通信铁塔桩基设计与施工

通信铁塔桩基设计与施工

咨询设计三所（陕西分院） 张二韶

【摘要】：湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其特征是在一定的压力下，受水浸湿后结构会迅速破坏。在通信铁塔的基础形式中，桩基础能够穿越不稳定土层，有效的解决土的湿陷性问题，且承载力高，施工简便。

本文结合工程实例，对通信铁塔桩基的设计要点、计算方法以及施工中应注

意的问题进行了总结，为通信铁塔基础的设计与施工提供了技术支持。

【关键词】：湿陷性黄土 桩基

Abstract: The soil texture is rather complicated and maldistributed in different layers in Shaanxi Province, subordinated to collapsed loess distributed area. According to analysis in the essay, during the construction of communication base tower, pile footing can penetrate astable layers, it will effectively solve the problem of collapsibility with high load-carrying capacity and simple construct procedure.

The essay give an example of actual engineering project and put forward the

design issues and calculation methods of pile footing for communication tower, hopefully, may this essay support the design and construction of communication tower technically.

Key words: Collapsed Loess, Pile Footing, Design Issues, Calculation Methods

1引言

在移动通信行业迅猛发展的背景下，通信铁塔的建设就变得更加的重要。为

了确保铁塔使用的安全性，这就要求土建专业在设计中，从结构安全性出发，做出合理的设计方案。在铁塔基础的施工中，常采用的基础形式有：独立基础、筏板基础和桩基础等。本文结合工程实例，针对陕西地区湿陷性黄土的土质特征，阐述了铁塔桩基础的设计与施工要点。

2桩基的特点及类别

桩基础是最常用的一种深基础。当地基浅层土质不良，采用浅基础无法满足

结构物对地基强度、变形及稳定性方面的要求，且又不适宜采取地基处理措施时，往往需考虑桩基础。按照桩的承载性状，桩基础可分为端承桩、摩擦桩两种类型；按照桩身的制作方法，桩基础可分为预制桩、灌注桩和地基土搅拌桩三种类型；按照桩的直径或截面尺寸，桩基础分为大直径、中等直径、小直径桩三种类型。

在不同的工程中，桩可以发挥各种不同的作用。

（1）通过桩的侧面和土的接触，将荷载传递给桩周土体，或者将荷载传给

深层的岩层、砂层或坚硬的粘土层，从而获得较大的承载能力以支承重型建筑物；

（2）对液化的地基，为了在地震时仍保持建筑物的安全，采用基桩穿过液

化土层，将荷载传给稳定的不液化土层；

（3）桩基具有很大的竖向刚度，因而采用桩基础的建筑物，沉降较小且比

较均匀，可以满足对沉降要求特别高的上部结构的安全需要和使用要求。

（4）桩具有很大的侧向刚度和抗拔能力，能抵抗台风和地震引起的巨大水

平力、上拔力和倾扭力矩，保持高耸结构物和高层建筑的安全。

3桩基的设计要点

本章结合某新建铁塔工程实例，对通信铁塔桩基础进行设计选型、实例计算

及构造措施进行了分析。

3.1工程实例概述

（1）上部结构

拟建铁塔为三管塔，选用中国移动基站铁塔标准化设计2009年V2.0版本中

的3GT-30-0.45塔形，高度30米，根开2.7米，设计风压0.45KN /m 2。塔脚反力标准值：F=344.7KN（拉力）；N=382KN（压力）。塔脚反力组合值：F=486.4KN（拉力）；N=538.3KN（压力）。

（2）工程地质情况

拟建工程位于陕西省西安市境内，场地地形较为平坦，场地地貌单元属渭河

Ⅲ级阶地。地层土分布如表3.1-1所示：

表3.1-1桩基参数表

（3）方案探讨

从通信铁塔的结构形式和荷载确定，铁塔基础可以采用筏板基础和桩基础。

1）采用筏板基础。其优点是基础整体性好，适用范围较广，可用于土质比

较软弱的地基，埋深浅，工程量小，能显著的节省投资。但本工程须对第二层湿陷性黄土进行处理，具体施工方法是强夯或者换填。

2）采用桩基础。当地基的软弱土层较厚，上部荷载大而集中，采用浅基础

不能满足铁塔对地基承载力和变形的要求时，可采用桩基础。桩基础多用于一些特殊地质状况（如湿陷性黄土地带、软土地基等）。

比较以上两种方案，第一种方案土层处理施工难度大，工程量大，整体造价

增高。第二种方案施工相对简便，整体造价相对低。因此本工程采用桩基础。由于人工挖孔灌注桩具有设备简单，施工操作方便，占用施工场地小，对周围建筑物的影响小等优点，故本次工程采用人工挖孔灌注桩进行施工。

