關(guān)于通信塔建設(shè)若干問題的討論

胡 丹 苗建義

(中廣電廣播電影電視設(shè)計(jì)研究院，北京 100045)

0 引言

隨著我國(guó)通信事業(yè)的迅速發(fā)展，通信塔得到了大量的運(yùn)用和發(fā)展。通信塔的主要功能是支持各種通信天線的覆蓋，通信塔一般占有一定的空間和高度，使其滿足信號(hào)傳播和覆蓋的要求。本文作者結(jié)合多年在通信塔建設(shè)方面的經(jīng)驗(yàn)，提出了以下幾點(diǎn)在通信塔建設(shè)方面的體會(huì)。

1 通信塔選址

通信塔的選址在整個(gè)建設(shè)過程中非常重要，通常通信塔的規(guī)劃選址位置大都在郊區(qū)，站與站間距相對(duì)較大，選址范圍在相對(duì)距離內(nèi)可以調(diào)整，在這一片可選的規(guī)劃范圍內(nèi)，對(duì)信號(hào)覆蓋差別很小，但是對(duì)通信塔基礎(chǔ)造價(jià)影響相差很大。通信塔基礎(chǔ)將上部結(jié)構(gòu)的全部荷載安全可靠的傳遞到地基，并保證結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，通信塔基礎(chǔ)選型及基礎(chǔ)布置與上部結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)布置、外部荷載作用類別、建設(shè)場(chǎng)地和地質(zhì)條件等有密切關(guān)系。合理的基礎(chǔ)選型和設(shè)計(jì)，對(duì)于降低結(jié)構(gòu)造價(jià)、縮短建造周期和保證結(jié)構(gòu)安全可靠至關(guān)重要。下面根據(jù)不同情況論述各種情況對(duì)通信塔建造成本的影響。

1．1 地質(zhì)的影響

不同的地質(zhì)條件，對(duì)通信塔基礎(chǔ)的造價(jià)影響較大，常見的地基土種類有:粉土、砂土、粉質(zhì)粘土、碎石類土、風(fēng)化巖石等;不良地質(zhì)情況包括:高壓縮土、濕陷性黃土、液化土等。一般地基處理方法主要包括:人工挖孔樁、鉆孔灌注樁、灰土擠密樁、CFG樁、三七灰土或級(jí)配砂石換填等。擬建60 m三管塔，建設(shè)用地有三處可選:用地 1:①層粉土，深度 7．2 m，fak=130 kPa，②層圓礫，fak=300 kPa，未鉆穿?；A(chǔ)方案:鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁數(shù)9根，樁長(zhǎng)10 m，基礎(chǔ)總造價(jià)約18．6萬元［1］。用地2:①層粉土為中等濕陷性黃土，非自重Ⅱ級(jí)，無地下水。地基基礎(chǔ)方案:采用三七灰土分層夯實(shí)換填，換填深度約1．5 m，基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，總造價(jià)約23 萬元［1］。用地3:①層卵石，fak=300 kPa，未鉆穿，基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，造價(jià)約13 萬元［1］。

1．2 地下水的影響

因?yàn)橥ㄐ潘A(chǔ)一般主要是考慮抗拔問題，因此建設(shè)場(chǎng)地地下水水位埋深越淺，通信塔基礎(chǔ)的建造成本將越大，故選取地塊時(shí)需要具有豐富的地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，盡量在選址、設(shè)計(jì)時(shí)避開地下水埋深較淺的區(qū)域。以擬建60 m三管塔為例，基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，假定地下水位分別為2．0 m，3．7 m，當(dāng)?shù)叵滤粸? m時(shí)，比較基礎(chǔ)方案一、二:方案一:基底高度為自然地面下2 m，則混凝土方量114．2 m3，方案二:基底高度為自然地面下3．7 m，混凝土方量為84．7 m3，需增加降 排水費(fèi)用 20 000 元［1］。當(dāng)?shù)叵滤粸?．7 m時(shí)，可采用如下的方案三:擬建場(chǎng)地位于地勢(shì)稍高的地方，地下水位在3．7 m，基礎(chǔ)同方案二，混凝土方量為84．7 m3，無降排水費(fèi)用。

