基于物聯(lián)網(wǎng)的通信鐵塔鋼樁防腐技術(shù)

謝斌盛

中國(guó)鐵塔股份有限公司江蘇省分公司

0 引言

近幾年來(lái)，密集市區(qū)的4G通信網(wǎng)絡(luò)趨于深入覆蓋。小區(qū)覆蓋，道路覆蓋的需求越來(lái)越多。隨著網(wǎng)絡(luò)制式的不斷升級(jí)，后期5G、NB-IOT的技術(shù)應(yīng)用，基站間距離越來(lái)越小，密集城區(qū)的選址壓力凸顯。

常規(guī)鐵塔基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆基礎(chǔ)，該種形式基礎(chǔ)，工藝成熟，就地取材，施工技術(shù)要求較低。但在人行道、綠化帶、小區(qū)周邊等場(chǎng)景下，往往受限于施工場(chǎng)地面積、地下管線情況、長(zhǎng)時(shí)間居民投訴等問(wèn)題，經(jīng)常出現(xiàn)阻工的情況。

本文介紹的鋼管樁基礎(chǔ)在建筑行業(yè)中已廣泛應(yīng)用，近兩年鐵塔公司將該技術(shù)引入通信鐵塔的建設(shè)中，取得了顯著的效益。

1 傳統(tǒng)樁體與鋼管樁的對(duì)比分析

1.1 傳統(tǒng)鋼混現(xiàn)澆基礎(chǔ)

傳統(tǒng)的鋼混現(xiàn)澆基礎(chǔ)雖然工藝成熟，施工技術(shù)較低，但主要有以下三個(gè)劣勢(shì)：

（1）施工周期長(zhǎng)：涉及基礎(chǔ)開(kāi)挖、支模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)等標(biāo)準(zhǔn)工序，常規(guī)基礎(chǔ)施工周期7-28天不等。

（2）占地面積大：開(kāi)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(chǎng)地，在城市場(chǎng)景往往難以滿足，也易影響周邊環(huán)境。

（3）重復(fù)利用率差：基礎(chǔ)部分無(wú)法搬遷；施工質(zhì)量與現(xiàn)場(chǎng)施工單位水平直接掛鉤，易參差不齊。

1.2 鋼管樁基礎(chǔ)

對(duì)比傳統(tǒng)的鋼混現(xiàn)澆基礎(chǔ)，鋼樁主要有以下四個(gè)優(yōu)勢(shì)：

（1）施工周期短：從鋼樁施工至現(xiàn)場(chǎng)清理，1小時(shí)內(nèi)完成，含鐵塔吊裝僅僅一天就能全部作業(yè)結(jié)束。

（2）開(kāi)挖面積?。撼Ｒ?guī)開(kāi)挖面積2m×2m以內(nèi)，有效避開(kāi)城市道路豐富的地下管線。

（3）可重復(fù)利用：搬遷站點(diǎn)可拔樁，檢測(cè)合格后重復(fù)利用。

（4）質(zhì)量可控：使用預(yù)制鋼管基礎(chǔ)，鋼管統(tǒng)一由工廠加工、鍍鋅完成。

圖1 鋼管樁結(jié)構(gòu)詳圖

合作共贏——鐵塔與共建共享共維

1.3 鋼樁基礎(chǔ)的附加效益

降低阻工率：因鋼管樁施工快，常規(guī)從機(jī)械進(jìn)場(chǎng)至退場(chǎng)，2小時(shí)以內(nèi)即能完成，能有效避免施工過(guò)程受阻。

提高選址成功率：路燈桿建設(shè)場(chǎng)景往往為中心城區(qū)，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(wèn)題

鋼管樁的工作環(huán)境主要是地下水、大氣、土壤和溫濕度。目前通過(guò)對(duì)樁表面鍍鋅來(lái)進(jìn)行防護(hù)，但鋼樁表面鍍鋅層較薄，壓樁過(guò)程中易遭損壞，存在較大的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，若鋼管遭受腐蝕，會(huì)縮短使用壽命，帶來(lái)安全隱患，因此限制了鋼管樁的使用范圍。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的防腐技術(shù)

本解決方案創(chuàng)新使用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法，通過(guò)在欲保護(hù)的金屬構(gòu)筑物上連接更活潑的金屬，構(gòu)成一個(gè)腐蝕電池，使鋼管樁陰極化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管樁增設(shè)一道安全保護(hù)。本方案中陽(yáng)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(tǒng)圖

