Строительные измерения

Работы по строительным измерениям включают измерения положения (горизонтальные измерения), измерения высоты (вертикальные измерения), съемку поверхности площадки, разбивку сооружения на местности, маркировку и измерение безопасности. При этом необходимо производить измерения длин и углов, а также высот. Под измерением положения понимают измерения точек площадки и их нанесение на план, так же как и установление положения точек на площадке по имеющемуся плану. Положение точек на площадке получается путем измерения расстояний и углов и обозначается колышками или вешками. Их вертикальное положение определяется путем вертикальных измерений. Определение положения точек на площадке, например углов дома, называется разбивкой.

Разбивка точек

Под разбивкой точек на площадке понимают, например, установку вешек в створе линии в промежуточных точках, удлинение отрезка и определение точек пересечений. Основой для разбивки служат реперы на площадке, т.е. опорные точки.

Обозначение точек на площадке

Вся страна подразделена геодезистами сеткой точек на отдельные треугольники (триангуляционная сетка). Эти точки называются тригонометрическими точками или триангуляционными точками (ТР); они устанавливаются на высотных точках, например шпили церквей и смотровые площадки на башнях, (часто устраиваются специальные триангуляционные вышки), или в точках на земле (реперы). Реперы на земле обозначаются, как правило, гранитными камнями с выбитым на них крестом и подкладочной плитой. Они служат преимущественно для геодезических измерений территории. При геодезических работах на площадке в основном основываются на положении граничных камней или на отдельно измеренном положении опорных точек, как, например, вбитые в землю деревянные колышки или забетонированные стальные трубы.

На время измерений устанавливаются вспомогательные точки, которые обозначаются створными колышками, вбиваемыми в центр обозначаемой точки (рис. 1). Это производится вбиванием стального кола в землю. Для установки створных колышков на твердой поверхности или над опорными точками или граничными камнями применяют специальные держатели. Если опорная точка используется только для измерений в одном направлении, то достаточно воткнуть колышек в землю точно в направлении створа рядом с камнем (спереди или сзади от него). Проверка вертикальности створных колышков производится обычным отвесом или с помощью уровня. Если эти вспомогательные средства отсутствуют, то колышек необходимо придержать как можно выше с помощью большого и указательного пальцев и опустить его на землю, чтобы он вертикально вошел в нее.

Рис. 1. Створная вешка

Провешивание (расстановка вешек)

Целью провешивания является сделать отрезок АВ на площадке видимым. Это производится маркировкой начальной точки А и конечной точки В с помощью створных вешек. Они должны быть видны из одного места стоянки наблюдателя. При провешивании различают установку промежуточных точек, удлинение отрезка, провешивание с обеих сторон и определение точки пересечения двух прямых.

Установка промежуточных точекнеобходима тогда, когда необходимо достаточно обозначить длинные отрезки или когда необходимо промаркировать определенные точки, например углы здания (рис. 2). Установка промежуточных точек в створе прямой производится, как правило, одним наблюдателем и одним помощником. Наблюдатель становится в нескольких шагах от первой вешки и устанавливает направление взгляда на концевую вешку створа.

Рис. 2. Провешивание промежуточных точек

Помощник становится рядом с провешиваемой линией, не заходя на нее. Он смотрит на наблюдателя, держа промежуточную вешку вертикально между пальцами. Приближение вешки к створу производится короткими перемещениями по словам наблюдателя (при коротких отрезках) либо по знакам наблюдателя (при длинных отрезках). После установки вешки проверяется ее вертикальность с помощью отвеса или уровня. В заключение наблюдатель контролирует створ, причем в необходимых случаях положение вешки может быть изменено с помощью повторного указания. При провешивании многих промежуточных точек сначала следует устанавливать вешки, наиболее удаленные от наблюдателя.

Удлинение отрезка АВ, например от Адо С, должно производиться не более чем на половину его длины, так как свыше этого достаточная точность может быть обеспечена только с помощью соответствующих оптических приборов (рис. 3). Для выполнения достаточно одного человека, который становится с вешкой С на удлинении отрезка АВ и с помощью самоподгонки втыкает вешку, устанавливает ее вертикально и контролирует работу.

Рис. 3. Удлинение прямого отрезка

Для двухстороннего провешивания(провешивание из центра) требуются два наблюдателя (рис. 4). Этот метод применяется, когда на обоих концах видимость ограничивается, например строительными сооружениями, или когда оба конца отрезка не видны, например в гористой местности. При этом оба наблюдателя становятся в створ через вспомогательные точки. Наблюдатель 1 ставит свою вешку С^' вне створа АВ и направляет наблюдателя 2 с вешкой D^' в створ С^'А. После этого наблюдатель 2 направляет наблюдателя 1 с вешкой С^' в створ D^'B. Такое двухстороннее провешивание продолжается до тех пор, пока с обеих сторон отклонения не сходят на нет и вешки С и D не будут стоять на прямой АВ.

Рис. 4. Провешивание

Для определения точки пересечения двух прямых на площадке, как правило, необходимы два наблюдателя и один помощник (рис. 5). Точка пересечения лежит как на прямой АВ, так и на прямой CD. При этом оба наблюдателя направляют по очереди стоящего в центре помощника в створы своих линий. Точка пересечения S будет найдена, когда она будет находиться как на прямой АВ, так и на прямой CD.