1．3 外電引入的影響

在進(jìn)行鐵塔選址外勘的時(shí)候，一定要考慮該站的外電引入環(huán)境、周圍是否有合適的電力桿路、該桿路能否提供電源、電壓等級(jí)是否合適、是否需要另架設(shè)變壓器、送電距離是否最短、安全距離是否合適等因素。通常，選用3 kV～35 kV伏的電力桿路可以通過變壓器直接送電，高于66 kV伏的高壓是需要建變電站或定制變壓器才能送電的，電力桿路最好是電力系統(tǒng)的線路，如果是其他單位的專線，應(yīng)盡早聯(lián)系確定能否使用;另外，通信塔不能離電力線路太近，至少留出一個(gè)塔高的安全距離。

1．4 傳輸?shù)挠绊?/h3>

選址對(duì)傳輸?shù)挠绊戄^外電引入的影響稍小，其中接入距離、接入路由干擾因素是對(duì)造價(jià)影響最大的兩個(gè)方面。

1．5 道路、河流的影響

通信塔選址地周圍有道路、河流時(shí)需考慮電力、傳輸?shù)囊?，其中路由跨路和跨河都?huì)造成成本增加，安全性卻會(huì)降低，特別是高速公路和大型河流可能很難跨越，或者跨越成本很高。

1．6 地形的影響

通信塔應(yīng)盡量選在地勢(shì)平坦，大型車輛能夠到達(dá)的地方，特別是單管塔，安裝需要大型吊車，現(xiàn)場(chǎng)是否具備吊車安裝條件是選址必需要考慮的因素。如選址區(qū)域內(nèi)有地勢(shì)較高的山坡，且高度適宜，此時(shí)將鐵塔改建成落地增高架將很大程度上減少基站建設(shè)成本?？紤]到鐵塔的建造成本，在選擇基站建設(shè)場(chǎng)地時(shí)必須對(duì)場(chǎng)地周圍地質(zhì)條件進(jìn)行前期勘察和判別，首先應(yīng)選擇在地勢(shì)平坦、地質(zhì)良好的地段，避開斷層、土坡邊緣、古河道和有可能塌方、滑坡的場(chǎng)地及具有開采價(jià)值的地下礦藏或古跡遺址，盡可能選擇在地質(zhì)條件相對(duì)較好的地方。

2 塔型選擇

一般來說，通信塔的塔型分為空間桁架塔和單管塔，其中空間桁架塔根據(jù)主要受力桿件不同，可分為鋼管塔和角鋼塔;單管塔則根據(jù)連接方式不同可分為法蘭盤連接的圓截面單管塔和套管連接的多邊形鋼管塔。

2．1 單管塔

圓截面單管塔的出現(xiàn)推動(dòng)了現(xiàn)代通信塔建設(shè)、設(shè)計(jì)。這種單管塔是用內(nèi)法蘭螺栓把許多長(zhǎng)度為5 m～10 m、相同斜率的單錐形圓筒塔段首尾相連拼接起來的，制造和安裝大為簡(jiǎn)化。單管塔的電纜、導(dǎo)線、爬梯等設(shè)備都可安裝在塔內(nèi)，管壁既是承重結(jié)構(gòu)，又起圍護(hù)作用，外表光潔美觀，同時(shí)還可根據(jù)環(huán)境要求偽裝成大樹，美化環(huán)境。單管塔的優(yōu)點(diǎn)是工業(yè)化程度高、占地面積較小，其缺點(diǎn)是用鋼量稍大，加工工藝較復(fù)雜(見圖1)。

