关于通信铁塔基础设计与造价的探讨

曹婷婷

上海邮电设计咨询研究院有限公司 上海 200000

引言

通信铁塔是重要的通信基础设施，在建起国家通信网络系统发展中起到了重要的作用，通信铁塔设计方案合理与否十分重要，其基础的选择和设计就是重中之重。通信铁塔整体结构较高，受到风荷载的影响最为突出，而风荷载具有随机性，风力大小以及方向不受人力控制，这就导致铁塔基础受力也存在随机性[1]。基于此，在设计通信铁塔基础时，设计人员必须根据现场各项条件，再结合铁塔上部结构，选择合理的基础类型。近年来5G网络建设逐步开展，通信基础设施建设面临新一轮的升级，因此有必要对通信铁塔的基础设计以及造价进行研究，从而为后续工作提供技术参考。

1 影响通信铁塔基础设计的因素

通信铁塔基础设计需要综合多方面因素考量，主要可分为3个方面：①自然因素。由于通信铁塔所处位置不同，其地质条件、水文条件等也会存在明显差异，需根据地质勘察报告，通过结构分析计算选择合适的基础类型。②技术因素。通信铁塔基础的主要作用是承载铁塔自身负荷以及风荷载，确保铁塔上部结构稳定，因此铁塔基础设计必须要与上部结构相适应，并且在技术层面可以实现，否则会影响通信铁塔运行稳定性[2]。③造价因素。通信铁塔的建设不是简单的一座或者两座就可以满足通信需求，而是需要进行大规模建设，这就要求通信铁塔的整体造价不宜过大[3]。根据不同的情况选择符合实际情况、满足使用要求且造价较低的方案。

2 目前通信铁塔基础的类型以及应用

目前中国铁塔上海分公司通信铁塔落地基站常规结构形式分类可以分为单管塔、三管塔以及角钢塔。结合结构形式、现场勘察报告以及多方面因素综合考量，针对以上塔型，目前基础设计应用比较广泛的为筏板基础、独立基础以及多桩承台基础。

筏板基础（图1）目前多用于角钢塔。这类铁塔高，塔体弯矩和水平力大，基础采用柔性的筏板整体基础，由钢筋砼基础底板承受地基反力引起的剪力和弯矩。适用场地开阔，持力层埋深较浅的地基。基础采用商品砼一次性完成浇筑的，基础的整体性好，同时可以改善地基承载性能，有效抵挡地基不均匀沉降，施工快、成本低，适用范围较广。但占地面积大，土方工程量大。

图1 （b）角钢塔筏板基础立面图

图1 （a）角钢塔筏板基础平面图

独立基础（图2）目前多用于三管塔，是在每个塔脚基础下设置独立基础，各个独立基础采用基础连梁进行连接，共同分担铁塔上部结构的负荷[4]，设计时注意连梁的长细比和配筋率，以满足连梁耐久性和抗裂性。独立基础适用于土质均匀、承载力较高的土层，这种基础形式施工比较简单，受力明确，开挖量小，整体造价较低。

图2 （b）三管塔独立基础立面图

图2 （a）三管塔独立基础平面图

多桩承台基础目前多用于单管塔，是一种深基础，在塔脚基础柱下设置承台，从而将铁塔上部结构的水平力传递至桩基础。桩基础适用于软弱地层，比如淤泥、素填土等承载力偏低的土层。目前较常用的钻孔灌注桩与承台相结合共同构成铁塔基础，其承载性能优良且稳定性良好，沉降量较小，但整体造价较高，施工周期相对较长。

3 目前通信铁塔基础设计与造价

3.1 筏板基础设计与造价

筏板基础设计要综合上部结构各项荷载工况的特点，在保证结构安全的前提下，对相应计算参数合理取值，不宜过于保守，造成设计余量过大，增加造价。在铁塔的筏板基础设计时，通过对风荷载受力情况进行分析计算，选定筏板基础大小。在设计过程中注意在合理范围内控制基础板的厚度，得以控制混凝土用量。虽然更厚的基础板结构性能更好，但混凝土用量增加，会导致浇筑难度大，施工质量控制难，同时对应的开挖深度也大，土方工程造价增加，所以筏板基础的厚度一直是造价控制的主要问题。为了更好地控制筏板的厚度，采用假设条件后进行冲剪验算，通过假设时在正常使用极限状态下，考虑筏板的抗裂性与差异沉降定出厚度值，再通过冲切力加以验算，使得厚度有承载能力极限状态的保证，而合理减薄筏板厚度，节约投资。同时筏板的钢筋也是投资控制的一方面，优化基础板厚度，调整板内钢筋的配比，减少钢筋用量，节约投资。筏板基础占地面积大，受施工面积限制。

