郭海峰

（山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司，山西晋城 048006）

对杆塔类建筑下桩基础设计方法的探究

郭海峰

（山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司，山西晋城 048006）

我国是工业大国、人口大国，随着我国经济的快速发展，对电力、通信等的需求越来越大，随之而来需要建造越来越多的的送电线路上的杆塔、通信杆塔等杆塔类建筑。这类建筑的特点是自重较轻，但所受的风力很大，其中送电杆塔受电线拉力也较大，且高度很大，造成杆塔根部所受的轴力、剪力不大，而弯矩很大。当采用传统单桩基础进行设计时计算离散性很大、经验性很强，而计算理论虽然成立，但力学参数、查计算用表时参数取值等因设计人员不同而离散性很大，导致计算结果离散性大。这就对新的设计方法提出了要求，比如笔者下面推荐的采用多根小直径桩基础，可以很好的解决这个问题，可操作性强。下面就两种不同的设计进行类比，供大家参考。

杆塔类建筑；根部弯矩大；离散性；单桩基础；多桩基础。

1.问题的提出：

杆塔类建筑在风荷载作用下和电线拉力作用下会对杆塔底部产生很大弯矩，这就对基础提出很大要求，采用传统单桩基础时是靠土对桩的水平约束力来抵抗弯矩，要求基础直径、埋深很大，并且现有计算理论对土的工程性质把握不准，土的力学性质很不均匀，按规范要求估计土的力学参数时及查计算用表时参数取值离散性很大，尤其当地下土层层数较多时计算难度更大。造成计算结果离散性大，可操作性不强，对设计人员的经验要求很高。而采用多根小直径、小埋深的桩，比如用四根桩代替一根桩就可以节省很多材料，且计算理论明确，把用土对桩的侧向约束力来抵抗弯矩变为用多根小直径桩的竖向抗力对塔中心的约束弯矩来抵抗外弯矩。而且这种做法对土的力学参数确定相当准确，只需要确定桩的竖向承载力就可，可避免估计桩对土的水平挤压力时带来的离散性过大的问题，并且土层较多时也可以精确计算，同时计算量不大，结果稳定，可操作性强、概念清晰、理论可靠。

2.工程实例：

（1）工程概况：笔者做过《晋城煤业集团 川底35kV变电站改造工程》中一个终端钢管杆的基础，地面下各土层概况如下：1）地下1层：黄土状粉质粘土：厚8.5m，桩的极限侧阻力特征值qs1=28kPa，桩的极限端阻力特征值为qp1=700kpa，土的内摩擦角φ为300，凝聚力c为15kpa。土的重度γ1为18kN/m3。2）地下2层：中风化残积土，厚2.6m，桩的极限侧阻力特征值qs2=22kPa,桩的极限端阻力特征值为qp2=720kpa。土的重度γ2为18kN/m3。基础顶面设计压力150kN,设计剪力120kN，设计弯矩3205kN*m。基础采用C30混凝土，HRB400钢筋（三级钢）。

（2）单桩基础：原设计桩身直径2.2m,桩长8m。本工程设计弯矩极大，相比之下设计压力、剪力很小，可以不需验算。根据《电力工程高压送电线路设计手册》（第二版）进行计算，查表7-7-15，取m=20000kN/m4，b=0.9*（2.2+1.0） =2.88m 依据公式

依据公式7-7-34，CIV=0.302*3205/120=8.07 amh=0.302*8=2.42

查表7-7-16 得CV=6.09

因最大土压力距地面算起的深度h1=0.7/0.302=2.32m＜h/3=8/3=2.67m

依据7-7-36 因本工程为终端型，查表7-1-28，取K1=2.2，则

从计算过程可以看出，查表时尤其查表7-7-16时，参数取值范围大，离散性大，查表结果对初始参数取值敏感度相当高，对计算结果影响大，对设计人员的经验要求高。

（3）多桩基础：如果换成四根小直径桩、桩距3.0m,则每根桩所受压力为3205/1.5/4+150/4=571kN,拔力为3205/1.5/4-150/4=497kN。

初步确定一根桩直径为0.8m，埋深8m。则依据《建筑桩基技术规范》公式5.3.5，每根桩的抗压承载力特征值为28*3.14*8*0.8+700*3.14*0.42=914kN＞571kN。验算抗拔承载力时，由于按两根桩呈整体破坏计算时，由两根桩外边缘围成的外围周长远大于两根桩单独计算时的周长之和，可判断桩基础呈非整体破坏。依据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008)表5.4.6-2 取抗拔系数λ=0.7，按公式5.4.5-2及5.4.6-1计算，抗拔承载力特征值为0.7*28*3.14*8*0.8+25*3.14*0.42*8=495kN≈497kN。均满足要求。

（4）配筋计算：采用单桩基础时，依据《电力工程高压送电线路设计手册》544页第（7）项很容易算出桩身最大弯矩为3304kN*m。沿桩周围环向配筋，纵筋中心至边缘距离为90mm，用PKPM软件进行计算，使用三级钢时计算配筋总面积为9000mm2，实配32根直径20三级钢，实配面积为10048mm2，满足要求。依据《建筑桩基技术规范》4.1.1条1款，最小构造配筋率为0.2%，实配钢筋面积大于构造配筋0.002*3.14*11002=7600mm2，满足要求。

采用多桩基础时，依据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008)进行计算：按抗压桩设计时，依据公式5.8.2-2，桩身混凝土竖向抗压承载力为0.7*14.3*3.14*4002=5029kN＞571kN，满足要求，可按构造配筋；按抗拔桩设计时，依据公式5.8.7，所需钢筋面积为497000/360=1380mm2；按构造配筋时，依据4.1.1条1款，用桩身直径内插，最小构造配筋率为0.51%，所需钢筋面积为0.51%*3.14*4002=2562mm2。实际采用7根直径22三级钢环向配筋，实配面积2661mm2，满足要求。

（5）工程量对比：混凝土方面，4根小直径桩混凝土体积为3.14*8*0.42*4=16m3，1根大直径桩为3.14*1.12*8=30.4m3，小直径桩仅为大直径桩的一半，节省相当可观；钢筋方面，4根小直径桩耗钢量为2661*10-6*8*7.850*4=0.67t,1根大直径桩为10048*10-6*8*7.850=0.63t，可见由于小直径桩对构造配筋率要求较高，钢筋用量与大直径桩基本一致，但安全储备更高。

3.结论：

多桩基础在计算理论上概念清晰，取值准确，理论可靠，计算简单，可操作性强。而单桩基础虽然公式正确，但力学参数、查计算用表时参数取值离散性较大导致计算结果离散性大，可操作性不强，概念上不清晰，多本手册上计算公式不十分一致，计算量大，对设计人员经验要求高。且多桩基础节省工程量巨大，可为甲方节省大量投资，经济效益显著。

综合所诉，多桩基础优势明显，建议使用。

[1]张殿生等．电力工程高压送电线路设计手册．第二版。中国电力出版社。2002，ISBN7-5083-1136-1．

[2]中国建筑科学研究院．建筑桩基技术规范 JGJ94-2008．中国建筑工业出版社 15112.14762.

[3]中国建筑科学研究院．建筑地基基础设计规范 GB50007-2011．中国建筑工业出版社 15112.21656.

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1007-6344（2016）02-0089-01