通信鐵塔基礎(chǔ)選型與設(shè)計(jì)研究

文/ 劉俊 湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410126

通信鐵塔基礎(chǔ)具有支撐鐵塔結(jié)構(gòu)的重要作用，所用基礎(chǔ)形式是否合理，直接決定基礎(chǔ)作用效果能否得以充分發(fā)揮，也決定了經(jīng)濟(jì)成本。因此，有必要對(duì)基礎(chǔ)選型及設(shè)計(jì)予以充分考慮，保證所選基礎(chǔ)形式的合理性。

1、四邊形角鋼鐵塔基礎(chǔ)選型和設(shè)計(jì)

1.1 獨(dú)立基礎(chǔ)

這種基礎(chǔ)多用于持力層具有良好承載力的情況，特征值應(yīng)能達(dá)到80kPa以上，而且土質(zhì)還應(yīng)相對(duì)均勻，具有施工方案、成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。柱腳和墩柱相鉸接，與柱腳相連的構(gòu)件為斜桿，墩柱和斜桿中的軸向力均由柱腳構(gòu)造進(jìn)入柱墩。柱墩在向基底傳遞上部所有豎向力的同時(shí)，與基礎(chǔ)共同承受從上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平力。在獨(dú)立基礎(chǔ)間大多采用連梁，連梁可以對(duì)通過(guò)斜桿及柱傳遞的水平力及其分量進(jìn)行平衡，只由風(fēng)荷載累加形成的水平力不能靠連梁來(lái)平衡，應(yīng)由柱墩來(lái)承擔(dān)。完成連梁的設(shè)計(jì)與設(shè)置后，墩柱可以承受的極限水平力為沒(méi)有設(shè)置連梁墩柱的1/3左右，可見(jiàn)連梁設(shè)置極為重要和必要[1]。

以某基站為例進(jìn)行分析，該基站采用角鋼塔，其地質(zhì)條件從上到下依次為：雜填土，厚度在1.5m左右；粉質(zhì)粘土，底部埋深在5.0m左右；粉土，在7m深處揭露。基站區(qū)域較為開(kāi)闊，開(kāi)挖不會(huì)受到太大限制，建議選擇獨(dú)立基礎(chǔ)，將粉質(zhì)粘土作為持力層，根據(jù)抗壓驗(yàn)算與抗拔驗(yàn)算結(jié)果，將基礎(chǔ)尺寸確定為3m×3m，將埋深確定為3m，這樣可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，充分發(fā)揮持力層具有的承載能力。此外，若持力層的承載能力減小，則可通過(guò)擴(kuò)大面積來(lái)調(diào)整，無(wú)需增加埋深，減小基礎(chǔ)的重量，達(dá)到預(yù)期抗壓要求。

1.2 灌注樁基礎(chǔ)

如果場(chǎng)地中分布有較厚的軟弱土，或區(qū)域地下水位很高，而施工降水難度較大，采用淺基礎(chǔ)無(wú)法滿足實(shí)際要求，需要選擇樁基礎(chǔ)形式，使荷載通過(guò)樁基的傳遞進(jìn)入持力層。相比之下，樁基礎(chǔ)具有更高的承載能力，且穩(wěn)定性良好，不會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，并且還能抵抗上拔力與水平方向的荷載。根據(jù)荷載的類型與地質(zhì)條件，可選擇多種不同的樁型，如鉆孔樁、挖孔樁和鋼管樁。

以某基站為例進(jìn)行分析，該基站所在區(qū)域的地下水位較高，粉質(zhì)粘土不具備滿足工程要求的承載能力，故需要選擇樁基礎(chǔ)形式，直徑為0.9m，凈長(zhǎng)為14.4m，樁尖應(yīng)進(jìn)入到細(xì)砂層中1m左右，每柱一樁，樁間采用拉梁，設(shè)置1m×1m的承臺(tái)，以減少混凝土的使用量。在制定樁基方案的過(guò)程中，應(yīng)充分考慮區(qū)域的巖土工程勘察成果，確定適宜的樁基數(shù)量與樁徑，在避免浪費(fèi)的基礎(chǔ)上，保證安全性與可靠性，使設(shè)計(jì)效果達(dá)到最優(yōu)[2]。

2、三角形鋼管鐵塔基礎(chǔ)選型和設(shè)計(jì)

