通信铁塔可能存在的问题及其相应的加固技术

孙岩 房志刚

摘要：随着社会的发展，移动通信已经成为人们日常生活中不可缺少的一部分。在通信系统中，为了保证无线电通信系统的正常运行，必须将通信天线安置到制高点，以增加服务半径，并达到理想的通信效果。通信塔正是起到架高天线的作用。随着人们对通信质量要求的不断提升，我国移动通信运营商也在不断提高技术水平。为了节约成本，有关部门要求各个运营商之间尽量共享铁塔。而铁塔结构的稳定性直接关系到其使用寿命，因此加固处理是非常必要的。

关键词：通信铁塔；加固技术；整体稳定性；极限承载能力

通信铁塔是极其重要的通信网络基础设施，是落实“宽带中国”战略，构建下一代国家信息基础设施，全面推进信息化建设，促进信息消费的重要保障。新一代通信技术的快速发展和更新，给通信铁塔的质量与安全运行提出了新的挑战。更应该本着严谨的态度，运用科学的方法去应对挑战，保障数量庞大的通信铁塔这一通信基础设施安全稳定运行。下文将对通信塔及其基础存在的问题与加固技术进行具体研究。

一、扩容后塔材应力不足

随着国家布局5G网络新基建的同时，还要扩容4G网络，并且工信部要求三家运营商尽量共享铁塔资源，减少重复制造，利用已有铁塔进行扩容以满足建设需求成为首要选择。然而，这也带来了原有铁塔承受新增天线荷载的问题。在应对这种情况时，加固铁塔是一种切实可行的方法。结合工程实际和理论计算，对于主材和斜材，提出了可行的加固方法。

（一）主材加固

在实际操作中，可以依靠拼接角钢或者外贴钢板的方式来增加主材的截面积，从而提高主材的承载能力。同时，旧主材可以通过螺栓连接与加固件连接，或者使用类似夹具的连接件将主材与加固件连接。

（二）斜材加固

斜材加固的方式有很多种，常见的方式有三种。首先是增加斜材构件的截面积，具体方法类似于主材加固，可以通过拼接角钢或外贴钢板来实现；其次是增加辅助材支撑，改变斜材形式，减小构件的计算长度，以满足受力要求；最后一种方式是替换斜材，通过检测及放样，重新生产斜材，逐一替换不满足要求的构件。然而，施工中使用替换斜材的方式存在风险，因此不太推荐。

根据不同的斜材形式，为了方便加固操作，可以采取不同的加固方式。对于“倒K形”的斜材，由于没有交叉点，可以采用拼接角钢或增加辅助材支撑的方式来加固。通过拼接角钢可以增加斜材的截面积，提高其承载能力。而对于“X形”的斜材，由于交叉的干涉关系，无法方便地进行角钢拼接，所以一般只能采用增加辅助支撑的方式来完成加固。通过增加辅助支撑，可以改变斜材的形式，减小其计算长度，从而满足受力要求。

二、扩容基础承载力不足

在铁塔进行加固以扩容后，塔体的自重和风荷载将增加，因此需要重新计算铁塔基础。这包括对基础的抗拔、底板冲切和抗倾覆等方面进行校验，以确定是否满足现有要求。对于不满足要求的情况，需要根据实际情况进行相应处理。

对于一体化预制基础的抗倾覆不满足要求时，有两种解决方法。一种是采用增加配重法，在预制基础上增加配重块，以增加铁塔基础的荷载。另外一种方法是增加基础尺寸，通过植筋等方式扩大预制基础的尺寸，以满足抗倾覆要求。

对于筏板独立基础的地基承载力或变形不满足要求时，也可以采用增加基础尺寸的方案。通过增加基础地面面积，可以减少基底的平均应力和边缘最大应力，以满足要求。

对于筏板独立基础的抗拔不满要求时，可以采用“土体置换”或“土体加强”的方法。在抗拔计算中增加抗拔范围内混凝土或类似混凝土的重量，可以增加基础的抗拔能力。“土体置换”是指在场地开挖条件较好且缺乏注浆设备时，将抗拔范围内的土体整体挖除，然后用混凝土替换。值得注意的是，进行土体置换时应选择天气条件较好，风力较小的情况下进行。“土体加强”是指在场地开挖条件较差或具备注浆条件时，将水泥浆注入抗拔范围内的土体。

