Правила работы с нивелиром

Нивелир – это прибор, используемый для проведения геодезических измерений. Применяется при строительстве зданий, дорог, технических сооружений и других объектов. Основным его назначением является измерение перепада уровня высоты между областями/уровнями объекта строительства. Например, с его помощью измеряют разницу между высотой сторон фундаментов, армирующих поясов зданий и других элементов конструкций, обустройство которых требует повышенной точности. Перед использованием требуется подготовка прибора – приведение в рабочее положение его отдельных рабочих узлов.

Установка штатива

Чтобы добиться наилучшего результата при проведении измерений с помощью нивелира, необходимо научиться пользоваться этим прибором. Работа с ним начинается с установки штатива. Основными критериями, определяющими нормы рабочего положения штатива, являются:

• вертикальный уровень;
• горизонтальный уровень;
• устойчивость.

Наличие вертикального уровня в положении штатива на местности позволяет снизить погрешность конечного результата измерений. Эта погрешность может выражаться в нарушении горизонтального уровня. Таким образом, вертикальный уровень штатива влияет на отображение горизонтального уровня в окуляре нивелира.

Горизонтальный уровень расположения штатива определяется по наклону верхней посадочной площадки. Наличие отклонения ее поверхности от линии горизонта на угол, значение которого превышает допустимое, может привести к изменению вертикального уровня, отображаемого в окуляре прибора.

Устойчивость положения штатива – фактор первостепенной важности. В зависимости от состояния поверхности, на которой располагается штатив, должны быть приняты меры по обеспечению его устойчивости. В рамках этих мер грунт или другая поверхность проверяется на предмет рыхлости, наличие ям, трещин или других недостатков. Необходимо проверить устойчивость каждой опоры штатива: ни одна из них не должна проваливаться в почву, съезжать в сторону или каким-либо другим образом менять свое положение.

При выявлении степени устойчивости важно брать в расчет дополнительные нагрузки: во время проведения измерений нивелир будет вращаться на посадочной площадке. Усилия, прикладываемые для его вращения, не должны сдвигать штатив с места положения.

Выполнить правильную установку штатива поможет знание его устройства. Он состоит из следующих элементов:

• посадочной площадки;
• регулировочных винтов;
• опорных ножек (3 шт.);
• зажимов;
• опорных наконечников.

Посадочная площадка – это плоскость, расположенная в верхней части штатива. Она снабжена пазами с соединениями резьбового типа, различными зажимами и винтами регулировки. Под ней действует поворотный механизм, который позволяет вращать нивелир без смещения уровня его положения. Эта площадка соединяет между собой опоры штатива.

Регулировочные винты работают в сочетании с площадкой и с другими частями штатива. С их помощью можно менять положение посадочной плоскости в пространстве. Они позволяют добиться правильного уровня её расположения – её параллельности горизонту. Некоторые из винтов регулировки служат для фиксации положения. Их используют после завершения регулировки площадки. Их наличие позволяет ограничить её самопроизвольное движение и исключить отклонение от горизонта.

Опорные ножки штатива – основные элементы его конструкции. Они закреплены в одной области – под посадочной площадкой, и расходятся в сторону лучами. Их вылет в стороны ограничен механизмом крепления и ремнями, соединяющими их средние части. Каждая из ножек является телескопической. Выдвижение и фиксация положения колен опор осуществляется благодаря зажимам.

Зажимы – простые механизмы, расположенные в точках сочленения колен ножек. Они работают по рычажному принципу, что позволяет одним движением ослабить зажим или зафиксировать его. Такое решение для данного узла конструкции штатива является оптимальным, так как винтовые зажимы, которые использовались в более ранних модификациях, требовали больше времени и усилий для использования.

Наличие телескопических опор и рычажных зажимов на них позволяет повысить эффективность установки штатива даже на пересеченной местности. При необходимости одну или несколько опор можно выдвинуть лишь на часть, а оставшиеся расправить на полную длину.

