沿海地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)廣播電視塔維護實例

盧 詩 馮德志 陳子賢

（作者單位：廣西廣播電視技術(shù)中心北海分中心）

廣西廣播電視技術(shù)中心北海分中心所轄一座直屬廣播電視無線發(fā)射臺，在用的一座150 m發(fā)射塔，為四邊格鋼結(jié)構(gòu)塔，于1994年建成并投入使用。鐵塔地處沿海，常年受海風(fēng)侵蝕，潮濕多鹽的環(huán)境導(dǎo)致金屬構(gòu)件腐蝕嚴重，耐用年限縮短。因此，需要結(jié)合鐵塔所處環(huán)境特點，根據(jù)鐵塔的實際運行狀況，制訂維護方案，并實施整塔維護，進一步提高鐵塔抗風(fēng)抗腐蝕能力，確保廣播電視塔安全運行[1]。

1 鐵塔安全檢測

為全面掌握鐵塔運行狀況，廣西廣播電視技術(shù)中心北海分中心委托第三方專業(yè)檢測機構(gòu)對鐵塔進行安全檢測鑒定，并根據(jù)檢測情況、評估數(shù)據(jù)等提出處理方案，檢測鑒定具體情況如下：

1.1 檢測的主要項目和情況

檢測情況：螺栓機械性能、螺栓洛氏硬度、螺母維氏硬度等符合相關(guān)規(guī)定要求；對螺栓連接進行檢測，發(fā)現(xiàn)部分螺栓有以小代大、松動及銹蝕的情況；對桿件質(zhì)量進行檢測，發(fā)現(xiàn)多處桿件出現(xiàn)嚴重銹蝕情況；整體垂直度檢測滿足要求；對基礎(chǔ)情況進行檢測，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)無裂縫、無下沉或變形；接地電阻測試合格。

1.2 結(jié)構(gòu)核算

鐵塔永久荷載主要包括四邊內(nèi)平臺、微波天線、面包天線、雙偶極板天線等。通過對鐵塔荷載情況進行檢查，并依據(jù)有關(guān)核算標(biāo)準(zhǔn)，對風(fēng)荷載、荷載及作用效應(yīng)組合等進行計算，得出主柱、桅桿段、斜桿、結(jié)構(gòu)位移、主柱螺栓、斜桿螺栓等的核算結(jié)果。主柱核算：經(jīng)結(jié)構(gòu)計算受力分析，主柱最大應(yīng)力小于強度設(shè)計值，滿足規(guī)范要求。桅桿段核算：經(jīng)結(jié)構(gòu)計算受力分析，綴板（條）應(yīng)力小于強度設(shè)計值，滿足要求。斜桿核算：經(jīng)結(jié)構(gòu)計算受力分析，一風(fēng)向和二風(fēng)向最大應(yīng)力小于強度設(shè)計值，滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)位移核算：經(jīng)結(jié)構(gòu)計算受力分析，在正常使用極限狀態(tài)下水平位移小于限值，滿足規(guī)范要求。主柱螺栓驗算：經(jīng)結(jié)構(gòu)計算受力分析，主柱螺栓（多個塔段）拉力計算值大于強度設(shè)計值，不滿足規(guī)范要求。斜桿螺栓驗算：經(jīng)結(jié)構(gòu)計算受力分析，斜桿螺栓拉力計算值小于設(shè)計值，滿足規(guī)范要求。斜桿螺栓剪力驗算：經(jīng)結(jié)構(gòu)計算受力分析，斜桿螺栓（多個塔段）剪力計算值大于強度設(shè)計值，不滿足規(guī)范要求。

1.3 檢測、核算及可靠性評估結(jié)論

檢測結(jié)論：發(fā)現(xiàn)多處螺栓松動、部分螺栓以小代大、多處螺栓銹蝕；發(fā)現(xiàn)多處桿件銹蝕、部分桿件焊縫開裂；多處饋線卡箍銹蝕；多處面漆脫落漏出底漆；避雷針托架嚴重銹蝕。

核算結(jié)論：在承載能力極限狀態(tài)下，桿件最大應(yīng)力小于強度設(shè)計值，滿足規(guī)范要求；在承載能力極限狀態(tài)下，主柱螺栓（多個塔段）拉力計算值大于強度設(shè)計值，不滿足規(guī)范要求；斜桿螺栓（多個塔段）剪力計算值大于強度設(shè)計值，不滿足規(guī)范要求。

