通信鐵塔可能存在的問題及其相應的加固技術

孫巖 房志剛

摘要：隨著社會的發展，移動通信已經成為人們日常生活中不可缺少的一部分。在通信系統中，為了保證無線電通信系統的正常運行，必須將通信天線安置到制高點，以增加服務半徑，并達到理想的通信效果。通信塔正是起到架高天線的作用。隨著人們對通信質量要求的不斷提升，我國移動通信運營商也在不斷提高技術水平。為了節約成本，有關部門要求各個運營商之間盡量共享鐵塔。而鐵塔結構的穩定性直接關系到其使用壽命，因此加固處理是非常必要的。

關鍵詞：通信鐵塔；加固技術；整體穩定性；極限承載能力

通信鐵塔是極其重要的通信網絡基礎設施，是落實“寬帶中國”戰略，構建下一代國家信息基礎設施，全面推進信息化建設，促進信息消費的重要保障。新一代通信技術的快速發展和更新，給通信鐵塔的質量與安全運行提出了新的挑戰。更應該本著嚴謹的態度，運用科學的方法去應對挑戰，保障數量龐大的通信鐵塔這一通信基礎設施安全穩定運行。下文將對通信塔及其基礎存在的問題與加固技術進行具體研究。

一、擴容后塔材應力不足

隨著國家布局5G網絡新基建的同時，還要擴容4G網絡，并且工信部要求三家運營商盡量共享鐵塔資源，減少重復制造，利用已有鐵塔進行擴容以滿足建設需求成為首要選擇。然而，這也帶來了原有鐵塔承受新增天線荷載的問題。在應對這種情況時，加固鐵塔是一種切實可行的方法。結合工程實際和理論計算，對于主材和斜材，提出了可行的加固方法。

（一）主材加固

在實際操作中，可以依靠拼接角鋼或者外貼鋼板的方式來增加主材的截面積，從而提高主材的承載能力。同時，舊主材可以通過螺栓連接與加固件連接，或者使用類似夾具的連接件將主材與加固件連接。

（二）斜材加固

斜材加固的方式有很多種，常見的方式有三種。首先是增加斜材構件的截面積，具體方法類似于主材加固，可以通過拼接角鋼或外貼鋼板來實現；其次是增加輔助材支撐，改變斜材形式，減小構件的計算長度，以滿足受力要求；最后一種方式是替換斜材，通過檢測及放樣，重新生產斜材，逐一替換不滿足要求的構件。然而，施工中使用替換斜材的方式存在風險，因此不太推薦。

根據不同的斜材形式，為了方便加固操作，可以采取不同的加固方式。對于“倒K形”的斜材，由于沒有交叉點，可以采用拼接角鋼或增加輔助材支撐的方式來加固。通過拼接角鋼可以增加斜材的截面積，提高其承載能力。而對于“X形”的斜材，由于交叉的干涉關系，無法方便地進行角鋼拼接，所以一般只能采用增加輔助支撐的方式來完成加固。通過增加輔助支撐，可以改變斜材的形式，減小其計算長度，從而滿足受力要求。

二、擴容基礎承載力不足

在鐵塔進行加固以擴容后，塔體的自重和風荷載將增加，因此需要重新計算鐵塔基礎。這包括對基礎的抗拔、底板沖切和抗傾覆等方面進行校驗，以確定是否滿足現有要求。對于不滿足要求的情況，需要根據實際情況進行相應處理。

對于一體化預制基礎的抗傾覆不滿足要求時，有兩種解決方法。一種是采用增加配重法，在預制基礎上增加配重塊，以增加鐵塔基礎的荷載。另外一種方法是增加基礎尺寸，通過植筋等方式擴大預制基礎的尺寸，以滿足抗傾覆要求。

對于筏板獨立基礎的地基承載力或變形不滿足要求時，也可以采用增加基礎尺寸的方案。通過增加基礎地面面積，可以減少基底的平均應力和邊緣最大應力，以滿足要求。

對于筏板獨立基礎的抗拔不滿要求時，可以采用“土體置換”或“土體加強”的方法。在抗拔計算中增加抗拔范圍內混凝土或類似混凝土的重量，可以增加基礎的抗拔能力。“土體置換”是指在場地開挖條件較好且缺乏注漿設備時，將抗拔范圍內的土體整體挖除，然后用混凝土替換。值得注意的是，進行土體置換時應選擇天氣條件較好，風力較小的情況下進行。“土體加強”是指在場地開挖條件較差或具備注漿條件時，將水泥漿注入抗拔范圍內的土體。

