Нивелирование поверхности по квадратам

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по дисциплине Геодезия НИВЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПО КВАДРАТАМ Разработал Кузнецова М.А.

Руководитель Л. В. Шешукова Иркутск 2012 г.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. НИВЕЛИРОВАНИЕ
• 1.1 Работы, выполняемые нивелиром
• 1.2 Геометрическое нивелирование
• 1.3 Тригонометрическое нивелирование
• 1.4 Барометрическое нивелирование
• 1.5 Гидростатическое нивелирование
• 1.6 Построение плоскостей
• 2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
• 2.1 Камеральная обработка результатов площадного нивелирования строительной площадки
• 2.1.1 Обработка журналов нивелирования
• 2.1.2 Построение схемы нивелирования
• 2.1.3 Построение плана поверхности
• 2.2 Проектирование и разбивка горизонтальной площадки
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Рельеф (фр. relief, от лат. relevo — поднимаю) — совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм. Рельеф образуется главным образом в результате длительного одновременного воздействия на земную поверхность эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов.

Рельеф изучает геоморфология. Основными формами рельефа являются гора, котловина, хребет, лощина.

На крупномасштабных топографических и спортивных картах рельеф изображают изогипсами — горизонталями, числовыми отметками и дополнительными условными знаками. На мелкомасштабных топографических и физических картах рельеф обозначается цветом (гипсометрической окраской с четкими или размытыми ступенями) и отмывкой.

Денудационные равнины возникают на месте разрушенных гор. Аккумулятивные равнины образуются при длительном накоплении толщ рыхлых осадочных пород на месте обширных опусканий земной поверхности.

Складчатые горы — поднятия земной поверхности, возникающие в подвижных зонах земной коры, чаще всего на краях литосферных плит. Глыбовые горы возникают в результате образования горстов, грабенов и перемещения участков земной коры по сбросам. Складчато-глыбовые горы появились на месте участков земной коры, перетерпевших в прошлом горообразование, превращение в денудационную равнину и повторное горообразование. Вулканическое горы образуются при извержении вулканов. Целью данной курсовой работы является развитие у студентов навыков самостоятельной работы и закрепление полученных знаний по дисциплине «Геодезия» В процессе выполнения задания студентам дается возможность самостоятельного анализа учебной литературы в заданной тематике, приобретения навыка проектирования вертикальной планировки строительной площадки, обработки данных геодезических измерений и оформления графической документации.

1. НИВЕЛИРОВАНИЕ Нивелир (от фр. niveau — уровень, нивелир) — геодезический инструмент для нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками земной поверхности относительно условного уровня т. е. определение превышения.

Рис 1. Нивелирование

1. элевационный винт уровня

2. зрительная труба

3. корпус контактного цилиндрического уровня

4. целик

5. винт фокусировки трубы

6. закрепительный винт зрительной трубы

7. наводящий винт трубы

8. круглый установочный уровень

9. подъемный винт

10.пружинящая пластинка.

Нивелирование — определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки («нуля высот») или над уровнем моря.

Нивелирование — один из видов геодезических измерений, которые производятся для создания высотной опорной геодезической сети (т. е. нивелирной сети) и при топографической съёмке, а также в целях проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений, железных и шоссейных дорог и т. д. Результаты нивелирования используются в научных исследованиях по изучению фигуры Земли, колебаний уровней морей и океанов, вертикальных движений земной коры и т. п.

По точности выполнения нивелирование делят на I, II, III, IV классы точности. I и II классы относят к высокоточному нивелированию, III и IV классы — к точному. Также в строительных работах применяют менее точное — техническое нивелирование, которые ниже точности IV класса. Для каждого класса точности существует определенная методика выполнения работ.

* L — периметр полигона или длина линии, км** - ошибку вычисляют по невязкам линий или полигонов.

Нивелирование возникло в глубокой древности в связи со строительством оросительных каналов, водопроводов и т. п. Первые сведения о водяном нивелире связывают с именами римского архитектора Марка Витрувия (1 в. до н. э.) и древнегреческого учёного Герона Александрийского (1 в. н. э.). Дальнейшее развитие методов нивелирования связано с изобретением зрительной трубы (конец 16 в.), барометра — Э. Торричелли (1648 г.), сетки нитей в зрительных трубах — Ж. Пикаром (1669 г.), цилиндрического уровня — английским оптиком Дж. Рамсденом (1768 г.).

