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摘要：随着通信杆塔造型的不断创新，面对新型杆塔单管塔，其基础设计的研究意义也变得十分重要，本文首先分析了单管塔这一构筑物的受力特点进行了分析，并概述了这一塔形常用的基础形式。其次，比较了不同规格在单桩承载力承载力计算中的差异。最后针对单管塔建设工程特点和建设场景实际地质情况，研究了单管塔摩擦桩基础单桩承载力特征值计算时应注意的问题。
关键词：单管塔；摩擦桩；基础设计
引言：目前人们对移动网络需求的不断提升，近年来移动通信基站进入了高速建设时期，但对于城市规划管理部门来说，建设宜居、美好城市环境的压力不断增大，且城市建设用地也越发紧张。在这样的背景下，通信单管塔这一塔形成为了通信基础建设十分重要的一份子。作为移动通信基站最为常见的建设方式之一，单管塔这一构筑物在城市基础设施建设中越来越频繁的出现。讨论了单管塔摩擦桩基础的相关问题，优化了桩基的设计效果。本文概述了相关主题的研究。
一、单管塔结构受力分析
单管塔是一种实用新颖的铁塔，具有外形美观，占地面积小，性价比高，施工周期短的优点。目前广泛用于移动通信工程，其高度一般在20到50米之间。单管塔的基础一般采用浅基础或桩基。单管塔结构是典型的悬臂结构，属于高层结构，具有独特的高度和高强度材料。因此，作用在地基上的反作用力具有弯矩大，剪切力小，压力小的特点。与一般结构不同，应特别注意基本设计。
由于单管塔基础的弯矩较大，轴向力较小。在选择天然浅基础时，根据“高层结构设计规范”，基础尺寸和深度通常由抗倾覆承载力控制。（GB50135-2006）要求基础应满足基础土壤面积的基础脱离不超过总面积的1/4。一般来说，计算出的基础尺寸很大，不能充分利用地基承载力和混凝土强度；同时，挖掘出大量未受干扰的土壤，然后回填，从而大大增加了工程量。因此，单管塔基的弯矩越大，采用浅基础的经济性越低，场地面积要求越高，不利于城市场景中的大量应用。
单管塔通常通过地脚螺栓连接，在采用桩基础是，采用的方法是人工挖孔桩或钻（冲）孔灌注桩。人工挖孔桩施工设备简单，成本低，桩径大，但在地质条件的限制。对于在挖掘过程中有流沙，软土层和较厚的卵石层的场地，它容易出现泥浆，水和坍塌等问题。因此，手工挖掘桩很少用于实际工程中。在项目的实际过程中使用钻孔（穿孔）钻孔桩更为常见。
从过去的设计经验来看，天然地基和桩基没有经济优势；从场地和建筑的角度来看，业主通常选择单管塔，因为市区土地使用紧张。通常，桩基通常优于天然基础。
二、单管塔摩擦桩基础设计的注意事项
单管塔桩基础当遇到软弱地质时，比如表层存在少量杂填土，下层存在厚度较大的淤泥，土层尚无液化效应，地质烈度为七度以下。桩基础设计计算时，考虑到承载力安全可以优先采用端承桩，此时桩长一般较长，造成基础造价高，工期长，且桩基础竖向承载力一般存在大量富余，此时桩基础选型不利于工程建设发展。当桩基设计考虑摩擦桩的设计时，根据“建筑桩技术规范”（JGJ94-2008）的竖向承载力计算公式，由于单管塔的自重载荷小，桩基的竖向承载力特征值更容易满足垂直荷载，桩长一般较小。按照工程实际经验，这种情况下桩基础的安全储备较小，桩基础抵抗非频遇荷载的能力差。此时就必须要找到另外一种设计计算方法来处理单管塔摩擦桩设计中发现的问题。
（1）根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.2.2节，单桩竖向承载力特征值Ra应按下式确定：
在公式中，Quk----单桩垂直极限承载力的标准值；
K----安全系数，取K=2。
根据规范第5.3.6节的土壤物理参数和轴承参数之间的经验关系，在确定大直径桩的极限承载力的标准值时，可以计算如下：
其中qsik----桩侧第i层土极限侧阻力标准值；
qpk----极限端阻力标准值；
ψsi、ψp----大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数；
u----桩身周长。
从上述“建筑桩基技术规范”可以看出，可以看到单桩的竖向承载力特征值公式。计算单桩竖向承载力的特征值公式只考虑桩与每个土层之间的力关系。不考虑由桩的重量引起的附加荷载。由于单管塔一般都采用大直径通桩基础，且单管塔自重荷载小。在根据规范综合考虑计算各项指标后（指在考虑计算桩顶水平位移、桩身正截面抗弯计算、沉降等），此时计算所得的桩长一般较小。计算出的参数也符合规范的限制。由于通信杆塔这一基础设施建设的特点，一般都优先于城市建筑、道路建设的进度，且网络一般均优先考虑道路覆盖，所以单管塔一般建设于市政道路旁绿化带内。
（2）根据“公路桥涵基础和基础设计规范”（JTGD63-2007）第5.3.3节的有关内容。单桩摩擦桩的轴向压缩承载力允许值[Ra]可根据下式计算：
钻（挖）孔灌注桩的承载力容许值：
式中[Ra]----单桩轴向受压承载力容许值（kN），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；
u----桩身周长；
Ap----桩端截面积；
n----土的层数；
li----承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度；
qik----各土层的桩侧摩阻力标准值；
qr----桩端处土的承载力容许值；
从上述规范可知，在《公路桥涵地基与基础设计规范》中计算单桩竖向承载力的特征值时，桩体重量和更换土壤重量之间的差额的额外负荷（当自重包括在浮力中时，位移地球重量也包括在浮力中）主要介绍。在计算桩侧土层时，选择部分冲洗线下方的土层。该规范是针对公路桥涵编写的，具体到通信单管塔摩擦桩基础的设计中，应在以下几点做出变通。由于杆体大多建设在公路旁，基础桩身周围排布大量市政管线，其开挖维修的频率高，因此，桩顶内的土层的稳定性差，并且其可提供的侧摩擦阻力受到限制。因此，单桩的竖向承载力不能计算为永久桩侧阻力。根据市政管线分布情况和基础与管线之间的距离差异化判断，经验认为该段土层的厚度不应小于2米。在桩长范围内的土体厚度计算范围内，桩的自重与移位土的重量之间的差异也应包括在单桩承载力的计算中。这时计算所得桩基础比（1）中方法计算所得较长，桩基础的安全储备也有增加。
综合比较上述两种规格，计算单桩竖向承载力的特征值。由于通信单管塔的建设不同于一般建设项目的特点，因此也不同于公路桥涵工程。并在《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》（YD/T5131-2005）中特别注意桩基设计计算，均参考于《建筑桩基技术规范》。此时应结合工程实际，参照同行业和相近行业规范作为参考，对桩基础设计中发现的问题，做出妥善的解决。
结束语
通过对单管塔摩擦桩基础设计问题的研究，我们可以发现该项设计工作的开展是基于工程本身特点和客观现实作为前提的，相关专业设计人员应充分利用各行业内的规范和优秀研究成果，根据工程勘察发现的问题，用科学方法和严谨的态度研究所发现的问题，并制定科学合理的解决问题的对策。
参考文献：
[1]中华人民共和国建设部，JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]陶诚，桩基础自重计算方法及其对桩基础的影响[J].水运工程，2010.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部，CECS236-2008，钢结构单管通信塔技术规程[S].北京：中国计划出版社，2008.