關于通信鐵塔基礎設計與造價的探討

曹婷婷

上海郵電設計咨詢研究院有限公司 上海 200000

引言

通信鐵塔是重要的通信基礎設施，在建起國家通信網絡系統(tǒng)發(fā)展中起到了重要的作用，通信鐵塔設計方案合理與否十分重要，其基礎的選擇和設計就是重中之重。通信鐵塔整體結構較高，受到風荷載的影響最為突出，而風荷載具有隨機性，風力大小以及方向不受人力控制，這就導致鐵塔基礎受力也存在隨機性[1]。基于此，在設計通信鐵塔基礎時，設計人員必須根據現場各項條件，再結合鐵塔上部結構，選擇合理的基礎類型。近年來5G網絡建設逐步開展，通信基礎設施建設面臨新一輪的升級，因此有必要對通信鐵塔的基礎設計以及造價進行研究，從而為后續(xù)工作提供技術參考。

1 影響通信鐵塔基礎設計的因素

通信鐵塔基礎設計需要綜合多方面因素考量，主要可分為3個方面：①自然因素。由于通信鐵塔所處位置不同，其地質條件、水文條件等也會存在明顯差異，需根據地質勘察報告，通過結構分析計算選擇合適的基礎類型。②技術因素。通信鐵塔基礎的主要作用是承載鐵塔自身負荷以及風荷載，確保鐵塔上部結構穩(wěn)定，因此鐵塔基礎設計必須要與上部結構相適應，并且在技術層面可以實現，否則會影響通信鐵塔運行穩(wěn)定性[2]。③造價因素。通信鐵塔的建設不是簡單的一座或者兩座就可以滿足通信需求，而是需要進行大規(guī)模建設，這就要求通信鐵塔的整體造價不宜過大[3]。根據不同的情況選擇符合實際情況、滿足使用要求且造價較低的方案。

2 目前通信鐵塔基礎的類型以及應用

目前中國鐵塔上海分公司通信鐵塔落地基站常規(guī)結構形式分類可以分為單管塔、三管塔以及角鋼塔。結合結構形式、現場勘察報告以及多方面因素綜合考量，針對以上塔型，目前基礎設計應用比較廣泛的為筏板基礎、獨立基礎以及多樁承臺基礎。

筏板基礎（圖1）目前多用于角鋼塔。這類鐵塔高，塔體彎矩和水平力大，基礎采用柔性的筏板整體基礎，由鋼筋砼基礎底板承受地基反力引起的剪力和彎矩。適用場地開闊，持力層埋深較淺的地基。基礎采用商品砼一次性完成澆筑的，基礎的整體性好，同時可以改善地基承載性能，有效抵擋地基不均勻沉降，施工快、成本低，適用范圍較廣。但占地面積大，土方工程量大。

圖1 （b）角鋼塔筏板基礎立面圖

圖1 （a）角鋼塔筏板基礎平面圖

獨立基礎（圖2）目前多用于三管塔，是在每個塔腳基礎下設置獨立基礎，各個獨立基礎采用基礎連梁進行連接，共同分擔鐵塔上部結構的負荷[4]，設計時注意連梁的長細比和配筋率，以滿足連梁耐久性和抗裂性。獨立基礎適用于土質均勻、承載力較高的土層，這種基礎形式施工比較簡單，受力明確，開挖量小，整體造價較低。

圖2 （b）三管塔獨立基礎立面圖

圖2 （a）三管塔獨立基礎平面圖

多樁承臺基礎目前多用于單管塔，是一種深基礎，在塔腳基礎柱下設置承臺，從而將鐵塔上部結構的水平力傳遞至樁基礎。樁基礎適用于軟弱地層，比如淤泥、素填土等承載力偏低的土層。目前較常用的鉆孔灌注樁與承臺相結合共同構成鐵塔基礎，其承載性能優(yōu)良且穩(wěn)定性良好，沉降量較小，但整體造價較高，施工周期相對較長。

3 目前通信鐵塔基礎設計與造價

3.1 筏板基礎設計與造價

筏板基礎設計要綜合上部結構各項荷載工況的特點，在保證結構安全的前提下，對相應計算參數合理取值，不宜過于保守，造成設計余量過大，增加造價。在鐵塔的筏板基礎設計時，通過對風荷載受力情況進行分析計算，選定筏板基礎大小。在設計過程中注意在合理范圍內控制基礎板的厚度，得以控制混凝土用量。雖然更厚的基礎板結構性能更好，但混凝土用量增加，會導致澆筑難度大，施工質量控制難，同時對應的開挖深度也大，土方工程造價增加，所以筏板基礎的厚度一直是造價控制的主要問題。為了更好地控制筏板的厚度，采用假設條件后進行沖剪驗算，通過假設時在正常使用極限狀態(tài)下，考慮筏板的抗裂性與差異沉降定出厚度值，再通過沖切力加以驗算，使得厚度有承載能力極限狀態(tài)的保證，而合理減薄筏板厚度，節(jié)約投資。同時筏板的鋼筋也是投資控制的一方面，優(yōu)化基礎板厚度，調整板內鋼筋的配比，減少鋼筋用量，節(jié)約投資。筏板基礎占地面積大，受施工面積限制。

