Нивелирование по квадратам и вертикальное планирование местности

- Понятие, виды, цели, способы нивелирования
- Виды топосъемки
- Методы геометрического нивелирования (нивелирование вперед, нивелирование из середины) и способы (простое и последовательное или сложное)
- Приборы для нивелирования (нивелиры, компенсаторы, нивелирные рейки)
- Нивелирование по квадратам
- Вертикальная планировка поверхности
...

1. Введение
2. Назначение и виды топографических съемок
3. Способы и методы нивелирования
4. Приборы для нивелирования
5. Техническое нивелирование
6. Вертикальное планирование местности
7. Заключение
8. Список литературы

Понятие, виды нивелирования, цели, способы нивелирования

h = a – b,
т.е. при нивелировании из середины превышение равно отсчету по задней рейке минус отсчет по передней рейке («взгляд назад» минус «взгляд вперед»).
Превышение будет положительным при a > b (передняя точка выше задней) и отрицательным при a < b (передняя точка ниже задней). Тогда высота точки В
Hв = Ha + h,
или
Hв = Ha + a – b.
Величина Ha + a = Hв + b = ГП, т.е. представляет собой горизонт прибора. Отсюда
Нв = ГП – b.
Определение высот точек с помощью горизонта прибора удобно выполнять, когда с одной станции (точки стояния нивелира) можно взять отсчеты по рейке на несколько точек.
Способ нивелирования из середины имеет заметные преимущества по сравнению с нивелированием вперед, т.к. в 2 раза повышает производительность труда и позволяет исключить влияние ряда погрешностей на точность определения превышений.
Геометрическое нивелирование независимо от способа его выполнения может быть простым и последовательным. Если превышения между двумя точками местности получают в результате одной установки нивелира (с одной станции), то такое нивелирование называется простым. Если нивелирование выполняют с целью передачи отметок на значительное расстояние либо построения профиля местности, то оно проводится с нескольких станций; такое нивелирование называется последовательным или сложным. [3]
ПРИБОРЫ ДЛЯ НИВЕЛИРОВАНИЯ
Основное условие геометрического нивелирования – ведение измерений, получение отсчетов по рейкам при горизонтальном положении визирной оси зрительной трубы. Установка ее в требуемое положение осуществляется с помощью цилиндрического уровня, пузырек которого вращением подъемных и элавационного винтов можно без особых усилий привести на середину (привести в нульпункт). Как только это сделано, ось цилиндрического уровня (касательная к внутренней поверхности ампулы в точке нульпункта) заняла горизонтальное положение. Теперь наблюдатель переключает свое внимание на процедуру визирования и отсчитывания по рейке. Результаты его определений будут верными только в том случае, если выполнено так называемое «главное условие нивелира» - его визирная ось и ось цилиндрического уровня параллельны.
Обратим внимание на терминологический оборот – «главное условие нивелира», - никакой другой геодезический инструмент аналогичной характеристикой не обладает, нет и в литературе и упоминаний о «главном условии теодолита» или «главном условии хронометра», например. Почему-то только у нивелиров одно из конструктивных требований названо так убедительно – «главное!». Глядя на конкретный инструмент, даже весьма опытный нивелировщик не сможет определить – да или нет, выполнено или нет у данного нивелира его главное условие. Убедиться в его наличии или отсутствии можно только выполнив поверку главного условия путем измерения небольшого превышения дважды – при существенно разных длинах плеч. Иными словами, испытуемый нивелир нужно поставить два раза, сделать две станции. На первой станции расстояние до одной рейки, например, около 3 метров, до другой – около 53 метров, на второй станции эти отрезки зеркально-симметричны. Если превышение между точками, где находились рейки, полученное при двух стоянках нивелира, одинаково – его главное условие выполнено.
Естественно, никакой реальный инструмент не может быть идеальным, всегда существует некоторая непараллельность его двух осей – трубы и цилиндрического уровня. Сегодня общепринят допуск для массовых нивелиров – при расстояниях рейки 50 метров непараллельность в виде хорды (отклонение луча от плоскости горизонта) разрешается до ± 4мм. Два измерения одного превышения с перекладкой трубы нацелены на погашение в среднем результате влияния этой непараллельности. Погасить, уменьшить влияние фактора несоблюдения главного условия в определенной степени удается и применением особой методики или правил ведения нивелирования, исключается не только важная инструментальная погрешность, но и уменьшается влияние рефракции и кривизны Земли на точность передачи высот (но совсем не обязательно устанавливать нивелир в створе реек).