本方案融合了物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)。在鋼管樁添加了智能檢測(cè)傳感器，通過(guò)檢測(cè)閉合回路的電流情況，經(jīng)技術(shù)處理，從電流閾值判斷陽(yáng)極材料犧牲情況，決定是否需要樁基礎(chǔ)材料更換維護(hù)。該方案主要包括六個(gè)工序：（1）陽(yáng)極材料檢查與接收；（2）填包料包裝；（3）犧牲陽(yáng)極安裝；（4）犧牲陽(yáng)極組安裝與測(cè)試；（5）智能采集系統(tǒng)安裝；（6）數(shù)據(jù)分析存量。

防腐監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入江蘇鐵塔開(kāi)發(fā)的“鐵塔遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能診斷系統(tǒng)”，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并界面展示。下圖是陰極防腐解決方案的系統(tǒng)圖。

圖3 基于物聯(lián)網(wǎng)的陰極防腐技術(shù)系統(tǒng)圖

2.2 應(yīng)用情況

本項(xiàng)目于2016年3月在江蘇省內(nèi)開(kāi)展約100余站的試點(diǎn)工作，為后續(xù)的大面積推廣積累了豐富的運(yùn)維檢測(cè)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)了以下四個(gè)目標(biāo)：

（1）定期定量的監(jiān)測(cè)鋼管樁腐蝕情況，精準(zhǔn)定量防腐，確保鋼樁安全；

（2）檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可靠性高；

（3）減少了陽(yáng)極鎂合金材料的浪費(fèi)，節(jié)能環(huán)保；

（4）減少了人工周期巡檢，降低了運(yùn)營(yíng)成本。

該項(xiàng)技術(shù)目前在江蘇13個(gè)地市廣泛推廣，尤其是南京、鹽城、揚(yáng)州、徐州、鎮(zhèn)江已全面推廣該技術(shù)。由于該塔型既能夠快速滿足建設(shè)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(píng)，截至2018年的年中，江蘇省內(nèi)已累計(jì)建設(shè)超過(guò)500座基于物聯(lián)網(wǎng)的鋼管樁基礎(chǔ)塔體。

2.3 傳統(tǒng)防腐方案與本方案對(duì)比分析

如下表所示，和傳統(tǒng)方案對(duì)比，本方案可以實(shí)現(xiàn)用被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)1%-5%的費(fèi)用，使結(jié)構(gòu)物的使用壽命大幅度的延長(zhǎng)。

技術(shù)對(duì)比表

2.4 效益分析

本技術(shù)方案的推廣使用，其經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）鋼樁塔生命周期延長(zhǎng)。以2016年為例，全國(guó)累計(jì)承接14萬(wàn)新建鐵塔項(xiàng)目，其中7%左右的城區(qū)難點(diǎn)站可通過(guò)鋼樁塔進(jìn)行攻關(guān)建設(shè)，30米鋼樁塔單塔建設(shè)費(fèi)用平均以21萬(wàn)元計(jì)，以每延長(zhǎng)一年使用壽命計(jì)算，全國(guó)直接經(jīng)濟(jì)效益可以達(dá)到1.02億元/年，真正實(shí)現(xiàn)小改造創(chuàng)造大效益。

（2）選址效率提升。提高了靜壓樁的安全性，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，并進(jìn)一步提升了疑難站址的交付能力和效率，為公司業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)提供有力的站址基礎(chǔ)支撐。

（3）節(jié)省維護(hù)成本。及時(shí)檢測(cè)實(shí)際工況，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)反饋的電流信號(hào)，定量智能化判斷是否需要更換陽(yáng)極材料，大大節(jié)省了鎂合金材料，節(jié)能環(huán)保。同時(shí)還減少了人員定期的樁體巡檢工作，節(jié)省了人力成本。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，基站的建設(shè)也是日新月異?；拘⌒突⒅悄芑囊笠彩撬疂q船高。網(wǎng)絡(luò)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(duì)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(shù)的落地建設(shè)應(yīng)用，其中路燈站、監(jiān)控桿站、市區(qū)廣告牌基站等建設(shè)均可以采用此樁體，并且施工效率高，可以量產(chǎn)，重復(fù)利用。

基于物聯(lián)網(wǎng)的陰極防腐方案，在今后的基站樁體維護(hù)、精細(xì)化管控上也是一個(gè)重要的探索方向。對(duì)于鐵塔公司來(lái)說(shuō)，存量基站的資源物聯(lián)網(wǎng)化也是未來(lái)一個(gè)重要的大數(shù)據(jù)培養(yǎng)方向。