Опорные наконечники штатива представляют собой заостренные металлические концы, оснащенные небольшим «эфесом», который препятствует глубокому проникновению наконечника в почву. Наличие этих наконечников с ограничителем повышает статичность конструкции. На гладкой поверхности заостренные концы не дают опорным ножкам скользить, что предотвращает смещение нивелира.

На мягкой и сыпучей поверхности наконечники погружаются в почву, но ограничитель препятствует этому погружению, контролируя его глубину. Это позволяет избежать случайных просадок одной или нескольких опор одновременно. Часто наконечники снабжены «лапками», которые служат для нажатия на них подошвой ноги. Таким образом, наконечники вдавливаются оператором прибора в почву на нужную глубину.

Настройка нивелира

Нивелир является оптическим прибором. Для его правильной работы важно его положение в пространстве. Чтобы его отрегулировать, предусмотрены специальные механизмы. В строительстве чаще всего используются нивелиры со встроенными пузырьковыми уровнями, регулировка с ориентацией на которые позволяет добиться правильного расположения.

Для наиболее эффективной регулировки нивелир снабжён тремя винтами, меняющими положение прибора по трем осям: X, Y и Z. Вращая эти винты поочередно можно добиться правильного положения. При проведении регулировочных манипуляций важно уделять внимание положению пузырьков воздуха в колбах с жидкостью. Для достижения наилучшего результата они должны быть расположены между ограничительных линий.

В верхней части прибора располагается круговой пузырьковый уровень. На его колбе размечены две окружности: большая и малая. После выставления нивелира «в уровень» пузырек должен находиться строго по центру малой окружности. Эта процедура является самым сложным этапом в настройке нивелира. Чтобы облегчить её выполнение, нужно устанавливать штатив максимально в «уровень», так как запас свободной регулировки прибора при помощи трех винтов ограничен. Следующим этапом настройки нивелира является регулировка его оптической линзы.

Фокусировка

Проведение манипуляций фокусировки обеспечивается наличием на приборе нескольких регулировочных элементов:

• кольца окуляра;
• фокусировочного винта;
• наводящего винта.

Кольцо окуляра служит для фокусировки взгляда на сетке нитей. Сетка нитей – это разметка, которую видит глаз через окуляр нивелира. Она состоит из вертикальной линии и нескольких горизонтальных. Измерения снимаются по самой длинной горизонтальной линии. Её пересечение с вертикальной полосой является отправной точкой для измерений, что дает возможность избежать выставления горизонта при проведении расчетов средней значимости.

Фокусировочный винт – регулятор фокуса, с помощью его настраивают фокус на самом объекте измерений. Любой нивелир используется вкупе с измерительной рейкой, что делает её этим объектом. После появления в трубке окуляра четкого отображения сетки нитей необходимо крутить фокусировочный винт до тех пор, пока изображение рейки, расположенное за сеткой нитей, станет четким. При вращении регулятора фокуса происходит перемещение линзы внутри трубы окуляра, что содействует приближению или удалению изображения. Производить коррекцию фокуса необходимо перед каждым снятием данных.

Наводящий винт вращает нивелир вокруг своей оси, позволяя перевести его объектив в нужное положение. В этом положении вертикальная линия разметки должны находиться по центру измерительной рейки.

Для повышения точности результатов необходимо знать, как правильно снимать показания прибора, что они означают и как производить коррекцию результата на их основе.

Измерение и фиксация значений

Измерение через нивелир производится путем выбора точки отсчета и последующей коррекции значений положения других точек на основе данных об исходной точке. Пример: измерительная рейка устанавливается на самую высокую точку измеряемой плоскости. Затем производится наведение нивелира на шкалу рейки.

Для удобства снятия показаний рейка перемещается вверх или вниз так, чтобы перекрестие линий в объективе встало на целое число, указанное на шкале рейки. Данное значение фиксируется. После этого рейка переносится на другую точку измерения. В новом положении необходимо найти зафиксированное значение на шкале – оно должно также совпасть с перекрестием объектива. После совмещения этих показателей, нижний край рейки станет точкой, по которой будет выставляться отметка.

