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摘要：本文主要剖析单桩铁塔基础的计算原理，剖析单桩铁塔基础的计算过程，及指出设计中的注意事项，以便在使以后的设计中更为准确、快捷。
关键词：铁塔；单桩基础；配筋计算分析
前言
近些年来，随着供电电压等级的不断提高，铁塔基础承受外力越来越大，基础体积、材料消耗、工程量也随之增加。据有关资料介绍，输电线路基础施工工期约占整个工程一半时间。基础设计是线路工程设计的重点。在工程设计中，铁塔基础的主要型式有灌注桩基础、大开挖重力式基础、山区地基。基础型式应根据杆塔型式及其受力情况，沿线地形，工程地质，水文以及施工、运输等条件进行综合考虑确定。桩基础桩型式应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料供应条件等，选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。
1.工程概况
拟建输电线路工程起始于东营经济开发区康阳路东营烟草配送中心附近的G14塔，线路总长约13km，共设铁塔87座，单座铁塔荷载850×4kN，沿线周围大部为开发区绿化带，部分为荒地。拟建场地地势较平坦，地貌单元单一。场地抗震设防烈度为7度，拟建场地的稳定性较好。110DSn-15为其中一座110KV伞形终端铁塔，对应的塔号为G96。铁塔基本参数：基础根开4650mm，螺栓间距300mm，地脚螺栓4M16，基础作用力上拔力750KN，下压力865KN，水平力91KN。
2.基础选型
1）供电线路铁塔主要承受上拔力和下压力，其X-和Y-方向的水平力较小，一般不会对结构造成影响。
2）现在成桩机械较为普遍，施工快捷，避免大开挖对周围环境及建筑物的影响，因而该铁塔基础选用单桩基础，即采用一根桩（通常为大直径桩）以承受和传递上部结构荷载的基础。
3.基础计算
3.1单桩直径的确定
根据铁塔地脚螺栓的直径、螺栓间距、以及螺栓边缘距混凝土的最小距离确定单桩基础的直径D。例如据表-1计算桩径最小值d=2×300（螺栓间距）+30×2+150×2=784.2mm，因而取桩径D=800mm。
3.2桩长的确定
查阅地质资料据确定桩端持力层的最小深度以及计算在此深度处的桩侧阻力。桩端持力层的选择原则及桩端进入持力层的最小深度主要考虑了在各类持力层中成桩的可能性和尽量提高桩端阻力的要求。
3.3.桩基承载力计算分析
铁塔基础主要承受上拔力和下压力，因而在地坪处会产生倾覆弯矩。当地下结构的重量小于所受的浮力（如地下车库、水池放空时）或高耸结构（如输电线塔等）受到较大的倾覆弯矩时，就需要设置抗拔桩基础。
（1）基桩的抗拔极限承载力标准值通过现场单桩上拔荷载试验确定，如无当地经验时基桩的抗拔承载力可按下列规定计算：
对二、三级建筑桩基，基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算：
Uk = ∑λi qsik ui li
其中：
Uk—基桩的抗拔极限承载力标准值（kN）；
λi—抗拔系数，设计中桩长大于12m取0.80，小于12m取0.7。
qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值（kPa）；
ui—破坏表面周长； u1=πd=3.14×0.8=2.512m；
li—分层桩长（m）。
110DSn-15为110KV伞形终端铁塔，以该塔型为例，结合场地地基土性能情况，选取第6层粉土作为钻孔灌注桩的桩端持力层，在桩长取20.0m，桩径为800mm，桩顶埋深为0.0m的条件下，分别计算出基桩的抗拔极限承载力标准值，见表-1。
综合：110DSn-15铁塔桩顶埋深为0.0m，桩径为800mm，桩长取20.0m，钻孔灌注桩的抗拔极限承载力标准值取2349kN。
单桩竖向承载力特征值R为R=2349/2=1174.5KN。
（2）基础的抗拔稳定应符合下式要求：
N≤G/ K1+Go / K2
为使设计更为合理，在具体设计计算中上拔力按如下公式进行验算：
N≤R/ K2
举例：110DSn-15V伞形终端塔基础作用力：水平力Q = 91KN；上拔力N1 = 750KN；下压力N2 = 865KN。