Рис. 5. Определение точки пересечения

Измерение длины

При измерениях длины напрямую используются полосовые рейки, рулетки, косвенным методом — с помощью вспомогательных фигур, например прямоугольных треугольников, с помощью оптических приборов (базисный дальномер) или с помощью электронных дальномеров. Кроме того, для измерения длины применяются также лазерные приборы. Измерения прямых отрезков производятся на площадке путем их разбивки и измерения. Отрезки, как правило, измеряются в горизонтальной плоскости в створе измеряемых отрезков. Исключениями, при которых измеряются отрезки под наклоном, являются, например, наклонные плоскости при определении объемов работ и при разделении отрезков (стационирование) в дорожном строительстве.

При измерениях мерными рейками измеряемый отрезок разбивается колышками в начальной, конечной точках и в одной или нескольких промежуточных точках. Измерение производится красно-белой рейкой из пары измерительных реек. Для обслуживания рейки достаточно одного человека, который устанавливает ее в створе по нужному направлению и перемещает ее в начальную точку, например в центр вешки или граничного камня. Бело-красная рейка также устанавливается по нужному направлению. Дальнейшее измерение происходит беспрерывным приставлением одной рейки к другой, причем при снятии красно-белой рейки снимается число, делящееся на пять, а при снятии бело-красной рейки снимается число, делящееся на десять. Таким образом, можно избежать ошибок на пяти метрах. В конечной точке измерения получаются метры и дециметры на рейках и сантиметры от последней дециметровой отметки с помощью сантиметровой линейки.

Рис. 6. Измерение с помощью мерной ленты

Если измерение производится с помощью реек на наклонной плоскости, то говорят об эстафетном измерении (рис. 7). Таким методом измеряются размеры участка для транспортного движения по нему, а также для проектирования генеральных планов. При этом длины измеряются всегда в горизонтальной проекции. Под горизонтальной проекцией понимают отображение длины в горизонтальной плоскости. Для эстафетного измерения требуется пара измерительных реек, водяной уровень, один отвес и несколько вешек. Измерение, как правило, производится двумя помощниками сверху вниз. На верхней начальной точке устанавливается красно-белая рейка в створе измеряемого отрезка, с помощью водяного уровня регулируется ее горизонтальное положение и с помощью вешки удерживается в нем. Затем от конечной точки рейки опускается шнуровой отвес, обозначающий промежуточную точку на поверхности земли. На эту точку устанавливается бело-красная рейка, выверяется ее направление. Рейка приводится в горизонтальное положение и удерживается в нем. Ее конечная точка также проектируется на землю с помощью отвеса. Этот процесс повторяется, пока не будет измерен весь отрезок. При этом предпочтительно применять рейки большей стороной сечения вертикально, чтобы избежать прогибов.

Рис. 7. Эстафетные измерения

Для измерений мерной лентой (рис. 6) необходимы два помощника. Первый накладывает нулевое деление ленты на начальную точку отрезка и указывает другому помощнику направление створа. При наложении ленты всегда нужно следить за положением нулевой метки. Лента при этом должна быть так натянута, чтобы она не провисала. Конечный пункт ленты маркируется счетным колышком, а лента перемещается на всю длину вперед. Этот процесс повторяется. Длина отрезка подсчитывается из количества длин ленты плюс остаток последней ленты. Измерения длины на малоуклонных площадках часто производятся поверенными стальными мерными лентами. При этом действуют те же правила, что и при измерениях с помощью реек. Точность измерений зависит, например, от температуры, различной силы натяжения и провисания ленты. Если измеренный стальной лентой отрезок при +20 °С составляет ее поверенную длину, то при +30 °С разница будет составлять +2,3 мм. Если при 20-метровой ленте будет приложена натягивающая сила вместо 50—100 Н, то ошибка измерения составит 2 мм. Если сила натяжения слишком мала и при длине ленты 20 м образуется провисание в 20 см, то ошибка измерения составит —5 мм. С увеличением числа применений ленты на одном отрезке ошибка будет увеличиваться. Поэтому этот метод подходит только для коротких отрезков.

Электронное измерение отрезков дает высокую точность и при больших отрезках (рис. 8). Электронный дальномер состоит из измерительного прибора — излучателя и из отражателя (приемника). Из инструмента, который центрируется над измерительной точкой, посылается сигнал, например инфракрасное световое излучение, которое отражается обратно в прибор, установленный над другой измерительной точкой отражателем. Одновременно измеряется зенитный угол. По времени пробега электромагнитных волн между излучателем и отражателем, а также по зенитному углу определяется горизонтальное расстояние с помощью подключенной к прибору ЭВМ. Полученное значение выводится в цифровом виде на дисплей. Изменяющиеся погодные условия могут влиять на точность измерений. Поэтому в прибор должны вводиться соответствующие данные, например температура, влажность воздуха, давление. Для инструментов, соответствующих современному уровню развития техники, этого не требуется.

Рис. 8. Электронное измерение отрезков

Измерение углов

Единицами углов являются градусы и гоны. Полный круг при шестеричном делении состоит из 360 градусов, а при десятеричном делении, которое предписывается с 1937 г., — из 400 гонов.