В большинстве случаев такие отметки проставляются на реперах – специальных конструкциях, между которыми протягиваются строительные шнуры (применяются, например, при заливке фундаментов или кладке кирпичных стен). В зависимости от показателей совмещения перекрестия нивелира и значения шкалы рейки может понадобиться перенести репер или сместить его по вертикальной оси. В конечном итоге все ключевые точки отмечаются по нижнему краю рейки и совпадают с первой точкой отсчета по показателям уровня.

Нивелир позволяет выставлять измерительные точки на один уровень на больших площадях, что невозможно сделать с применением каких-либо других измерительных приборов. Расстояние, которое может ограничивать действие прибора, определяется его техническими возможностями и характеристиками линзы. Кроме того, нарушить процесс измерения может неправильно подобранная высота установки штатива. Если имеет место превышение допустимой высоты положения, а измерения необходимо провести в низине, длина измерительной рейки может оказаться недостаточной. Это приведет к тому, что в объективе нивелира будет отсутствовать линейка – провести замеры будет невозможно.

Если соблюдать базовые правила использования нивелира, можно добиться положительных результатов в съемке измерений. Это повлияет на конечное качество выполняемой работы.

При этом необходимо избегать распространенных ошибок, способных снизить эффективность прибора.

Возможные ошибки

Самой распространенной ошибкой при использовании нивелира является его неправильная установка. Пренебрежение даже малыми отклонениями от уровня может привести к значительным погрешностям в дальнейшем производстве работ. Чем больше расстояние измерения, тем больше будет отклонение от точного значения.

Еще одна ошибка – неправильный выбор чисел на шкале рейки. Выбираются лишь целые числа, без долей. Такая ошибка усложняет последующее сравнение выбранного числа с последующими показаниями. Дробные значения сложнее сопоставить друг с другом.

Отсутствие постоянной дорегулировки может привести к постепенному нарастанию погрешности, которая будет незаметна на начальных этапах. В дальнейшем это отрицательно скажется на качестве проводимых работ, что в итоге может угрожать безопасности при эксплуатации объекта.

Далее смотрите видео с советами о том, как правильно работать с нивелиром.

Устройство нивелира

Рассмотрим, из чего состоит и как работает обычный оптический нивелир. Основной частью прибора является оптическая труба, с системой линз способная приближать наблюдаемые объекты с двадцатикратным и более увеличением.

Труба закреплена на особой поворотной станине, необходимой для следующих функций:

• крепления на штативе;
• выставления оптической оси нивелира в строго горизонтальное положение, для чего станина имеет три регулируемые по высоте «ножки» и один или два (в моделях без автоматической подстройки) пузырьковых уровня;
• точной наводки по горизонтали, которую осуществляют парными или одиночным маховичком.

У некоторых моделей станина имеет специальный лимб, шкалу, позволяющую выполнять измерение или построение горизонтальных углов.

С правой стороны трубы расположен маховик, предназначенный для регулировки резкости изображения.

Подстройка под зрение оператора производится вращением регулировочного кольца на окуляре.

При взгляде в окуляр зрительной трубы нивелира, мы увидим, что помимо приближения наблюдаемого в прибор предмета, нивелир накладывает на его изображение систему тонких линий, называемую визирной сеткой или визирными нитями. Она образует крестообразный рисунок, из вертикальных и горизонтальных линий (см. рисунок 1).

Дополнительные приспособления и инвентарь

Кроме самого прибора, для работы нам понадобится уже упомянутый штатив, а так же специальная мерная рейка, с нанесенными на ней делениями и цифрами. Деления представляют собой полоски чередующиеся черные или красные полоски шириной в 10 мм.

Цифры на рейке нанесены с шагом в десять см, а значение от нуля и до конца рейки в дециметрах, при этом числа выражены двумя цифрами. Так, 50 см обозначается как 05, число 09 обозначает 90 см, цифра 12 укажет на 120 см и т.д.

