通信塔基础抗倾覆优化设计研究

郑汉业

摘要：通信塔的核心组成部分是基础，上部结构的所有荷载全部由基础承载着，同时对整个结构的稳定性起着关键性的作用。通信塔的结构比较特殊，造成结构失稳的主要原因就是在水平荷载的作用下，使得结构出现倾覆的现象。因此，对通信塔基础进行认真的研究，对基础的抗倾斜性能进行全面分析。

关键词：通信塔基础；稳定性；水平荷载；抗倾覆性能

通信塔工程的核心内容就是基础工程，在整个工程建设中，通信塔基础的劳动消耗量、工期和造价占据着非常重要的位置。整个工程建设是不是成功，与通信塔基础设计是不是科学、合理有着直接的关系。如果通信塔基础出现坍塌、倾覆或者是上拔的情况，其修复的时间比较漫长，就会使整个工程受到严重的影响。所以，不断优化通信塔基础的设计方案，可以使工程的造价得到有效的控制。工程设计的比较合理，可以使四周环境被破坏的程度得到有效的降低。

1分析影响桩基础抗倾覆的因素

通常情况下，在上体中埋置桩，它的抗倾覆因素主要包括以下三种。

1.1桩体

桩基础的刚度与桩的材质和材质性质有着直接的关系，如今依据桩身的刚度可以分为抗弯刚度和抗压刚度两种类型。上体刚度与桩身刚度存在着差异，它们造成的破坏类型和倾覆情况存在着较大的差异。桩基础包括方形和圆形等几何特征，圆形桩基础施工比较便利，方形桩基础的抗倾覆型比较好。桩身入土位置越深，上体的侧向压力就会变得越大，使得抗倾覆的能力就会越强。

1.2荷载性质

通信塔基础对倾覆弯矩和水平荷载进行有效的支撑，水平荷载主要分为两种形式，即双向偏心荷载和单向偏心荷载，单向偏心荷载对抗倾覆性能的要求比较低。桩基础所处的位置不同，它的抗倾覆性能要求也会存在着差异。对于靠近海边的基础来说，受风力的影响，其抗倾覆性能要求就会比较严苛。对于内陆地区来说，桩基础上面荷载是水平荷载的主要承受荷载。

1.3上层性质

上体的矿物成分和成因存在着一定的差异，就会使得对地基的作用要求也会不同，比如海边上体大多数都会被淤泥所覆盖，压缩性比较高，易于被软化，强度比较低，抗倾覆能力不是很好。对与那些结合性好、可塑性强、颗粒比较细的粘土上体来说，它们的抗倾覆能力就会比较好。即便是上体的类型相同，但是由于应力历史存在差异，也会使其物理力学性质出现不一样的情况。所以，在设计桩基础的时候，一定要对上体的差异性进行全面的考虑。

2优化抗倾覆设计遵循的原则

2.1优化基础选型

（1）优化原状上基础。桩基础和独立基础属于原状上基础。原状上体提供的抗拔力可以有效实现基础抗拔稳定性，原状上的特性可以借助桩基础和独立基础得以实现，使侧向承载力和抗拔能力得到较好的实现。

（2）优化独立基础与斜柱基础。与独立基础进行比较，斜插式基础的基础立柱需要保持有一定的倾斜度，从而使地基应力和柱顶水平力得到有效的控制，使基础上的弯矩作用力得到有效的降低，促使基础的抗倾覆能力得到不断的提高。钢筋和混凝土的使用量可以通过使用斜插式基础得到不断降低，使企业的经济效益得到不断提升。

（3）比较桩基础和独立基础。当荷载比较小的时候，依据桩基础和独立基础的理论对原状上基础的抗倾覆性进行仔细的分析，材料用量的差别较小。通过分析发现，独立基础的耗费量比较小，因此使用该基础会取得良好的经济收益。伴随着荷载不断增加，模型与理论之间会有一定的差异出现，尤其是水平荷载在不断增加以后，当其比独立基础的侧向抵抗力大很多的时候，地基承载力的要求就无法得到满足了。