• 1 градус = 60 минутам;
• 1 минута = 60 секундам;
• 1 полный круг = 360 градусам = 21 600 минутам = 1 296 000 секундам;
• 1 полный круг = 400 гонам = 4000 дгонам = 40 000 сгонам = 4 000 000 мгонам.

Пересчет из градусов в гоны и обратно:

• 1 градус = 10/9 гон;
• 1 гон = 9/10 градусов.

Разбивка прямых углов на площадке имеет особое значение. В зависимости от требуемой точности это можно делать с помощью приспособлений для измерения длины, с помощью крестового лимба и с помощью угловой призмы. Для углов любой величины используют нивелиры с горизонтальными лимбами и теодолиты.

Разбивка прямых углов с помощью приспособлений для измерения длины

При разбивке прямых углов с помощью инструментов для измерения длины исходят из теоремы Пифагора, по которой треугольник будет прямоугольным, если соотношение его сторон составляет 3:4:5 (чередование чисел) (табл. 1).

Таблица 1. Чередование чисел, м
1 часть	3 части	4 части	5 частей
0,20	0,60	0,80	1,00
0,30	0,90	1,20	1,50
0,40	1,20	1,60	2,00
0,60	1,80	2,40	3,00
1,00	3,00	4,00	5,00

При разбивке сначала обозначается вешками прямая АВ и промежуточная точка С, из которой должен исходить прямой угол (рис. 9). Потом на отрезке АВ отмеряют из точки С 3,00 м и получают вспомогательную точку. Из этой вспомогательной точки отмеряют одной из реек 5,00 м и одновременно другой рейкой из точки С 4,00 м, поворачивая их таким образом, чтобы отмеренные точки совпали в точке D. Отрезок CD будет перпендикулярен прямой АВ.

Прямой угол может быть разбит также с помощью так называемого строительного угольника (см. рис. 9). В нем три доски жестко связаны друг с другом. Соотношение сторон такого треугольника должно составлять 3:4:5. При разбивке прямого угла строительный угольник располагается короткой стороной в данной точке на отрезке АВ. При этом длинная сторона будет показывать требуемое перпендикулярное направление.

Прямой угол может быть разбит также с помощью так называемого дугового колена (см. рис. 9). При этом из промежуточной точки С на отрезке АВ, из которой должен быть разбит прямой угол, откладываются отрезки, например по 5 м в сторону точек А и В. Затем два помощника из полученных таким образом точек Н, и Н2 описывают круговые дуги одинакового радиуса, например 10 м. При этом мерные ленты закрепляются в точках Н₁ и Н₂ колышками, натягиваются и по радиусу ведутся друг к другу. Обе ленты пересекаются в точке D. Отрезок CD стоит перпендикулярно к прямой АВ.

Рис. 9. Разбивка прямых углов

Разбивка прямых углов с помощью крестового лимба и угловой призмы

Крестовый лимб в противоположность угловой призме позволяет наклонное визирование до 35 гон, поэтому его можно применять и в холмистой местности. При разбивке прямого угла с помощью крестового лимба последний помещается в точке С на прямой АВ и с помощью баночного уровня устанавливается горизонтально (рис. 10, 11). Пара визирных шлицов устанавливается в створе отрезка АВ и контролируется по точкам А и В. По целевой линии второй визирной пары шлицов лежит линия перпендикуляра, восстанавливаемого в точке С. Она маркируется в точке D вешкой. Для проверки прямого угла производится повторная его разбивка с поворотным лимбом, повернутым на 100 гон.

Рис. 10. Крестовый лимб

Рис. 11. Разбивка прямого угла

При разбивке прямого угла с помощью прямоугольной призмы последняя центрируется наблюдателем в точке С на прямой АВ или EF (см. рис. 11). При этом он устанавливает призму на уровне глаз так, чтобы ее стеклянная вершина смотрела в сторону А. В случае твердого грунта он может пользоваться шнуровым отвесом. При мягком грунте возможно использование стойки с отвесом. Помощник должен перемещаться в перпендикулярном направлении по устным указаниям или по знакам наблюдателя так, чтобы вешка, которую он держит перед собой, совмещалась с зеркальным отображением вешки А в призме. Точка D обозначается постановкой вешки.

Если надо из какой-либо точки на площадке, например от граничного камня, разбить прямой угол, например к красной линии застройки, то это называется падением отвеса. Отвес под действием собственного веса падает вниз, повисая в руке помощника. Наблюдатель наблюдает отвес через угловую призму и перемещается до тех пор, пока вешка, обозначающая граничную точку, не образует с вешками красной линии прямой угол. Для разбивки прямых углов и для падения отвеса подходят, например, пятиугольная призма и двойная пятиугольная призма или крестовый визир.

