移动通信角钢塔基础的优化设计 课件

1、,移动通信角钢塔基础的优化设计,第六设计所,吕能锋,宋国涛,张学斌,2019,年,11,月,06,日,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,2,页,前言,移动通信铁塔做为移动通信网络的基础设施，因其建设面广、,量大，所以设计的合理与否直接影响着通信设施的适用、安全、,工程造价和工期，因此铁塔的优化设计也就成为工程建设的重要,环节需要引起足够重视。角钢塔制作安装简便、经济适用，是最,常用的塔型，本文结合具体工程实例，来讨论其组成部分之一的,地下部分即基础的优化设计。,我们取典型实例：某移动通信角钢塔高,48m,，根开,7m,，设,2,层,平台，每层平台均按加挂,6,副,GSM,（或,C

2、DMA,）定向天线设计。考虑,到天线间距（同扇区天线间距大于,4m,，相邻扇区天线间距大于,1m,）,的要求及天线安装调试方便，平台直径确定为,4m,，平台高度为,45m,及,40m,。基本风压取,0.4kN/m,2,，地面粗糙度为,B,类。铁塔属于高,耸构筑物，其受力特点是水平力起控制作用，一般取两种风向，,如图,1,所示。,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,3,页,前言,图,1,角钢塔风荷载示意,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,4,页,前言,基础的设计受地质条件，我们取几种典型的地质条件,予以讨论。,?,普通地基,?,地下水位较浅的普通地基,?,岩石地基,?,

3、软土地基,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,5,页,一,.,普通地基,工程中常见的多数地基情况是场地地势平坦，地下水位较,深，没有软弱下卧层及不良地质作用存在。典型的地层结构：,?,第一层为素填土，多为耕地，松散，成份以粉质粘土为主，厚,度较浅,300-400mm,，不适宜作为基础持力层；,?,第二层为粘土，黄褐色，可塑，光滑，中等干强度，高韧性，,分布普遍，且厚度适宜,3000-3200mm,，,fak=150kPa,，适合作为,浅基础持力层,；,?,第三层为粉质粘土，褐黄色，稍有光滑，中等干强度，中等韧,性，含铁锰氧化物，,fak=160kPa,，厚度较大,6000-6200

4、mm,，但,埋深较深，可作为良好的基础下卧层；,?,第四层为泥质砂岩，灰色，泥质结构，块状构造，强,-,中风化,状态，岩体交破碎，,fak=300kPa,。,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,6,页,一,.,普通地基,经计算，,45,受风作用下的各支座标准组合反力如表,1,所示。,表,1 45,受风作用下的各支座标准组合反力（,kN,）,支座,1,2,3,4,Nxk,-26.8,-2.0,-36.0,8.3,Nyk,-26.8,8.3,-36.0,-2.0,Nzk,-185.0,32.8,248.7,32.8,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,7,页,一,.,普通地

5、基,钢筋混凝土独立基础属于浅基础，由于比较经济、施工简,便，在地基承载力较好、土质比较均匀的情况下应优先选用。,移动通信铁塔独立基础的受力特点是竖向压力较小，而竖向拔,力较大，与普通的独立基础不同的是，其基础面积及埋深受如,下条件控制：,1,、基础受拔脱开面积不得超过基础面积的,1/4,；,2,、抗拔稳定性。经计算，基础面积确定为,3.0,3.0m,，埋深,2.8m,。,如果减小拔力，比如可以把做为基站的砖混平房设在塔下，,构造上将其自重传至塔脚下，基础受力状况得到改善，相同条,件基础面积可以缩小到,2.6,2.6m,，基础造价降低近,20%,，同时,由于机房设在塔下，机房的接地系统可以和铁塔

6、的接地系统一,起来作，接地的造价因此降低近,30%,。,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,8,页,二,.,地下水位较浅的普通地基,工程中也经常碰到这样一类地基情况，基本情况与第一类,差不多，地基持力层较浅，没有软弱下卧层及不良地质作用，,不同的是地势低洼，地下水位较浅低。假设土层分布与上一节,相同，地下水位为,-2.0m,。,若仍采用独立基础，由于地下水位较浅，一方面其对基础,的浮力又使基础受拔的受力状况雪上加霜，基础面积扩大为,3.3,3.3m,，埋深会更深，达,3.3m,；另一方面基坑开挖需要降,水施工，对于铁塔等小型工程显然是不经济的，并且工期延长,很多。,为此，可以考虑筏