3.2桩基础设计

通信铁塔属高耸结构，根据高耸结构设计规范，该三管塔基础可不做地基变

形验算，应进行强度计算，包括抗压和抗拔计算，计算简图如下：

图3.2-1桩基立面图(抗压) 图3.2-2桩基立面图（抗拔）

3.2.1抗压计算

（1）承载力计算公式

根据《建筑桩基技术规范》，公式如下：

N k ≤R （5.2.1-1）

R =Q uk /2（5.2.2）

Q uk =Q sk +Q pk =u ∑φsi q sik l i +φp q pk A p （5.3.6）

荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩平均竖向力（取N=382（压力））； N k ：

R ：桩基竖向承载力特征值； Q uk ：单桩竖向承载力标准值；

Q sk ：桩总极限侧阻力标准值； Q pk ：桩总极限端阻力标准值；

试选桩直径1米，桩长9.1米。

经计算Q uk =2212.93KN

R =Q uk /2=1106.47KN

N k =N +G =560KN ≤R ，基础抗压满足要求。

（2）配筋计算公式

钢筋混凝土轴心受压桩正截面受压承载力应符合下列规定：

N =φc f c A ps +0.9f y ' A s ' （5.8.2-1）

N ：荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值。（取组合值N=538.3（压

力））

f c ：混凝土轴心抗压强度设计值；

f y ' ：纵向主筋抗压强度设计值；

A s ' ：纵向主筋截面面积。

经计算A s '

3.2.2抗拔计算

(1）承载力计算公式

根据《高耸结构设计规范》

αb u p f i l i F ≤0.9G +（7.3.14） γs

F ：桩顶在正常使用极限状态下轴向上拔力标准组合值（取F=344.7（拉力））；

γs ：桩侧抗力分项系数，一般取γs =2；

αb ：桩与土之间抗拔极限侧阻力与受压极限侧阻力间的折减系数。当无试验

资料且桩的入土深度不小于6.0m 时，可根据土质和桩的入土深度，取

αb =0.6~0.8（砂土，桩入土较浅时取低值；粘性土，桩入土较深时取高值，

此处取0.7；

f i ：桩穿过的各分层土的极限侧阻力；

l i ：桩穿过各分层土的厚度；

u p ：桩的截面周长；

G ：桩身的有效重力。

计算参数同抗压计算。经计算F =515.1KN >344.7KN ，基础抗拔满足要求。

(2）配筋计算公式

N ≤f y A s （5.8.7）

N ：荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值；（取组合值F=486.4+G）

f y ：纵向主筋抗拉强度设计值；

A s ：纵向主筋截面面积。 664.98⨯103

=2216mm 2。实际取12Φ18主筋。 经计算，A s =300

3.2.3构造要求

（1）桩身混凝土不得小于C25，本次工程取C25。保护层厚度不应小于35mm ，

本次工程取50mm 。桩底进出持力层的深度应根据地质条件、荷载和施工工艺确定，宜为桩直径的1-3倍，本工程桩底进入持力层3.5m ，满足要求。

（2）主筋最小配筋率：当桩身直径为300~2000mm时，正截面配筋率可取

0.65%~0.2%（小直径取高值），本工程最小配筋率取0.4%；此外，对于抗压桩和抗拔桩，主筋不应小于6Φ10；纵向主筋应沿桩身周边均匀布置，其净间距不应小于60mm 。本工程取抗拔配筋计算值和最小配筋率计算值的最大值18Φ18，满足规范各项要求。