Разбивка любых углов

Любые углы можно получать с помощью нивелира с горизонтальным лимбом, с помощью теодолита либо путем последовательных приближений с помощью транспортира и метровой линейки. При получении любого угла методом последовательных приближений с помощью метровой линейки рисуют дугу радиусом 57,3 см (рис. 12). При этом радиусе 1 см длины дуги соответствует углу между средними точками в 1 градус. При длине дуги, например, 19 см получается угол в 19 градусов. Точное измерение углов производится нивелиром с горизонтальным лимбом или с помощью теодолита. Если угол задается в градусах, сначала его надо пересчитать в гоны. Например, с помощью нивелира надо отложить угол в 40 гон. Для этого на отрезке АВ в точке В центрируется нивелир и устанавливается горизонтально (рис. 13). При установке нулевой градуировочный штрих прибора в гонах устанавливается в направлении точки А Для отсчета угла подзорная труба вращается по часовой стрелке до тех пор, пока в окуляре не появится градуировочный штрих 40 гон. Подзорная труба закрепляется. Точка С обозначается вешкой путем сравнения штриховой перпендикулярной крестовой оси с осью створа линии АВ (см. рис. 13).

Рис. 12. Разбивка любых углов с помощью метровой линейки

Рис. 13. Разбивка угла с помощью нивелира

С помощью теодолита можно дополнительно измерять углы и в вертикальном направлении. Он состоит из нижней части и верхней части (рис. 14). Установка над точкой измерения производится с помощью штатива, причем центрирование может происходить с помощью шнурового отвеса, с помощью жесткого отвеса или с помощью оптического отвеса. Нижняя часть состоит из плиты основания с установочными винтами для установки в горизонтальном положении, горизонтального лимба и устройства для установки верхней части. Верхняя часть состоит в основном из держателя подзорной трубы с поворотной тубой и вертикальным лимбом, который движется в вертикальной плоскости вместе с трубой. Кроме того, имеются баночные и трубчатые пузырьковые уровни. В теодолите различают вертикальную (установочную) ось, вертикально-поворотную ось и целевую ось. Для безошибочного измерения углов в горизонтальном и вертикальном направлении необходимо, чтобы установочная ось была вертикальна, чтобы вертикально-поворотная ось была горизонтальная, а целевая ось была бы перпендикулярна вертикально-поворотной оси. Установочная ось выставляется в вертикальное положение с помощью баночных и трубчатых пузырьковых уровней.

Рис. 14. Теодолит

Если теодолит применяется для измерения многоугольного ряда отрезков, то к измерительному оборудованию относятся дополнительно не менее трех штативов и две целевые таблички. Под многоугольным рядом отрезков понимают ломаную линию на площадке, которая устанавливается путем измерения длин и углов. Каждая точка — вершина многоугольника устанавливается путем расчета координат в координатной системе X—У.

Измерение высот

Задачей измерения высот (нивелирование) является получение разницы по высоте между двумя точками, причем превышением называется вертикальное расстояние между вышележащей точкой и ни-жележащейточкой. Оно необходимо, например, для определения высотного положения сооружения, для получения уклонов в дорожном строительстве и при строительстве трубопроводов водоотведения, а также при строительстве туннелей для получения точной сбойки двух частей туннеля.

На стройплощадке необходимо также определить точки, разница высот которых равна нулю, например в плитах перекрытий, по длине балок и ферм. Исходной точкой для измерения любых превышений является реперная точка (точно установленная точка по высоте), которая устанавливается геодезическими измерениями и относится к уровню Амстердамского нуля (в России — уровень Кронштадтского нуля). Последний обозначается как NN, т.е. нормальный нуль. Высотные реперные точки могут быть, например, в виде высотных отметок, болтов, заложенных в стену или в столб, в виде подземных закладных камней или реперных точек на трубах. Надземные реперы наносятся в большинстве случаев на общественные здания, как, например, церкви, ратуши, вокзалы. На строительной площадке необходим установить высотный репер, к которому будут потом привязываться все превышения строительного сооружения. Разница в высотах обозначается как относительные отметки, в противоположность относительным, которые рассчитываются от нормального нуля. Для измерения высот на стройплощадке применяют водяной уровень и установочную рейку, трубчатый водяной уровень, визирные планшеты и нивелиры.

Водяной уровень и установочная рейка подходят для измерения превышений на коротких отрезках при крутых уклонах, например на откосах (рис. 15). Установочная рейка устанавливается в центре высотной точки А и с помощью водяного уровня выравнивается горизонтально. На рейке или вешке, которая устанавливается в точку В, измеряется вертикальное расстояние до точки В.

Рис. 15. Измерение высот с помощью установочной рейки

Водяной трубчатый уровень, работа которого основывается на законе о сообщающихся сосудах, применяется преимущественно для установления точек, имеющих одинаковое положение по высоте, например при установке сборных элементов перекрытий и при нанесении метровых рисок (рис. 16). Конец трубчатого уровня удерживается у реперной точки. При заполнении шланга водой надо следить за тем, чтобы вентиль для выпуска воздуха был открыт. При работе с прибором следует следить за тем, чтобы шланг не перегибался.

Рис. 16. Трубчатый уровень

Установление высот с помощью визирных крестов часто применяется при строительстве дорог и каналов, когда между двумя реперными пунктами надо разбить сколько угодно много промежуточных точек одной высоты (горизонтальная прямая) или разбить прямую одинакового наклона (рис. 17). В этом методе следует использовать набор визирных табличек. Обе реперные точки должны находиться на расстоянии друг от друга не больше 50 м. Начальная точка А маркируется черным крестом. Конечная точка В обозначается черно-белой табличкой. Промежуточная точка устанавливается в створе по высоте таким образом, что верхняя грань креста совпадает с граничной чертой таблички. Если необходимо определить многие промежуточные точки, то они устанавливаются аналогичным образом.