3.2 獨立基礎設計與造價

獨立基礎一般在土質較好、持力層埋深較淺的地質條件下使用，鐵塔上部荷載由塔腳傳給獨立基礎。獨立基礎之間有連梁連接，連梁可以增加基礎整體性，附帶平衡柱和斜桿的水平力的作用。獨立基礎占地面積小，施工不受進場條件的限制，造價低，在地質條件良好的情況下優(yōu)先使用，節(jié)約成本。獨立基礎大小一般由抗拔力控制，基礎持力層承載力大小也影響基礎底面積。因此在設計時合理選擇設計的安全系數，不盲目增大設計安全系數，避免設計保守造成的浪費。獨立基礎埋深淺，受地質條件限制大。由于通信鐵塔重心很高，基礎有少量傾斜就會使荷載的偏心距加大，從而導致傾斜的進一步發(fā)展，因此該基礎不適用軟土地基，若采用淺基礎，一方面開挖深度增加，地下水位高帶來附加的降水措施，施工難度大；另一方面鋼筋混凝土量也會隨之增加，混凝土用量近似筏板基礎。

3.3 多樁承臺基礎設計與造價

樁基礎適用于軟弱地層，比如淤泥、素填土等承載力偏低的土層，或者施工區(qū)域地下水位過淺。鐵塔上部結構荷載過大，不宜選擇淺基礎時也可以采用樁基礎，樁基礎可以使鐵塔上部結構荷載通過樁向深層堅硬持力層傳遞，進而確保鐵塔的穩(wěn)定性。常見樁基礎混凝土預制樁、鉆孔灌注樁、人工挖土灌注樁等樁型。結合勘測報告確定樁基方案，合理設計樁徑、樁數，優(yōu)化設計，做到既安全又不浪費。例如以上海為例，全市范圍內地面以下埋置深度2m左右的黏性土厚度較薄，且多有缺失，3～20m普遍為淤泥質土，無法利用，可供落地塔類站做基礎的持力層，一般深度在20～30m之間，為保證基礎剛性，保證塔身不因為基礎沉降產生傾斜，為使樁長到一定長度進入持力層，多采用4樁承臺鉆孔灌注樁基礎。以北京為例，地下土質情況主要以黏土、粉土為主，多為可塑或硬塑、中低壓縮性土，且硬度一般較高，同時地下水位較低，多采用單樁基礎主要以人工挖孔樁為主。

4 通信鐵塔鋼管樁基礎的發(fā)展與應用

隨著5G天線掛高需求降低，通信鐵塔的高度也隨之降低，基站形式也由塔站轉化為桿站。以往桿站基礎多采用混凝土淺基礎，隨著鋼管樁基礎施工技術的成熟化，鋼管樁也逐漸被用于立桿站基礎。相比常規(guī)的混凝土基礎形式，鋼管樁基礎有著獨特的優(yōu)勢。鋼管樁基礎穩(wěn)定性好，占地面積小，布置靈活，施工速度快，施工現場整潔。它的基礎設計可以根據地基土層分布情況，選擇匹配的樁長，提高經濟效益。若持力層的埋深情況發(fā)生變化，可以調節(jié)樁長，切除的部分可焊接安裝到其他鋼管樁上，避免資源浪費。進場條件好，運輸方便，且現場不用水泥、砂、石等原材料堆場，施工環(huán)境整潔。樁采用工業(yè)化大生產，不易腐蝕，成樁質量好。管樁在施工中減少土的擾動，沉樁快。施工及檢測時間短，縮短工期，提高經濟效益。雖然鋼管樁每米單價比砼灌注樁高，但鋼管樁施工的附加成本低，造價優(yōu)勢明顯。

綜上所述，通信鐵塔作為通信行業(yè)的重要基礎設施，發(fā)揮著重要作用，通信鐵塔基礎作為承載鐵塔的重要結構，必須要契合鐵塔所處區(qū)域的地質條件以及水文條件，同時要與鐵塔結構形式相適應，才能保證鐵塔結構穩(wěn)定。設計人員在選擇通信鐵塔基礎類型時要綜合考慮多方面因素，突出設計方案的針對性，制定性價比最高的方案，根據地質條件、技術因素以及環(huán)境因素，從塔身結構設計需要至設計選擇合適的基礎形式及尺寸，同時優(yōu)化設計，節(jié)約投資成本。