此類鐵塔的塔柱主材為鋼管，各方向上的回轉(zhuǎn)半徑完全一致，能滿足鐵塔整體受力要求，采用等邊三角形的平面結(jié)構(gòu)形式，故可將其稱作三管塔。因四角塔有很大的占地面積，針對(duì)城市這種特殊情況往往難以達(dá)到要求，這使得三管塔的實(shí)際應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。對(duì)三管塔而言，其跟開(kāi)與塔柱效率都相對(duì)較小，使各塔柱下部拉應(yīng)力很大，在基礎(chǔ)選型時(shí)，必須對(duì)巖土工程勘察成果進(jìn)行深入分析，以保證所選基礎(chǔ)形式的合理性。

2.1 筏板整體基礎(chǔ)

如前所述，因三管塔跟開(kāi)往往不大，塔身自重小，而鐵塔高度相對(duì)較大，所以水平力與彎矩都會(huì)很大。在這種情況下，建議選擇筏板整體基礎(chǔ)形式，該基礎(chǔ)是典型的柔性基礎(chǔ)，因底板配有鋼筋，用于承受因地基反力造成的剪力及彎矩，在底板懸挑部分，所有截面都具有很高強(qiáng)度，不會(huì)受到剛性角影響與限制，底板因此可做的很薄，但懸挑的尺寸必須滿足要求，從而有效抵抗彎矩。這種基礎(chǔ)形式在場(chǎng)地較為開(kāi)闊的情況下適用，開(kāi)挖施工不會(huì)受到影響，同時(shí)地下水位不可過(guò)高，且持力層的承載能力要達(dá)到110kPa以上。該基礎(chǔ)形式具有施工速度較快、成本合理等優(yōu)勢(shì)，能利用商品混凝土實(shí)現(xiàn)一次性澆筑，能有效防止質(zhì)量問(wèn)題，具有很強(qiáng)的整體性。

以某基站為例進(jìn)行分析，該基站采用角鋼塔，其地質(zhì)條件從上到下依次為：粉質(zhì)粘土，底部埋深在5m左右；粉土，在7m的深度上揭露。由于該基站區(qū)域較為開(kāi)闊，開(kāi)挖不會(huì)受到影響和限制，故選擇筏板整體基礎(chǔ)，將粉質(zhì)粘土作為持力層，圓形截面，基礎(chǔ)直徑為7.2m，底部的最大和最小壓應(yīng)力分別為107kPa、5kPa。經(jīng)驗(yàn)算可知，基礎(chǔ)抗壓承載力能夠滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范的要求[3]。

2.2 灌注樁基礎(chǔ)

如果場(chǎng)地表層分布有很厚的軟弱土，或地下水位很高，建議選擇樁基礎(chǔ)，以此有效抵抗上拔力與垂直方向上的荷載。以工程的地質(zhì)條件為依據(jù)，大多采用鉆孔樁，灌樁材料為鋼筋混凝土，一個(gè)塔柱對(duì)應(yīng)一個(gè)樁，或一個(gè)塔柱對(duì)應(yīng)一對(duì)樁，具體要通過(guò)驗(yàn)算來(lái)確定[4]。

以某基站為例進(jìn)行分析，該基站采用三管塔，其所在區(qū)域地質(zhì)條件如表1所示。由于該基站的地下水位較高，為滿足實(shí)際要求，決定采用灌注樁基礎(chǔ)形式，樁徑0.9m，長(zhǎng)11m，樁尖進(jìn)入粉土層1m左右，一個(gè)塔柱對(duì)應(yīng)一個(gè)樁，樁間設(shè)置拉梁，形成1m×1m的承臺(tái)，施工十分方便。經(jīng)驗(yàn)算，單樁的抗壓、抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值分別為1637kN和734kN，符合設(shè)計(jì)要求。

表1 基站地質(zhì)條件

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)上述對(duì)基礎(chǔ)形式選擇和設(shè)計(jì)的介紹及實(shí)例分析，不論采用的是哪一種類型的通信鐵塔，都要以地區(qū)的巖土工程勘察成果以依據(jù)，結(jié)合場(chǎng)地的實(shí)際情況開(kāi)展分析研究，根據(jù)研究結(jié)果確定適宜的基礎(chǔ)形式。如果場(chǎng)地所在地區(qū)的地質(zhì)條件相對(duì)較好，宜選擇獨(dú)立淺基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)完全可以滿足要求，而且經(jīng)濟(jì)合理；而如果場(chǎng)地內(nèi)的持力層不滿足要求，承載能力相對(duì)較低，或區(qū)域地下水位較高，則要采用深基礎(chǔ)，但這種基礎(chǔ)形式的成本較高。因此，在基礎(chǔ)選型時(shí)，必須對(duì)巖土工程勘察成果進(jìn)行深入分析，以保證所選基礎(chǔ)形式的合理性。