Гидростатические нивелиры

Гидростатические нивелиры не требуют сложных поверок, они просты в обращении и обеспечивают быстрое определение превышения. Гидростатическое нивелирование, кроме того, дает широкие возможности автоматизации измерений и получения непрерывной информации о высотном положении наблюдаемых объектов. Гидростатические нивелиры применяют:

• при нивелировании фундаментов и монтаже крупногабаритного оборудования;
• для контроля укладки крупных блоков, перемычек и панелей междуэтажных перекрытий;
• при устройстве облицовки, при отделочных и архитектурных работах;
• при работах по укладке полов и монтаже внутреннего сантехнического оборудования;
• при монтаже оборудования и трубопроводов в котельных и промышленных цехах;
• для измерения отклонений от горизонтальности и прямолинейности направляющих большой длины;
• при монтажных работах на строительстве шахт и метро;
• при наблюдениях за осадками и деформациями опор мостовых кранов, опор транспортных мостов и других сооружений, подвергающихся действию динамических нагрузок, а также за осадками зданий и сооружений, особенно таких уникальных, как ускорители заряженных частиц;
• при строительстве самотечных канализационных коллекторов с малыми уклонами;
• при передаче высот через крупные водные преграды;
• для создания стационарной аппаратуры для наблюдения за деформациями крупных сооружений, тектоническими движениями земной коры, для передачи высот через крупные водные преграды и т. п.

Нивелирование с помощью жидкости, свободная поверхность которой всегда устанавливается нормально к направлению силы тяжести и в сообщающихся сосудах располагается на одном уровне, независимо от массы жидкости и поперечных сечений сосудов, зародилось в глубокой древности. Более 2,5 тысяч лет назад трассирование канала, соединяющего Средиземное и Красное моря, выполнялось с помощью хоробата — переносного вытянутого желоба, наполненного водой, свободная поверхность которой использовалась для построения горизонтального луча зрения. На основании основного уравнения гидростатики

p = p₀ + γz                    (3.19)

величина р гидростатического давления в какой-либо точке М (рис. 3.30, а) жидкости с объемным весом γ определяется давлением р₀ над поверхностью жидкости и глубиной z погружения этой точки. Следовательно, в покоящейся жидкости давление во всех точках одной и той же уровенной поверхности одинаково.

Рис. 3.30. Гидростатическая система
а) к определению гидростатического давления в точке М; б) сообщающиеся сосуды

Пусть имеются два сообщающихся сосуда 1 и 2 (рис. 3.30, б), заполненных жидкостями с различными значениями γ1 и γ2 объемного веса; давления на поверхностях жидкостей в сосудах соответственно р₀₁ и р₀₂.

Если z₁ и z₂ — высоты свободных поверхностей жидкостей над поверхностью I-II их раздела в одном из сосудов, то в соответствии с основным уравнением гидростатики гидростатическое давление в плоскости I-II:

р = р₀₁ + γ₁z₁.                             (3.20)

С другой стороны, учитывая глубину z₂ погружения поверхности I-II под уровнем жидкости в сосуде 2, получим:

р = р₀₂ + γ₂z₂.                             (3.21)

Приравняв правые части (3.20) и (3.21), найдем уравнение равновесия жидкостей в сообщающихся сосудах:

р₀₁ + γ₁z₁ = р₀₂ + γ₂z₂,               (3.22)

из которого следует, что при равенстве давлений р₀₁ и р₀₂ на свободных поверхностях жидкостей в сосудах γ₁z₁ = γ₂z₂, откуда

γ₁/γ₂ = z₂/z₁.                                 (3.23)

Если сосуды заполнены однородной жидкостью с одинаковыми значениями объемного веса (γ₁ = γ₂), то поверхности жидкости в этих сосудах устанавливаются на равных высотах z1 = z2, отсчитываемых в данном случае от любой произвольно выбранной горизонтальной плоскости сравнения, и могут служить при нивелировании горизонтальной визирной плоскостью.