2．2 角鋼塔

鋼塔塔柱主要采用拼接方式，由于風(fēng)荷載是動(dòng)力荷載，在風(fēng)荷載作用下，連接螺栓所承受的主要荷載是往復(fù)疲勞剪應(yīng)力，螺栓較易發(fā)生破壞，所以角鋼塔要根據(jù)檢測(cè)周期要求或者在當(dāng)?shù)嘏及l(fā)大風(fēng)后對(duì)鐵塔螺栓進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)螺栓松動(dòng)或者螺栓破壞的現(xiàn)象時(shí)應(yīng)迅速擰緊或者替換(見圖2)。

圖1 單管塔效果圖

圖2 角鋼塔效果圖

2．3 鋼管塔

鋼管塔的主要受力構(gòu)件為無縫鋼管，其間的相互連接主要采用法蘭盤連接方式。具有安裝方便，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高，維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)。特別是隨著通信事業(yè)的發(fā)展，通信塔基站傳輸主要采用的是光纖傳輸，鋼管塔的優(yōu)勢(shì)可以充分發(fā)揮，鋼管是一種各向同性材料，作為通信塔的主材，其風(fēng)荷載系數(shù)小，抗風(fēng)能力強(qiáng)，在風(fēng)荷載作用下不易倒塌，能夠大大降低塔倒塌導(dǎo)致人畜傷亡事故(見圖3)。鋼管塔與角鋼塔相比，由于鋼管的慣性矩比角鋼大，擋風(fēng)系數(shù)較小，具有各向同性等特點(diǎn)，因此在相同荷載要求下，鋼管塔要比角鋼塔重量輕。另外，與角鋼相比，鋼管的回轉(zhuǎn)半徑更大，因此節(jié)間長(zhǎng)度也可相應(yīng)放大，腹桿形式不必采用再分式。輔助桿件和迎風(fēng)面積較小，也是鋼管塔重量較輕的原因之一，但是由于鋼管采購(gòu)單價(jià)高于角鋼，因而整體造價(jià)相差不大，而且鋼管塔在工廠的生產(chǎn)工期較角鋼塔更長(zhǎng)，兩者各有利弊［3］。以烏魯木齊地區(qū)選用的40 m各塔型為例，統(tǒng)計(jì)出各塔重如下:40 m三管塔(兩平臺(tái))，塔重約8．2 t，40m 四邊形角鋼塔(兩平臺(tái))，塔重約 9．1 t，40m單管塔(兩平臺(tái)，內(nèi)爬梯)，塔重約16．2 t，40 m拉線塔(兩平臺(tái))，塔重約 10．2 t，40 m 單管塔(一平臺(tái)，內(nèi)爬梯)，塔重約 8．0 t。以烏魯木齊地區(qū)選用的60 m各塔型為例，統(tǒng)計(jì)出各塔重如下:60 m三管塔(兩平臺(tái))，塔重約21．0 t，60 m四邊形角鋼塔(兩平臺(tái))，塔重約 26．0 t，60 m 拉線塔(兩平臺(tái))，塔重約 14．4 t。

2．4 拉線塔

拉線塔的主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省材料、加工安裝簡(jiǎn)單快速、對(duì)基礎(chǔ)的要求較低、建設(shè)費(fèi)用較低。其缺點(diǎn)是需要有較大的拉線空間(占地面積可估算為塔高×塔高)、桅桿剛度較小，因而變形較大，以及使用中受外界人為破壞的可能性較大、安全性能差、穩(wěn)定問題突出、難以設(shè)置樓梯、機(jī)房及平臺(tái)等。由于拉線塔結(jié)構(gòu)長(zhǎng)細(xì)比很大，因此在風(fēng)荷載、裹冰荷載等作用下容易產(chǎn)生較大幅度的振動(dòng)。一方面，在強(qiáng)風(fēng)作用下容易引起桅桿劇烈振動(dòng)而導(dǎo)致失穩(wěn)破壞;另一方面，在發(fā)生頻率較高的微風(fēng)作用下引起桅桿的頻繁振動(dòng)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞而破壞。同時(shí)這種結(jié)構(gòu)的安全可靠性較差，只要一根纖繩松弛，一塊節(jié)點(diǎn)板斷裂或一根弦桿失穩(wěn)，就容易引起整個(gè)桅桿結(jié)構(gòu)破壞，所以拉線塔后期維護(hù)費(fèi)用較空間桁架塔更高。在有設(shè)計(jì)及施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，如有較大拉線空間，值得在施工難度較大的地區(qū)范圍內(nèi)快速制作安裝(見圖4)［2］。

