一種配重式簡易單管塔的設計及試點應用

王金輝

(江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司，江蘇 南京 210006)

引言

從全國移動通信基站建設的統計資料分析，近年來受土地資源緊張、征地費用高漲、民眾對天線的輻射恐慌、租賃成本的持續攀升、百姓風水觀念等因素的影響，基站選址難度增加、建設環境惡化、施工矛盾不斷已經成為了通信基站建設中最棘手的問題，導致解決網絡投訴的基站建設需求和基站建設環境的惡化之間的矛盾、站址征地租賃費用的大幅度增加和基站建設成本的節約化要求之間的矛盾沖突越來越明顯。另外，隨著城鎮拆遷建設的推進，部分區域原有基站被迫拆除。這些被迫拆除的基站所在區域環境較為特殊，周邊往往無法在短期內建設合適的站點填補，導致該地區長時間沒有網絡信號覆蓋，客戶感知差、投訴多。如何有效解決這種場景中的網絡覆蓋問題，倍受工程人員關注。

本文針對城鎮郊區小范圍的網絡投訴解決需求和現場不具備現場澆筑混凝土塔基的工程建設需求，探索設計一種高度合適的輕質簡易單管塔，一種高度合適的簡易單管塔，并采用裝配式預制配重混凝土基礎，代替傳統基站建設模式下現場需澆筑較大體積混凝土的建設方案，達到節省工程造價、縮短工程建設周期、降低工程實施中協調成本的目的，保障基站工程順利實施，實現投訴區域短時間的網絡覆蓋。

1 塔體方案的甄選

在基站工程中，簡易塔體結構一般較多采用自立式簡易單管塔、組合H桿、組合抱桿等結構型式。根據基站選址及工程實施中業主反饋情況調查，上述組合H桿和組合抱桿上部結構冗繁、美觀性差、占地面積較大;而自立式簡易單管塔因塔體上部結構簡潔、外觀輕盈，便于根據需要進行桿體的美化改造及景觀裝飾等特點，工程應用較好;此外，從塔體受力形式及結構設計角度分析，自立單管塔塔身迎風面較小，對基礎占地面積要求較小，采取配重式基礎方案的可行性較大。

2 基礎方案的選定

通信塔架作為高聳結構，風荷載作用下的荷載效應為其自身結構和基礎計算的主要控制荷載工況，在上部結構強度滿足要求的前提下，基礎必須提供足夠的抗力保證上部結構不發生整體傾覆。從結構概念角度分析，塔體采用配重式混凝土基礎是可行的，通過現場裝配預制的混凝土配重單元，可以省去現場澆注大體積混凝土的繁瑣施工工序及養護時間，縮短了工程建設周期。

3 計算分析

采用SAP2000建模分析，計算時塔身幾何模型簡化的原則是在保證計算精度的前提下，對一些與塔身強度，穩定性沒有重要作用或者承受荷載情況并不關鍵的部位適當簡化，以提高計算速度。

計算選用15m、18m兩種高度塔體，塔身主材選用Q345B，支架、避雷針等構件選用Q235B。考慮塔體上部設置一層支架，安裝3根天線，設計基本風壓取為0.40kN/m2。塔身簡化為底部固定，頂端自由的薄壁錐筒形結構，由于爬釘板，保險繩固定件等主要承受豎向荷載，可將其質量附加到塔身上。整體結構的穩定和抗傾覆只要依靠鐵塔本身重量和配重塊重量，基礎的整體剛度主要由配重基礎外鋼框提供。配重塊設計，除了滿足基礎的穩定性外，還應考慮彎矩作用和吊裝，進行強度和配筋計算，配筋應滿足最小配筋率要求，防止裂縫產生。計算結果參見表1。

表1 不同高度配重式簡易單管塔主要參數

4 工程試點實施

4.1 現場勘查選定站址

各專業設計人員現場勘查，并結合場地環境、道路交通及場地水文地質勘探資料等，選定合適建設為位置。

4.2 基坑開挖及地基處理

結合場地土質條件采用合適的施工工藝，基坑開挖至設計深度，或按照設計要求進行地基處理后，由建設方組織設計、地質勘探、監理等單位工程人員現場驗槽，確認基底土體承載力滿足設計要求。基坑驗槽合格后，鋪設基礎墊層，墊層可選用碎石拌漿的簡化處理。

4.3 基礎型鋼外框吊裝

墊層平整度驗收合格后，將預先在工廠完成整體焊接及鍍鋅處理的基礎型鋼外框吊裝就位，采取措施，保證鋼架頂面的水平度。

4.4 塔腳底法蘭的固定

基礎型鋼外框固定合格后，安裝塔段1底部法蘭板，并控制好塔段1管體的垂直度及頂部水平偏差，確保塔體豎直并保證后期塔身支撐的順利安裝。

4.5 基礎配重塊吊裝

塔段1固定施工驗收合格后，在采取有效措施保證的條件下，遵循逐層對稱施工順序吊裝基礎配重塊，并隨時觀測調整塔身傾斜度。待配重塊全部吊裝結束后，用高強螺桿箍緊。

4.6 吊裝塔段2，安裝斜向支撐

基礎配重塊安裝完成，即可吊裝塔段2主鋼管，安裝到位后，安裝4根斜向支撐桿桿，支撐桿下部固定于基礎鋼框頂面四角固定件。

4.7 吊裝塔段3，安裝塔身支架

塔身2主鋼管安裝到位后，觀測塔頂垂直度，水平偏差調整合格后繼續吊裝塔段3，并觀測調整塔頂傾斜度至滿足要求。塔段3在吊裝之前，可先安裝固天線支架可在塔段3吊裝前完成與管身的安裝固定。

4.8 接地系統施工，檢測合格后回填基坑

根據設計要求，設置接地網，檢測基礎接地系統的接地電阻合格后，回填基坑，回填時注意控制回填土夯實質量，并全程觀測塔身傾斜度。

5 工程效果

經比較，試點站點采用配重式簡易單管塔的總體工程造價，較采用傳統建設模式建設相同高度塔體的普通單管塔節約10%左右。通過與傳統基站建設模式下同類高度鐵塔工程比較，采用配重式簡易自立單管塔的基站工程，自施工準備階段到塔體安裝完成總工期不到20天，建設周期縮短了近50%，工期優化效果非常明顯。試點基站開通運營后，經現場測試，目標覆蓋區域移動網絡信號良好。

6 結束語

本文結合工程實際需求，對一種15～18m高度的配重式簡易自立單管塔進行了分析研究，并全程跟蹤了試點基站的工程實施。較之傳統基站鐵塔建設工程，本文研究的配重式簡易單管塔，其在施工便利性、節約投資成本、縮短工程周期等方面優勢明顯。

本文研究的配重式簡易單管塔可采用標準模式工廠化生產，構件制造質量有保證，為基站工程大規模應用提供可靠依據。

通過工程實踐效果的跟蹤調查，發現塔身傾斜度控制和調節系統方面還需做進一步改進和完善，塔身下部剛性支撐增加可調節功能，使得塔身傾斜度更方便調節。

［1］高聳結構設計規范 GB50135－2006［S］GB50135－2006 Code for design of high－rising structures［S］.

［2］建筑地基基礎設計規范 GB50007－2008［S］GB50007－2002 Code for design of building foundation［S］.

［3］鋼結構設計規范 GB50017－2003［S］GB50017－2003 Code for design of steel structures［S］.

［4］中國工程建設標準化協會化工分會.工業建筑防腐蝕設計規范，GB50046－2008.中國計劃出版社.

［5］王姝.新型可搬遷一體化移動基站的設計.特種結構.2012年29卷4期.