摘要：近年来人们生活水平的提高，人们对于科技生活的需求正在逐步增加。移动通信已经逐渐成为当前人们生产生活中所必不可少的重要工具之一，伴随着城市化建设的不断推进，相应的移动通信也需要覆盖到更多的区域。与此同时，在增加通信基站的建设量的基础上，我们需要投入大量的土地资源，而使用钢结构单管通信塔进行基站的安装能够在很大程度上帮助我们降低对土地资源的使用量，并且还相应地降低了相关通信运营商的租赁费用，因此使用钢结构单管通信塔进行基站的安装是一项一举多得的建设技术。本文就钢结构单管通信塔钢管桩基础设计展开探讨。
关键词：钢结构单管；单管通信塔管桩基础设计；设计
引言
随着国家大力发展通信产业，为了达到无线通信覆盖的需求，各地需要建设越来越多的通信基站。为了节约用地，钢结构单管通信塔凭借其占地面积少的优势，成了建设落地通信基站的首选方案。对于单管通信塔的设计，主要的控制荷载是风荷载，反应到基础设计时，其控制作用为风荷载下的塔脚弯矩、剪力、轴力。为了节约建设场地及投资成本，单管通信塔最广泛采用的基础形式是单桩基础。本文根据单管通信塔单桩基础的设计的常见问题进行了分析和讨论，对相关设计施工具有一定的参考意义。
1钢结构单管通信塔单桩基础的设计依据
在钢结构单管通信塔单桩基础的设计过程中，为了保证基础的稳定性和安全性，需要相关单位的设计人员和施工人员共同配合，尤其是在设计的过程中，要严格遵循相关的行业规范《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》（YD/T5131—2005）中规定的要求。对于单桩基础，桩顶所受到的水平力、弯矩、轴力的共同作用，这是一个相对复杂的综合受力状态。一般来说，在设计中是按照《建筑桩基技术规范》的m值法，来计算桩体本身受到的所有力，通过m值法的计算结果，控制单桩基础的位移和承载力，这样就能够保障钢结构单管通信塔单桩基础的设计的稳定性和高效性。
2设计原则
本文钢管桩基础是指满足刚性桩条件的单根大直径钢管桩基础，其桩身抗弯刚度大，入土深度较小，桩基受力时整体变形近似刚体转动。钢管桩基础设计应按照极限状态设计方法。钢管桩桩身抗弯刚度大，桩身应力比很小，桩身强度并非控制因素。地基承载力验算是避免桩侧及桩底的土体发生破坏，这种破坏伴随桩基水平位移而发生，位移的进一步扩大会导致整体稳定破坏即倾覆。可见，钢管桩基不同于普通钢筋混凝土桩基由桩身强度控制，而是由变形控制。《桩基规范》及《单管塔规程》采用单桩基础水平承载力特征值作为控制因素。《桩基规范》5.7.1条，单桩基础中基桩应满足下式要求：
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式中：Hik为荷载效应标准组合下，作用于基桩顶处的水平力；Rha为单桩基础水平承载力特征值，对于缺少单桩水平静载试验资料时，按下式估算：
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式中，χ0a为桩顶允许水平位移，一般为10mm。按照《单管塔规程》6.3.6条，单桩水平承载力特征值为估算单桩水平承载力设计值的0.8倍。钢结构单管通信塔属于高耸结构，控制荷载为风荷载。以30m外爬支架式单管塔为例，塔脚反力标准组合为N=47.1kN，V=27.9kN，M=590.2kN·m。可见，通信塔塔脚剪力和轴力较小、弯矩大。公式（1）、（2）及《单管塔规程》6.3.6条以单桩水平承载力特征值作为控制因素并不适用，而在弯矩影响下的桩顶水平位移才是钢管桩基础设计的关键。这点在《钢桩基础规程》4.2.6条有明确要求：桩顶位移δ0≤0．01m，转角tanθ≤0．006。
3钢结构单管通信塔单桩基础设计的计算方法