барометрический нивелирование плоскость камеральный

1.1 Работы, выполняемые нивелиром

1. Геометрическое (нивелиром и рейками);

2. Тригонометрическое (угломерными приборами (в осн. теодолитом посредством измерения наклонения визирных линий с одной точки на другую);

3. Барометрическое (при помощи барометра).

4. Гидростатическое (основано на свойстве жидкости сообщающихся сосудов всегда находиться на одном уровне, независимо от высоты точек, на которых установлены эти сосуды)

5. Радиолокационное (производится с помощью радиовысотомеров и эхолотов, установленных как на воздушных, так и на водных судах, автоматически вычерчивающих профиль проходимого пути)

1.2 Геометрическое нивелирование

Во время геометрического нивелирования превышение между точками получают как разность отсчётов по рейкам при горизонтальном положении визирной оси нивелира. Этот метод является наиболее простым и точным, но позволяет с одной постановки прибора получить превышение не более длины рейки, поэтому при больших превышениях в горной местности его эффективность падает.

Рис 2. Нивелирование из середины

Определение превышения заключается в визировании горизонтальным лучом с помощью нивелира и отсчета разности высот по рейкам.

где — отсчет по задней рейке; — отсчет по передней рейке;

Точность отсчета по рейкам составляет от 1−2 мм (техническое нивелирование) до 0.1 мм (нивелирование I класса).

На рисунке показано нивелирование методом «из середины», также существует метод «вперед»

1.3 Тригонометрическое нивелирование

При тригонометрическом нивелировании превышение между точками определяют по измеренным вертикальным углам и расстояниям между точками (горизонтальным проложениям). Тригонометрическое нивелирование позволяет с одной станции определить практически любое превышение между точками, имеющими взаимную видимость, но его точность ограничена из-за недостаточно точного учёта влияния на величины вертикальных углов оптического преломления и уклонений отвесных линий, особенно в горной местности.

Превышение определяется по измеренному теодолитом (кипрегелем, эклиметром) углу наклона линии визирования с одной точки на другую (б) и расстоянию между этими точками (S). Тригонометрическое нивелирование применяется при топографической съемке и других работах.

1.4 Барометрическое нивелирование

Превышение определяется по значениям атмосферного давления при помощи полной барометрической формулы.

1.5 Гидростатическое нивелирование

Основано на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах находиться на одном уровне вне зависимости от высоты расположения сосудов. Этот метод имеет высокую точность, позволяет определять разность высот между точками при отсутствии взаимной видимости, но измеряемая разность высот ограничена длиной наибольшей из трубок, соединённых шлангами.

1.6 Построение плоскостей

Вертикальное проектирование или построение плоскостей выполняется электронно-механическими прибором Зенит-прибором или лазерным уровнем.

Зенит-прибором (прибором оптического вертикального проецирования) переносят точки по вертикали. При возведении высоких зданий и сооружений положение стен и других элементов на каждом этаже проверяют от осей. Точки пересечения осей проецируют оптическим или лазерным лучом зенит-прибора.

Отметки проецируются с использованием принципа вращения лазерного луча и оптической системы, позволяющей развернуть луч в линию. Основное достоинство лазерного уровня — простота в работе, не требующая специальных навыков по настройке прибора, и возможность проведения работ только одним человеком. Такие уровни применяются в строительстве. Многие модели лазерных уровней имеют также возможность построения наклонных плоскостей и отвесных линий.

Для приведения нивелира в рабочее положение служат подъёмные винты подставки, для точного горизонтирования визирной оси при взятии отсчёта — элевационный винт.

Маркировка нивелиров, выпускаемых в России, состоит из буквенно-цифрового кода примерно такого вида: 3Н2КЛ. Здесь цифра 3 обозначает модификацию прибора, буква Н — нивелир, цифра 2 — среднеквадратическая погрешность на 1 километр двойного хода в миллиметрах, К — обозначает наличие компенсатора, Л — наличие горизонтального лимба для измерения горизонтальных углов (обычно с точностью порядка одного градуса).

Современные оптические нивелиры оснащены автоматическим компенсатором — устройством автоматической установки зрительной оси прибора в горизонтальное (рабочее) положение. В нивелирах с компенсатором цилиндрический уровень, параллельный оси зрительной трубы, может отсутствовать. В большинстве нивелиров также имеется круглый уровень для грубого горизонтирования инструмента.

Все оптические нивелиры имеют также нитяной дальномер для определения расстояний по рейке. Это связано с необходимостью контролировать равенство плеч при нивелировании способом «из середины».