圖3 鋼管塔效果圖

圖4 拉線塔效果圖

以60 m各塔型為例，統(tǒng)計(jì)出各塔占地面積:拉線塔，占地面積約為60 m×60m=3 600 m2;三管塔，占地面積約為15 m×18 m=270 m2;四邊形角鋼塔，占地面積約為15 m×20 m=300 m2;單管塔，占地面積約為10 m×10 m=100 m2。

3 通信塔結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及布置

當(dāng)通信塔建設(shè)場(chǎng)地地基土具有良好的承載力，地基變形也能控制在可接受的范圍，同時(shí)基礎(chǔ)上拔力可以由基礎(chǔ)及其回填土共同承擔(dān)時(shí)，可采用淺基礎(chǔ)形式。一般空間桁架塔可采用獨(dú)立基礎(chǔ)，即每個(gè)塔柱下設(shè)置一個(gè)基礎(chǔ)，這些獨(dú)立基礎(chǔ)用聯(lián)系梁連起來共同作用以平衡上部荷載。對(duì)于根開較小的通信塔，為了施工方便，可以做板式基礎(chǔ)。在地基承載力較低，或者液化程度較深的建設(shè)場(chǎng)地，可采用樁基礎(chǔ)形式。空間桁架通信塔，常采用獨(dú)立承臺(tái)樁基礎(chǔ)，根據(jù)地質(zhì)情況和樁基承載力的要求，可以采用群樁基礎(chǔ)或者單樁基礎(chǔ)。群樁基礎(chǔ)一般是鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁機(jī)械化程度高，施工質(zhì)量容易保證，單樁基礎(chǔ)一般是人工挖孔樁形式，適用于無地下水，巖土較穩(wěn)定的建設(shè)用地，具有施工工期短，造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，但是在施工過程中，要求穩(wěn)定支護(hù)，對(duì)施工條件要求較高。在新疆地區(qū)，由于地下水位一般較高，且基礎(chǔ)承載力低，樁基礎(chǔ)以群樁基礎(chǔ)為主，特別是鉆孔灌注樁。單管通信塔，對(duì)于基礎(chǔ)情況較好的建設(shè)場(chǎng)地，可采用獨(dú)立板式基礎(chǔ)，條件較差的場(chǎng)地，可采用獨(dú)樁基礎(chǔ)。拉線通信塔，中央基礎(chǔ)可采用剛性基礎(chǔ)或者擴(kuò)展底板基礎(chǔ)，如果地質(zhì)條件較差，可在基礎(chǔ)底板下加樁。纖繩始終受拉，地錨基礎(chǔ)下很少加樁，一般用覆重或利用被動(dòng)土壓力抵抗纖繩拉力。

4 結(jié)語

以上是筆者多年來參與通信塔建設(shè)工程的一些體會(huì)，在通信塔建設(shè)中要做到統(tǒng)籌規(guī)劃、科學(xué)選型，綜合考慮多重因素，才能保證工程建設(shè)的安全和經(jīng)濟(jì)。

［1］新疆建筑工程消耗量定額烏魯木齊估價(jià)表［Z］．2010．

［2］屠黑男，王肈民．輕型通信塔設(shè)計(jì)［J］．特種結(jié)構(gòu)，2001，18(4):24-26．

［3］謝郁山．三邊形鋼管塔在移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用［J］．建筑技術(shù)，2007，38(2):132-134．