3.1钢结构单管通信塔单桩基础设计的M值计算法
钢结构单管通信塔单桩基础设计的M值法是当前建筑桩基设计领域中一种常用的设计方法。在长期的应用过程中，涉及的方面很多，不仅涉及钢结构单管通信塔单桩基础的设计分析，它还被广泛应用于公路桥梁和涵洞基础的设计和港口工程桩基基础的设计当中。M值法是目前建筑工程施工领域所常用的几种技术之一，其在当前的建筑工程数值预估中起到十分重要的作用，但是M值法在当前实际的钢结构单管通信塔钢管桩基的基础设计中还存在着一些局限性和问题，主要体现在以下几个方面。首先，由于单管通信塔钢管桩基的基础设计的实际操作难度较大，并且将M值法应用在单桩的水平测试中，比较难以控制其平稳性，因此就会导致对结构单管通信塔钢管桩基的基础设计中，水平荷载能力计算的不足，水平方向荷载受力的计算容易受到很多实际因素的影响，从而影响整体结构单管通信塔钢管桩基的基础设计水平。其次，一般而言，结构单管通信塔钢管桩基的基础设计的工程量比较小，大多是都是应用于通信基站的使用而建设，因此在实际的过程中使用M值法进行检测所耗费的人力、物力以及经济成本的投入就比较大。在实际的钢结构单管通信塔钢管桩基的基础设计中，设计人员往往是通过相应的M值表来进行数据的查询，并没有进行相应实地的操作和检验，这就容易导致整体设计结果的不准确，降低整体钢结构单管通信塔钢管桩基的基础设计的水准。第三，M值法假定土体为完全弹性体，并不考虑塑性变形，这一点也对计算产生影响。
3.2 NL法
NL法是我国学者提出的一种非线性计算单桩水平荷载作用的方法，这一实验方法在m值法的应用基础上，考虑了桩-土非线性作用的实际情况，提升了设计阶段的精确性。但是NL法适用于建筑工程，其抗力测试均为建筑单桩基础，实验结果是否能满足通信铁塔基础，还有待于验证。3、P-Y曲线法。这种方法最早是起源于美国，该种方法充分考虑到了土质条件下的弹性形变，保证了水平位移发生变化也不会造成较大的影响，并且能够用于循环往复荷载的作用。但是此方法仍然需要大量的基础数据作为支持，而且整体的计算手法和环节都比较复杂，不利于推广应用。
4钢结构单管通信塔单桩基础设计的影响因素
4.1桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m值
m值对计算单管塔单桩基础的桩顶水平位移影响很大，由于一处建设场地内只建设一座单管塔，故不具备做单桩水平静载试验的条件，故需按照桩基规范查表选用m值。一方面，由于单管塔所受风荷载是长期且经常出现的荷载，故需要考虑桩基规范上的折减规定。另一方面，由于单管塔单桩基础主要控制荷载是弯矩，而承台的刚度无法达到无穷大，即因弯矩引起的转角无法满足为零，考虑安全储备，建议m值取规范所推荐的上下限的中间值。
4.2桩长
由于单管塔单桩基础属于低承台桩基，在这一过程中主要涉及到的公式为z=4.0/α，其中α表示的是桩的水平变形系数，一般来说，单管塔单桩基础所受竖向荷载较小，受到的竖向荷载不足以影响整体的变化，更需要注意的就是对桩顶产生的水平位移的研究。
结语
综上所述，为了更好地发挥现代电子通信技术对于人们生活品质的提升，进一步增加当前通信的覆盖面，就需要我们合理选取通信塔的建造方式，合理进行相关钢结构单管通信塔单桩基础的设计工作。
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论文作者:孙景山
论文发表刊物:《建筑模拟》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/14
标签：通信论文; 桩基论文; 荷载论文; 钢结构论文; 桩基础论文; 水平论文; 钢管论文; 《建筑模拟》2020年第2期论文;