基于物联网的通信铁塔钢桩防腐技术

谢斌盛

中国铁塔股份有限公司江苏省分公司

0 引言

近几年来，密集市区的4G通信网络趋于深入覆盖。小区覆盖，道路覆盖的需求越来越多。随着网络制式的不断升级，后期5G、NB-IOT的技术应用，基站间距离越来越小，密集城区的选址压力凸显。

常规铁塔基础采用钢筋混凝土现浇基础，该种形式基础，工艺成熟，就地取材，施工技术要求较低。但在人行道、绿化带、小区周边等场景下，往往受限于施工场地面积、地下管线情况、长时间居民投诉等问题，经常出现阻工的情况。

本文介绍的钢管桩基础在建筑行业中已广泛应用，近两年铁塔公司将该技术引入通信铁塔的建设中，取得了显著的效益。

1 传统桩体与钢管桩的对比分析

1.1 传统钢混现浇基础

传统的钢混现浇基础虽然工艺成熟，施工技术较低，但主要有以下三个劣势：

（1）施工周期长：涉及基础开挖、支模、钢筋绑扎、混凝土浇筑、养护等标准工序，常规基础施工周期7-28天不等。

（2）占地面积大：开挖支模需要放坡，如用钻孔灌注桩，还需泥浆池等必要的施工场地，在城市场景往往难以满足，也易影响周边环境。

（3）重复利用率差：基础部分无法搬迁；施工质量与现场施工单位水平直接挂钩，易参差不齐。

1.2 钢管桩基础

对比传统的钢混现浇基础，钢桩主要有以下四个优势：

（1）施工周期短：从钢桩施工至现场清理，1小时内完成，含铁塔吊装仅仅一天就能全部作业结束。

（2）开挖面积小：常规开挖面积2m×2m以内，有效避开城市道路丰富的地下管线。

（3）可重复利用：搬迁站点可拔桩，检测合格后重复利用。

（4）质量可控：使用预制钢管基础，钢管统一由工厂加工、镀锌完成。

图1 钢管桩结构详图

合作共赢——铁塔与共建共享共维

1.3 钢桩基础的附加效益

降低阻工率：因钢管桩施工快，常规从机械进场至退场，2小时以内即能完成，能有效避免施工过程受阻。

提高选址成功率：路灯杆建设场景往往为中心城区，地下管线丰富，使用钢管桩能大幅度降低选址移位概率，为选址人员留下更多可选择空间，效益显著。

1.4 钢桩锈蚀问题

钢管桩的工作环境主要是地下水、大气、土壤和温湿度。目前通过对桩表面镀锌来进行防护，但钢桩表面镀锌层较薄，压桩过程中易遭损坏，存在较大的腐蚀风险，若钢管遭受腐蚀，会缩短使用寿命，带来安全隐患，因此限制了钢管桩的使用范围。

2 基于物联网的防腐技术

本解决方案创新使用牺牲阳极的阴极保护法，通过在欲保护的金属构筑物上连接更活泼的金属，构成一个腐蚀电池，使钢管桩阴极化，从而实现对钢管桩增设一道安全保护。本方案中阳极材料主要选用镁合金。

图2 极化防腐原理图

2.1 方案系统图

本方案融合了物联网监测。在钢管桩添加了智能检测传感器，通过检测闭合回路的电流情况，经技术处理，从电流阈值判断阳极材料牺牲情况，决定是否需要桩基础材料更换维护。该方案主要包括六个工序：（1）阳极材料检查与接收；（2）填包料包装；（3）牺牲阳极安装；（4）牺牲阳极组安装与测试；（5）智能采集系统安装；（6）数据分析存量。

防腐监测数据接入江苏铁塔开发的“铁塔远程监控和智能诊断系统”，对数据进行分析并界面展示。下图是阴极防腐解决方案的系统图。

图3 基于物联网的阴极防腐技术系统图

2.2 应用情况

本项目于2016年3月在江苏省内开展约100余站的试点工作，为后续的大面积推广积累了丰富的运维检测数据。实现了以下四个目标：

（1）定期定量的监测钢管桩腐蚀情况，精准定量防腐，确保钢桩安全；

（2）检测数据准确，可靠性高；

（3）减少了阳极镁合金材料的浪费，节能环保；

（4）减少了人工周期巡检，降低了运营成本。

该项技术目前在江苏13个地市广泛推广，尤其是南京、盐城、扬州、徐州、镇江已全面推广该技术。由于该塔型既能够快速满足建设需求，还能极大提升塔桅单位的巡检效率，因此获得了各地市公司的高度好评，截至2018年的年中，江苏省内已累计建设超过500座基于物联网的钢管桩基础塔体。

2.3 传统防腐方案与本方案对比分析

如下表所示，和传统方案对比，本方案可以实现用被保护金属结构1%-5%的费用，使结构物的使用寿命大幅度的延长。

技术对比表

2.4 效益分析

本技术方案的推广使用，其经济效益主要体现在以下三个方面：

（1）钢桩塔生命周期延长。以2016年为例，全国累计承接14万新建铁塔项目，其中7%左右的城区难点站可通过钢桩塔进行攻关建设，30米钢桩塔单塔建设费用平均以21万元计，以每延长一年使用寿命计算，全国直接经济效益可以达到1.02亿元/年，真正实现小改造创造大效益。

（2）选址效率提升。提高了静压桩的安全性，扩大了应用范围，并进一步提升了疑难站址的交付能力和效率，为公司业务运营提供有力的站址基础支撑。

（3）节省维护成本。及时检测实际工况，根据物联网监测反馈的电流信号，定量智能化判断是否需要更换阳极材料，大大节省了镁合金材料，节能环保。同时还减少了人员定期的桩体巡检工作，节省了人力成本。

3 结束语

随着通信网络的飞速发展，基站的建设也是日新月异。基站小型化、智能化的要求也是水涨船高。网络覆盖要求也是更加密集化，并趋向于滴灌式的深度覆盖。以上因素对选址工作也提出了更高的要求。

本文介绍的钢管桩有助于今后5G、NB-IOT技术的落地建设应用，其中路灯站、监控杆站、市区广告牌基站等建设均可以采用此桩体，并且施工效率高，可以量产，重复利用。

基于物联网的阴极防腐方案，在今后的基站桩体维护、精细化管控上也是一个重要的探索方向。对于铁塔公司来说，存量基站的资源物联网化也是未来一个重要的大数据培养方向。