Сегодня в России согласно ГОСТ 10528-90 (в первой редакции принят в 1963г., фактически это самый первый государственный стандарт на геодезические инструменты) выпускаются три группы нивелиров: высокоточные, точные и технические. Группы различаются между собой величиной допустимой средней квадратической погрешности измерения превышения на 1км двойного хода. Для высокоточных это 0,5мм, для точных 3,0мм, для технических 5,0мм. Стандартом предусматривается и заводское обозначение нивелиров соответствующих групп: Н-05, Н-3 и Н-5 (до 1990г. выпускался нивелир Н-10, первые серии которого обозначались НТ). [2]
По способу установки линии визирования в горизонтальное положение (или близкое к нему, но всегда однообразное относительно отвесной линии) различают так называемые уровенные нивелиры, у которых линию визирования устанавливают по цилиндрическому уровню, скрепленному со зрительной трубой. Для другого типа нивелиров, называемых самоустанавливающимися, линия визирования устанавливается автоматически горизонтально с помощью компенсатора после грубой (с ошибкой 5-10') установки оси нивелира в отвесное положение. Практически все современные нивелиры являются самоустанавливающимися.
Принцип действия компенсаторов основан на использовании силы тяжести. Самоустанавливающиеся нивелиры менее подвержены деформационным воздействиям при одностороннем нагреве на солнце и проще в эксплуатации, благодаря чему производительность труда в зависимости от вида работ повышается на 10-60%.
В качестве компенсаторов в самоустанавливающихся нивелирах применяют чувствительные элементы (маятник или свободная поверхность жидкости), положение которых устанавливается под действием силы тяжести. Разработанные к настоящему времени компенсаторы можно условно разделить на три группы: маятниковые, жидкостные и уровенные. [1]
Неотъемлемой частью ведения нивелирных работ являются нивелирные рейки. Промышленностью разных стран хорошо освоено производство их разнообразных вариантов. Наибольшее распространение получили так называемые «шашечные» нивелирные рейки, обычная длина которых 3м, а на обеих сторонах в виде шашечной краски (черной и красной сторонах рейки) нанесены сантиметровые деления-шашки. Шашечные рейки выпускаются как цельными, так и складными (4-метровые только складные). Некоторые зарубежные фирмы поставляют и 5-метровые металлические (из легких сплавов) раздвижные односторонние рейки. При работе с такими рейками, а цена деления или размер по высоте одной шашки – 1см, наблюдатель с помощью трубы с увеличением порядка 20-30 крат и при удалении рейки от нивелира до 100м может уверенно брать отсчеты с шагом квантования в 1мм.
Второй вариант реек встречается значительно реже, это так называемые инварные штриховые рейки (до 3м), они всегда только цельные, обычная цена их деления (расстояние между соседними штрихами) 5мм. Предназначаемые для самых высокоточных измерений – в комплекте с нивелиром, увеличение трубы которого около 40 крат, а цена деления уровня около 10 секунд, да плюс вспомогательное отсчетное устройство – все это в совокупности обеспечивает точность отсчитывания около 0,05мм!
Технические параметры всех типов нивелирных реек строго регламентируются государственным стандартом № 11158 (первая редакция в 1965 г.). [2]
ТЕХНИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ
С помощью технического нивелирования определяют высоты пунктов съемочного обоснования, нивелируют профили для линейных сооружений, геофизические профили, поверхности местности сравнительно большой площади и др.
Ходы геометрического нивелирования прокладывают между исходными реперами в виде одиночных ходов, между тремя и более исходными реперами систем нивелирных ходов с одной или несколькими узловыми точками. Замкнутые нивелирные ходы, опирающиеся только на один исходный репер, прокладывают только в исключительных случаях.
Техническое нивелирование выполняется также при инженерных изысканиях для проектирования строительства с целью получения информации о рельефе местности. При проектировании различных линий сооружений (дорог, трубопроводов, ЛЭП, каналов и т.п.) техническое нивелирование называют продольным, или нивелированием трассы. Часто при проектировании строительства, при изучении явлений на площадных объектах производят нивелирование площади по квадратам. [5]
Данный способ применяют при топографической съемке открытых участков местности со спокойным рельефом в крупных масштабах (1:500;1:5000) с малой (0,1;0,5м) высотой сечения рельефа с целью составления проекта вертикальной планировки и подсчета объемов земляных работ.