7、板基础，选择高于地下水位的土层做为,基础持力层。筏板的计算与普通筏板相同，按倒无梁楼盖分柱,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,9,页,二,.,地下水位较浅的普通地基,上板带和柱中板带计算，由于筏板的刚度很大，而受到的铁塔,传来的反力很小，筏基的厚度和配筋基本为构造确定。,为降低造价，把受力上不需要的的核心区域清除掉，变成,“回”字型筏板，但此时的受力模式已不是筏板，实质上扁宽,的条形基础，应按弹性地基梁计算，,我们称之为宽扁梁基础,（图,2,）。基础面积和埋深的确定基本上由基础脱开面积条件,的限制。四条梁的尺寸完全相同，刚度相同，梁,1-2,和,1-4,分别,承担拉力的一半，即,

8、京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,10,页,二,.,地下水位较浅的普通地基,图,2,宽扁梁基础示意,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,11,页,二,.,地下水位较浅的普通地基,T1=-(Nzk1,Gjf/4)/2=-(-185+440/4)/2=37.5kN,T2= (Nzk2,Gjf/4)/2= (248.7+440/4)/2=179.4kN,这里，机房的重量,Gjf,440kN,。此外，梁宽,B=1.4m,，梁高,h,0.7m,，覆,土,d,0.8m,。,N+G=,37.5+179.4+(0.8,16+0.7,22),8.4,1.4,=,473.5kN,M=(3

9、7.5+179.4),7/2=759.2kNm,偏心距,e,M/(N+G)= 759.2/473.5=1.6m,a=l/2-e=8.4/2-1.6=2.6,3a=3,2.6,7.80.75b=0.75,8.4,6.3,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,12,页,三,.,岩石地基,该类型地基多分布于山区或丘陵地带，地势起伏较大，一,般地下水位较低，可不考虑地下水对工程的影响。该类型典型,的地层结构一般如下：,?,第一层为素填土，即地表土，松散，杂色，主要成份为粉质粘,土，含碎石、块石等，为基岩风化及坡积形成，厚度较小，不,宜作为基础持力；,?,第二层为花岗岩，中风化状态，块状结构，

10、岩芯呈短柱状，厚,度较大，一般不会穿透，需要爆破开挖，,fak=500kPa,，适合作,为浅基础持力层。,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,13,页,三,.,岩石地基,按照常理，优先应考虑做锚杆基础。试设计如下：地,脚螺栓,4M48,等强等面积换为,8,32,，沿基础四周布置，每,边,3,根，锚杆孔直径,d1=3d,96,，取,100mm,，间距,6d1,600mm,，角筋距外边,200,，边长,B,2,(600+200)=1600mm,，,锚,固,长,度,1100mm,，,基,础,锚,入,岩,石,500mm,，,基,础,厚,度,为,1100+500=1600mm,，混凝土用量,

11、4.1m,3,，并不经济，同时由,于锚杆孔钻孔施工技术要求高，难度大，工期较长。,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,14,页,三,.,岩石地基,但是如仍采用独立基础，为满足零应力面积限值、抗,拔稳定及抗滑移要求，底面积较大、埋深较深，同时还面,临开挖困难。为此，可以将钢筋锚入岩石，做成锚墩，充,分利嵌岩墩很高的抗拔和抗剪性能，可大大减少基坑开挖,工程量和混凝土用量，降低施工难度，从而大大降低造价,（包括二次搬运费用）、缩短施工周期。,由于岩石掘进困难，经常采用爆破的施工方法，,4,个,独立基坑已经连成一片，工程中因而也常用筏基加锚墩的,基础形式。,京移通信设计院有限公司,第十二届