三、塔身傾斜變形

在鐵塔建設過程中，由于施工原因或其他原因，塔身傾斜和變形是常見的問題。這對鐵塔的正常運行產生重大影響。根據我國《通信鐵塔安裝規范》規定：“塔身水平變形允許值：當塔身整體傾斜、不均勻沉降或傾斜超過±5mm時，應及時進行糾偏處理”。

在實際施工中，有兩種常見的糾偏方法。一種是“局部糾偏”，即針對傾斜部分的塔身進行修正，使其恢復到正確的位置。這種方法適用于傾斜嚴重的鐵塔。然而，這種方法可能會導致應力集中較大，從而降低了結構穩定性。另一種方法是“整體糾偏”，適用于傾斜度較小、塔身剛度較高且不影響塔身穩定的鐵塔。這種方法將整座鐵塔作為一個整體進行矯正。相比于局部糾偏，整體糾偏方法不會引起應力集中和塔身穩定性的問題。

四、鐵塔銹蝕

鐵塔構件表面銹蝕是指構件表面的銹蝕，即鐵的表面在大氣中被腐蝕后形成的銹蝕層，鐵基體的金屬部分因腐蝕而產生的現象。嚴重的銹蝕會導致桿件截面積減小，從而降低構件的承載能力。

鐵塔構件銹蝕產生的原因：①在大氣環境中，鋼筋混凝土結構受酸性物質的作用導致鋼筋腐蝕，包括化學腐蝕、電化學腐蝕和機械腐蝕。不同的環境條件會導致不同的腐蝕機理。化學腐蝕是最主要的一種腐蝕類型，金屬和合金與氧在空氣中發生化學反應，生成灰色或紅褐色的氧化物。同時伴隨著溶解、氧化和體積膨脹等現象。這種物質破壞了鋼材表面的組織，導致局部缺陷和裂紋的產生，降低了鋼材的強度和塑性。②電化學腐蝕是由于金屬與電介質接觸時，金屬表面發生電化學反應，形成由氧化物組成的電泳膜。電泳膜將金屬表面與空氣隔絕，但在一定條件下仍會發生反應，導致金屬表面出現不同程度的腐蝕現象。③機械腐蝕是由于鋼材在外力作用下產生塑性變形或裂紋，導致局部或整體破壞。機械腐蝕主要包括電化學腐蝕和機械磨損。這種破壞多發生在結構受到較大壓力、接觸水、空氣等介質較多的情況下。

鐵塔構件銹蝕后會使其重量增加，從而降低了構件的承載能力，造成結構失穩和破壞。因此，鐵塔構件應定期進行除銹工作。鐵塔構件銹蝕后，截面面積減小，降低了構件的承載能力。根據具體情況，應采取以下措施：

①應根據鐵塔構件的具體情況采取不同的處理方法。對于銹蝕較輕或沒有銹蝕但已出現輕微變形的構件，可以采取增大截面尺寸或增加桿件數量等方法來提高結構的承載能力。在拆除過程中，應注意保護好塔材并進行必要的防護處理；

②對于已銹蝕嚴重或變形過大對結構安全有影響且不能滿足使用要求的構件，應先采取補強措施再進行拆除。在處理過程中，要注意安全問題。施工時應嚴格按操作規程進行，并采取可靠的措施防止事故發生。

鐵塔構件除銹有助于保持其承載能力和結構的穩定性。定期檢查和除銹工作對于鐵塔構件的正常運行和延長使用壽命非常重要。

五、鐵塔基礎開裂

通信鐵塔普遍采用混凝土基礎澆筑技術，然而混凝土的澆注時就避免不了開裂問題，這是普遍存在的技術問題，裂紋一旦形成，特別是貫穿裂紋出現在基礎的重要部位，就會造成極大的危害，影響鐵塔的安全。分析其原因有：①外荷載引起的，經過多年的使用，對于非聯合基礎，各個基礎在荷載作用下可能會沉降不均勻，基礎受力重新分布，個別基礎受力增大，從而導致開裂。②基礎施工過程中問題，由于施工中的溫差及養護不到位的存在，或者配合比的問題，導致基礎在荷載作用下發生開裂。③外界環境引起的，外界環境的變化或者混凝土骨料選取問題，比如骨料中含有石灰石等（也可能是含有堿性材料的泥質細粒），發生堿化反應膨脹，導致混凝土開裂。基礎帶著裂縫在荷載作用下工作，隨著時間增加，裂縫進一步發展。