三、塔身倾斜变形

在铁塔建设过程中，由于施工原因或其他原因，塔身倾斜和变形是常见的问题。这对铁塔的正常运行产生重大影响。根据我国《通信铁塔安装规范》规定：“塔身水平变形允许值：当塔身整体倾斜、不均匀沉降或倾斜超过±5mm时，应及时进行纠偏处理”。

在实际施工中，有两种常见的纠偏方法。一种是“局部纠偏”，即针对倾斜部分的塔身进行修正，使其恢复到正确的位置。这种方法适用于倾斜严重的铁塔。然而，这种方法可能会导致应力集中较大，从而降低了结构稳定性。另一种方法是“整体纠偏”，适用于倾斜度较小、塔身刚度较高且不影响塔身稳定的铁塔。这种方法将整座铁塔作为一个整体进行矫正。相比于局部纠偏，整体纠偏方法不会引起应力集中和塔身稳定性的问题。

四、铁塔锈蚀

铁塔构件表面锈蚀是指构件表面的锈蚀，即铁的表面在大气中被腐蚀后形成的锈蚀层，铁基体的金属部分因腐蚀而产生的现象。严重的锈蚀会导致杆件截面积减小，从而降低构件的承载能力。

铁塔构件锈蚀产生的原因：①在大气环境中，钢筋混凝土结构受酸性物质的作用导致钢筋腐蚀，包括化学腐蚀、电化学腐蚀和机械腐蚀。不同的环境条件会导致不同的腐蚀机理。化学腐蚀是最主要的一种腐蚀类型，金属和合金与氧在空气中发生化学反应，生成灰色或红褐色的氧化物。同时伴随着溶解、氧化和体积膨胀等现象。这种物质破坏了钢材表面的组织，导致局部缺陷和裂纹的产生，降低了钢材的强度和塑性。②电化学腐蚀是由于金属与电介质接触时，金属表面发生电化学反应，形成由氧化物组成的电泳膜。电泳膜将金属表面与空气隔绝，但在一定条件下仍会发生反应，导致金属表面出现不同程度的腐蚀现象。③机械腐蚀是由于钢材在外力作用下产生塑性变形或裂纹，导致局部或整体破坏。机械腐蚀主要包括电化学腐蚀和机械磨损。这种破坏多发生在结构受到较大压力、接触水、空气等介质较多的情况下。

铁塔构件锈蚀后会使其重量增加，从而降低了构件的承载能力，造成结构失稳和破坏。因此，铁塔构件应定期进行除锈工作。铁塔构件锈蚀后，截面面积减小，降低了构件的承载能力。根据具体情况，應采取以下措施：

①应根据铁塔构件的具体情况采取不同的处理方法。对于锈蚀较轻或没有锈蚀但已出现轻微变形的构件，可以采取增大截面尺寸或增加杆件数量等方法来提高结构的承载能力。在拆除过程中，应注意保护好塔材并进行必要的防护处理；

②对于已锈蚀严重或变形过大对结构安全有影响且不能满足使用要求的构件，应先采取补强措施再进行拆除。在处理过程中，要注意安全问题。施工时应严格按操作规程进行，并采取可靠的措施防止事故发生。

铁塔构件除锈有助于保持其承载能力和结构的稳定性。定期检查和除锈工作对于铁塔构件的正常运行和延长使用寿命非常重要。

五、铁塔基础开裂

通信铁塔普遍采用混凝土基础浇筑技术，然而混凝土的浇注时就避免不了开裂问题，这是普遍存在的技术问题，裂纹一旦形成，特别是贯穿裂纹出现在基础的重要部位，就会造成极大的危害，影响铁塔的安全。分析其原因有：①外荷载引起的，经过多年的使用，对于非联合基础，各个基础在荷载作用下可能会沉降不均匀，基础受力重新分布，个别基础受力增大，从而导致开裂。②基础施工过程中问题，由于施工中的温差及养护不到位的存在，或者配合比的问题，导致基础在荷载作用下发生开裂。③外界环境引起的，外界环境的变化或者混凝土骨料选取问题，比如骨料中含有石灰石等（也可能是含有碱性材料的泥质细粒），发生碱化反应膨胀，导致混凝土开裂。基础带着裂缝在荷载作用下工作，随着时间增加，裂缝进一步发展。