Рис. 17. Установка превышений с помощью визирных крестов

Нивелир применяют для большого объема работ по определению превышений с большой точностью (рис. 18). Если инструмент снабжен горизонтальным лимбом, то он может применяться также и для измерения горизонтальных углов. Кроме того, некоторые инструменты с дополнительным оснащением могут применяться для тахиметрии на пологих наклонных поверхностях. Под тахиметрией понимают метод быстрой съемки местности путем одновременных измерений расстояний и превышений. Электронные нивелиры с цифровыми указателями измеренных значений позволяют производить измерения расстояний и превышений с электронной обработкой картинки и автоматизированной регистрацией данных. При наличии соответствующих программ накопленные данные могут быть подвергнуты дальнейшей обработке.

Рис. 18. Нивелир

Нивелир состоит из собственно инструмента и штатива. Инструмент состоит из нижней и верхней частей. Подзорная труба со встроенным трубчатым уровнем или встроенным компенсатором (регулятором целевой линии) является верхней частью инструмента (надстройкой). Частями подзорной трубы являются объектив, штрих-крест и окуляр. Фокусировка, т.е. установка на резкость, происходит с помощью вращающейся кнопки. Нижняя часть (основание) состоит из плиты основания с опорными винтами, баночного уровня и поворотной опоры подзорной трубы. Целевая ось и установочная ось образуют прямой угол. Если имеется частичный круг, то он относится к нижней части инструмента. Нивелир может быть оснашен дальнейшими приспособлениями, облегчающими работу с инструментом, как, например, призма для наблюдения за баночным уровнем, тонкое боковое смещение, стопорный винт и насадочные линзы для работы на близких расстояниях.

Грубая установка в горизонтальном положении нивелира происходит с помощью баночного уровня и установочных винтов. У инструментов без регулятора целевой линии тонкая установка в горизонтальное положение производится с помощью трубчатых уровней, которые регулируются также с помощью установочных винтов. Инструменты с автоматической горизонтальной установкой имеют встроенный компенсатор. Последний заменяет трубчатые уровни и после установки по баночному уровню за счет силы тяжести самостоятельно производит тонкую установку в горизонтальное положение.

С помощью нивелирования измеряются преимущественно превышения между различными точками или устанавливаются точки, находящиеся на одной высоте. Превышения отсчитываются от горизонтальной целевой линии (горизонт инструмента) посредством вертикально стоящих над измеряемыми точками нивелирных реек. Точки одинаковой высоты измеряют от горизонта инструмента по одним и тем же штрихам.

Если, например, из точки высотного репера А, высота которого над NN составляет 551,78 м, необходимо получить высоту точки В, нивелир ставят в середине отрезка АВ (рис. 19). Сначала устанавливают нивелирную рейку в точку А и считывают отсчет по ней R = 2,51 м. R означает взгляд назад (Ruckblick) по отношению к точке В. Потом рейка устанавливается в точку В. Через подзорную трубу делается отсчет V = 1,29 м. V обозначает взгляд вперед (Vorblick) по отношению к точке В.

Рис. 19. Определение высоты с помощью нивелира

Разницу высот или превышение Ah рассчитывают следующим образом:

Высота точки В составляет:

При проведении измерений высоты с помощью нивелира необходимо учитывать следующее.

• Расстояние до цели должно быть одинаковым (нивелир точно в центре отрезка).
• Расстояния до цели не могут значительно превышать 50 м.
• Штативы устанавливать устойчиво и избегать сотрясений.
• Нивелиры тщательно приводить в горизонтальное положение.
• Нивелирные рейки всегда устанавливать на горизонтальную поверхность, в необходимых случаях применять металлическую подкладку под рейку.

Если невозможно определить разницу высот двух точек с помощью только одной установки инструмента, то необходимо несколько раз менять точки установки инструмента. При каждой новой установке инструмента последняя измеренная точка считается исходной для последующего измерения высоты. Новая исходная точка называется точкой смены. Так как речь идет о последовательности отдельных установок инструмента, то общее превышение получается из суммы отдельных превышений.

Процесс нивелирования со сменой стоянок инструмента показан на рис. 20.

Рис. 20. Нивелировка со сменой точек положения инструмента

• Нивелирная рейка устанавливается вертикально в реперной точке А.
• Нивелир устанавливается с учетом расстояний до цели в точку IS₁.
• Взгляд назад заносится в полевую книгу (рис. 21).
• Нивелирная рейка устанавливается в точку WP₁.
• Взгляд вперед V₁ заносится в полевую книгу.
• Производится смена места инструмента в точку IS₂, рейка на WP₁ поворачивается.
• Взгляд назад R₂ заносится в полевую книгу.
• Нивелирная рейка устанавливается в сменную точку WP₂.
• Взгляд вперед V₂ заносится в полевую книгу.

