Методическое пособие 814

Научный журнал строительства и архитектуры

10

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

DOI 10.36622/VSTU.2020.59.3.001

УДК 528.48

МЕТОДИКА ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИЙ ВЫШЕК СОТОВОЙ СВЯЗИ

Б. А. Попов 1, Н. Б. Хахулина 2

Воронежский государственный технический университет 1, 2 Россия, г. Воронеж

1Канд. с.-х. наук, доц. кафедры кадастра недвижимости, землеустройства и геодезии,

тел.: (473)271-50-72, e-mail: b.p.geo@yandex.ru

2Канд. техн. наук, доц. кафедры кадастра недвижимости, землеустройства и геодезии,

тел.: (473)271-50-72, e-mail: hahulina@mail.ru

Постановка задачи. Для контроля устойчивости и стабильности работы антенно-мачтовых сооружений периодически проводится их техническое освидетельствование, которое включает визуальное натурное обследование и инструментальный контроль. При измерениях, выполняемых на опорах сотовой связи, появляется ряд особенностей и проблем, поэтому использование традиционных методик не всегда представляется возможным и необходима разработка других способов.

Результаты и выводы. Методика, предложенная в работе, предполагает измерения без закрепленных пунктов съемочного обоснования с помощью специальной марки по разработанной технологии и включает: измерения вертикальности ствола, прямолинейности поясов и определения осадок фундаментов. Данная методика измерений и программа их обработки были проврены более чем на 500 объектах разными исполнителями. Во всех случаях была получена высокая сходимость результатов, а время наблюдений на объекте не превысило 40 минут.

Ключевые слова: деформация, крен, осадки, антенно-мачтовые сооружения.

Введение. Успешная эксплуатация антенно-мачтовых сооружений (АМС) сотовой связи зависит не только от качества строительства, но и от их устойчивости к меняющимся условиям среды (воздействию ветра, температуры, одностороннему солнечному нагреву и т. п.). Малейшая деформация АМС приводит к изменению положения антенн, расположенных на нем, а следовательно, и к ухудшению качества связи.

Помимо этого, устойчивость подобных сооружений зависит и от их конструктивных особенностей. Например, если АМС изготовлено из труб, то внутрь трубы через стыки и некачественные прокладки может попадать вода, которая зимой замерзает, что приводит к разрыву несущих опор (рис. 1).

Актуальность исследования определяется необходимостью проведения деформационного контроля за АМС, их конструктивной особенностью, расположением и другими характеристиками.

© Попов Б. А., Хахулина Н. Б., 2020

11

Научный журнал строительства и архитектуры

При определении деформаций сооружений башенного типа обычно используются методики, описанные в нормативных актах – в СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений» и в «Руководстве по определению кренов инженерных сооружений башенного типа геодезическими методами». Предложенные там методы основаны на использовании закрепленных пунктов съемочного обоснования, что не всегда представляется возможным. Традиционными методами определения крена подобных сооружений, рассмотренными в работах [2, 6, 12], являются метод вертикального проецирования наклонным визирным лучом теодолита и метод координат с использованием тахеометра.

Рис. 1. Вышка, упавшая после разрыва несущих опор

Осадки сооружений определяют методом геометрического нивелирования [3, 10, 12, 13]. К современным методам определений деформаций сооружений башенного типа относят: использование спутниковых геодезических приемников [10, 11] и технологии лазерного сканирования [18, 20]. Крен и осадки возможно определять традиционными и современными способами, но при измерениях, выполняемых на опорах сотовой связи, появляется ряд особенностей и проблем. Целью исследования является совершенствование методики определения деформаций АМС, учитывая их конструктивные особенности и расположение.

1. Конструктивные особенности АМС. Существует несколько видов антенномачтовых сооружений, используемых для установки антенн сотовой связи.

Вышка связи – это трапециевидная конструкция, изготовленная из соединенных между собой отдельных секций и закрепленная на фундаменте с помощью болтов. На вышке монтируются лестницы, молниеотводы и ограждающие площадки (рис. 2а).

