить по классу точности: технические (H -10), точные (Н-3, Н-3К, Н-3КЛ) и приборы высокой точности (Н-05, Н-1, Н-2).

Компенсаторы предназначены для устранения погрешности при установке нивелиров, и бывают ручного и автоматического типа. То есть, вывод в горизонтальную плоскость при ручном компенсаторе выполняется непосредственно человеком, а при автоматическом соответственно самовыравниванием.

Разбивка по квадратам

Нивелирование поверхности этим методом выполняется с целью получения топографических крупномасштабных планов равнинных территорий. Плавное положение контрольных точек определяется путем прокладывания теодолитных ходов. А высоты – методом геометрического измерения с использованием технических нивелиров. Процесс съема данных может производиться двумя разными способами: путем прокладки нивелирных ходов с постепенной разбивкой поперечников и по квадратам.

Нивелирование по квадратам выполняют путем разбивания на местности при помощи мерной ленты и теодолита (сетки со стороной ячейки двадцать метров) при измерении в масштабах 1:500 и 1:1000, сорок метров – при съемке в масштабе 1:2000 и сто метров при 1:5000.

Одновременно с этим производится фиксации ситуации изучаемой территории и составляется абрис. Эти процедура выполняется теми же способами, что и при теодолитной съемке. Помимо вершин ячеек, на местности фиксируют характерные объекты рельефа – плюсовые точки: вер­шину и основание холма, дно и бровки ямы, точки на линиях водослива и водораздела и другие.

Съемочное обоснование создается путем прокладывания по внешним границам сетки квадратов нивелирных и теодолитных ходов, которые затем привязываются к пунктам единой государственной сети. Высоты плюсовых точек и вершин ячеек определяют способом геометрического нивелирования. Если длина стороны квадрата сорок метров и меньше, то с одной станции стараются произвести измерение всех определяемых точек. Расстояние от прибора до планки не должно превышать 100-150 метров. Если длина стороны квадрата сто метров, в таком случае нивелир размещается в центре каждой ячейки. По данным полевой съемки местности методом квадратов составляют журнал нивелирования и абрис измерений.

Геометрическое нивелирование

Замечание 1

Геометрическое нивелирование выполняется с задействованием нивелира и нивелирных реек. Нивелир является прибором, в котором в горизонтальное положение приводится визирный луч. Отсчеты берутся по шкалам вертикально устанавливаемых реек нивелира. Возрастание оцифровки шкал на рейках осуществляется вверх от пятки рейки. Если нулевая отметка шкалы находится на пятке рейки, отсчет по рейке равнозначен расстоянию между пяткой и лучом визирования.

Рисунок 1. Схемы основных способов геометрического нивелирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Геометрическое нивелирование выполняется следующими двумя способами:

1. Нивелирование из середины (считается главным способом). С целью измерения превышения одной точки над другой нивелир устанавливается в средней части между ними, при этом в горизонтальное положение приводится его визирная ось. На этих точках устанавливаются рейки нивелира. Отсчет первой точки берется по задней рейке, а второй – по передней.
2. Нивелирование вперед предусматривает установку нивелира над первой точкой и последующее измерение (стандартно — посредством рейки) высоты прибора. Во второй точке, чью высоту потребуется установить, устанавливаются рейка. После приведения визирной оси нивелира в горизонтальное положение, берется отсчет второй точки по черной стороне рейки.

Принцип гидростатического нивелирования

• при монтаже оборудования крупных габаритов
• в отделочных и в архитектурных работах
• для выверки горизонта фундамента
• при укладке труб и монтаже сантехнических узлов
• для выставления горизонтальных направляющих
• для передач отметок высоты через преграды (перегородки, барьеры, водоемы)
• для отслеживания просадок зданий и деформации сооружений

Работа гидроуровня демонстрируется рисунком ниже, и как было указано ранее, основана на выравнивании уровня воды (любой другой жидкости, к примеру, антифриз) в сообщающихся емкостях (сосудах). Здесь для нахождения превышения h, используют разницу в отметках, со специальных шкал, нанесенных на сосуды (отметки а, б). Принцип, положенный в основу этого измерения допускает считывание превышения в условиях малых пространств. Пользование приборами такого типа, не потребуют специальных знаний, но не даст точного результата. При измерении гидроуровнем погрешность может составлять до 1 см, как в минус, так и в плюс.  Еще одним недостатком применения, можно считать неудобное перемещение прибора, а точнее его соединительного шланга.

