對(duì)桿塔類(lèi)建筑下樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法的探究

郭海峰

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西晉城 048006）

對(duì)桿塔類(lèi)建筑下樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法的探究

郭海峰

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西晉城 048006）

我國(guó)是工業(yè)大國(guó)、人口大國(guó)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力、通信等的需求越來(lái)越大，隨之而來(lái)需要建造越來(lái)越多的的送電線路上的桿塔、通信桿塔等桿塔類(lèi)建筑。這類(lèi)建筑的特點(diǎn)是自重較輕，但所受的風(fēng)力很大，其中送電桿塔受電線拉力也較大，且高度很大，造成桿塔根部所受的軸力、剪力不大，而彎矩很大。當(dāng)采用傳統(tǒng)單樁基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算離散性很大、經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)，而計(jì)算理論雖然成立，但力學(xué)參數(shù)、查計(jì)算用表時(shí)參數(shù)取值等因設(shè)計(jì)人員不同而離散性很大，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果離散性大。這就對(duì)新的設(shè)計(jì)方法提出了要求，比如筆者下面推薦的采用多根小直徑樁基礎(chǔ)，可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，可操作性強(qiáng)。下面就兩種不同的設(shè)計(jì)進(jìn)行類(lèi)比，供大家參考。

桿塔類(lèi)建筑；根部彎矩大；離散性；單樁基礎(chǔ)；多樁基礎(chǔ)。

1.問(wèn)題的提出：

桿塔類(lèi)建筑在風(fēng)荷載作用下和電線拉力作用下會(huì)對(duì)桿塔底部產(chǎn)生很大彎矩，這就對(duì)基礎(chǔ)提出很大要求，采用傳統(tǒng)單樁基礎(chǔ)時(shí)是靠土對(duì)樁的水平約束力來(lái)抵抗彎矩，要求基礎(chǔ)直徑、埋深很大，并且現(xiàn)有計(jì)算理論對(duì)土的工程性質(zhì)把握不準(zhǔn)，土的力學(xué)性質(zhì)很不均勻，按規(guī)范要求估計(jì)土的力學(xué)參數(shù)時(shí)及查計(jì)算用表時(shí)參數(shù)取值離散性很大，尤其當(dāng)?shù)叵峦翆訉訑?shù)較多時(shí)計(jì)算難度更大。造成計(jì)算結(jié)果離散性大，可操作性不強(qiáng)，對(duì)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)要求很高。而采用多根小直徑、小埋深的樁，比如用四根樁代替一根樁就可以節(jié)省很多材料，且計(jì)算理論明確，把用土對(duì)樁的側(cè)向約束力來(lái)抵抗彎矩變?yōu)橛枚喔≈睆綐兜呢Q向抗力對(duì)塔中心的約束彎矩來(lái)抵抗外彎矩。而且這種做法對(duì)土的力學(xué)參數(shù)確定相當(dāng)準(zhǔn)確，只需要確定樁的豎向承載力就可，可避免估計(jì)樁對(duì)土的水平擠壓力時(shí)帶來(lái)的離散性過(guò)大的問(wèn)題，并且土層較多時(shí)也可以精確計(jì)算，同時(shí)計(jì)算量不大，結(jié)果穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)、概念清晰、理論可靠。

2.工程實(shí)例：

（1）工程概況：筆者做過(guò)《晉城煤業(yè)集團(tuán) 川底35kV變電站改造工程》中一個(gè)終端鋼管桿的基礎(chǔ)，地面下各土層概況如下：1）地下1層：黃土狀粉質(zhì)粘土：厚8.5m，樁的極限側(cè)阻力特征值qs1=28kPa，樁的極限端阻力特征值為qp1=700kpa，土的內(nèi)摩擦角φ為300，凝聚力c為15kpa。土的重度γ1為18kN/m3。2）地下2層：中風(fēng)化殘積土，厚2.6m，樁的極限側(cè)阻力特征值qs2=22kPa,樁的極限端阻力特征值為qp2=720kpa。土的重度γ2為18kN/m3。基礎(chǔ)頂面設(shè)計(jì)壓力150kN,設(shè)計(jì)剪力120kN，設(shè)計(jì)彎矩3205kN*m。基礎(chǔ)采用C30混凝土，HRB400鋼筋（三級(jí)鋼）。

（2）單樁基礎(chǔ)：原設(shè)計(jì)樁身直徑2.2m,樁長(zhǎng)8m。本工程設(shè)計(jì)彎矩極大，相比之下設(shè)計(jì)壓力、剪力很小，可以不需驗(yàn)算。根據(jù)《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）進(jìn)行計(jì)算，查表7-7-15，取m=20000kN/m4，b=0.9*（2.2+1.0） =2.88m 依據(jù)公式