Башня связи – пространственный, вертикально установленный консольный стержень, расаполагающийся либо на монолитном и свайном фундаменте, либо на кровле здания, и не требующий каких-либо оттяжек (рис. 2б). Существуют несколько видов башен связи – каркасные (решетчатые конструкции, обладающие высокой ветроустойчивостью); мачтовые (вертикально установленный стержень с располагающимися на нем антеннами). Стандартные размеры – 30, 40, 50, 72, 85 метров с оттяжками (узкие каркасные вышки, устойчиво закрепленные с помощью оттяжек).

Мачта – вертикально установленный стержень, шарнирно или с защемлением, опирающийся на фундамент (рис. 2в).

Мачта, как правило, удерживается в вертикальном положении с помощью одного или нескольких ярусов стальных канатов.

Кроме того, внутри каждого из описанных видов опор есть свои вариации (например, для увеличения жесткости на изгиб и кручение стержень вышки может быть изготовлен не в

12

форме цилиндра, а в форме многогранника), в результате чего все перечисленные конструкции имеют различную степень устойчивости.

Рис. 2. Виды антенно-мачтовых сооружений

Оборудование и антенны устанавливаются на АМС разными способами, что также сказывается на ветровой нагрузке, а следовательно, и на устойчивости сооружения (рис. 3).

Рис. 3. Антенны, установленные на вышке:

а) на верхушке сооружения в виде «люстры»; б) по всей вышке

Для контроля устойчивости и стабильности работы АМС периодически проводится их техническое освидетельствование, которое включает визуальное натурное обследование и инструментальный контроль. Ревизия (детальный осмотр) состояния конструкций опор осуществляется два раза в год (весной, осенью). Внеплановое обследование антенной опоры должно производиться после сильного ветра (более 20 м/с), землетрясения и быстрого снеготаяния.

13

Научный журнал строительства и архитектуры

В процессе визуального осмотра АМС необходимо:

–определить соответствие основных размеров сооружения проектным данным;

–выявить имеющиеся дефекты конструктивных связей;

–оценить общее техническое состояние металлоконструкций.

Особое внимание при визуальном осмотре АМС необходимо обращать на следующие моменты:

–наличие фонарей светоограждения;

–качество крепления в узлах стыков поясов и элементов решетки;

–качество лакокрасочного покрытия;

–наличие молниезащиты;

–соответствие металлоконструкций проекту;

–качество ограждения сооружения.

Наиболее часто встречающиеся дефекты антенно-мачтовых сооружений представлены на рис. 4.

в)

Рис. 4. Основные дефекты АМС (фото автора): а) не затянуты контргайки;

б) отсутствует стяжной болт, на болтах в узле стыка поясов разрушено защитное лакокрасочное покрытие; в) замечена деформация элемента решетки башни

2. Методика проведения геодезического контроля деформаций АМС. Инструмен-

тальный геодезический контроль деформаций АМС включает: измерения вертикальности ствола, прямолинейности поясов и определения осадок фундаментов. Для закрепления пла-

14

новых координат и отметок инструкцией рекомендуется создание съемочного обоснования в виде радиальной системы координат с началом в центре ствола АМС. Однако закреплять на местности пункты съемочного обоснования часто не имеет смысла, т. к. большинство вышек находится на открытой местности, в поле, и найти эти точки под слоем снега или в высокой траве крайне проблематично. Кроме того, закрепленные в земле знаки часто мешают работе сельскохозяйственной техники.

