通信鐵塔基礎選型與設計研究

文/ 劉俊 湖南省郵電規劃設計院有限公司 湖南長沙 410126

通信鐵塔基礎具有支撐鐵塔結構的重要作用，所用基礎形式是否合理，直接決定基礎作用效果能否得以充分發揮，也決定了經濟成本。因此，有必要對基礎選型及設計予以充分考慮，保證所選基礎形式的合理性。

1、四邊形角鋼鐵塔基礎選型和設計

1.1 獨立基礎

這種基礎多用于持力層具有良好承載力的情況，特征值應能達到80kPa以上，而且土質還應相對均勻，具有施工方案、成本低、效率高的優勢特點。柱腳和墩柱相鉸接，與柱腳相連的構件為斜桿，墩柱和斜桿中的軸向力均由柱腳構造進入柱墩。柱墩在向基底傳遞上部所有豎向力的同時，與基礎共同承受從上部結構產生的水平力。在獨立基礎間大多采用連梁，連梁可以對通過斜桿及柱傳遞的水平力及其分量進行平衡，只由風荷載累加形成的水平力不能靠連梁來平衡，應由柱墩來承擔。完成連梁的設計與設置后，墩柱可以承受的極限水平力為沒有設置連梁墩柱的1/3左右，可見連梁設置極為重要和必要[1]。

以某基站為例進行分析，該基站采用角鋼塔，其地質條件從上到下依次為：雜填土，厚度在1.5m左右；粉質粘土，底部埋深在5.0m左右；粉土，在7m深處揭露。基站區域較為開闊，開挖不會受到太大限制，建議選擇獨立基礎，將粉質粘土作為持力層，根據抗壓驗算與抗拔驗算結果，將基礎尺寸確定為3m×3m，將埋深確定為3m，這樣可以達到設計要求，充分發揮持力層具有的承載能力。此外，若持力層的承載能力減小，則可通過擴大面積來調整，無需增加埋深，減小基礎的重量，達到預期抗壓要求。

1.2 灌注樁基礎

如果場地中分布有較厚的軟弱土，或區域地下水位很高，而施工降水難度較大，采用淺基礎無法滿足實際要求，需要選擇樁基礎形式，使荷載通過樁基的傳遞進入持力層。相比之下，樁基礎具有更高的承載能力，且穩定性良好，不會產生較大的沉降，并且還能抵抗上拔力與水平方向的荷載。根據荷載的類型與地質條件，可選擇多種不同的樁型，如鉆孔樁、挖孔樁和鋼管樁。

以某基站為例進行分析，該基站所在區域的地下水位較高，粉質粘土不具備滿足工程要求的承載能力，故需要選擇樁基礎形式，直徑為0.9m，凈長為14.4m，樁尖應進入到細砂層中1m左右，每柱一樁，樁間采用拉梁，設置1m×1m的承臺，以減少混凝土的使用量。在制定樁基方案的過程中，應充分考慮區域的巖土工程勘察成果，確定適宜的樁基數量與樁徑，在避免浪費的基礎上，保證安全性與可靠性，使設計效果達到最優[2]。

2、三角形鋼管鐵塔基礎選型和設計

此類鐵塔的塔柱主材為鋼管，各方向上的回轉半徑完全一致，能滿足鐵塔整體受力要求，采用等邊三角形的平面結構形式，故可將其稱作三管塔。因四角塔有很大的占地面積，針對城市這種特殊情況往往難以達到要求，這使得三管塔的實際應用變得越來越廣泛。對三管塔而言，其跟開與塔柱效率都相對較小，使各塔柱下部拉應力很大，在基礎選型時，必須對巖土工程勘察成果進行深入分析，以保證所選基礎形式的合理性。

2.1 筏板整體基礎

如前所述，因三管塔跟開往往不大，塔身自重小，而鐵塔高度相對較大，所以水平力與彎矩都會很大。在這種情況下，建議選擇筏板整體基礎形式，該基礎是典型的柔性基礎，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度，不會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。這種基礎形式在場地較為開闊的情況下適用，開挖施工不會受到影響，同時地下水位不可過高，且持力層的承載能力要達到110kPa以上。該基礎形式具有施工速度較快、成本合理等優勢，能利用商品混凝土實現一次性澆筑，能有效防止質量問題，具有很強的整體性。

以某基站為例進行分析，該基站采用角鋼塔，其地質條件從上到下依次為：粉質粘土，底部埋深在5m左右；粉土，在7m的深度上揭露。由于該基站區域較為開闊，開挖不會受到影響和限制，故選擇筏板整體基礎，將粉質粘土作為持力層，圓形截面，基礎直徑為7.2m，底部的最大和最小壓應力分別為107kPa、5kPa。經驗算可知，基礎抗壓承載力能夠滿足設計與規范的要求[3]。

2.2 灌注樁基礎

如果場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，以此有效抵抗上拔力與垂直方向上的荷載。以工程的地質條件為依據，大多采用鉆孔樁，灌樁材料為鋼筋混凝土，一個塔柱對應一個樁，或一個塔柱對應一對樁，具體要通過驗算來確定[4]。

以某基站為例進行分析，該基站采用三管塔，其所在區域地質條件如表1所示。由于該基站的地下水位較高，為滿足實際要求，決定采用灌注樁基礎形式，樁徑0.9m，長11m，樁尖進入粉土層1m左右，一個塔柱對應一個樁，樁間設置拉梁，形成1m×1m的承臺，施工十分方便。經驗算，單樁的抗壓、抗拔極限承載力標準值分別為1637kN和734kN，符合設計要求。

表1 基站地質條件

結語：

通過上述對基礎形式選擇和設計的介紹及實例分析，不論采用的是哪一種類型的通信鐵塔，都要以地區的巖土工程勘察成果以依據，結合場地的實際情況開展分析研究，根據研究結果確定適宜的基礎形式。如果場地所在地區的地質條件相對較好，宜選擇獨立淺基礎，這種基礎完全可以滿足要求，而且經濟合理；而如果場地內的持力層不滿足要求，承載能力相對較低，或區域地下水位較高，則要采用深基礎，但這種基礎形式的成本較高。因此，在基礎選型時，必須對巖土工程勘察成果進行深入分析，以保證所選基礎形式的合理性。