基于物聯網的通信鐵塔鋼樁防腐技術

謝斌盛

中國鐵塔股份有限公司江蘇省分公司

0 引言

近幾年來，密集市區的4G通信網絡趨于深入覆蓋。小區覆蓋，道路覆蓋的需求越來越多。隨著網絡制式的不斷升級，后期5G、NB-IOT的技術應用，基站間距離越來越小，密集城區的選址壓力凸顯。

常規鐵塔基礎采用鋼筋混凝土現澆基礎，該種形式基礎，工藝成熟，就地取材，施工技術要求較低。但在人行道、綠化帶、小區周邊等場景下，往往受限于施工場地面積、地下管線情況、長時間居民投訴等問題，經常出現阻工的情況。

本文介紹的鋼管樁基礎在建筑行業中已廣泛應用，近兩年鐵塔公司將該技術引入通信鐵塔的建設中，取得了顯著的效益。

1 傳統樁體與鋼管樁的對比分析

1.1 傳統鋼混現澆基礎

傳統的鋼混現澆基礎雖然工藝成熟，施工技術較低，但主要有以下三個劣勢：

（1）施工周期長：涉及基礎開挖、支模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、養護等標準工序，常規基礎施工周期7-28天不等。

（2）占地面積大：開挖支模需要放坡，如用鉆孔灌注樁，還需泥漿池等必要的施工場地，在城市場景往往難以滿足，也易影響周邊環境。

（3）重復利用率差：基礎部分無法搬遷；施工質量與現場施工單位水平直接掛鉤，易參差不齊。

1.2 鋼管樁基礎

對比傳統的鋼混現澆基礎，鋼樁主要有以下四個優勢：

（1）施工周期短：從鋼樁施工至現場清理，1小時內完成，含鐵塔吊裝僅僅一天就能全部作業結束。

（2）開挖面積小：常規開挖面積2m×2m以內，有效避開城市道路豐富的地下管線。

（3）可重復利用：搬遷站點可拔樁，檢測合格后重復利用。

（4）質量可控：使用預制鋼管基礎，鋼管統一由工廠加工、鍍鋅完成。

圖1 鋼管樁結構詳圖

合作共贏——鐵塔與共建共享共維

1.3 鋼樁基礎的附加效益

降低阻工率：因鋼管樁施工快，常規從機械進場至退場，2小時以內即能完成，能有效避免施工過程受阻。

提高選址成功率：路燈桿建設場景往往為中心城區，地下管線豐富，使用鋼管樁能大幅度降低選址移位概率，為選址人員留下更多可選擇空間，效益顯著。

1.4 鋼樁銹蝕問題

鋼管樁的工作環境主要是地下水、大氣、土壤和溫濕度。目前通過對樁表面鍍鋅來進行防護，但鋼樁表面鍍鋅層較薄，壓樁過程中易遭損壞，存在較大的腐蝕風險，若鋼管遭受腐蝕，會縮短使用壽命，帶來安全隱患，因此限制了鋼管樁的使用范圍。

2 基于物聯網的防腐技術

本解決方案創新使用犧牲陽極的陰極保護法，通過在欲保護的金屬構筑物上連接更活潑的金屬，構成一個腐蝕電池，使鋼管樁陰極化，從而實現對鋼管樁增設一道安全保護。本方案中陽極材料主要選用鎂合金。

圖2 極化防腐原理圖

2.1 方案系統圖

本方案融合了物聯網監測。在鋼管樁添加了智能檢測傳感器，通過檢測閉合回路的電流情況，經技術處理，從電流閾值判斷陽極材料犧牲情況，決定是否需要樁基礎材料更換維護。該方案主要包括六個工序：（1）陽極材料檢查與接收；（2）填包料包裝；（3）犧牲陽極安裝；（4）犧牲陽極組安裝與測試；（5）智能采集系統安裝；（6）數據分析存量。

防腐監測數據接入江蘇鐵塔開發的“鐵塔遠程監控和智能診斷系統”，對數據進行分析并界面展示。下圖是陰極防腐解決方案的系統圖。

圖3 基于物聯網的陰極防腐技術系統圖

2.2 應用情況

本項目于2016年3月在江蘇省內開展約100余站的試點工作，為后續的大面積推廣積累了豐富的運維檢測數據。實現了以下四個目標：

（1）定期定量的監測鋼管樁腐蝕情況，精準定量防腐，確保鋼樁安全；

（2）檢測數據準確，可靠性高；

（3）減少了陽極鎂合金材料的浪費，節能環保；

（4）減少了人工周期巡檢，降低了運營成本。

該項技術目前在江蘇13個地市廣泛推廣，尤其是南京、鹽城、揚州、徐州、鎮江已全面推廣該技術。由于該塔型既能夠快速滿足建設需求，還能極大提升塔桅單位的巡檢效率，因此獲得了各地市公司的高度好評，截至2018年的年中，江蘇省內已累計建設超過500座基于物聯網的鋼管樁基礎塔體。

2.3 傳統防腐方案與本方案對比分析

如下表所示，和傳統方案對比，本方案可以實現用被保護金屬結構1%-5%的費用，使結構物的使用壽命大幅度的延長。

技術對比表

2.4 效益分析

本技術方案的推廣使用，其經濟效益主要體現在以下三個方面：

（1）鋼樁塔生命周期延長。以2016年為例，全國累計承接14萬新建鐵塔項目，其中7%左右的城區難點站可通過鋼樁塔進行攻關建設，30米鋼樁塔單塔建設費用平均以21萬元計，以每延長一年使用壽命計算，全國直接經濟效益可以達到1.02億元/年，真正實現小改造創造大效益。

（2）選址效率提升。提高了靜壓樁的安全性，擴大了應用范圍，并進一步提升了疑難站址的交付能力和效率，為公司業務運營提供有力的站址基礎支撐。

（3）節省維護成本。及時檢測實際工況，根據物聯網監測反饋的電流信號，定量智能化判斷是否需要更換陽極材料，大大節省了鎂合金材料，節能環保。同時還減少了人員定期的樁體巡檢工作，節省了人力成本。

3 結束語

隨著通信網絡的飛速發展，基站的建設也是日新月異。基站小型化、智能化的要求也是水漲船高。網絡覆蓋要求也是更加密集化，并趨向于滴灌式的深度覆蓋。以上因素對選址工作也提出了更高的要求。

本文介紹的鋼管樁有助于今后5G、NB-IOT技術的落地建設應用，其中路燈站、監控桿站、市區廣告牌基站等建設均可以采用此樁體，并且施工效率高，可以量產，重復利用。

基于物聯網的陰極防腐方案，在今后的基站樁體維護、精細化管控上也是一個重要的探索方向。對于鐵塔公司來說，存量基站的資源物聯網化也是未來一個重要的大數據培養方向。