По точности нивелиры делятся на высокоточные, точные и технические. Высокоточные оптические нивелиры снабжены микрометренной пластиной или съёмной насадкой для взятия отсчётов по штриховой инварной рейке. Для технического нивелирования, а также нивелирования III и IV классов точности обычно применяются шашечные рейки.

Помимо оптических, в последние годы получили распространение цифровые нивелиры. Они используются со специальной штрихкодовой рейкой, что позволяет автоматизировать взятие отсчёта. Цифровые нивелиры обычно оснащены запоминающим устройством, позволяющим сохранять результаты наблюдений.

В настоящее время существует терминологическая путаница понятий построитель плоскостей и Лазерный нивелир. Сам по себе такой прибор не является измерительным, т. е. нивелиром. Однако при наличии измерительной нивелирной рейки и достаточной стабильности указания уровня (в соответствии требованиями точности измерения для оптических нивелиров по ГОСТ 10 528–90), эти приборы можно считать нивелирами. Если же требования по точности измерения, которые можно выполнить по проецируемой линии, не соответствуют этим требованиям, подобные приборы следует считать лазерными уровнями (большинство бытовых приборов), что соответствует функциям строительных уровней согласно ГОСТ 9416–83 по проверке горизонтальных и вертикальных плоскостей, но не измерению разности высот!

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.1 Камеральная обработка результатов площадного нивелирования строительной площадки

На участке местности со слабо выраженным рельефом произведено геометрическое нивелирование по квадратам для планирования участка под горизонтальную площадку.

2.1.1 Обработка журналов нивелирования

Обработку журналов нивелирования (таблица 1) начинают с проверки всех записей и вычислений, выполненных в полевых условиях.

Вычисляют превышения по черной и красной сторонам реек по формуле 1:

h_ч = а_ч—b_ч ;h_кр = а_кр—b_кр, (1)

при этом расхождения в превышениях с учетом разности пяток пары реек не должны превышать 10 мм.

За окончательное значение превышения принимается среднее по формуле 2:

h_ср= (h_x+h_кр)/2. (2)

На каждой странице журнала выполняют постраничный контроль. Он заключается в подсчете сумм отсчетов на связующие точки по задней (Уа) и передней (Уb) рейкам, а также сумм превышений по черной и красной сторонам реек и средних превышений на станциях; при этом должно соблюдаться равенство 3:

(Уа — Уb)/2 = Уh / 2 = Уh _ср. (3)

Далее определяют высотную невязку хода по формуле 4:

Так как нивелирный ход замкнутый, то невязка вычисляется по формуле 4:

f_h= Уh_ср. (4)

Полученную высотную невязку сравнивают с допустимой по формуле 5:

f_h? f_hдоп, (5)

где f_hдоп = 50ммvL или f_hдоп = 10 мм vn (L — длина хода, км; n — число станций в ходе).

Если невязка не превышает допустимой величины, то ее разбрасывают с обратным знаком поровну на все средние превышения хода д_h = - f_h / n.

При этом сумма поправок должна равняться невязке с обратным знаком, то есть Уд_h = - f_h .

Вычисляют исправленные превышения по формуле 6:

h_испрi = h_{i +} д_i. (6)

По исправленным превышениям вычисляют отметки связующих точек по формуле 7:

Н_i= H_i-1 + h_iиспр, (7)

где H_i-1— отметка предыдущей точки хода.

Контролем правильности вычисления отметок связующих точек является соблюдение условия

H_кон = H_нач + Уh_испр. (8)

Далее вычисляют отметки промежуточных точек через горизонт инструмента ГИ. Для этого на станции дважды вычисляют ГИ относительно задней и передней связующих точек и из двух его значений берут среднее по формуле 9:

ГИ' = Н_з+а_ч; ГИ'' = Н_з+b_ч; Г_Иср = (ГИ' + ГИ'')/2, (9)

где Н₃, Н_п— отметки задней и передней связующих точек;

а_ч, в_ч— отсчеты по черной стороне реек, установленных на задней и передней связующих точках.

Отметки промежуточных точек получают вычитанием отсчетов по черной стороне рейки, установленной на соответствующей промежуточной точке, из отметки ГИ по формуле 10:

Н _пром = ГИ — с_пром. (10)

Таблица 1 — Журнал площадного нивелирования

Постраничный контроль:

(У _з — У_п) / 2 = Уh / 2 = Уh_ср

2.1.2 Построение схемы нивелирования На чертежной бумаге по нивелирному журналу в масштабе 1:500 составляют схему нивелирования. На схему наносят положение станций, а также показывают какие связующие и промежуточные точки с них снимались (рис. 1).

