关于通信塔建设若干问题的讨论

2014-11-09苗建义

山西建筑 2014年5期

胡丹苗建义

(中广电广播电影电视设计研究院，北京 100045)

0 引言

随着我国通信事业的迅速发展，通信塔得到了大量的运用和发展。通信塔的主要功能是支持各种通信天线的覆盖，通信塔一般占有一定的空间和高度，使其满足信号传播和覆盖的要求。本文作者结合多年在通信塔建设方面的经验，提出了以下几点在通信塔建设方面的体会。

1 通信塔选址

通信塔的选址在整个建设过程中非常重要，通常通信塔的规划选址位置大都在郊区，站与站间距相对较大，选址范围在相对距离内可以调整，在这一片可选的规划范围内，对信号覆盖差别很小，但是对通信塔基础造价影响相差很大。通信塔基础将上部结构的全部荷载安全可靠的传递到地基，并保证结构的安全稳定，通信塔基础选型及基础布置与上部结构形式、结构布置、外部荷载作用类别、建设场地和地质条件等有密切关系。合理的基础选型和设计，对于降低结构造价、缩短建造周期和保证结构安全可靠至关重要。下面根据不同情况论述各种情况对通信塔建造成本的影响。

1．1 地质的影响

不同的地质条件，对通信塔基础的造价影响较大，常见的地基土种类有:粉土、砂土、粉质粘土、碎石类土、风化岩石等;不良地质情况包括:高压缩土、湿陷性黄土、液化土等。一般地基处理方法主要包括:人工挖孔桩、钻孔灌注桩、灰土挤密桩、CFG桩、三七灰土或级配砂石换填等。拟建60 m三管塔，建设用地有三处可选:用地 1:①层粉土，深度 7．2 m，fak=130 kPa，②层圆砾，fak=300 kPa，未钻穿。基础方案:钻孔灌注桩基础，桩数9根，桩长10 m，基础总造价约18．6万元［1］。用地2:①层粉土为中等湿陷性黄土，非自重Ⅱ级，无地下水。地基基础方案:采用三七灰土分层夯实换填，换填深度约1．5 m，基础采用独立基础，总造价约23 万元［1］。用地3:①层卵石，fak=300 kPa，未钻穿，基础采用独立基础，造价约13 万元［1］。

1．2 地下水的影响

因为通信塔基础一般主要是考虑抗拔问题，因此建设场地地下水水位埋深越浅，通信塔基础的建造成本将越大，故选取地块时需要具有丰富的地质经验，尽量在选址、设计时避开地下水埋深较浅的区域。以拟建60 m三管塔为例，基础采用独立基础，假定地下水位分别为2．0 m，3．7 m，当地下水位为2 m时，比较基础方案一、二:方案一:基底高度为自然地面下2 m，则混凝土方量114．2 m3，方案二:基底高度为自然地面下3．7 m，混凝土方量为84．7 m3，需增加降排水费用 20 000 元［1］。当地下水位为3．7 m时，可采用如下的方案三:拟建场地位于地势稍高的地方，地下水位在3．7 m，基础同方案二，混凝土方量为84．7 m3，无降排水费用。

1．3 外电引入的影响

在进行铁塔选址外勘的时候，一定要考虑该站的外电引入环境、周围是否有合适的电力杆路、该杆路能否提供电源、电压等级是否合适、是否需要另架设变压器、送电距离是否最短、安全距离是否合适等因素。通常，选用3 kV～35 kV伏的电力杆路可以通过变压器直接送电，高于66 kV伏的高压是需要建变电站或定制变压器才能送电的，电力杆路最好是电力系统的线路，如果是其他单位的专线，应尽早联系确定能否使用;另外，通信塔不能离电力线路太近，至少留出一个塔高的安全距离。

1．4 传输的影响

选址对传输的影响较外电引入的影响稍小，其中接入距离、接入路由干扰因素是对造价影响最大的两个方面。

1．5 道路、河流的影响

通信塔选址地周围有道路、河流时需考虑电力、传输的引入，其中路由跨路和跨河都会造成成本增加，安全性却会降低，特别是高速公路和大型河流可能很难跨越，或者跨越成本很高。

1．6 地形的影响

通信塔应尽量选在地势平坦，大型车辆能够到达的地方，特别是单管塔，安装需要大型吊车，现场是否具备吊车安装条件是选址必需要考虑的因素。如选址区域内有地势较高的山坡，且高度适宜，此时将铁塔改建成落地增高架将很大程度上减少基站建设成本。考虑到铁塔的建造成本，在选择基站建设场地时必须对场地周围地质条件进行前期勘察和判别，首先应选择在地势平坦、地质良好的地段，避开断层、土坡边缘、古河道和有可能塌方、滑坡的场地及具有开采价值的地下矿藏或古迹遗址，尽可能选择在地质条件相对较好的地方。

2 塔型选择

一般来说，通信塔的塔型分为空间桁架塔和单管塔，其中空间桁架塔根据主要受力杆件不同，可分为钢管塔和角钢塔;单管塔则根据连接方式不同可分为法兰盘连接的圆截面单管塔和套管连接的多边形钢管塔。

2．1 单管塔

圆截面单管塔的出现推动了现代通信塔建设、设计。这种单管塔是用内法兰螺栓把许多长度为5 m～10 m、相同斜率的单锥形圆筒塔段首尾相连拼接起来的，制造和安装大为简化。单管塔的电缆、导线、爬梯等设备都可安装在塔内，管壁既是承重结构，又起围护作用，外表光洁美观，同时还可根据环境要求伪装成大树，美化环境。单管塔的优点是工业化程度高、占地面积较小，其缺点是用钢量稍大，加工工艺较复杂(见图1)。

