孙佳林
华信咨询设计研究院有限公司 杭州 310000
摘要：通讯铁塔基础多采用单桩基础，通过随机选取某基站地勘报告，分别参照《钢结构单管通信塔技术规程》中的刚性短柱理论和《建筑桩基技术规范》中附录C计算方法对该单桩基础进行设计，求得桩径桩长等参数进行对照。然后改变地基承载力的关键参数m值，多次试算，对结果进行汇总对比分析，从而能够针对不同的地质条件选择合适的计算方法以满足安全性、经济性的要求。
关键词：单桩基础，刚性短柱原理，桩基规范方法，m值法。
一、引言：
通讯单管塔的单桩基础在桩端弯矩、水平力和轴向力的共同作用，桩土协同作用较为复杂，也有多种理论和模型用于计算，但直接用于工程实践还存在不少困难。刚性短桩主要针对通讯铁塔、电力铁塔等弯矩高出水平力一个数量级，不同于一般规范要求的承受水平力为主的单桩，需要进一步研究比较。《建筑桩基技术规范》推荐采用基于弹性地基反力的m法对灌注桩的内力和位移进行分析。在诸多参数中，土层m值的取值对承载力的影响较大。故下文针对不同的m值深入分析计算值的趋势，从而选择合适的计算方法。
二、计算参数：
1、塔型基本参数
塔型：中国铁塔股份有限公司《通信铁塔标准图集》中45米单管塔，底座塔脚的反力标准组合为压力：192.6kN；剪力：90.3kN；弯矩：2892.8kN.m。铁塔基础采用机械钻孔灌注桩，桩径2m，桩长按照16m试算。
2、地质报告主要参数
三、分析计算
3.1
刚性短柱基础的设计方法引自电力行业标准，要求刚性短柱的弹性变形相对于土的变形可以忽略，主要验算抗倾覆与柱顶位移是否超限。建筑桩基技术规范则主要验算桩侧阻力和桩端阻力是否满足。对通讯铁塔的单桩基础，没有规范明确规定适用哪一种方法计算。下面将通过计算来具体分析两者的适用性。
3.2刚性短桩理论试算
1、地基土水平抗力系数的比例系数m
2、桩的水平变形系数
3、土的被动土压力：
4、抗倾覆验算：
5、桩顶位移验算
3.3、按照桩基规范试算
单桩基础可以根据《桩基规范》附录C.0.3-1计算：
1.确定基本参数：计算过程可见方法一
地基土水平抗力系数的比例系数m
桩的水平变形系数
2.地面处桩身内力：
3.4
从上述计算中可以发现，同等条件不同计算方法得出的桩顶位移值明显不同。而在工程建设领域，单桩基础设计又常常由桩顶位移来控制。这就给我们带来了很大的困扰。所以，研究两种方法在不同条件下的适用性就变得很有必要。
四、数据采集及处理
4.1为了反映不同土质情况下两种计算方法的差异性，通过改变m值这一关键变量，并控制桩顶位移在10mm以内，计算桩长得到如下数据：
其中，m--地基土水平抗力系数的比例系数；a--桩的水平变形系数；ah--桩身换算长度
4.2 根据以上表格中数据得出m值与桩长在不同计算方法下的关系图：
4.3 桩身换算长度与桩长在不同计算方法下的关系图
4.4 对比分析
1、根据《建筑桩基技术规范》表5.7.2，当ah≥4 时，取ah=4 ；在表格计算中发现，当m≤1 时，即土质较差时按照桩基规范方法计算有可能导致单纯增加桩长位移无法控制在10mm以下，这个时候就需要通过换填表层土等增大m值的方法来增大桩基的抗侧力。
2、根据图表曲线推断，当m≥2 时，即土质较好的时候，两种方法关于位移的计算结果接近，当时，两种方法的计算值偏差较大，且呈现m值越小，偏差越大的趋势，即土质较差时，桩长相对较长，此时桩土性状也更接近桩基规范方法的弹性桩假定，其计算值也更为接近工程实际，更为安全。
3、由于通讯铁塔对桩基顶部的弯矩值很大，当土质较好，桩长较短的时候，桩基础的抗倾覆能力往往代替位移起控制作用，此时依照刚性短柱原理的要求，桩长将不再因m值的趋大而变化。
4、《钢结构单管通信塔技术规程》关于刚性短柱的判定条件为ah≤2.5 ，根据图4.3中拟合曲线在桩基换算长度2.2-2.5之间完成交汇，当ah≤2.5 时，两者的计算值接近而且极有可能已由抗倾覆来控制，这样按照刚性短柱原理计算是合理的。当ah＞2.5 时，计算值将主要由桩顶位移控制，按照桩基规范方法计算则更为经济。
五、结论：
通过对结果进行比较分析，结论与建议如下：
1、《钢结构单管通信塔技术规程》关于刚性短柱原理的适用条件ah≤2.5 合理，当ah＞2.5 时，宜采用桩基规范附录C中方法，通过控制桩顶水平位移来确定所需桩基深度。
2、当土质较好时，两种方法的计算结果接近，实际工程计算中均可以选用，当土质较差时，采用桩基规范方法的计算结果更接近工程实际，也更为安全。
参考文献：
【1】JGJ94-2008 建筑桩基技术规范
【2】CECS 236：2008钢结构单管通信塔技术规程
【3】王梅等，水平荷载作用下单桩非线性m法试验研究，岩土力学，2002年第23卷第一期
【4】张明熠等，软土中弯剪作用下大直径刚性桩工程设计方法，工业建筑，2016年第46卷第6期
【5】顾晓鲁等，地基与基础，中国建筑工业出版社，2003年
【6】朱炳寅，建筑地基基础设计方法及实例分析（第二版），中国建筑工业出版社，2013年
论文作者:孙佳林
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第21期
论文发表时间:2018/2/26
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