（4）优化开挖类基础。在优化开挖类基础的时候，主要表现为以下五点：第一，与直柱板式基础进行比较，直线塔使用斜插式基础可以使钢材和混凝土的用量得到减少。第二，直线塔使用斜插式基础最佳，如果斜插式基础不符合实际情况，可以使用直柱地脚螺栓偏心法进行处理。第三，通信塔基础荷载过大，如果使用板式基础，最好选择斜插式基础。第四，如果地质条件很好，埋深需要不断增加，使基础底板的尺寸逐渐减小，从而使工程造价得到有效降低。第五，假如使用直柱板式基础，基础的类型最好是主柱偏心直柱式，这样可以使材料得到有效减少，使工程造价得到有效控制。

2.2优化基础埋深

如果条件允许，基础埋深一定要达到最佳位置，进而使基础尺寸得到不断减小，使工程成本得到有效控制。

1）最佳埋深与设计埋深一致，在水平力作用和满足抗拔稳定的情况下，地基承载力与桩侧上压力相同，这时候状态最好。

2）最佳埋深小于设计埋深的时候，压力会对基础产生一定的作用。

3）最佳埋深大于设计埋深的时候，控制荷载是主要的上拔力。

2.3优化基础作业环境

耗材量比较接近的时候，地脚螺栓和角钢的偏心值最小，此时斜插式基础的偏心值达到最大值。当压力一样的时候，斜插式基础对地基承载力的要求最小。针对小型滑坡而言，选择塔位的时候需要将其避开，假如滑坡无法被有效避开，需要积极采取有效措施进行解决。在高边坡位置修建塔位的时候，选择塔位的时候需要将其避开，否则就需要加固通信塔基础。为了使环境不被破坏，最好使用原状上基础。在丘陵或者是山区修建通信塔的时候，需要依据地势的情况来选择最佳的立柱基础，从而使上方开挖量得到有效控制。

3优化基础抗倾覆的设计思路

通信塔结构失效通常表现为倾覆，在确保抗倾覆稳定性的情况下，对基础的尺寸和选型进行科学的挑选，对埋深进行优化设计，可以使整个结构的造价得到不断优化，使生产成本得到有效降低。在设计通信塔的时候，会遇到基础埋设区外荷载和上体性能等问题。塔址的地理位置对上体性能起到了至关重要的作用，风荷载和塔高会给外荷载造成一定的影响。在埋深、尺寸和基础形式满足设计要求的情况下，需要不断的优化设计方案。整个塔结构体系中，基础造价起到了至关重要的作用，可以从回填上方量、开挖上方量和基础钢筋混凝上用量等三个方面进行仔细分析。通信塔的结构具有显著的特点，这就使得钢筋混凝上用量给工程造价造成的影响最为突出。基础选型需要遵循的原则有三点：第一，对地质情况、运输条件、施工技术和地貌地形等进行仔细分析，从而得到最佳的基础形式。第二，基础的安全性一定要得到保证，竭尽全力做到节能、环保。第三，采取特殊的基础形式和处理办法来对地基承载力较弱的上层进行处理。优化基础抗倾覆基本思路详见下图1所示。

4结语

移动通信设备的主要内容就是通信塔，要想使塔体不会产生整体倾覆的情况，就是确保基础的稳固，通信塔基础工程十分重要，其施工质量一定要满足设计的要求。现如今在对通信塔基础进行研究的过程中，绝大多数都是对基础设施进行仔细的分析，设计的方案依然使用以前的旧方法，没有形成科学、合理的技术标准，这就导致理论与实践出现了差距。因此，一定要对理论知识进行不断的完善，为工程建设提供强有力的保障。

参考文献：

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[2]苏荣臻，鲁先龙，郑卫锋.微型桩杆塔基础水平承载力试验研究[J].工业建筑，2012，（S1）.

[3]王向东，郭青梅，吴晓锋.季节性冻土地区的输电杆塔基础设计[J].电力建设，2010，（12）.

个人简介：郑汉业（1985-），男（壮族），广西南宁人，从事工程结构设计工作。