可靠性結(jié)論：對可靠性進行綜合評定，發(fā)射塔結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定等級滿足結(jié)構(gòu)可靠性的要求，在鐵塔的使用年限內(nèi)可正常使用，但需對部分構(gòu)件進行處置。

1.4 處理方案

主柱螺栓（多個塔段）拉力計算值大于強度設(shè)計值，需用同規(guī)格8.8級螺栓進行替換；斜桿螺栓（多個塔段）剪力計算值大于強度設(shè)計值，需用同規(guī)格8.8級螺栓進行替換；對鐵塔實施針對性的維護，重點對整塔螺栓進行緊固處理，替換全塔以小代大螺栓和銹蝕螺栓，并對銹蝕桿件進行除銹防腐處理；建立維護技術(shù)檔案，定期觀測和維護。

2 維護方案與項目實施

2.1 編制維護方案

根據(jù)第三方檢測機構(gòu)出具的鐵塔安全檢測鑒定報告，依據(jù)《廣播電視鋼塔桅防腐蝕保護涂裝》（GY/T 64-2021）等相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合沿海臺風(fēng)氣候等復(fù)雜的自然環(huán)境，委托第三方專業(yè)機構(gòu)編制全塔維護方案。方案主要內(nèi)容如下：

根據(jù)Strauss和Corbin的觀點，扎根理論利用三個階段的編碼方式用以裂解原始資料、概念化，并重新產(chǎn)生新的形式，此三個階段編碼包括開放編碼、主軸編碼與選擇編碼。［21］三個階段編碼通常也被稱為三級編碼。為了更有效率地進行編碼分析，本研究借助了質(zhì)性分析軟件NVivo11.0。

一是對銹蝕較為嚴重的31根斜桿進行更換，更換的構(gòu)件采用全新熱鍍鋅的構(gòu)件；二是采用同規(guī)格的熱鍍鋅螺栓替換銹蝕螺栓和受力不合格螺栓，補齊缺失螺栓，新安裝不同規(guī)格螺栓數(shù)量約600套；三是對全塔螺栓進行緊固處理，補全缺失的螺母；四是清理塔上雜物（清理已廢棄的通信天線等）；五是處理銹蝕饋線卡箍，清理閑置不用的卡箍；六是對塔上廣播電視天饋線的固定件、饋線走架等金屬部件進行檢查，對出現(xiàn)銹蝕的地方進行除銹和刷漆防腐，對出現(xiàn)松動的饋線卡箍或其他固定件進行緊固；七是對出現(xiàn)銹蝕的避雷針托架進行除銹處理并加固；八是對全塔出現(xiàn)銹蝕的金屬構(gòu)件進行除銹及防腐處理；九是清除全塔脫落的油漆，對全塔金屬構(gòu)件噴涂油漆（底漆、中間漆、面漆各噴涂一道）；十是在全塔維護完成后委托第三方專業(yè)機構(gòu)進行安全評估并出具安全評估報告。

2.2 整塔維護項目的實施

2.2.1 更換并補全螺栓

因鐵塔螺栓長期受含鹽量高的雨霧侵蝕，雨水沿著連接縫隙滲入，加劇了螺栓的銹蝕情況。銹蝕嚴重的螺栓在強風(fēng)作用下易出現(xiàn)松動甚至脫落。工作人員在維護施工過程中，通過仔細檢查各桿件的連接結(jié)點處，對不符合標(biāo)準(zhǔn)的螺栓及時更換并補全。例如：發(fā)現(xiàn)螺栓缺失，則采用相同規(guī)格等級的熱鍍鋅螺栓進行補裝；發(fā)現(xiàn)螺栓銹蝕嚴重且難以拆除，就使用切割機等工具仔細拆除后重新安裝；發(fā)現(xiàn)螺栓僅輕微銹蝕，在使用手工或動力工具除銹后，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及時噴涂油漆進行防腐[2]；發(fā)現(xiàn)雙螺母的桿件僅安裝有一個螺母，則加裝配齊并擰緊到位。同時，在拆裝螺栓時，嚴格遵守操作規(guī)程，進行逐個替換補充，防止在同一節(jié)點、同一桿件等處將多個螺栓同時拆除。在施工過程中必須嚴守操作規(guī)程并做好安全防護，嚴防螺栓從塔上掉落。此次螺栓維護施工更換的不同規(guī)格的螺栓數(shù)量約600套，換下的螺栓均出現(xiàn)了不同程度的銹蝕現(xiàn)象。