В таких случаях рекомендуется работать без закрепленных пунктов съемочного обоснования. Для этого тахеометр или теодолит необходимо установить точно по оси опоры АМС. Если работа проводится на четырехгранном сооружении, это не вызывает проблем. Достаточно поставить прибор в створ между самой ближней и самой дальней опорой. Если же работы ведутся на трехгранном сооружении, приходится определять ось опоры, измеряя горизонтальные углы с точки стояния на левую и правую опору сооружения. Чтобы добиться равенства углов, прибор приходится многократно перемещать, пока углы на левую и правую опору не будут отличаться не более, чем на 1°. В противном случае ось опоры, которая с высотой трижды меняет свой уклон, наблюдателю видится как ломаная линия, и он фиксирует несуществующий крен. Такой процесс выбора места для установки прибора занимает много времени. Чтобы ускорить процесс измерений еще на стадии строительства, рекомендуется на опорах АМС устанавливать лампочки разного цвета в специальных кожухах (по аналогии с освещением взлетной полосы на аэродромах). Это позволит быстро выбрать точку установки прибора, так как видеть лампочку, например, красного цвета можно будет только слева от оси опоры, а лампочку белого цвета только справа от опоры. В этом случае наблюдатель перемещается вдоль сооружения до тех пор, пока не будут видны обе лампочки – красного и белого цвета. Это положение точно соответствует оси опоры сооружения.

Довольно часто вышки связи устанавливают в стесненных условиях так, что отойти от них на достаточное расстояние, чтобы увидеть нижнюю и верхнюю часть опоры, бывает невозможно. Не помогают даже насадки на окуляр. В этом случае наблюдение за креном можно вести с обратной стороны опоры, поменяв при вычислениях направление крена на противоположное.

При определении осадок фундаментов также могут возникать некоторые проблемы. По разным причинам сотовые операторы часто отказываются закладывать деформационные марки на фундаментах АМС, а других удобных мест для установки рейки в вертикальное положение на опорах АМС нет. Наблюдателям приходится использовать в качестве марок анкерные болты, которые зимой засыпаются снегом. Они ржавеют и могут сами деформироваться. В таких случаях удобно использовать переносную марку в виде шайбы, в которую вставляется шарик (рис. 5).

Нивелирная рейка

Металлический шарик

Шайба с отверстием для шарика

Крепежный болт опоры

Опора АМС

Рис. 5. Переносная деформационная марка

15

Научный журнал строительства и архитектуры

Такая марка может устанавливаться на любую, даже наклонную поверхность опоры, обеспечивая вертикальность установки рейки. Нужно лишь заранее отмаркировать место установки такой марки. Марка удобна в работе, может быть использована на любом количестве объектов, что позволяет избежать больших затрат по установке стандартных деформационных марок; она не ржавеет, не деформируется и не засыпается снегом.

Программу работ по определению деформаций рассмотрим на примере базовой станции 33185, расположенной в селе Большая Ивановка Воловского района Липецкой области.

Сооружение представляет собой металлическую решетчатую башню в виде четырехгранной усеченной пирамиды высотой 72 м. Общий вид сооружения представлен на рис.6.

Рис. 6. Общий вид антенно-мачтового сооружения, расположенного в селе Большая Ивановка Липецкой области (фото автора)

Сооружение собрано из нескольких секций. Пространственное деформирование сооружения обеспечивается за счет треугольной, совмещенной в узлах перекрестной решетки, выполненной из прокатного профиля в виде равнополочных уголков. Элементы решетки соединены между собой через косынки при помощи болтов. Опорное устройство и надземная часть фундамента показаны на рис.7.

Рис. 7. Опорное устройство и надземная часть фундамента (фото автора)

16

На сооружении установлено оборудование, представленное на рис. 8.

Рис. 8. Оборудование, установленное на АМС (фото автора)

Обследование АМС проводилось для выяснения возможности установки на сооружение дополнительного оборудования: 3 панельных антенны размерами 2032×305×89 мм, массой 21,7 кг и 2 антенны РРС диаметром 0,3 м и массой 13,7 кг.

Работы по обследованию и оформлению результатов выполнялись в соответствии с требованиями действующих нормативных и справочных документов.

3. Порядок проведения работ. Во время полевого обследования выполнено:

–детальное визуальное и инструментальное обследование несущих конструкций ан- тенно-мачтового сооружения, фундаментов, узлов крепления установленного оборудования;

–геодезические измерения геометрических параметров сооружения и его пространственного положения;

–фотографирование основных дефектов.