箍筋采用螺旋式，直径不应小于6mm ，间距宜为200~300mm；本工程取

φ8@200。受水平力较大的桩基、承受水平地震作用的桩基以及考虑主筋作用计算桩身受压承载力时，桩顶以下5d 范围内箍筋应加密，间距不应大于100mm 。本次工程取加密区长度3100，间距100mm 。

（3）基础连梁高度宜为柱距的1/4~1/8,主筋不小于Φ12，箍筋不小于

φ8@200，本次工程取梁断面300×400，主筋Φ14，箍筋φ8@200。

4桩基施工中常见问题及处理

随着人工挖孔桩技术在基础工程施工中的推广应用，其特有的大承载力、施

工方便的优势得到了许多设计、施工单位的认可。但在施工中常受到地下水、泥沙、淤泥层等因素影响，人工挖孔会遇到一些困难，下面就这几种常见问题提出处理方法。

4.1地下水的影响。

地下水是深基础施工中最常见的问题，含水层中的水在开挖时破坏了其平衡

状态，使周围的静态水充入桩孔内，从而影响了人工挖孔桩的正常施工，如果遇到动态水压土层施工，不仅开挖困难，连护壁混凝土也易被水压冲刷穿透，发生桩身质量问题。如遇到了细砂、粉砂土层，在压力水的作用下，也极易发生流砂和井漏现象。

当地下水水量不大时，可选用潜水泵抽水，边抽水边开挖，成孔后及时浇筑

相应段的混凝土护壁，然后继续下一段的施工。当地下水水量较大时，应从施工顺序考虑，采取对周围桩孔同时抽水，以减少开挖孔内的涌水量，并采取交替循环施工的方法，组织安排合理，能达到很好的效果。值得一提的是，抽水要注意周围环境的影响。如抽出地下水对周围环境、基础设施等影响较大时，就不允许无限制抽水；再比如站址周围有江沙、湖泊、沼泽等，就不可能无限制达到抽水目的，此时最有效的方法是截断水源，封闭水路。

4.2流沙的影响。

人工挖孔在开挖时，如遇有流动的细砂、粉砂层地质时，极易形成流沙，严

重时会发生井漏，造成质量事故。

（1）流沙情况较轻时的处理方法

有效的方法是缩短这一循环的开挖深度，将正常的1m 左右一段，缩短为

0.5m ，以减少所挖砂层孔壁的暴露时间，及时进行护壁混凝土浇筑。当孔壁塌落，可用编制袋土堆堵，形成桩孔的外壁，并控制桩孔内壁满足设计要求。

（2）流沙情况较严重时的处理方法

常用的办法是下钢套筒，钢套筒与护壁的钢模板相似，以桩孔外径为直径，

可分成4-6段圆弧，再加上适当的筋条，相互用螺栓或钢筋扣连接。在桩孔开挖

0.5m 深左右时，即可分片套筒装入，伸入孔底不少于0.2m ，插入上部混凝土护壁外侧不小于0.5m ，装好后即支摸浇筑护壁混凝土，若放入套筒后流沙仍上涌，可采取突击挖出后即用混凝土封闭孔底的方法，待混凝土凝结后，将孔心部位的混凝土清凿以形成桩孔。

4.3挖孔人员的安全问题

施工工人在桩孔内上下作业，容易发生人身伤亡事故。

（1）从设计角度出发，设计人员应认真研究勘察资料，分析地质情况，在

图纸中提出应注意的安全问题，对可能出现有害气体及不稳定土层的情况应制定有针对性的安全防范措施。

（2）在施工中遇到土质条件与地勘不符，设计图纸与现场不符时，施工单位

应及时与设计院沟通，协商解决问题，避免因此带来施工人员的人身的安全问题。 5 结束语

桩基础已经在通信铁塔的施工中广泛应用，从设计到施工已经有了比较成熟

的理论和实际经验。本文仅对拟建工程做了论述，在不同项目中，应根据工程具体情况作相应的施工和设计方法的改进。

参考文献：

[1]建筑地基基础设计规范. GB 50007-2002

[2]建筑桩基础技术规范.JGJ 94-2008

[3]高耸结构设计规范.GB 50135-2006

[4]中国移动基站铁塔标准化设计09版V2.0. 中国移动通信集团设计院有限公司