Технический термин

В географии и геодезии слово «нивелировать» — это очень однозначный термин, лишенный всякой загадочной двусмысленности. Он предполагает процесс, в результате которого удается вычислить разницу высот относительно какого-либо выбранного ориентира. Чаще всего такой отправной точкой является уровень Мирового океана. Нивелировать можно с помощью разных приборов: теодолита и тахеометра, барометра и гидростатически сообщающихся сосудов, эхолотов и радиолокаторов. Строители при выравнивании площадки под здание руководствуются не уровнем моря, а определенным краеугольным камнем. С помощью нивелира и реек они производят геометрическое исследование местности на предмет выявления разницы высот.

Принцип геодезии на строительной площадке

Правильная организация геодезических работ на строительной площадке начинается с чётко поставленной цели работы. Соответственно задаче выбирается необходимый измерительный инструмент, технология производства, допустимая погрешность в измерениях.

Принципы геодезии созданы для снижения накопления неточностей измерений.

«От общего к частному» – система, при которой переходят от крупных опорных геодезических сетей к сетям низшего класса. Геодезические работы на строительной площадке начинаются с привязки к государственной опорной сети. Затем определяют разбивку осей строения и только потом выделяют положение конструктивных элементов в контуре здания.

Второй принцип заключается в контроле предыдущих измерений. Новые измерения производят после тщательной проверки предшествующих.

Следуя этим правилам, обеспечивают высокую точность геодезических работ в строительстве.

Список инструментов для нивелирования

Дополнительно к самому прибору потребуются:

• штатив;
• мерная рейка;
• отвес с нитью;
• планшет с листом бумаги или журнал для записи измерений.

18.4. ЦИФРОВЫЕ И ЛАЗЕРНЫЕ НИВЕЛИРЫ. ШТРИХКОДОВЫЕ РЕЙКИ

В связи с возрастающими требованиями к качеству и точности геодезических работ в настоящее время широкое применение находят цифровые и лазерные нивелиры. Цифровой нивелир.
Цифровой нивелир – это высокоточный оптический нивелир, но с автоматическим сбором, хранением и обработкой полученной информации (рисунок 18.10). Это значит, что все основные условия, необходимые для выполнения высокоточных измерений оптическими нивелирами, должны соблюдаться и для цифровых нивелиров.

Рис. 18.10. Цифровой нивелир Leica Sprinter 50 и нивелирная двусторонняя рейка для работы в режимах оптического / электронного снятия отсчетов

Работы по выполнению геодезических измерений выполняются в комплекте с рейкой, имеющей шкалу со штрихкодовым рисунком. На лицевой стороне штрихкодовой рейки нанесена растровая шкала чередуемых черных полос и белых промежутков. Их ширина по высоте кодирована. Световые волны от штрихкодового рисунка воздействуют на декодирующие датчики нивелира.
Визирный луч нивелира устанавливается горизонтально с помощью компенсатора.
Декодирующее устройство расшифровывает высотность нивелира относительно рейки по соотношению поступивших в объектив световых воздействий от темных и светлых реечных полос.
Процессор нивелира осуществляет счет измеренных превышений и их суммы с точностью 0,1 мм, а также определяет расстояние до реек и неравенство плеч нивелирования. Время снятия отсчетов по рейке составляет 2–4 с. Электроникой прибора автоматически вводятся поправки за кривизну Земли, рефракцию и погрешность отклонения визирного луча от горизонта.
Результаты измерений с уже введенными поправками отслеживаются на дисплее и по желанию оператора могут направляться в память нивелира. Программа реализует последовательное вычисление и вывод на дисплей высот точек установки рейки.Лазерные нивелиры предназначены для измерения превышений и передачи высотных отметок. Нивелир излучает видимый пучок света, относительно которого производят измерения превышений. В лазерных геодезических приборах в качестве излучателя светового потока используются оптические квантовые генераторы (лазеры).