2．2 角钢塔

钢塔塔柱主要采用拼接方式，由于风荷载是动力荷载，在风荷载作用下，连接螺栓所承受的主要荷载是往复疲劳剪应力，螺栓较易发生破坏，所以角钢塔要根据检测周期要求或者在当地偶发大风后对铁塔螺栓进行检查，发现螺栓松动或者螺栓破坏的现象时应迅速拧紧或者替换(见图2)。

图1 单管塔效果图

图2 角钢塔效果图

2．3 钢管塔

钢管塔的主要受力构件为无缝钢管，其间的相互连接主要采用法兰盘连接方式。具有安装方便，节点强度高，维护成本低的优点。特别是随着通信事业的发展，通信塔基站传输主要采用的是光纤传输，钢管塔的优势可以充分发挥，钢管是一种各向同性材料，作为通信塔的主材，其风荷载系数小，抗风能力强，在风荷载作用下不易倒塌，能够大大降低塔倒塌导致人畜伤亡事故(见图3)。钢管塔与角钢塔相比，由于钢管的惯性矩比角钢大，挡风系数较小，具有各向同性等特点，因此在相同荷载要求下，钢管塔要比角钢塔重量轻。另外，与角钢相比，钢管的回转半径更大，因此节间长度也可相应放大，腹杆形式不必采用再分式。辅助杆件和迎风面积较小，也是钢管塔重量较轻的原因之一，但是由于钢管采购单价高于角钢，因而整体造价相差不大，而且钢管塔在工厂的生产工期较角钢塔更长，两者各有利弊［3］。以乌鲁木齐地区选用的40 m各塔型为例，统计出各塔重如下:40 m三管塔(两平台)，塔重约8．2 t，40m 四边形角钢塔(两平台)，塔重约 9．1 t，40m单管塔(两平台，内爬梯)，塔重约16．2 t，40 m拉线塔(两平台)，塔重约 10．2 t，40 m 单管塔(一平台，内爬梯)，塔重约 8．0 t。以乌鲁木齐地区选用的60 m各塔型为例，统计出各塔重如下:60 m三管塔(两平台)，塔重约21．0 t，60 m四边形角钢塔(两平台)，塔重约 26．0 t，60 m 拉线塔(两平台)，塔重约 14．4 t。

2．4 拉线塔

拉线塔的主要优点是节省材料、加工安装简单快速、对基础的要求较低、建设费用较低。其缺点是需要有较大的拉线空间(占地面积可估算为塔高×塔高)、桅杆刚度较小，因而变形较大，以及使用中受外界人为破坏的可能性较大、安全性能差、稳定问题突出、难以设置楼梯、机房及平台等。由于拉线塔结构长细比很大，因此在风荷载、裹冰荷载等作用下容易产生较大幅度的振动。一方面，在强风作用下容易引起桅杆剧烈振动而导致失稳破坏;另一方面，在发生频率较高的微风作用下引起桅杆的频繁振动可能导致结构疲劳而破坏。同时这种结构的安全可靠性较差，只要一根纤绳松弛，一块节点板断裂或一根弦杆失稳，就容易引起整个桅杆结构破坏，所以拉线塔后期维护费用较空间桁架塔更高。在有设计及施工技术的基础上，如有较大拉线空间，值得在施工难度较大的地区范围内快速制作安装(见图4)［2］。

图3 钢管塔效果图

图4 拉线塔效果图

以60 m各塔型为例，统计出各塔占地面积:拉线塔，占地面积约为60 m×60m=3 600 m2;三管塔，占地面积约为15 m×18 m=270 m2;四边形角钢塔，占地面积约为15 m×20 m=300 m2;单管塔，占地面积约为10 m×10 m=100 m2。

3 通信塔结构基础及布置

当通信塔建设场地地基土具有良好的承载力，地基变形也能控制在可接受的范围，同时基础上拔力可以由基础及其回填土共同承担时，可采用浅基础形式。一般空间桁架塔可采用独立基础，即每个塔柱下设置一个基础，这些独立基础用联系梁连起来共同作用以平衡上部荷载。对于根开较小的通信塔，为了施工方便，可以做板式基础。在地基承载力较低，或者液化程度较深的建设场地，可采用桩基础形式。空间桁架通信塔，常采用独立承台桩基础，根据地质情况和桩基承载力的要求，可以采用群桩基础或者单桩基础。群桩基础一般是钻孔灌注桩，钻孔灌注桩机械化程度高，施工质量容易保证，单桩基础一般是人工挖孔桩形式，适用于无地下水，岩土较稳定的建设用地，具有施工工期短，造价低的优点，但是在施工过程中，要求稳定支护，对施工条件要求较高。在新疆地区，由于地下水位一般较高，且基础承载力低，桩基础以群桩基础为主，特别是钻孔灌注桩。单管通信塔，对于基础情况较好的建设场地，可采用独立板式基础，条件较差的场地，可采用独桩基础。拉线通信塔，中央基础可采用刚性基础或者扩展底板基础，如果地质条件较差，可在基础底板下加桩。纤绳始终受拉，地锚基础下很少加桩，一般用覆重或利用被动土压力抵抗纤绳拉力。