依據(jù)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

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

依據(jù)7-7-36 因本工程為終端型，查表7-1-28，取K1=2.2，則

從計(jì)算過(guò)程可以看出，查表時(shí)尤其查表7-7-16時(shí)，參數(shù)取值范圍大，離散性大，查表結(jié)果對(duì)初始參數(shù)取值敏感度相當(dāng)高，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響大，對(duì)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)要求高。

（3）多樁基礎(chǔ)：如果換成四根小直徑樁、樁距3.0m,則每根樁所受壓力為3205/1.5/4+150/4=571kN,拔力為3205/1.5/4-150/4=497kN。

初步確定一根樁直徑為0.8m，埋深8m。則依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》公式5.3.5，每根樁的抗壓承載力特征值為28*3.14*8*0.8+700*3.14*0.42=914kN＞571kN。驗(yàn)算抗拔承載力時(shí)，由于按兩根樁呈整體破壞計(jì)算時(shí)，由兩根樁外邊緣圍成的外圍周長(zhǎng)遠(yuǎn)大于兩根樁單獨(dú)計(jì)算時(shí)的周長(zhǎng)之和，可判斷樁基礎(chǔ)呈非整體破壞。依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008)表5.4.6-2 取抗拔系數(shù)λ=0.7，按公式5.4.5-2及5.4.6-1計(jì)算，抗拔承載力特征值為0.7*28*3.14*8*0.8+25*3.14*0.42*8=495kN≈497kN。均滿足要求。

（4）配筋計(jì)算：采用單樁基礎(chǔ)時(shí)，依據(jù)《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)》544頁(yè)第（7）項(xiàng)很容易算出樁身最大彎矩為3304kN*m。沿樁周?chē)h(huán)向配筋，縱筋中心至邊緣距離為90mm，用PKPM軟件進(jìn)行計(jì)算，使用三級(jí)鋼時(shí)計(jì)算配筋總面積為9000mm2，實(shí)配32根直徑20三級(jí)鋼，實(shí)配面積為10048mm2，滿足要求。依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》4.1.1條1款，最小構(gòu)造配筋率為0.2%，實(shí)配鋼筋面積大于構(gòu)造配筋0.002*3.14*11002=7600mm2，滿足要求。

采用多樁基礎(chǔ)時(shí)，依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008)進(jìn)行計(jì)算：按抗壓樁設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)公式5.8.2-2，樁身混凝土豎向抗壓承載力為0.7*14.3*3.14*4002=5029kN＞571kN，滿足要求，可按構(gòu)造配筋；按抗拔樁設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)公式5.8.7，所需鋼筋面積為497000/360=1380mm2；按構(gòu)造配筋時(shí)，依據(jù)4.1.1條1款，用樁身直徑內(nèi)插，最小構(gòu)造配筋率為0.51%，所需鋼筋面積為0.51%*3.14*4002=2562mm2。實(shí)際采用7根直徑22三級(jí)鋼環(huán)向配筋，實(shí)配面積2661mm2，滿足要求。

（5）工程量對(duì)比：混凝土方面，4根小直徑樁混凝土體積為3.14*8*0.42*4=16m3，1根大直徑樁為3.14*1.12*8=30.4m3，小直徑樁僅為大直徑樁的一半，節(jié)省相當(dāng)可觀；鋼筋方面，4根小直徑樁耗鋼量為2661*10-6*8*7.850*4=0.67t,1根大直徑樁為10048*10-6*8*7.850=0.63t，可見(jiàn)由于小直徑樁對(duì)構(gòu)造配筋率要求較高，鋼筋用量與大直徑樁基本一致，但安全儲(chǔ)備更高。

3.結(jié)論：

多樁基礎(chǔ)在計(jì)算理論上概念清晰，取值準(zhǔn)確，理論可靠，計(jì)算簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。而單樁基礎(chǔ)雖然公式正確，但力學(xué)參數(shù)、查計(jì)算用表時(shí)參數(shù)取值離散性較大導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果離散性大，可操作性不強(qiáng)，概念上不清晰，多本手冊(cè)上計(jì)算公式不十分一致，計(jì)算量大，對(duì)設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)要求高。且多樁基礎(chǔ)節(jié)省工程量巨大，可為甲方節(jié)省大量投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

綜合所訴，多樁基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)明顯，建議使用。

[1]張殿生等．電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)．第二版。中國(guó)電力出版社。2002，ISBN7-5083-1136-1．

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院．建筑樁基技術(shù)規(guī)范 JGJ94-2008．中國(guó)建筑工業(yè)出版社 15112.14762.

[3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院．建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50007-2011．中國(guó)建筑工業(yè)出版社 15112.21656.

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1007-6344（2016）02-0089-01