3.2 独立基础设计与造价

独立基础一般在土质较好、持力层埋深较浅的地质条件下使用，铁塔上部荷载由塔脚传给独立基础。独立基础之间有连梁连接，连梁可以增加基础整体性，附带平衡柱和斜杆的水平力的作用。独立基础占地面积小，施工不受进场条件的限制，造价低，在地质条件良好的情况下优先使用，节约成本。独立基础大小一般由抗拔力控制，基础持力层承载力大小也影响基础底面积。因此在设计时合理选择设计的安全系数，不盲目增大设计安全系数，避免设计保守造成的浪费。独立基础埋深浅，受地质条件限制大。由于通信铁塔重心很高，基础有少量倾斜就会使荷载的偏心距加大，从而导致倾斜的进一步发展，因此该基础不适用软土地基，若采用浅基础，一方面开挖深度增加，地下水位高带来附加的降水措施，施工难度大；另一方面钢筋混凝土量也会随之增加，混凝土用量近似筏板基础。

3.3 多桩承台基础设计与造价

桩基础适用于软弱地层，比如淤泥、素填土等承载力偏低的土层，或者施工区域地下水位过浅。铁塔上部结构荷载过大，不宜选择浅基础时也可以采用桩基础，桩基础可以使铁塔上部结构荷载通过桩向深层坚硬持力层传递，进而确保铁塔的稳定性。常见桩基础混凝土预制桩、钻孔灌注桩、人工挖土灌注桩等桩型。结合勘测报告确定桩基方案，合理设计桩径、桩数，优化设计，做到既安全又不浪费。例如以上海为例，全市范围内地面以下埋置深度2m左右的黏性土厚度较薄，且多有缺失，3～20m普遍为淤泥质土，无法利用，可供落地塔类站做基础的持力层，一般深度在20～30m之间，为保证基础刚性，保证塔身不因为基础沉降产生倾斜，为使桩长到一定长度进入持力层，多采用4桩承台钻孔灌注桩基础。以北京为例，地下土质情况主要以黏土、粉土为主，多为可塑或硬塑、中低压缩性土，且硬度一般较高，同时地下水位较低，多采用单桩基础主要以人工挖孔桩为主。

4 通信铁塔钢管桩基础的发展与应用

随着5G天线挂高需求降低，通信铁塔的高度也随之降低，基站形式也由塔站转化为杆站。以往杆站基础多采用混凝土浅基础，随着钢管桩基础施工技术的成熟化，钢管桩也逐渐被用于立杆站基础。相比常规的混凝土基础形式，钢管桩基础有着独特的优势。钢管桩基础稳定性好，占地面积小，布置灵活，施工速度快，施工现场整洁。它的基础设计可以根据地基土层分布情况，选择匹配的桩长，提高经济效益。若持力层的埋深情况发生变化，可以调节桩长，切除的部分可焊接安装到其他钢管桩上，避免资源浪费。进场条件好，运输方便，且现场不用水泥、砂、石等原材料堆场，施工环境整洁。桩采用工业化大生产，不易腐蚀，成桩质量好。管桩在施工中减少土的扰动，沉桩快。施工及检测时间短，缩短工期，提高经济效益。虽然钢管桩每米单价比砼灌注桩高，但钢管桩施工的附加成本低，造价优势明显。

综上所述，通信铁塔作为通信行业的重要基础设施，发挥着重要作用，通信铁塔基础作为承载铁塔的重要结构，必须要契合铁塔所处区域的地质条件以及水文条件，同时要与铁塔结构形式相适应，才能保证铁塔结构稳定。设计人员在选择通信铁塔基础类型时要综合考虑多方面因素，突出设计方案的针对性，制定性价比最高的方案，根据地质条件、技术因素以及环境因素，从塔身结构设计需要至设计选择合适的基础形式及尺寸，同时优化设计，节约投资成本。