Рис. 21. Полевая книга

Строительные геодезические измерения с помощью лазерного инструмента

Слово лазер — это аббревиатура из первых букв английского названия «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation». Это означает «усиление света в результате вынужденного излучения ». Для работы лазера необходим управляющий прибор, который может приводиться в действие от переменного напряжения 230 В или от аккумулятора. В строительстве применяются гелий-неоновые лазеры и диодные лазеры. В отличие от гелий-неоновых лазеров диодные лазеры не требуют трансформатора для повышения рабочего напряжения. Кроме того, они имеют преимущество в том, что лазерный луч лучше виден. Лазерные лучи при прямом действии могут влиять на силу зрения, поэтому необходимо выполнять предписания, выпущенные профсоюзом строительных рабочих. Лазерные приборы имеют то преимущество, что излучаемые ими лучи видны или могут быть зафиксированы с помощью детектора (приемника). При отлаженном приборе измерения могут происходить быстро и без ошибок.

С помощью строительных лазеров производятся измерительные работы на стройплощадке. Преимущество в основном заключается в том, что работы могут выполняться одним человеком. Вследствие различных задач надземного строительства, инженерного строительства и внутренней отделки, а также подземного и дорожного строительства разработаны различные типы лазеров, которые покрывают все задачи, ориентированные на практику. В надземном строительстве преимушественно встречаются ротационные лазеры, в подземном строительстве применяются лазеры для строительства каналов.

Ротационные лазеры могут устанавливаться горизонтально, вертикально и с наклоном (рис. 22). Вращающиеся призматические системы со скоростью вращения до 800 об./мин образуют горизонтальную или вертикальную круговую плоскость. При горизонтально вращающемся луче получают, например, непрерывную относительную плоскость, которая позволяет в любом месте в различных положениях по отношению к инструменту брать высотные отсчеты.

Рис. 22. Ротационный лазер

С помощью вертикальной относительной плоскости можно, например, рихтовать опалубку, перегородки, колонны и фасады. С помощью отвесного луча инструмент может центрироваться в любой точке, с помощью справочного луча можно разбивать прямые углы. Преимуществом является также самонивелирующая автоматика с маятниковым компенсатором, который в режиме собственного горизонтирования может быстрее выравнивать наклоны, чем приборы с горизонтированием с помощью электромоторов. Точность лазеров можно видеть в связи с детектором (приемником). Так как для испытаний и поверок ротационных лазеров еще не существует норм DIN, приходится пользоваться данными изготовителя. Расстояния, которые достигаются лазером, даются от 100 до 600 м. Избранные принадлежности, как, например, целевые знаки, дистанционное управление, адаптер, закрепляющие хомуты, зарядное устройство и транспортировочный чемоданчик, способствуют облегчению работы.

Лазеры для канального строительства предназначены для геодезических измерений, связанных с выраженным направлением в длину, как, например, прокладка труб между двумя шахтами. Они могут настраиваться горизонтально, вертикально и с заданным наклоном (рис. 23). Кроме того, относительный луч может быть направлен отвесно и под прямым углом к оси инструмента. Вращение вертикальной плоскости, как у ротационного лазера, невозможно. Инструмент оснащен автоматикой самонивелирования. Расстояния, достигаемые лучом, составляют от 100 до 300 м. К основному комплекту относятся, например, целевые знаки, дистанционное управление, зарядное устройство и транспортировочный чемоданчик.

Рис. 23. Лазер для строительства каналов

Лазеры при строительстве каналов

Инструмент устанавливается на штативе или на плите основания (рис. 24). Для прокладки труб лазер направляется таким образом, что он дает ось трубы. В трубах большого диаметра или в шахтах инструмент для установки по высоте перемещается по вертикальной колонке. Для работы в канавах небольшой глубины или на поверхности земли он может устанавливаться на штативе. Могут быть установлены наклоны в диапазоне от —10 до +30%. Если лазер для строительства каналов отходит от правильного уровня, то в определенном диапазоне самонивелирующая автоматика может самостоятельно корректировать его положение. За пределами области самонивелирования прибор отключается и должен устанавливаться снова. Планировка днища канавы для трубопровода производится с помощью шаблона, который так проводится над планируемой поверхностью, чтобы лазерный луч все время совпадал с маркировкой на целевой табличке. При трассировке оси трубы необходимо учитывать разницу высот оси и подошвы. Прокладка труб производится с помощью целевого знака, который так закрепляется на конце трубы, чтобы ось цели и ось трубы совпадали. Чтобы привести прокладываемую трубу в нужное направление и придать ей нужный наклон, ее перемещают до тех пор, пока целевой луч не попадет в центр целевого знака.

Рис. 24. Работы с лазером для строительства каналов

Лазеры в надземном строительстве

Ротационный лазер может либо стоять на штативе, либо, например, быть укрепленным на столбе (рис. 25). Грубая установка в горизонтальное положение инструмента производится с помощью баночного уровня и работы с опорными винтами, тонкая установка в горизонтальное положение обеспечивается автоматически с помощью встроенного компенсатора. Эти лазерные инструменты подходят при горизонтальной выверке шахт и при планировочных работах, нанесении метровых рисок, устройстве выравнивающих стяжек или устройстве подвесных потолков, при вертикальной выверке отвесных реперов, необходимых для установки скользящей опалубки, устройстве вертикальных шахт и при установке направляющих рельс лифтов.

