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(xiàn)的覆蓋，通信塔一般占有一定的空間和高度，使其滿(mǎn)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(guò)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(lèi)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(jiàn)的地基土種類(lèi)有:粉土、砂土、粉質(zhì)粘土、碎石類(lèi)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。基礎(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(wàn)元［1］。用地2:①層粉土為中等濕陷性黃土，非自重Ⅱ級(jí)，無(wú)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(wàn)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(wàn)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(wèn)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(kāi)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(wú)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?chē)欠裼泻线m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(guò)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(xiàn)路，如果是其他單位的專(zhuān)線(xiàn)，應(yīng)盡早聯(lián)系確定能否使用;另外，通信塔不能離電力線(xiàn)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?chē)械缆?、河流時(shí)需考慮電力、傳輸?shù)囊耄渲新酚煽缏泛涂绾佣紩?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(chē)輛能夠到達(dá)的地方，特別是單管塔，安裝需要大型吊車(chē)，現(xiàn)場(chǎng)是否具備吊車(chē)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?chē)刭|(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(kāi)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(kāi)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(lái)說(shuō)，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(pán)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(lái)的，制造和安裝大為簡(jiǎn)化。單管塔的電纜、導(dǎo)線(xiàn)、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(guān)，同時(shí)還可根據(jù)環(huán)境要求偽裝成大樹(shù)，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(jiàn)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(jiàn)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(wú)縫鋼管，其間的相互連接主要采用法蘭盤(pán)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(jiàn)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(chǎng)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(xiàn)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(xiàn)塔(兩平臺(tái))，塔重約 14．4 t。

2．4 拉線(xiàn)塔

拉線(xiàn)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(xiàn)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(wèn)題突出、難以設(shè)置樓梯、機(jī)房及平臺(tái)等。由于拉線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(jiàn)圖4)［2］。

圖3 鋼管塔效果圖

圖4 拉線(xiàn)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(xiàn)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(lái)共同作用以平衡上部荷載。對(duì)于根開(kāi)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?？臻g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(wú)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(guò)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(xiàn)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(yǔ)

以上是筆者多年來(lái)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．