Рис. 18.11. Лазерные нивелиры

Рис. 18.12. Отсчет по рейке

В настоящее время лазерные нивелиры выпускаются в основном с автоматически горизонтируемым пучком излучения, вращающимся лазерным лучом, что дает возможность формировать в пространстве световые линии и плоскости. Положение этой плоскости фиксируется на специальной рейке или стенах зданий.
Прибор устанавливается на штативе и с помощью трех подъемных винтов приводится в отвесное положение. Световая плоскость фиксируется визуально или с помощью фотоприемного устройства. Нивелир может быть установлен так, чтобы формировалась вертикальная плоскость. Он снабжен вычислительным устройством, позволяющим выполнять автоматическое вычисление превышений, высот и расстояний.

Ошибки, которые допускаются при использовании оптического нивелира

Для новичков, впервые приступающих к работе с нивелиром, важно учесть некоторые особенности:

Важно обеспечить сохранность прибора. Он хоть и защищён разного рода покрытиями, но чувствителен к ударам и толчкам

Для того чтобы полностью исключить погрешности прибора, стоит позаботиться о том, чтобы все крепёжные элементы и детали были в рабочем состоянии и функционировали исправно.
Не упускайте шанс использовать дополнительные штативы и крепежи. Это позволит сохранить прибор даже при внезапном порыве ветра.
Не стоит полностью доверять данным, указанным в инструкции. Стоит самостоятельно проверить возможности прибора. Если вы покупаете уже не новый аппарат, лучше провести его поверку в специализированном учреждении.
Не забывайте, что при работе с нивелиром обязательно нужен напарник.
А во время установки рейки она должна стоять точно на поверхности, чтобы избежать перекосов. Пусть даже если это овраг или лунка, линейка должна упираться в дно.
Не допускайте перегрева прибора. Это может сказаться на точности измерений.

Устройство и характеристики

Самый простой нивелир это оптический прибор, состоящий из пузырькового уровня в виде цилиндра, зрительной трубы с увеличением и визирной оси.

Настройка трубы выполняется оператором в зависимости от позиции исследуемого объекта.

Для выполнения измерений, такой нивелир работает в паре с нитяным дальномером и рейкой с сантиметровыми делениями.

Цифровые модели по принципу работы и строению схожи с оптическими, однако, все расчеты выполняются автоматически, что исключает ошибки оператора, а затем отображаются на экране.

Иной принцип работы у лазерных нивелиров, как и их устройство.

Лазерный луч достигая поверхности объекта, определяет имеющиеся отклонения.

Сегодня такой инструмент является самым распространенным.

Чтобы отклонения были четко видны, нивелиры имеют яркий красный луч, который отчетливо видно внутри помещений.

Для работы на открытом пространстве используется прибор с зеленым лучом.

Этот цвет, за счет своей длинны волны, лучше воспринимается человеческим глазом, а к тому же является более мощным и дальнобойным.

Приборы могут устанавливаться на штативе с градуированным лимбом, который позволяет выполнить приблизительное измерение горизонтальных углов.

ГОСТ

Для оптических нивелиров был разработан стандарт ГОСТ 10528-90, в котором указаны информационные данные о приборах, основные параметры и типы, предъявляемые технические требования и методы испытаний.

Этот стандарт заменил устаревший ГОСТ 10528-76.

Согласно ГОСТу, каждый оптический нивелир должен относится к одному из следующих классов:

1. Высокоточный – квадратическая погрешность на 1 км хода не превышает 0,5 мм.
2. Точный – погрешность не превышает 3 мм.
3. Технический – погрешность не более 10 мм.

Материал

Штативы для нивелиров изготавливают чаще всего из алюминия, так как данный материал имеет небольшой вес, но при этом обладает высокой прочностью.

Подобные характеристики положительно сказываются на удобстве транспортировки оборудования.

Также материалом для триног выступает дерево, за счет чего их стоимость выше, но и устойчивость лучше.

Мини-штативы компактного размера изготавливают преимущественно из стеклопластика.

Сами нивелиры должны обладать высокой прочностью.

По этой причине для изготовления корпуса качественных моделей используют преимущественно металл или специальный пластик.

Элементы настройки, например, винты, могут быть пластиковыми или металлическими.

Размеры и вес

В зависимости от типа нивелира, а также материала изготовления, ориентировочный вес составляет от 0,4 до 2 кг.

Оптические модели в среднем весят 1,2 – 1,7 кг.

При использовании дополнительного оборудования, например, триноги, масса повышается до 5 кг и более.

Ориентировочные размеры оптических нивелиров:

• Длина: 120 – 200 мм;
• Ширина: 110 – 140 мм;
• Высота: 120 – 220 мм.