750KN ≤ R/K2 = 1174.5KN/1.5 = 783 KN；
通过上述结果可以看出上拔力能够满足要求。
（3）基础的倾覆稳定应符合下式要求：
K3F0≤Fj； K3M0≤Mj
基础的上拔和倾覆稳定设计安全系数，根据不同的杆塔类型，按《66kv及以下架空线路设计规范》中表10.0.10采用。
3.4.桩基配筋计算分析
配筋计算主要是进行桩截面的压弯承载力计算，由基础作用力设计值：水平力设计值Q；轴向力设计值NK；借助利用pkpm软件，计算配筋和构造配筋进行比较得知：计算配筋大于构造配筋，故按计算配筋进行结构设计。
送电线路采用的钢筋混凝土基础，由于耐久性和受现场施工条件限制，其截面尺寸均较大，计算所需要的钢筋的截面面积相对较小，一般采用构造配筋。但须进行精确计算分析比较后取用。
4.结论及体会
1）持力层应充分考虑后再选定。同一土层，对荷载小的基础是很好的持力层，而对荷载较大的基础则可能不适于做持力层。
2）对承受较大上拔力的铁塔基础，为了充分发挥土体的抗拔能力，应尽量深埋，在确定桩长时需进行多次试算，但不应超过抗拔土体的临界深度，从而选取受力恰当、经济合理的桩长。
3）桩的抗拔侧阻力与抗压侧阻力有相似之处，但随着上拔量的增加，其阻力会因土层松动，及侧面积减少等原因而低于抗压侧阻力，故利用抗压侧阻力确定抗拔侧阻力时，需引入抗压极限侧阻力系数，即抗拔系数。
4）单桩竖向极限承载力除以安全系数2，为单桩竖向承载力特征值R，用以验算桩径及桩长是否满足承载力上拔力要求。
5）在桩基抗拔和倾覆稳定计算中，表-4中不同的杆塔类型，基础的上拔和倾覆稳定设计安全系数都大于1，而且有的杆塔所对应的数值相对较大，在设计中应严格按照规范进行取值，保证设计的安全可靠性。
参考文献：
[1]王肇民主编.高耸结构设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1995
[2]王传志，腾智名主编.钢筋混凝土结构理论.北京：中国建筑工業出版社，1985
[3]国家标准.建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）.北京：中国建筑工业出版社，2012
关键词：铁塔；单桩基础；配筋计算分析
前言
近些年来，随着供电电压等级的不断提高，铁塔基础承受外力越来越大，基础体积、材料消耗、工程量也随之增加。据有关资料介绍，输电线路基础施工工期约占整个工程一半时间。基础设计是线路工程设计的重点。在工程设计中，铁塔基础的主要型式有灌注桩基础、大开挖重力式基础、山区地基。基础型式应根据杆塔型式及其受力情况，沿线地形，工程地质，水文以及施工、运输等条件进行综合考虑确定。桩基础桩型式应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料供应条件等，选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。
1.工程概况
拟建输电线路工程起始于东营经济开发区康阳路东营烟草配送中心附近的G14塔，线路总长约13km，共设铁塔87座，单座铁塔荷载850×4kN，沿线周围大部为开发区绿化带，部分为荒地。拟建场地地势较平坦，地貌单元单一。场地抗震设防烈度为7度，拟建场地的稳定性较好。110DSn-15为其中一座110KV伞形终端铁塔，对应的塔号为G96。铁塔基本参数：基础根开4650mm，螺栓间距300mm，地脚螺栓4M16，基础作用力上拔力750KN，下压力865KN，水平力91KN。
2.基础选型
1）供电线路铁塔主要承受上拔力和下压力，其X-和Y-方向的水平力较小，一般不会对结构造成影响。
2）现在成桩机械较为普遍，施工快捷，避免大开挖对周围环境及建筑物的影响，因而该铁塔基础选用单桩基础，即采用一根桩（通常为大直径桩）以承受和传递上部结构荷载的基础。
3.基础计算
3.1单桩直径的确定
根据铁塔地脚螺栓的直径、螺栓间距、以及螺栓边缘距混凝土的最小距离确定单桩基础的直径D。例如据表-1计算桩径最小值d=2×300（螺栓间距）+30×2+150×2=784.2mm，因而取桩径D=800mm。
3.2桩长的确定