Целью контрольных геодезических измерений является:

–определение абсолютных и относительных величин деформаций сооружения и сравнение их с допустимыми величинами;

–выявление причин возникновения и степени опасности деформаций для нормальной эксплуатации сооружения;

–получение необходимых характеристик устойчивости оснований, фундаментов и всего сооружения в целом;

–установление предельно допустимых величин нагрузок.

В период камеральной обработки выполнены:

–анализ выявленных дефектов и оценка их влияния на несущую способность, долговечность и безопасность эксплуатации сооружения;

–составление ведомости дефектов;

–обработка данных геодезических измерений;

–поверочные расчеты АМС с учетом выявленных дефектов и повреждений;

–оценка технического состояния несущих конструкций, проверка возможности установки дополнительного оборудования и разработка рекомендаций по дальнейшей эксплуатации АМС.

17

Научный журнал строительства и архитектуры

На территории объекта отсутствует закрепленная сеть планово-высотного геодезического обоснования. Деформационные марки на несущие конструкции сооружения не устанавливались. Данные о прошлых наблюдениях за кренами и осадками АМС не предоставлены. Наблюдения за кренами и осадками на объекте проводятся впервые. В связи с этим судить о величине осадок и степени их стабилизации на момент проведения экспертизы не представляется возможным.

Из-за отсутствия геодезического обоснования высотное положение фундаментов и точек сооружения определялось в условных отметках, а его крен определялся с двух взаимно перпендикулярных направлений от твердых контуров капитальных сооружений.

Геодезический контроль геометрических параметров сооружения заключался в инструментальной проверке соответствия положения элементов конструкций проектным данным и исполнительной съемке планового и высотного положения сооружения.

Угловые и линейные измерения выполнялись электронным тахеометром Sokkia iM- 105, высотные измерения выполнялись нивелиром 4Н-3КЛ.

Крен сооружения определялся методом многократной угловой засечки с двух взаимно перпендикулярных направлений при двух положениях прибора КП и КЛ. С каждого направления проводились измерения горизонтальных направлений от опорной линии на левую и правую образующие каждого из поясов АМС. По полученным данным вычислялись направления на геометрический центр сооружения на каждом из поясов.

Частные абсолютные крены поясов АМС вычислялись по формуле:

где xA xB и yA yB – величины поперечных кренов сооружения по осям x и y, мм; К –

полная линейная величина крена, мм.

Полная линейная величина крена К (рис. 9.) определялась по правилу параллелограмма как равнодействующая из поперечных кренов xA xB и yA yB .

К

А

Рис. 9. Графическое определение полной линейной величины крена по правилу параллелограмма

Направление крена определялось методом сложения векторов. Относительное значение крена, мм/м, определялось по формуле:

где К – крен вышележащего пояса; Н – высота пояса относительно основания.

Поперечные крены сооружения переводились из градусной меры в линейную по фор-

муле:

где y'' – горизонтальный угол между направлениями на центры верхнего и нижнего средних поясов АМС; L – расстояние от точки стояния теодолита до центра сооружения, мм; ρ = 206265''.

Полная величина и направление крена определялись по правилу параллелограмма с использованием формулы:

18

где q1 – частный поперечный крен сооружения, полученный со станции 1, q2 – частный поперечный крен, полученный со станции 2.

Отметки точек фундамента определялись методом геометрического нивелирования замкнутым полигоном. Нивелирование выполнялось с учетом равенства плеч короткими лучами. Длина визирного луча не превышала 25 м, высота визирного луча над препятствиями h ≥ 1 м. Результаты измерений приведены в полевых журналах (табл. 1).

На рис. 10 приведены фрагменты компьютерной обработки результатов измерений ствола опоры базовой станции.

Рис. 10. Схема измерений и результаты обработки измерений ствола опоры базовой станции

На рис. 11 показан образец журнала нивелирования базовой станции 33185 в населенном пункте Большая Ивановка Липецкой области.

19