Рисунок 4 — Схема замкнутого нивелирного хода

2.1.3 Построение плана поверхности На чертежной бумаге в масштабе 1:500 строят сеть квадратов со сторонами 20×20 м. На эту схему переносят отметки вершин из журнала нивелирования. Проводят горизонтали через 0,25 м, определяя их положение методом интерполирования на сторонах и диагоналях квадратов аналитически или графически с помощью палетки. (рис. 2).

Рисунок 5 — План поверхности

2.2 Проектирование и разбивка горизонтальной площадки Проектирование горизонтальной площадки проводится по результатам нивелирования участка поверхности при условии нулевого баланса земляных работ, т. е. при условии равенства объемов выемок и насыпей.

На миллиметровую бумагу с сеткой квадратов выписывают отметки вершин квадратов (синим цветом). Переносят на картограмму проектную отметку (красным цветом) планируемой горизонтальной площадки, которую вычисляют по формуле 11:

Н_п =, (11)

где n — число квадратов;

H₁ — сумма отметок вершин, входящих в один квадрат;

H₂ — сумма отметок вершин, общих для двух квадратов;

H₄ — сумма отметок вершин, общих для четырех квадратов.

Пример вычисления проектной отметки приведен в табл. 2, рис. 3.

Таблица 2 — Вычисление проектной отметки

Рисунок 6 — Сеть квадратов с отметками вершин.

Вычисляют рабочие отметки вершин квадратов по формуле 12.

h_рабi = Н_пр — Н_i. (12)

Рабочие отметки (синим цветом) вершин квадратов переносят на картограмму земляных работ.

В квадратах имеющих противоположные знаки рабочих отметок определяют местоположение точек нулевых работ по формулам 13, 14.

(13)

. (14)

где d — расстояние между вершинами квадрата, внутри которого расположена точка нулевых работ;

h_раб1и h_раб2— рабочие отметки соседних точек квадрата, Контроль: x₁ + х₂ = d .

Полученные точки нулевых работ после соединения дают линию нулевых работ.

Рисунок 7- Картограмма земляных работ Определяем средние рабочие отметки вершин каждой полученной фигуры и заносим в табл.3. В эту же таблицу заносим посчитанные площади фигур S, м. Для каждой фигуры картограммы получаем объемы земляных работ Объем земляных работ вычисляют методом четырехгранных или методом трехгранных призм соответственно по формулам 16, 17:

; (16)

(17)

где — высоты призм;

S — площадь основания призмы.

Объем пятигранных призм в смешанных квадратах целесообразно вычислять как разность объемов четырехгранных и трехгранных призм: V₅ = V₄ — V₃.

Ведомость вычисления объема земляных работ приведена в табл.3.

Таблица 3 — Ведомость вычисления объема земляных работ

?_Н=1434,118 ?=1446,753

V_ср= = = 1440.47

Величина расхождения насыпи и выемки в процентах подсчитывается по формуле 18:

. = = 1.1% ?5% (18)

Разница в объемах насыпи и выемки допустима до 5%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом выполнения данной курсовой работы является развитие у меня навыков самостоятельной работы и закрепление полученных знаний по дисциплине «Геодезия» В процессе выполнения задания я самостоятельно проанализировала учебную литературу в заданной тематике, приобрела навык проектирования вертикальной планировки строительной площадки, обработки данных геодезических измерений и оформления графической документации.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Клюшин Е. Б. инженерная геодезия / Е.Б.клюшин, М. И. Киселев, Д. Ш. Михелев. — 4-е изд. испр.- М.:Академия, 2000. — 480с.

2. Кулешов Д. А. Инженерная геодезия для строителей / Д. А. Кулешов, С. Е. Стрельников. — М.: Недра, 1990. 256с.

3. Поклад Г. Г. Геодезия / Г. Г. Поклад, С. П Гриднев. — М.:Академический проект, 2007 — 592 с.

4. Маслов А. В. Геодезия / А. В. Маслов, А. В. Гордеев, Ю. Г. Батраков. — М.: КолосС, 2006. — 598 с.

5. Большаков В. Д. Справочник геодезиста: в 2 кн./ В. Д. Большаков, Г. П. Левчук. — М.: Недра, 1975. — 1056 с.