2.2.2 全塔螺栓緊固

螺栓松動是造成鐵塔穩(wěn)定性降低的主要原因之一，必須認真做好螺栓緊固工作。在沿海大風(fēng)甚至強臺風(fēng)環(huán)境下，鐵塔各桿件時常會出現(xiàn)受力過大的情況，其相應(yīng)的緊固螺栓易發(fā)生松動。另外，各桿件的腐蝕變形等因素也會導(dǎo)致桿件螺栓松動。

進行全塔螺栓緊固，應(yīng)自下往上，從底部開始逐段往上，仔細檢查并緊固每根構(gòu)件的螺栓。對不同規(guī)格的螺栓進行緊固時要按相應(yīng)扭矩規(guī)范值擰緊以達到設(shè)計要求，注意螺栓外露絲扣不得少于2扣。螺栓緊固的順序是先緊固剛度大的螺栓，后緊固剛度小的螺栓。對高強度的螺栓進行緊固時還須進行初擰和終擰。對一般接頭的螺栓群，緊固順序是先中間后向外側(cè)進行。

2.2.3 替換銹蝕嚴重的斜桿

工作人員在實際檢查中發(fā)現(xiàn)斜桿在邊角和螺桿連接位置等處發(fā)生腐蝕現(xiàn)象較多。主要原因是斜桿邊角處因連接螺栓的作用力，導(dǎo)致連接處出現(xiàn)損傷或裂紋，且邊角處容易滯留水分，導(dǎo)致發(fā)生腐蝕并迅速加劇。對發(fā)生銹蝕的構(gòu)件要及時替換，拆下舊桿件對應(yīng)換上新桿件[3]。本次維護共更換31根已有不同程度銹蝕的斜桿。

在現(xiàn)場測量要替換的斜桿時，尺寸須測量準(zhǔn)確，保證生產(chǎn)的零構(gòu)件能正常安裝。受海邊潮濕多鹽的環(huán)境影響，安裝斜桿不允許使用焊接的方式連接、加固以及電焊氧割擴孔。在更換吊裝斜桿的施工中，特別注意不能觸碰到塔上的廣播電視天線和天線振子，否則將造成打火引發(fā)安全事故。如使用電動卷揚機鋼絲繩進行斜桿等吊裝施工，由于電磁感應(yīng)作用，加之鋼絲繩較長，在鋼絲繩上會產(chǎn)生較高感應(yīng)電壓，須仔細做好安全防護。

2.2.4 更換銹蝕饋線卡箍

如發(fā)現(xiàn)在用的饋管卡箍發(fā)生銹蝕，應(yīng)及時拆除，重新安裝新卡箍。要特別注意的是，卡箍固定在鐵塔主柱的位置也是極易產(chǎn)生銹蝕的位置，因此須拆開卡箍仔細檢查，如有銹蝕則及時進行除銹，再按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)噴涂油漆進行防腐防銹。此次施工發(fā)現(xiàn)，塔上主柱留有多個閑置饋管卡箍，因多年未處理，造成其固定在主柱的地方發(fā)生了不同程度的銹蝕。對閑置不用的饋管卡箍要及時拆除處理，否則日后會因銹蝕危及鐵塔安全。

2.2.5 鐵塔鋼材表面處理

受沿海潮濕多鹽的環(huán)境影響，鐵塔鋼材表面易附有鹽分、銹蝕物和氧化皮等。在噴涂油漆前，合理處理鋼材表面是關(guān)鍵一步，鋼材表面處理的質(zhì)量好壞，直接影響到油漆涂層的質(zhì)量，如果處理不好則使防腐能力下降。此次施工，采用動力工具和手工相結(jié)合的方法，用鋼絲刷、鏟刀、砂輪網(wǎng)等清除鋼材表面的銹蝕物、氧化皮等。要特別注意鋼構(gòu)件的連接部位，受應(yīng)力磨損影響，加上雨水鹽霧侵蝕，這個部位極易發(fā)生腐蝕，因此需有針對性地進行銹點打磨。按《涂覆涂料前鋼材表面處理，表面清潔度的目視評定 第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級》（GB/T 8923.1-2011/ISO 8501-1：2007）的要求，除銹后鋼材表面應(yīng)達到St2等級。此外，全塔除銹按一定塔高分段施工；要掌握好除銹與噴涂油漆的時間間隔，鋼材表面除銹后須及時噴涂油漆封閉；避開陰雨天氣，防止鋼材除銹后受雨淋而再次冒銹。