Для удобства, пять сантиметровых рисок каждого дециметра объединены еще и вертикальной полоской, так, что вся рейка оказывается размеченной знаками в виде буквы «Е», прямой и зеркальной.

Старые модели приборов дают перевернутое изображение, и рейка к ним требуется специальная, с перевернутыми цифрами.

Вспомогательные приспособления к нивелиру

К нивелиру прилагается паспорт, где обязательно указывается дата его последней проверки и настройки или, как говорят геодезисты «поверки». Поверяют нивелиры не реже чем раз в три года, в специальных мастерских, о чем делается очередная запись в паспорте.

Кроме паспорта, в комплекте нивелира идет ключ для обслуживания и мягкая фланель для протирки линз и конечно защитный футляр, где он хранится. Модели с горизонтальным лимбом — угломером комплектуются отвесом для установки строго в нужной точке.

Оберегайте нивелир от ударов и толчков, даже когда он в футляре. Современные приборы оборудованы специальным устройством, осуществляющим точную подстройку по горизонтали, сильный толчок, внешне не оставивший ни малейшего следа, может повредить его тонкий механизм.

Принцип действия нивелира. Установка прибора

Принцип работы нивелира предельно прост: оптическая ось прибора располагается строго горизонтально и не отклоняется при вращении прибора, постоянно находясь в одной горизонтальной плоскости.

Рассмотрим более подробно, как это качество можно использовать на практике.

Работу начинаем с установки прибора. Раздвигаем, и устанавливаем штатив. При работе на мягкой почве вдавливаем в нее острия, которыми заканчиваются «ноги» штатива.

Регулируя длину «ног», выставляем штатив на удобную для работы высоту, стараясь, чтобы его верхняя площадка, куда ставится нивелир, располагалась горизонтально.

Извлекаем из защитного футляра нивелир и устанавливаем его на штатив, закрепляя винтом штатива.

Теперь необходимо выставить нивелир так, чтобы его оптическая ось расположилась строго горизонтально. Для этого инструмент снабжен круглым пузырьковым уровнем, расположенным на станине. Вращая верньеры на ножках прибора, выставляем воздушный пузырек строго в центр уровня (см. рис.1).

Теперь, как бы мы не вращали трубу прибора, оптическая ось будет располагаться горизонтально.

Работа с нивелиром на стройке

Определение превышения точек

Как устанавливать инструмент мы разобрались, теперь рассмотрим, как определять с помощью нивелира разность высот двух и более точек. Для этого нам понадобится рейка и помощник, который будет рейку держать и переносить туда, куда нужно.

Выбираем первую точку измерения (обозначим ее «а»), на которую помощник ставит рейку по возможности вертикально. Вертикальность можно корректировать по вертикальной риске визирной сетки, подавая соответствующие сигналы помощнику.

Наводим прибор на рейку, сначала приблизительно, пользуясь «прицелом» сверху трубы. Смотрим в окуляр и, вращая маховик, добиваемся четкой видимости рейки.

Снимаем показания. Для этого смотрим, между какими значениями рейки оказалась горизонтальная линия визирной сетки, добавляем к нижнему значению количество сантиметровых делений между линией значения и линией визира прибора (или, если это удобнее, вычитаем из верхнего значения).

К примеру, риска легла чуть больше чем на три деления выше цифры 15. Нужно записать в блокноте значение 153, округляя до сантиметра в большую или меньшую сторону.

Даем команду помощнику перенести рейку на следующую точку («б») и снова выполняем замеры. Допустим, на рейке мы увидели значение «18» а наша риска чуть-чуть не добралась до «буквы Е», которая соответствует пяти делениям (сантиметрам). Значение высоты будет равно 185. Записываем его.

Поскольку горизонт нивелира неподвижен, а двигается рейка, то чем она ниже, тем больше значение мы увидим в объективе. Вычитаем: 185-153=32 Точка «б» ниже точки «а» на 32 сантиметра.