根据不同的原因引起的裂缝，可以采取相应的处理方法。例如采用“灌浆修补法”“外贴钢板法”“植筋法”“纤维布补强加固法”等措施。

（一）灌浆修补法

当裂缝宽度大于3mm时需要灌浆修补。注浆修补裂缝的原理是通过将修复材料注入裂缝中，使修复材料渗透和充填裂缝，从而恢复和增强结构的强度和稳定性。修复材料通常是一种特殊的胶状或液态材料，如环氧树脂、聚氨酯、水泥浆等，具有较高的粘附性和流动性，可以填充裂缝中的空隙。

注浆修补裂缝的过程通常包括以下步骤：首先，需要清洁裂缝及其周围的区域，将裂缝中的灰尘、污垢和松散的材料清除，以確保修复材料可以充分渗透和黏附。其次，根据裂缝的大小和位置，选择合适的注浆设备，并将其安装和调试。将修复材料与水或其他添加剂混合，并通过注浆设备将修复材料注入裂缝中。修复材料会充填裂缝中的空隙，并与裂缝周围的材料黏结。修复材料会在裂缝中固化和硬化，形成与周围材料相似的性能和强度。这通常需要一定的固化时间，具体取决于修复材料的性质和环境条件。

在固化完成后，需要对修复区域进行表面处理，使其与周围的结构表面相匹配，例如研磨、抛光、涂刷等。此外，为了确保修复效果的持久性，还需要进行后续的维护和检测工作，定期检查修复区域，及时处理可能出现的问题，确保结构的安全和稳定。值得注意的是，注浆修补裂缝虽然可以恢复和增强结构的强度和稳定性，但不能解决裂缝产生的根本问题。在进行注浆修复前，还需要对裂缝的成因进行分析和评估，综合处理可能存在的结构问题，以防止裂缝的再次发展。

（二）外贴钢板法

外贴钢板法的原理是以增加结构的强度和稳定性来阻止裂缝的进一步扩展。修补过程一般包括以下步骤：首先，根据裂缝的性质和修复要求，选择合适的钢板进行修补。钢板应具有足够的强度和刚度，能够承受结构的荷载，并与混凝土结构形成良好的黏结。其次，对选定的钢板进行准备工作，包括清洁、除锈和防腐处理。确保钢板表面光洁且无污垢和锈蚀，以提供良好的黏结条件。然后，将准备好的钢板固定在裂缝的两侧。固定方法可以采用机械固定或化学黏结。机械固定可以使用螺栓、锚杆等进行固定，而化学黏结需要在钢板和混凝土表面涂覆黏结剂，并将钢板贴紧在黏结剂上，通过化学反应形成坚固的黏结。最后，在钢板固定后，可以进行后续处理，如修整钢板的表面、涂覆或喷涂防腐剂等，以延长钢板的使用寿命和防止腐蚀。总之，外贴钢板法修补裂缝通过增加结构的强度和稳定性来阻止裂缝的进一步扩展，修复效果取决于钢板的质量和安装质量，需要经过合理的设计和施工过程。

（三）植筋法

植筋法是一种用于修补混凝土结构裂缝的方法，通过在裂缝处嵌入钢筋，以增加结构的强度和稳定性，从而阻止裂缝的进一步扩展。该方法一般采用预埋、后埋或钻孔植筋等方式。预埋植筋是在混凝土浇筑前将选定的钢筋放置在裂缝位置，然后将混凝土浇筑至裂缝处，使钢筋嵌入混凝土中。后埋植筋是在混凝土浇筑后，在裂缝处进行钢筋的钻孔和安装。钻孔植筋是在裂缝处进行钢筋的钻孔，然后将钢筋插入钻孔内，并注入专用的黏结剂，使钢筋与混凝土黏结起来。