При выверке горизонтального положения подвесных потолков инструмент устанавливается примерно посередине комнаты (см. рис. 25). Образуемая вращающимся лазером горизонтальная относительная плоскость доступна во всех уголках комнаты. Луч может быть пойман целевыми табличками, и по ним может рихтоваться подвесной потолок. Аналогично производится нанесение метровых рисок (см. рис. 25).

Рис. 25. Работы с ротационным лазером

Дальнейшее применение лазеров

Лазерные дальномеры служат для измерения расстояний, в особенности если точка измерения труднодоступна. Прибор переносится вручную и направляется на целевую точку. Можно измерять горизонтальные размеры от 0,2 до 30 м без отражателя и до 100 м с отражателем. Встроенные накопитель и расчетные функции позволяют накопление, сложение и вычитание частичных длин, а также расчет площадей и объемов. Один человек, например, может проверить правильность размеров построенного здания или произвести обмеры существующего сооружения.

Лазерные приборы применяются также для управления строительными машинами. Особенно подходят лазеры для управления планировочными машинами, такими, как грейдеры, и гусеничными и колесными бульдозерами, а также канавокопателями ковшового и роторного типа или машинами по бетонированию перекрытий. При строительстве туннелей ими могут управляться буровые установки, проходческие машины и прессы.

Съемка продольных и поперечных профилей

Для проектирования, строительства и определения объемов в подземном строительстве, например при строительстве дорог, мостов и обводных каналов, а также частично и в надземном строительстве, необходимо представить на чертеже поверхность площадки. Для этого через площадку проводятся вертикальные разрезы. Они проходят по продольной и поперечной оси строительного сооружения. Графическое представление такого разреза называют профилем. В зависимости от положения разрезов различают продольные и поперечные профили. Основой для получения профиля является генеральный план с линиями высот слоев.

Съемка продольных профилей

Для съемки продольных профилей в зависимости от формы площадки на определенных расстояниях, например 20 м, устанавливаются точки, которые называются стационарными (рис. 26). Они маркируются вешками. Высоты этих стационарных точек над NN определяются с помощью измерения высот. Результаты заносятся в полевую книгу и выверяются.

Рис. 26. Продольный профиль

Чтобы на чертеже высоты обозначить более отчетливо по сравнению с длиной, как правило, расстояния между стационарными точками размечаются в масштабе 1:1000. Для высот выбирается масштаб 1:100. Профиль наносится над относительной линией (горизонтом). Этой относительной линии придается определенная высота над NN, например 540 м. На ней размечаются стационарные точки, от них проводятся вертикали. На вертикалях наносятся высотные размеры. Полученные таким образом высотные точки необходимо соединить друг с другом прямыми линиями. На каждом профиле необходимо указывать масштабы.

Съемка поперечных профилей

Поперечные профили строятся поперек продольной оси при направлении взгляда в сторону стационирования (рис. 27). В стационарной точке, например 0+100, с помощью инструмента для разбивки прямых углов разбивается поперечная ось. С помощью инструмента для измерения высот в зависимости от формы поверхности площадки в нескольких точках вправо и влево от стационарной точки определяются высоты. Результаты заносятся в полевую книгу и проверяются. Поперечный профиль представляется аналогично продольному, однако масштаб длин и масштаб высот выбираются одинаковыми. В то время как продольный профиль позволяет проследить за перемещениями земли при планировании дороги по всему проектируемому участку, поперечный профиль применяется для определения конкретных объемов перемещаемого грунта при земляных работах. Если поверхность земли расположена выше планировочной отметки, то землю надо срезать. При этом возникает срез, называемый выемкой грунта. Если проектируемая поверхность лежит выше поверхности земли на площадке, то землю из выемки необходимо переместить и отсыпать насыпь до планировочной отметки.

Рис. 27. Поперечный профиль

Строительная разбивка

При строительной разбивке (разбивка сооружения на местности) данные из строительных чертежей переносятся и маркируются на площадке (рис. 28). При этом речь идет в основном об углах здания, осях здания и о высотах.

Рис. 28. Разбивка здания

При разбивке здания исходят из разбивочного плана, который разрабатывается на основе генерального плана. Последний содержит данные о размерах и положении здания, а также другие данные, например граничные расстояния, строительные линии и данные о высотах. Разбивка начинается от относительной линии, например от границы участка или от красной линии. От относительной линии, которую также называют разбивочной осью, с помощью инструментов для разбивки прямых углов и рулетки переносятся точки с разбивочного плана на площадку. Найденные таким образом точки маркируются. Разбивка проверяется с помощью контрольных измерений, например с помощью получения диагоналей. Для обеспечения точности положения важных точек, например, маркируются еще несколько точек в продолжении створов основных разбивочных линий здания. От этих страхующих точек можно восстановить основные разбивочные точки, которые могут быть потеряны при строительных работах. Прежде чем выкапывать траншеи для ленточных фундаментов, необходимо установить шнуровочные ограждения.