Определение превышения точек

Перенесение отметки

Разберемся, как перенести с помощью нивелира высотную отметку. К примеру, нам нужно сделать репер, ориентируясь на который, экскаваторщик будет копать котлован, глубиной на два метра ниже отметки пола здания. Значение высоты пола, нам и нужно указать экскаваторщику.

Устанавливаем рейку на реперной проектной точке, высота которой соответствует проектной высоте пола здания, то есть ноля, берем отсчёт. При самостоятельной разработке проекта либо при → привязке к местности уже существующего проекта высота этой точки выставляется с помощью колышка либо на какой-то неподвижной поверхности (кирпичный забор, дерево, столб и т.д.) устанавливается метка. Либо такие реперы (метки) выставляет геодезист, сопровождающий стройку. Пусть, к примеру, получилось 162.

Непосредственно у места будущего котлована, вбиваем колышек и, поставив рейку вплотную к нему, снова снимаем значение, пусть оно будет равно 179. Разница составит 17 сантиметров. Откладываем 17 см от низа рейки вверх по колышку, отмечаем значение риской маркера или карандаша. Вбив рядом еще один колышек, чтобы его верх совпал с риской, получим хорошо видимый ориентир, после чего колышек с риской можно убрать.

Нивелир, рэпер и балтийская система высот

Чтобы узнать, как пользоваться нивелиром, не обязательно оканчивать курсы геодезистов или геологический институт. Достаточно внимательно прочитать эту статью, ознакомиться с видеовставками и поэкспериментировать с прибором, и вы сможете совершать высокоточные измерения не хуже квалифицированного инженера.

Методы нивелирования на местности

Нивелирами называется большая группа приборов, которые используются для определения и фиксации точного положения различных предметов по высоте. Причем предметами могут быть вполне произвольные точки и участки земной поверхности, а не определенные ориентиры.

Задача любого нивелирования состоит в измерении разницы высот между отметками (уровнями) будущего здания (сооружения). На практике, от величины такого превышения, от его грамотного измерения зависит общее качество строительства. Например, от запланированного «нулевого» уровня первого этажа дома рассчитывается глубина фундамента, сток грунтовых вод, проект дренажной системы, вид утепления отмостки и т.д.

Существующие методики нивелирования достаточно разнообразны:

• Гидростатический метод, основанный на свойстве одинакового положения жидкости в сообщающихся сосудах. Обладает высокой точностью и допускает измерение вне пределов прямой видимости между отдельными точками. Гидростатические замеры связаны с необходимостью прокладывать и заполнять жидкостью протяженные шланги и трубки, что не всегда удобно;
• Барометрический метод – применяется при планировании и разметке обширных архитектурных комплексов, нуждается в высокоточных барометрах, специальных компьютерных программах. В личном жилищном строительстве барометрические измерения не используются;
• Тригонометрические замеры посредством поворотного теодолита хороши тем, что не нуждаются в помощниках с дополнительными рейками. Теодолитные измерения ведутся как по горизонтальным, так и по вертикальным углам, однако освоить этот прибор сложнее, чем обыкновенный нивелир, да и стоимость теодолита в несколько раз выше;
• Геометрические измерения углов возвышения с помощью стандартных нивелиров выполняются только в одной плоскости и требуют установки вспомогательных отметок (тех же реек), их перемещения с места на место и записей в журнале измерений

Простота и надежность замеров обыкновенным нивелиром, его хорошая совместимость с нуждами частного и жилищного строительства делают его наиболее востребованным при проектировании и планировании многих работ – от заливки фундамента до проверки точности двускатной кровли.

Типовое устройство и классификация современных нивелиров

Конструктивное устройство нивелира незамысловато. На прочном треножнике расположен основной оптико-механический узел со встроенной системой линз. Этот узел должен обеспечить строгую горизонтальность визирного луча, с минимальным отклонением. Линзы могут давать как прямое, так и обратное (перевернутое) изображение. В последнем случае измерительные рейки тоже следует перевернуть при установке на местности.