Создание плана по результатам нивелирования по квадратам начинают с разбивки в заданном масштабе сетки квадратов, у каждой выписывают округленную до сантиметра высоту. Согласно абрису наносят и вычерчивают в условных знаках ситуацию, а затем путем интерполирования горизонталями изображают рельеф.
Топографическую съемку небольших участков равнинной местности с небольшим количеством контуров при высоте сечения рельефа через 0,1; 0,25; 0,5м выполняют нивелированием поверхности по квадратам, прямоугольникам, характерным линиям рельефа и т.п.
При нивелировании по квадратам геометрическим нивелированием, различие состоит в методе определения планового положения и мерным прибором на местности разбивают сетку квадратов, в вершинах квадратов забивают колышки. Сначала строят квадраты со сторонами 100, 200 или 400м, а затем получая более мелкие квадраты со сторонами 40м при съемке в масштабе 1:2000, 20м — при съемке в масштабе 1:1000 и 1:500. Порядок нивелирования квадратов зависит от их размера и условий местности. [6]
. При разбивке квадратов выполняют съемку ситуации. Результаты съемки фиксируют в абрисе (рис. 1).
Рис. 1. Абрис нивелирования поверхности по квадратам
(стрелками показано направление скатов).
Нивелир устанавливают так, чтобы с меньшего количества станций выполнить съемку всего участка. Установив нивелир на станции I, берут отсчет по рейке, поставленной на опорной высотной точке (например на Рп I) и вычисляют:
ГП = Нрn + а,
где Нрn — отметка репера;
а — отсчет по рейке, установленной на репере. 
У номеров вершин квадратов выписывают отсчеты по рейкам, установленным на них, в абрисе штриховыми линиями показывают, на какие вершины квадратов выполнено нивелирование с данной станции. Отметки вершин квадратов вычисляют по формуле:
Нi = ГП – а.
Подобным образом выполняют нивелирование и с других станций с обязательным определением ГП на каждой станции по опорным высотным пунктам или связующим точкам. С каждой последующей станции нивелируют несколько связующих точек, при этом а1+ b2 = а2 + b1,  расхождение между этими суммами не должно превышать 10мм.
При нивелировании по параллельным линиям прокладывают параллельные магистральные ходы, часто по характерным линиям рельефа, по обе стороны от каждого хода разбивают перпендикулярные линии (поперечники). По ходам и поперечникам через 40м при съемке в масштабе 1:2000 и 20м — при съемке в масштабах 1:1000 и 1:500 закрепляют пикеты и снимают ситуацию. Высоты пикетов определяют геометрическим нивелированием.
Для разработки проектов вертикальной планировки традиционно применяется способ нивелирования поверхности по квадратам. На первом этапе на местности выполняют построение сетки квадратов при помощи теодолита и мерной ленты. На границе участка строят прямоугольник (или квадрат), на сторонах которого закрепляют вершины квадратов через заданные интервалы, а положение вершин в середине участка находят на пересечении створов, проходящих через соответствующие вершины на внешней границе. Все вершины заполняющих квадратов закрепляют кольями. На втором этапе выполняют геометрическое нивелирование вершин квадратов.
Первоначальная разбивка, как правило, служит только для выполнения съемки: до начала строительных работ проходит значительный период времени, разбивка частично или полностью утрачивается и требует восстановления.
Методика предусматривает долговременное закрепление только двух основных взаимно перпендикулярных осей площадки. Положение вершин квадратов определяется полярным способом. За исходную ось полярных координат может быть принята одна из основных закрепленных осей, а в качестве полюса – пересечение осей. [4]
ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЛАНИРОВКА ПОВЕРХНОСТИ
Естественный рельеф на строительной площадке обычно не удовлетворяет требованиям строительства сооружений, благоустройства, эксплуатации различных видов транспорта. Поэтому поверхность строительной площадки искусственно преобразуют с целью её приспособления к застройке, благоустройству и инженерно-транспортным нуждам.
Вертикальная планировка поверхности - это искусственное преобразование ее рельефа в целях строительства сооружений или благоустройства территории.
Вертикальная планировка строительной площадки выполняется в начальный период строительства (при подготовке площадки к строительству) и в заключительный период при благоустройстве территории (водоотвод, озеленение и т.п.).