關于通信塔建設若干問題的討論

胡 丹 苗建義

(中廣電廣播電影電視設計研究院，北京 100045)

0 引言

隨著我國通信事業的迅速發展，通信塔得到了大量的運用和發展。通信塔的主要功能是支持各種通信天線的覆蓋，通信塔一般占有一定的空間和高度，使其滿足信號傳播和覆蓋的要求。本文作者結合多年在通信塔建設方面的經驗，提出了以下幾點在通信塔建設方面的體會。

1 通信塔選址

通信塔的選址在整個建設過程中非常重要，通常通信塔的規劃選址位置大都在郊區，站與站間距相對較大，選址范圍在相對距離內可以調整，在這一片可選的規劃范圍內，對信號覆蓋差別很小，但是對通信塔基礎造價影響相差很大。通信塔基礎將上部結構的全部荷載安全可靠的傳遞到地基，并保證結構的安全穩定，通信塔基礎選型及基礎布置與上部結構形式、結構布置、外部荷載作用類別、建設場地和地質條件等有密切關系。合理的基礎選型和設計，對于降低結構造價、縮短建造周期和保證結構安全可靠至關重要。下面根據不同情況論述各種情況對通信塔建造成本的影響。

1．1 地質的影響

不同的地質條件，對通信塔基礎的造價影響較大，常見的地基土種類有:粉土、砂土、粉質粘土、碎石類土、風化巖石等;不良地質情況包括: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、三七灰土或級配砂石換填等。擬建60 m三管塔，建設用地有三處可選: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。基礎方案:鉆孔灌注樁基礎，樁數9根，樁長10 m，基礎總造價約18．6萬元［1］。用地2:①層粉土為中等濕陷性黃土，非自重Ⅱ級，無地下水。地基基礎方案:采用三七灰土分層夯實換填，換填深度約1．5 m，基礎采用獨立基礎，總造價約23 萬元［1］。用地3:①層卵石，fak=300 kPa，未鉆穿，基礎采用獨立基礎，造價約13 萬元［1］。

1．2 地下水的影響

因為通信塔基礎一般主要是考慮抗拔問題，因此建設場地地下水水位埋深越淺，通信塔基礎的建造成本將越大，故選取地塊時需要具有豐富的地質經驗，盡量在選址、設計時避開地下水埋深較淺的區域。以擬建60 m三管塔為例，基礎采用獨立基礎，假定地下水位分別為2．0 m，3．7 m，當地下水位為2 m時，比較基礎方案一、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 排水費用 20 000 元［1］。當地下水位為3．7 m時，可采用如下的方案三:擬建場地位于地勢稍高的地方，地下水位在3．7 m，基礎同方案二，混凝土方量為84．7 m3，無降排水費用。

1．3 外電引入的影響

在進行鐵塔選址外勘的時候，一定要考慮該站的外電引入環境、周圍是否有合適的電力桿路、該桿路能否提供電源、電壓等級是否合適、是否需要另架設變壓器、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的線路，如果是其他單位的專線，應盡早聯系確定能否使用;另外，通信塔不能離電力線路太近，至少留出一個塔高的安全距離。

1．4 傳輸的影響

選址對傳輸的影響較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造價影響最大的兩個方面。

1．5 道路、河流的影響

通信塔選址地周圍有道路、河流時需考慮電力、傳輸的引入，其中路由跨路和跨河都會造成成本增加，安全性卻會降低，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

通信塔應盡量選在地勢平坦，大型車輛能夠到達的地方，特別是單管塔，安裝需要大型吊車，現場是否具備吊車安裝條件是選址必需要考慮的因素。如選址區域內有地勢較高的山坡，且高度適宜，此時將鐵塔改建成落地增高架將很大程度上減少基站建設成本。考慮到鐵塔的建造成本，在選擇基站建設場地時必須對場地周圍地質條件進行前期勘察和判別，首先應選擇在地勢平坦、地質良好的地段，避開斷層、土坡邊緣、古河道和有可能塌方、滑坡的場地及具有開采價值的地下礦藏或古跡遺址，盡可能選擇在地質條件相對較好的地方。

2 塔型選擇

一般來說，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主要受力桿件不同，可分為鋼管塔和角鋼塔;單管塔則根據連接方式不同可分為法蘭盤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推動了現代通信塔建設、設計。這種單管塔是用內法蘭螺栓把許多長度為5 m～10 m、相同斜率的單錐形圓筒塔段首尾相連拼接起來的，制造和安裝大為簡化。單管塔的電纜、導線、爬梯等設備都可安裝在塔內，管壁既是承重結構，又起圍護作用，外表光潔美觀，同時還可根據環境要求偽裝成大樹，美化環境。單管塔的優點是工業化程度高、占地面積較小，其缺點是用鋼量稍大，加工工藝較復雜(見圖1)。