查阅地质资料据确定桩端持力层的最小深度以及计算在此深度处的桩侧阻力。桩端持力层的选择原则及桩端进入持力层的最小深度主要考虑了在各类持力层中成桩的可能性和尽量提高桩端阻力的要求。
3.3.桩基承载力计算分析
铁塔基础主要承受上拔力和下压力，因而在地坪处会产生倾覆弯矩。当地下结构的重量小于所受的浮力（如地下车库、水池放空时）或高耸结构（如输电线塔等）受到较大的倾覆弯矩时，就需要设置抗拔桩基础。
（1）基桩的抗拔极限承载力标准值通过现场单桩上拔荷载试验确定，如无当地经验时基桩的抗拔承载力可按下列规定计算：
对二、三级建筑桩基，基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算：
Uk = ∑λi qsik ui li
其中：
Uk—基桩的抗拔极限承载力标准值（kN）；
λi—抗拔系数，设计中桩长大于12m取0.80，小于12m取0.7。
qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值（kPa）；
ui—破坏表面周长； u1=πd=3.14×0.8=2.512m；
li—分层桩长（m）。
110DSn-15为110KV伞形终端铁塔，以该塔型为例，结合场地地基土性能情况，选取第6层粉土作为钻孔灌注桩的桩端持力层，在桩长取20.0m，桩径为800mm，桩顶埋深为0.0m的条件下，分别计算出基桩的抗拔极限承载力标准值，见表-1。
综合：110DSn-15铁塔桩顶埋深为0.0m，桩径为800mm，桩长取20.0m，钻孔灌注桩的抗拔极限承载力标准值取2349kN。
单桩竖向承载力特征值R为R=2349/2=1174.5KN。
（2）基础的抗拔稳定应符合下式要求：
N≤G/ K1+Go / K2
为使设计更为合理，在具体设计计算中上拔力按如下公式进行验算：
N≤R/ K2
举例：110DSn-15V伞形终端塔基础作用力：水平力Q = 91KN；上拔力N1 = 750KN；下压力N2 = 865KN。
750KN ≤ R/K2 = 1174.5KN/1.5 = 783 KN；
通过上述结果可以看出上拔力能够满足要求。
（3）基础的倾覆稳定应符合下式要求：
K3F0≤Fj； K3M0≤Mj
基础的上拔和倾覆稳定设计安全系数，根据不同的杆塔类型，按《66kv及以下架空线路设计规范》中表10.0.10采用。
3.4.桩基配筋计算分析
配筋计算主要是进行桩截面的压弯承载力计算，由基础作用力设计值：水平力设计值Q；轴向力设计值NK；借助利用pkpm软件，计算配筋和构造配筋进行比较得知：计算配筋大于构造配筋，故按计算配筋进行结构设计。
送电线路采用的钢筋混凝土基础，由于耐久性和受现场施工条件限制，其截面尺寸均较大，计算所需要的钢筋的截面面积相对较小，一般采用构造配筋。但须进行精确计算分析比较后取用。
4.结论及体会
1）持力层应充分考虑后再选定。同一土层，对荷载小的基础是很好的持力层，而对荷载较大的基础则可能不适于做持力层。
2）对承受较大上拔力的铁塔基础，为了充分发挥土体的抗拔能力，应尽量深埋，在确定桩长时需进行多次试算，但不应超过抗拔土体的临界深度，从而选取受力恰当、经济合理的桩长。
3）桩的抗拔侧阻力与抗压侧阻力有相似之处，但随着上拔量的增加，其阻力会因土层松动，及侧面积减少等原因而低于抗压侧阻力，故利用抗压侧阻力确定抗拔侧阻力时，需引入抗压极限侧阻力系数，即抗拔系数。
4）单桩竖向极限承载力除以安全系数2，为单桩竖向承载力特征值R，用以验算桩径及桩长是否满足承载力上拔力要求。
5）在桩基抗拔和倾覆稳定计算中，表-4中不同的杆塔类型，基础的上拔和倾覆稳定设计安全系数都大于1，而且有的杆塔所对应的数值相对较大，在设计中应严格按照规范进行取值，保证设计的安全可靠性。
参考文献：
[1]王肇民主编.高耸结构设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1995
[2]王传志，腾智名主编.钢筋混凝土结构理论.北京：中国建筑工業出版社，1985
[3]国家标准.建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）.北京：中国建筑工业出版社，2012