根據不同的原因引起的裂縫，可以采取相應的處理方法。例如采用“灌漿修補法”“外貼鋼板法”“植筋法”“纖維布補強加固法”等措施。

（一）灌漿修補法

當裂縫寬度大于3mm時需要灌漿修補。注漿修補裂縫的原理是通過將修復材料注入裂縫中，使修復材料滲透和充填裂縫，從而恢復和增強結構的強度和穩定性。修復材料通常是一種特殊的膠狀或液態材料，如環氧樹脂、聚氨酯、水泥漿等，具有較高的粘附性和流動性，可以填充裂縫中的空隙。

注漿修補裂縫的過程通常包括以下步驟：首先，需要清潔裂縫及其周圍的區域，將裂縫中的灰塵、污垢和松散的材料清除，以確保修復材料可以充分滲透和黏附。其次，根據裂縫的大小和位置，選擇合適的注漿設備，并將其安裝和調試。將修復材料與水或其他添加劑混合，并通過注漿設備將修復材料注入裂縫中。修復材料會充填裂縫中的空隙，并與裂縫周圍的材料黏結。修復材料會在裂縫中固化和硬化，形成與周圍材料相似的性能和強度。這通常需要一定的固化時間，具體取決于修復材料的性質和環境條件。

在固化完成后，需要對修復區域進行表面處理，使其與周圍的結構表面相匹配，例如研磨、拋光、涂刷等。此外，為了確保修復效果的持久性，還需要進行后續的維護和檢測工作，定期檢查修復區域，及時處理可能出現的問題，確保結構的安全和穩定。值得注意的是，注漿修補裂縫雖然可以恢復和增強結構的強度和穩定性，但不能解決裂縫產生的根本問題。在進行注漿修復前，還需要對裂縫的成因進行分析和評估，綜合處理可能存在的結構問題，以防止裂縫的再次發展。

（二）外貼鋼板法

外貼鋼板法的原理是以增加結構的強度和穩定性來阻止裂縫的進一步擴展。修補過程一般包括以下步驟：首先，根據裂縫的性質和修復要求，選擇合適的鋼板進行修補。鋼板應具有足夠的強度和剛度，能夠承受結構的荷載，并與混凝土結構形成良好的黏結。其次，對選定的鋼板進行準備工作，包括清潔、除銹和防腐處理。確保鋼板表面光潔且無污垢和銹蝕，以提供良好的黏結條件。然后，將準備好的鋼板固定在裂縫的兩側。固定方法可以采用機械固定或化學黏結。機械固定可以使用螺栓、錨桿等進行固定，而化學黏結需要在鋼板和混凝土表面涂覆黏結劑，并將鋼板貼緊在黏結劑上，通過化學反應形成堅固的黏結。最后，在鋼板固定后，可以進行后續處理，如修整鋼板的表面、涂覆或噴涂防腐劑等，以延長鋼板的使用壽命和防止腐蝕。總之，外貼鋼板法修補裂縫通過增加結構的強度和穩定性來阻止裂縫的進一步擴展，修復效果取決于鋼板的質量和安裝質量，需要經過合理的設計和施工過程。

（三）植筋法

植筋法是一種用于修補混凝土結構裂縫的方法，通過在裂縫處嵌入鋼筋，以增加結構的強度和穩定性，從而阻止裂縫的進一步擴展。該方法一般采用預埋、后埋或鉆孔植筋等方式。預埋植筋是在混凝土澆筑前將選定的鋼筋放置在裂縫位置，然后將混凝土澆筑至裂縫處，使鋼筋嵌入混凝土中。后埋植筋是在混凝土澆筑后，在裂縫處進行鋼筋的鉆孔和安裝。鉆孔植筋是在裂縫處進行鋼筋的鉆孔，然后將鋼筋插入鉆孔內，并注入專用的黏結劑，使鋼筋與混凝土黏結起來。