Шнуровочные ограждения

Шнуровочные ограждения на плоском участке

Шнуровочные ограждения служат для точной разметки плана здания на площадке. Чтобы определить местоположение шнуровочных ограждений, сначала разбивается геометрия углов здания и маркируется колышками. После этого для каждого угла здания изготавливаются шнуровые козлы. Они состоят, как правило, из трех круглых палок и двух горизонтально закрепленных на них брусьев. Круглые палки устанавливаются параллельно створам здания и вертикально и несдвигаемо вбиваются или вкапываются в землю (рис. 29). Расстояние между круглыми палками и створами здания зависит от рабочего пространства, от сыпучести строительного грунта и от зависящих от этого откосов котлована. Чтобы избежать разрушения краев откосов, необходимо предусмотреть достаточные полосы безопасности. Брусья шнуровочных ограждений прибивают к стойкам гвоздями примерно на высоте 50 см над будущей высотой пола первого этажа. Противолежащие брусья прибиваются на такой же высоте. Это достигается с помощью нивелира. Пары брусьев, которые маркируют продольный створ здания, как правило, располагаются ниже, чем пары брусьев, маркирующие поперечный створ.

После изготовления шнуровочных ограждений специалист, называемый в Германии геометром, по размерам разбивочного плана нарезает внутри шнурового ограждения положение здания. С помощью двух противолежащих засечек или перекрещивающихся гвоздей в брусьях шнуровых ограждений устанавливается створ наружной стены плана первого этажа (см. рис. 9). Стеновой створ маркирует створ несущего остова здания, он называется основанием дома. Соответствующие засечки на шнуровых ограждениях должны быть обозначены HG (Hausgrund). От этих засечек отмеряются и маркируются все другие размеры, как, например, ширина фундаментов или стен подвала. На шнуровых ограждениях геометр наносит также и высотные отметки. Маркировка производится, например, путем горизонтального разреза пилой забитого гвоздя в круглую деревянную палку. Эта высотная отметка обозначает поверхность пола на лестничной клетке на первом этаже (OFF). Она задается цифрами ±0,00 и указанием высоты над NN.

Рис. 29. Шнуровые ограждения

По установленным с помощью шнурового ограждения размерам возводится здание. Для этого в каждых двух противолежащих засечках в большинстве случаев закладывается оцинкованная проволока и защемляется в них. Над таким образом замаркированным створом можно с помощью шнурового отвеса получить на земле любую точку этого створа. При этом отвес должен располагаться вдоль вертикальной грани выреза засечки (рис. 30). Отклонения размеров от проектных таким образом могут быть минимальными. Более длинные проволочные отрезки протягиваюся сначала, так как они больше провисают; более короткие проволоки защемляются на длинных. Проволоки над местами пересечений не должны случайно смещаться, так как при этом могут возникнуть ошибки измерений.

Рис. 30. Отклонения размеров при установке шнурового отвеса

Шнуровые ограждения используются также для установки опалубки стен подвала. Все высоты разбиваются с помощью измерительных реек и водяного уровня, с помощью нивелира или лазерного инструмента от высотной отметки на шнуровом ограждении и, например, размечаются штрихами на колышках в земле либо на опалубке или строительных деталях. После возведения стен первого этажа шнуровые ограждения могут быть убраны.

Шнуровые ограждения на наклонных площадках

Также и у шнуровых ограждений на склонах доски шнуровых ограждений должны лежать в горизонтальной плоскости, для того чтобы избежать ошибок измерений и ошибок при перенесении разбивочных чертежей на местность. Козлы шнуровых ограждений на малоуклонных площадках должны быть более высокими в сторону уклона; их устойчивость должна быть обеспечена с помощью более толстых столбов. Козлы шнурового ограждения могут монтироваться и обслуживаться до высоты человеческого роста со стоячих стремянок. Жесткость обеспечивается крестообразными связями из досок (рис. 31). При этом не требуются никакие другие рабочие подмости для изготовления, разрезки и провешивания. Козлы шнурового ограждения на поверхностях с большим уклоном могут устраиваться и обслуживаться только с помощью дополнительных рабочих подмостей (рис. 32). Также необходимы рабочие подмости для нарезки и провешивания. Часто рабочие подмости и козлы шнурового ограждения устраиваются в виде одной конструкции. При этом следует соблюдать предписания по устройству строительных лесов.

Рис. 31. Шнуровое ограждение на малоуклонной площадке

Рис. 32. Шнуровое ограждение на площадке с большим уклоном

Устройство шнурового ограждения, в особенности на больших уклонах, требует больших затрат. Поэтому на малоуклонных и горизонтальных плошадках козлы шнуровых ограждений подобно инвентарным подмостям делаются по типу стальных трубчатых лесов. С помощью специального заанкеривания в грунте и диагональных стержней жесткости обеспечивается устойчивое положение козел против просадки и сдвижки. Площадки шнуровых лесов укладываются в виде вилкообразных элементов и переставляются по высоте непрерывным образом, затем проверяется их горизонтальность. После этого они закрепляются хомутами в рабочем положении. На площадках с большим уклоном рабочее пространство делается в большинстве случаев таким широким, чтобы шнуровое ограждение могло быть установлено на дне котлована. Больший объем выемки на дне котлована более выгоден, чем дорогостоящие деревянные конструкции рабочих подмостей. Кроме того, выверка опалубки при применении опалубки большой площади имеет небольшое значение. С помощью строительных лазеров контроль опалубки производится точнее и быстрее.