В верхнюю часть корпуса каждого нивелира встраиваются датчики уровня. Прочная и точная установка прибора на местности определяет качество всех последующих измерений. Опытный оператор постоянно сверяется с показателями этих датчиков, регулируя их при необходимости рукоятками наклона оптико-механического узла. Это позволяет вовремя заметить случайное отклонение прибора от точного положения на местности и не повторять измерения заново.

Перед тем, как пользоваться нивелиром и рейкой, необходимо описать основные разновидности приборов для геометрических измерений превышения высоты. Наиболее просты и экономичны нивелиры с цилиндрическими уровнями (один или несколько), которые расположены непосредственно на трубе-визире. Значительно дороже и существенно точнее измерители с автоматической компенсацией «огрехов» установки, они удобны при работе на проблемных грунтах – щебень, песок и т.п. Нивелиры с электронной системой измерения используются при профессиональном проектировании крупных объектов и довольно сложны в настройке и эксплуатации.

По классу измерительной точности нивелирные устройства делятся на три основных группы:

• Технические приборы, маркировка Н-10, Н-12 и т.д.;
• Точные приборы, маркировка от Н-3 до Н-9;
• Особо точные приборы, маркировка от Н-05 до Н-2.5.

Цифры в названии обозначают среднюю погрешность измерений в миллиметрах на километр. То есть даже технический нивелир дает отклонение около 1 см на 1 километр расстояния до объекта – этого более чем достаточно для точного проектирования и грамотного планирования подавляющего большинства строительных работ.

Как пользоваться нивелиром – пошаговая инструкция для начинающих

Практическое применение обыкновенного нивелира описывается следующей последовательностью измерительных действий:

Как пользоваться нивелиром — пошаговая схема

Шаг 1: Установка штатива

Крепежные винты на всех трех ножках штатива необходимо расслабить, после чего каждая опора выдвигается на необходимую длину (эта длина может быть разной, ведь нивелир часто приходится устанавливать на пересеченной местности). Верхнюю часть штатива следует выставить в горизонтальное положение, после чего затягиваются фиксирующие винты на всех трех опорах. Большинство приборов снабжается плавными корректирующими креплениями на каждой "штативной ноге", ими выполняют точную настройку горизонтальности верхней площадки.

Шаг 2: Монтаж нивелира

Сама нивелирная труба устанавливается на штатив с помощью нескольких крепежных винтов, после чего предстоит поработать датчиками уровня. Вращением регулировочных винтов необходимо добиться точного, центрального положения пузырьковых уровней относительно нанесенных на них линий. Для удобства сначала выставляют пузырек в одном "окошке", не обращая внимания на другой. Потом настраивают второй уровень, уже отслеживая положение первого, наблюдая, как оно меняется по мере установки. Поэтапно настраивая положение прибора, добиваются его точной горизонтальности на монтажной площадке.

Шаг 3: Фокусировка оптико-механического узла

Перед тем, как работать с оптическим нивелиром, необходимо настроить окуляр выровненной зрительной трубы по зрению оператора. Как известно, острота глаз у разных людей различна, даже если все они не носят очков. Фокусировка стандартного нивелира выполняется следующим образом. Прибор наводят на хорошо освещенный и довольно крупный предмет и оперируют настройками, пока ниточная сетка не будет отображаться на этом предмете максимально четко. Потом эту операцию повторяют на рейках, устанавливаемых в других, уже менее освещенных местах. Эксперименты с настройкой фокусировки на предметах с различной освещенностью помогут при дальнейших измерениях.

Шаг 4: Измеряем и фиксируем наблюдения

Когда прибор установлен горизонтально точно, выровнен и сфокусирован, приступаем к инженерным изысканиям. Две рейки следует выставить впереди и сзади нашего прибора. Передняя будет показывать значение измеряемой высоты, задняя послужит для градуировки значений. Сначала нивелир наводится на черную сторону задней рейки, после фокусировки записывается значение по среднему и дальномерному штриху. Потом производят фокусировку на переднюю (основную) рейку, фиксируется среднее значение по ее красной стороне. Такой метод называется нивелирование по средней линии, отличается высокой точностью результатов и удобством многократных измерений.