（四）纤维布补强加固法

纤维布补强加固法是一种在裂缝处粘贴纤维布的方法，旨在增加结构的强度和抗裂性能，提高结构的承载能力和耐久性。纤维布通常采用玻璃纤维布、碳纤维布或聚合物纤维布等材料，具有高强度、高模量、耐腐蚀和耐久性等优点。在裂缝处涂抹专用的胶粘剂，并将事先准备的纤维布粘贴在裂缝上，确保布面平整，完全覆盖裂缝，并与周围的混凝土结构良好地黏结。为了提高修复效果，可以采用多层交叠、错位排列的方式。

六、基础不均匀沉降

由于选址、施工等多方面因素，工程地质条件复杂多样。铁塔基础可能坐落在不利场地上，这样可能会引起基础的不均匀沉降，由于铁塔基础的不均匀沉降，会导致铁塔倾斜，这是引起事故的重要因素之一。对于正在使用中的铁塔基础发生不均匀沉降时，应先查明原因，然后根据分析采取有效的措施及时处理。

一般情况下，有三个方面可能会引起基础的不均匀沉降：

①勘察设计方面的问题，即地勘不详细，没有发现可能存在的不良地质，并未对地下坑洞或软土地基等进行处理，或者在铁塔运行后超挂天线，使得上部荷载超过了基础设计时的承载能力，从而使地基发生破坏导致不均匀沉降。

②施工方面的问题，即施工中地基处理不当，超挖回填灰土垫层夯实不足、地基处理措施等施工不到位，或施工中的基面降水、排水措施存在问题，造成渗水出现涌洞，从而导致基础不均匀沉降。

③外力破坏方面的问题，铁塔基础周围遭受工业施工等破坏，使基础地面应力发生改变，也会引起不均匀沉降。

（一）应力解除法

地基应力解除法是目前使用最广泛的一种纠偏方式。使用中的通信铁塔如果因为额外承受了设计之外的不可忽视的较大应力而出现了基础的不均匀沉降时，就需要使用应力解除技术完成纠偏。该方法是根据土力学的原理，选择基础沉降较小的一侧，布设角度合适的密集钻孔，按照计划、次序、分期分批的方法，在适当深度的钻孔内挖掘适量的软弱淤泥，并采取各种措施促进沉降，使地基应力在局部范围内解除，推动软土向该侧移动，增加该侧地基沉降量。与此同时，在原本沉降较大的一侧，严格保护基土以避免扰动，防止纠偏施工中发生附加沉降，最终达到纠偏的预期目标，并同时控制沉降的范围。地基应力解除法的优势有以下几点：首先，地基应力解除法可以维持地基土体的固有应力状态，有效分布地基土体的应力。这种方法进行纠偏几乎没有后遗症，大大减少了后续维护的成本投入。其次，地基应力解除法施工效率高，工期短，并且在整个施工过程中几乎没有震动产生，也不会造成噪声污染。这些优势使得地基应力解除法成为目前广泛使用的一种纠偏方式。

（二）浸水湿陷纠偏法

这种基础纠偏方法主要用于湿陷性黄土这一特殊地质条件，利用湿陷性黄土浸水湿陷的特点，在塔身下方地基下沉较浅的位置喷洒大量的水，使黄土变成黄泥，迫使该位置的地基下沉。在具体施工中，需要注意下沉速度，控制在5至10毫米。此外，在施工之前需要考虑停止注水后，目标区域的黄泥需要多长时间才能完全变干，重新恢复塔身基础地基下沉的阻力，并达到预计的沉降量，务必立即停水。

（三）排水纠偏法

这种基础纠偏方法主要适用于存在地下水且不均匀沉降较为轻微的情况。具体方法是在基础沉降量较少的一侧开挖排水沟井，并进行抽水作业。这样可以使基础下的地基土在失去水分的同时固结压缩，从而实现下沉，从而纠正铁塔基础的倾斜。

七、结束语

综上所述，为了保证通信铁塔加固后的质量，在加固施工完成后，需要对其进行监测和检测，以确保通信铁塔能够在规定的时间内稳定运行。根据实际情况选定合适的监测周期，并对铁塔进行定期监测和维护工作，以确保监测结果的准确性。定期测量通信铁塔的水平位移和垂直位移，并定期對通信铁塔进行检查，及时发现问题并采取相应的措施进行处理。

作者单位：孙 岩 房志刚 山东省邮电规划设计院有限公司

参  考  文  献

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