大直徑單樁基礎計算方法的合理選用

孫佳林

1 引言

通訊單管塔的單樁基礎在樁端彎矩、水平力和軸向力的共同作用，樁土協同作用較為復雜，也有多種理論和模型用于計算，但直接用于工程實踐還存在不少困難。剛性短樁主要針對通訊鐵塔、電力鐵塔等彎矩高出水平力一個數量級，不同于一般規范要求的承受水平力為主的單樁，需要進一步研究比較。《建筑樁基技術規范》推薦采用基于彈性地基反力的m法對灌注樁的內力和位移進行分析。在諸多參數中，土層m值的取值對承載力的影響較大。故下文針對不同的m值深入分析計算值的趨勢，從而選擇合適的計算方法。

2 計算參數

2.1 塔型基本參數

塔型：中國鐵塔股份有限公司《通信鐵塔標準圖集》中45m單管塔，底座塔腳的反力標準組合為壓力：192.6kN；剪力：90.3kN；彎矩：2892.8kN·m。鐵塔基礎采用機械鉆孔灌注樁，樁徑2m，樁長按照16m試算。

2.2 地質報告主要參數（見表1）

3 分析計算

（1）剛性短柱基礎的設計方法引自電力行業標準，要求剛性短柱的彈性變形相對于土的變形可以忽略，主要驗算抗傾覆與柱頂位移是否超限。建筑樁基技術規范則主要驗算樁側阻力和樁端阻力是否滿足。對通訊鐵塔的單樁基礎，沒有規范明確規定適用哪一種方法計算。下面將通過計算來具體分析兩者的適用性。

表1

（2）剛性短樁理論試算

①地基土基本參數：m值的主要影響深度hm=2×（D+1）=6m；m=

②抗傾覆驗算：

表2

③樁頂位移驗算

（3）按照樁基規范試算

單樁基礎可以根據《樁基規范》附錄C.0.3-1計算：

①基本參數：

②地面處樁身內力：

③地面處樁身變位：

樁頂水平位移：

（4）從上述計算中可以發現，同等條件不同計算方法得出的樁頂位移值明顯不同。而在工程建設領域，單樁基礎設計又常常由樁頂位移來控制。這就給我們帶來了很大的困擾。所以，研究兩種方法在不同條件下的適用性就變得很有必要。

4 數據采集及處理

（1）為了反映不同土質情況下兩種計算方法的差異性，通過改變m值這一關鍵變量，并控制樁頂位移在10mm以內，計算樁長得到數據如表1所示。

（2）根據以上表格中數據得出m值與樁長在不同計算方法下的關系圖如圖1所示。

（3）樁身換算長度與樁長在不同計算方法下的關系圖如圖2所示。

（4）對比分析與結論

①根據圖表曲線推斷，當m≥2時，即土質較好的時候，兩種方法關于位移的計算結果接近，當m＜2時，兩種方法的計算值偏差較大，且呈現m值越小，偏差越大的趨勢，即土質較差時，樁長相對較長，此時樁土性狀也更接近樁基規范方法的彈性樁假定，計算值也更接近工程實際，更安全。

圖1

圖2

②由于通訊鐵塔對樁基頂部的彎矩值很大，當土質較好，樁長較短的時候，樁基礎的抗傾覆能力往往代替位移起控制作用，此時依照剛性短柱原理的要求，樁長將不再因m值的趨大而變化。

③《鋼結構單管通信塔技術規程》關于剛性短柱的判定條件為αh≤2.5，根據圖4.3中擬合曲線在樁基換算長度2.2～2.5之間完成交匯，當αh≤2.5時，兩者的計算值接近，而且極有可能已由抗傾覆來控制，這樣按剛性短柱原理計算是合理的。當αh＞2.5時，計算值將主要由樁頂位移控制，按照樁基規范方法計算更為經濟。