12、新技术论坛,第,15,页,四,.,软土地基,在沿海地区，所属地貌为冲积平原地锚，地貌形态单一，地下水,位较浅，地层软弱。典型的地层结构：,?,第一层为粉土，黄褐色，稍湿，松散，摇震反应中等，无光泽反应，,低干强度，低韧性，,fak,70kPa,，极限侧阻力标准值为,30kN/m,2,，层,厚,0.7-0.9m,，该层工程性质较差，埋深较浅，不宜作为基础持力层；,?,第二层为淤泥质粘质粉土，灰色，流塑，稍有光滑，中等干强度，,中等韧性，,fak,60kPa,，极限侧阻力标准值为,20kN/m,2,，层厚,1.4-,1.5m,，该层工程性质较差，埋深较浅，不宜作为基础持力层；,?,第三层为粉质粘土

13、，黄褐色，稍有光滑，中等强度干，中等韧性，,fak,50kPa,，极限侧阻力标准值为,25kN/m,2,，层厚,3.2m,，工程性质较,差，不宜作基础持力层；,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,16,页,四,.,软土地基,?,第四层为淤泥质粉质粘土，灰色，流塑，稍有光滑，低干强度，中等韧性，,fak,80kPa,，极限侧阻力标准值为,20kN/m,2,，层厚,2.6m,，工程性质较差，不,宜作基础持力层；,?,第五层为粉砂，灰色，饱和，松散，成份为长英质，含零星贝壳碎屑，,fak,130kPa,，极限侧阻力标准值为,30kN/m,2,，层厚,4m,，工程性质一般，不宜作,基础持力

14、层；,?,第六层为粉土，灰黄色，很湿，稍密，低干强度，低韧性，含钙质结核，,fak,130kPa,，极限侧阻力标准值为,40kN/m,2,，层厚,3m,，工程性质较好，可作,为基础持力层；,?,第七层为中砂，灰黄色，饱和，稍密，成份为长英质，含贝壳碎屑，,fak,130kPa,，极限侧阻力标准值为,40kN/m,2,，层厚,5m,，工程性质较好，可作为基,础下卧层。,?,地下水位为,2.0m,。,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,17,页,四,.,软土地基,此时应选择第六层为持力层，采用钢筋混凝土灌注桩，安全,可靠但造价较高。,计算地基变形时采用的是不计入风荷载作用的正常使用极限

15、,状态下荷载效应的准永久组合。以第二节谈到的宽扁梁基础为例，,塔自重,Gt,150kN,，机房自重,Gpf,440kN,，梁宽,B=1.4m,，梁高,h,0.,7m,，覆土,d,0.8m,。基础面积,A=7.7,7.22-6.3,6.3,19.6m2,，基,底的附加应力,pk,(150+440,(0.7,22-0.7,16),19.6)/19.6=3,4.3kN/m2,。由于建设铁塔和机房而造成的下部土体的沉降不足,5mm,，,可以忽略不计。真正的地基变形系原来的欠固结土体自身固结所,造成的，这个过程将是漫长的。因此，设计中采用宽扁梁基础，,同时将塔脚高度提高和机房室内外高差加大，预留该部分沉

16、降变,形，将大大节省工程造价和缩短工期。,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,18,页,结论,本文通过对不同地质条件下移动通信角钢塔基础的优化设计,的讨论，得到如下结论：,1,、将做为基站的砖混平房设在塔下，利用其重量可以改善的基础受,力状况，从而可以缩小基础面积，降低基础造价近,20%,，同时由于,机房设在塔下，机房的接地系统可以和铁塔的接地系统一起实施，,接地的造价因此降低近,30%,。,2,、地下水位较浅时，选择高于地下水位的土层做为基础持力层，采,用宽扁梁基础，可以避免降水施工、缩短工期、节省投资。,3,、岩石较浅情况下，可以将钢筋锚入岩石，做成锚墩，充分利嵌岩,墩很高的抗拔和抗剪性能，可大大减少基坑开挖工程量和混凝土,用量，降低施工难度，从而大大降低造价（包括二次搬运费用）、,缩短施工周期。,京移通信设计院有限公司,第十二届新技术论坛,第,19,页,结论,但是目前抗拔墩的研究多限于嵌岩深度大于三倍直径的情况，,针对移动通信铁塔拔力较小条件下应用的嵌岩