2．2 角鋼塔

鋼塔塔柱主要采用拼接方式，由于風荷載是動力荷載，在風荷載作用下，連接螺栓所承受的主要荷載是往復疲勞剪應力，螺栓較易發生破壞，所以角鋼塔要根據檢測周期要求或者在當地偶發大風后對鐵塔螺栓進行檢查，發現螺栓松動或者螺栓破壞的現象時應迅速擰緊或者替換(見圖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件為無縫鋼管，其間的相互連接主要采用法蘭盤連接方式。具有安裝方便，節點強度高，維護成本低的優點。特別是隨著通信事業的發展，通信塔基站傳輸主要采用的是光纖傳輸，鋼管塔的優勢可以充分發揮，鋼管是一種各向同性材料，作為通信塔的主材，其風荷載系數小，抗風能力強，在風荷載作用下不易倒塌，能夠大大降低塔倒塌導致人畜傷亡事故(見圖3)。鋼管塔與角鋼塔相比，由于鋼管的慣性矩比角鋼大，擋風系數較小，具有各向同性等特點，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，鋼管的回轉半徑更大，因此節間長度也可相應放大，腹桿形式不必采用再分式。輔助桿件和迎風面積較小，也是鋼管塔重量較輕的原因之一，但是由于鋼管采購單價高于角鋼，因而整體造價相差不大，而且鋼管塔在工廠的生產工期較角鋼塔更長，兩者各有利弊［3］。以烏魯木齊地區選用的40 m各塔型為例，統計出各塔重如下:40 m三管塔(兩平臺)，塔重約8．2 t，40m 四邊形角鋼塔(兩平臺)，塔重約 9．1 t，40m單管塔(兩平臺，內爬梯)，塔重約16．2 t，40 m拉線塔(兩平臺)，塔重約 10．2 t，40 m 單管塔(一平臺，內爬梯)，塔重約 8．0 t。以烏魯木齊地區選用的60 m各塔型為例，統計出各塔重如下:60 m三管塔(兩平臺)，塔重約21．0 t，60 m四邊形角鋼塔(兩平臺)，塔重約 26．0 t，60 m 拉線塔(兩平臺)，塔重約 14．4 t。

2．4 拉線塔

拉線塔的主要優點是節省材料、加工安裝簡單快速、對基礎的要求較低、建設費用較低。其缺點是需要有較大的拉線空間(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、穩定問題突出、難以設置樓梯、機房及平臺等。由于拉線塔結構長細比很大，因此在風荷載、裹冰荷載等作用下容易產生較大幅度的振動。一方面，在強風作用下容易引起桅桿劇烈振動而導致失穩破壞;另一方面，在發生頻率較高的微風作用下引起桅桿的頻繁振動可能導致結構疲勞而破壞。同時這種結構的安全可靠性較差，只要一根纖繩松弛，一塊節點板斷裂或一根弦桿失穩，就容易引起整個桅桿結構破壞，所以拉線塔后期維護費用較空間桁架塔更高。在有設計及施工技術的基礎上，如有較大拉線空間，值得在施工難度較大的地區范圍內快速制作安裝(見圖4)［2］。

圖3 鋼管塔效果圖

圖4 拉線塔效果圖

以60 m各塔型為例，統計出各塔占地面積:拉線塔，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 通信塔結構基礎及布置

當通信塔建設場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，同時基礎上拔力可以由基礎及其回填土共同承擔時，可采用淺基礎形式。一般空間桁架塔可采用獨立基礎，即每個塔柱下設置一個基礎，這些獨立基礎用聯系梁連起來共同作用以平衡上部荷載。對于根開較小的通信塔，為了施工方便，可以做板式基礎。在地基承載力較低，或者液化程度較深的建設場地，可采用樁基礎形式。空間桁架通信塔，常采用獨立承臺樁基礎，根據地質情況和樁基承載力的要求，可以采用群樁基礎或者單樁基礎。群樁基礎一般是鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁機械化程度高，施工質量容易保證，單樁基礎一般是人工挖孔樁形式，適用于無地下水，巖土較穩定的建設用地，具有施工工期短，造價低的優點，但是在施工過程中，要求穩定支護，對施工條件要求較高。在新疆地區，由于地下水位一般較高，且基礎承載力低，樁基礎以群樁基礎為主，特別是鉆孔灌注樁。單管通信塔，對于基礎情況較好的建設場地，可采用獨立板式基礎，條件較差的場地，可采用獨樁基礎。拉線通信塔，中央基礎可采用剛性基礎或者擴展底板基礎，如果地質條件較差，可在基礎底板下加樁。纖繩始終受拉，地錨基礎下很少加樁，一般用覆重或利用被動土壓力抵抗纖繩拉力。

4 結語

以上是筆者多年來參與通信塔建設工程的一些體會，在通信塔建設中要做到統籌規劃、科學選型，綜合考慮多重因素，才能保證工程建設的安全和經濟。

［1］新疆建筑工程消耗量定額烏魯木齊估價表［Z］．2010．

［2］屠黑男，王肈民．輕型通信塔設計［J］．特種結構，2001，18(4):24-26．

［3］謝郁山．三邊形鋼管塔在移動通信領域的應用［J］．建筑技術，2007，38(2):132-134．