（四）纖維布補強加固法

纖維布補強加固法是一種在裂縫處粘貼纖維布的方法，旨在增加結構的強度和抗裂性能，提高結構的承載能力和耐久性。纖維布通常采用玻璃纖維布、碳纖維布或聚合物纖維布等材料，具有高強度、高模量、耐腐蝕和耐久性等優點。在裂縫處涂抹專用的膠粘劑，并將事先準備的纖維布粘貼在裂縫上，確保布面平整，完全覆蓋裂縫，并與周圍的混凝土結構良好地黏結。為了提高修復效果，可以采用多層交疊、錯位排列的方式。

六、基礎不均勻沉降

由于選址、施工等多方面因素，工程地質條件復雜多樣。鐵塔基礎可能坐落在不利場地上，這樣可能會引起基礎的不均勻沉降，由于鐵塔基礎的不均勻沉降，會導致鐵塔傾斜，這是引起事故的重要因素之一。對于正在使用中的鐵塔基礎發生不均勻沉降時，應先查明原因，然后根據分析采取有效的措施及時處理。

一般情況下，有三個方面可能會引起基礎的不均勻沉降：

①勘察設計方面的問題，即地勘不詳細，沒有發現可能存在的不良地質，并未對地下坑洞或軟土地基等進行處理，或者在鐵塔運行后超掛天線，使得上部荷載超過了基礎設計時的承載能力，從而使地基發生破壞導致不均勻沉降。

②施工方面的問題，即施工中地基處理不當，超挖回填灰土墊層夯實不足、地基處理措施等施工不到位，或施工中的基面降水、排水措施存在問題，造成滲水出現涌洞，從而導致基礎不均勻沉降。

③外力破壞方面的問題，鐵塔基礎周圍遭受工業施工等破壞，使基礎地面應力發生改變，也會引起不均勻沉降。

（一）應力解除法

地基應力解除法是目前使用最廣泛的一種糾偏方式。使用中的通信鐵塔如果因為額外承受了設計之外的不可忽視的較大應力而出現了基礎的不均勻沉降時，就需要使用應力解除技術完成糾偏。該方法是根據土力學的原理，選擇基礎沉降較小的一側，布設角度合適的密集鉆孔，按照計劃、次序、分期分批的方法，在適當深度的鉆孔內挖掘適量的軟弱淤泥，并采取各種措施促進沉降，使地基應力在局部范圍內解除，推動軟土向該側移動，增加該側地基沉降量。與此同時，在原本沉降較大的一側，嚴格保護基土以避免擾動，防止糾偏施工中發生附加沉降，最終達到糾偏的預期目標，并同時控制沉降的范圍。地基應力解除法的優勢有以下幾點：首先，地基應力解除法可以維持地基土體的固有應力狀態，有效分布地基土體的應力。這種方法進行糾偏幾乎沒有后遺癥，大大減少了后續維護的成本投入。其次，地基應力解除法施工效率高，工期短，并且在整個施工過程中幾乎沒有震動產生，也不會造成噪聲污染。這些優勢使得地基應力解除法成為目前廣泛使用的一種糾偏方式。

（二）浸水濕陷糾偏法

這種基礎糾偏方法主要用于濕陷性黃土這一特殊地質條件，利用濕陷性黃土浸水濕陷的特點，在塔身下方地基下沉較淺的位置噴灑大量的水，使黃土變成黃泥，迫使該位置的地基下沉。在具體施工中，需要注意下沉速度，控制在5至10毫米。此外，在施工之前需要考慮停止注水后，目標區域的黃泥需要多長時間才能完全變干，重新恢復塔身基礎地基下沉的阻力，并達到預計的沉降量，務必立即停水。

（三）排水糾偏法

這種基礎糾偏方法主要適用于存在地下水且不均勻沉降較為輕微的情況。具體方法是在基礎沉降量較少的一側開挖排水溝井，并進行抽水作業。這樣可以使基礎下的地基土在失去水分的同時固結壓縮，從而實現下沉，從而糾正鐵塔基礎的傾斜。

七、結束語

綜上所述，為了保證通信鐵塔加固后的質量，在加固施工完成后，需要對其進行監測和檢測，以確保通信鐵塔能夠在規定的時間內穩定運行。根據實際情況選定合適的監測周期，并對鐵塔進行定期監測和維護工作，以確保監測結果的準確性。定期測量通信鐵塔的水平位移和垂直位移，并定期對通信鐵塔進行檢查，及時發現問題并采取相應的措施進行處理。

作者單位：孫 巖 房志剛 山東省郵電規劃設計院有限公司

參? 考? 文? 獻

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