2.2.6 涂裝防腐蝕涂層

考慮沿海環(huán)境、鐵塔材質(zhì)、維護要求等因素，采取“在原鋼材表面噴涂底漆+中間漆+面漆”各一道的防腐涂層方案。在各道防腐涂層的選擇上，要求底漆有較好附著力和防銹性能，中間漆具有良好的屏蔽性能和附著力，面漆有良好的耐候性能和抗腐蝕性。綜合考慮，采用噴涂環(huán)氧富鋅底漆（涂層厚度70μm）、環(huán)氧云鐵中間漆（涂層厚度 60μm）、丙烯酸聚氨酯面漆（涂層厚度70μm）各一道的方案。

油漆噴涂要求均勻，涂層平整，防止出現(xiàn)漏涂、流掛、露底或皺皮等現(xiàn)象。油漆稀釋劑采用與油漆同一品牌的優(yōu)質(zhì)稀釋劑調(diào)整黏度，嚴格按使用要求進行兌制并攪拌均勻。同時，要嚴格控制每道油漆噴涂的間隔時間，上一道油漆噴涂后要達到表干才能噴涂下一道油漆，噴涂油漆不能有流墜現(xiàn)象。應(yīng)嚴格將質(zhì)量檢查貫穿于施工的全過程，每道工序完成，經(jīng)驗收合格并記錄后，方允許進行下一道工序的施工。

2.2.7 塔體基礎(chǔ)部件維護

重點檢查鐵塔部件與混凝土接觸的地方是否有裂縫，查看鐵塔基座各螺栓有無銹蝕、接地構(gòu)件是否連接緊固等。地腳主螺栓承受著塔體巨大的壓力，是保證鐵塔安全的關(guān)鍵部件，須重點檢查維護。如地腳主螺栓的固定處有銹蝕、裂痕或接縫過大的情況，雨水將沿著縫隙滲入，造成埋于塔體基礎(chǔ)的主螺栓等部件發(fā)生銹蝕，銹蝕到一定程度將嚴重危及鐵塔安全。工作人員在檢查中，發(fā)現(xiàn)有部分地腳主螺栓在其螺帽固定處出現(xiàn)銹蝕、接縫較大的情況，經(jīng)對鐵塔基礎(chǔ)圖進行分析后，采取清理接縫表面再填滿瀝青的方法進行防腐。

3 鐵塔健康監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)思路

為有效保障鐵塔在沿海復(fù)雜環(huán)境中的安全性，可建設(shè)集計算機通信、傳感器檢測、狀態(tài)分析評估等于一體的鐵塔健康監(jiān)測系統(tǒng)，通過采集安裝在塔身的傳感設(shè)備的信號，實現(xiàn)對傾斜、振動、風(fēng)力風(fēng)向的實時監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)比對分析，評估鐵塔安全狀態(tài)，在出現(xiàn)異常時進行預(yù)警，從而提醒工作人員及時采取有針對性的措施實施維護。傳感設(shè)備安裝在鐵塔重點和關(guān)鍵部位，采集到的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)傳輸?shù)借F塔健康管理平臺實現(xiàn)智能化管理。另外，可定期利用無人機對鐵塔進行全面的觀察，通過圖像識別、比對等技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)鐵塔鋼材銹蝕、構(gòu)件松動等情況，從而采取必要措施消除隱患，有效確保鐵塔安全性和耐久性[4]。

4 結(jié)語

因自然環(huán)境復(fù)雜多樣，對于沿海地區(qū)廣播電視塔的維護管理，除了要考慮承重、抗風(fēng)等方面的安全因素外，還應(yīng)重點做好防腐工作。進行鐵塔防腐施工，要選用良好的防腐涂料，優(yōu)化施工方案，規(guī)范施工流程。鐵塔安全維護管理是一項長期性、系統(tǒng)性的工作，應(yīng)定期上塔檢查，注意對塔段連接處、天線支架、作業(yè)平臺等部位進行檢查。在經(jīng)歷臺風(fēng)等惡劣天氣后，要對鐵塔基礎(chǔ)、各連接件螺栓、塔體垂直度等進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題后及時處理[5]。要注重從細節(jié)入手，規(guī)范鐵塔維護與管理的各個環(huán)節(jié)，認真做好維護記錄和檔案，總結(jié)管理辦法和維護經(jīng)驗，并通過建設(shè)鐵塔健康監(jiān)測系統(tǒng)，不斷提高鐵塔維護和管理水平。