7.3 基础设计
Ⅰ 天然地基基础
7.3.1 基础不加连系梁且塔底无横杆的构架式塔的独立基础的柱墩宜采用斜立式，其倾斜方向及柱心倾斜度宜与塔柱一致(图7.3.1)。
图7.3.1 斜立式基础
7.3.2 底面无横杆的构架式塔宜在基础顶面以下300mm左右设连系梁(图7.3.2)，连梁及基础柱墩可作为空间刚架整体计算，基础底面可作为固定端，但不计周围土对基础柱墩的嵌固作用。基础连梁应按偏心拉压杆计算。截面计算时除按刚架算得内力外，尚应计入由混凝土梁自重引起的弯矩。基础柱墩应按偏心拉压杆设计。基础底板设计时应考虑基础受压和抗拔，根据不同受力状况计算出板的正负弯矩，并应分别在板底和板顶配置受力钢筋。在冻土区域基础连梁应采用防冻胀措施。
图7.3.2 基础顶部连梁
7.3.3 圆板、环形扩展基础的外形尺寸宜符合下列规定：
1 圆形扩展基础(图7.3.3-1)：
2 环形扩展基础(图7.3.3-2)：
式中：rc一一筒体底截面的平均半径(m)，；
r1、r2、r3、r4——基础不同位置的半径(m)；
h、h1、h2——基础底板不同位置的厚度(m)；
ψ——环形基础底板外形系数，可根据比值r1/rc按图7.3.3-3确定，或按进行计算。
图7.3.3-1 圆形扩展基础
图7.3.3-2 环形扩展基础
图7.3.3-3 环形基础底板外形系数ψ曲线
7.3.4 计算矩形扩展基础强度时，坡形顶面的扩展基础(图7.3.4)底压力可按下列规定采用：
计算任一截面x-x的内力时，可采用按下式求得的基底均布荷载设计值p：
式中：P——基底均布荷载(kPa)；
pmax——由基础顶面内力传来形成的基底边缘最大压力(kPa)；
px——由基础顶面内力传来形成的计算截面x-x处的基底压力(kPa)。
图7.3.4 坡形顶面扩展基的荷载计算
7.3.5 计算圆形、环形基础底板强度时(图7.3.5)，可取基础外悬挑中点处的基底最大压力p作为基底均布荷载，p值可按下式计算，对基底部分脱开的基础，除基底压力分布的计算不同外，底板强度计算时p的取法相同。
式中：N——相应于作用效应基本组合上部结构传至基础的轴向力设计值(不包括基础底板自重及基础底板上的土重)(kN)；
M——相应于作用效应基本组合上部结构传至基础的力矩设计值(kN·m)；
A——基础底板的面积(m2)；
I——基础底板的惯性矩(m4)。
图7.3.5 圆形、环形基础的基底荷载计算
7.3.6 高耸结构扩展基础(独立基础整体和圆环形基础局部)在承受拔力时均应进行底板抗拔强度计算，按计算在底板上表面配负弯矩钢筋，并应满足最小配筋率要求。可按下式求得基础上表面均布荷载设计值基本组合p：
式中：G——考虑作用分项系数的基础自重及抗拔角范围内覆土重，抗拔角应按本标准第7.4.3条的规定采用；
A——基础底板的面积(m2)。
7.3.7 高耸钢结构基础顶面的锚栓设计应符合下列规定：
1 锚栓设计应根据上部高耸钢结构传到塔脚的上拔力或弯矩、水平力等进行，考虑安装构造要求并根据基础顶后浇混凝土情况进行必要验算；
2 塔脚底板安装后必须与下部混凝土支撑面贴合紧密，严禁长期悬空；当塔脚底板下设置后浇混凝土层时，应按压弯构件并考虑水平剪力，验算施工期悬空段锚栓的强度与稳定；
3 普通锚栓宜用双螺母防松；
4 普通锚栓埋设深度应根据现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定按受拉钢筋锚固要求确定。
7.3.8 风力发电塔等受疲劳荷载作用的基础锚栓应采用预应力锚栓，并应符合下列规定：
1 预应力锚栓按直接张拉法施工时，其预拉力计算值P应按下式确定；
0.37fuAe≤P≤0.63fuAe (7.3.8-1)
式中：fu——锚栓经热处理后的最低抗拉强度，对8.8级取为830MPa，对10.9级取为1040MPa；
Ae——锚栓螺纹处的有效面积。
预应力锚栓抗拉承载力设计值Pd应按下式确定：
Pd＝0.8P (7.3.8-2)
2 预应力锚栓对混凝土施加预压力应使正常工作状态下混凝土的拉应力小于其抗拉强度；
3 预应力锚栓为后张拉锚栓时，应采用套管使其与混凝土隔离，并做防腐蚀处理；
4 荷载分散板、锚固板对混凝土的局压验算应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定，并应配置间接钢筋；板厚应根据其受弯验算确定；
5 直接张拉法紧固预应力锚栓时，超张拉系数可取为1.15；锚栓使用第一年后，应重新张拉一次；
6 预应力锚栓承受疲劳动力荷载作用时，应验算其疲劳应力幅不超过允许应力幅，且应保证其在工作环境温度下的冲击韧性；
7 预应力锚栓的锚固板应埋置在基础底部。
Ⅱ 桩基础
7.3.9 当地基的软弱土层较深厚，上部荷载大而集中，采用浅基础已不能满足高耸结构对地基承载力和变形的要求时，宜采用桩基础。
7.3.10 高耸结构的桩基础可采用预制钢筋混凝土桩、混凝土灌注桩和钢管桩。桩的选型和设计宜符合下列规定：
1 选用时应根据地质情况、上部结构类型、荷载大小、施工条件、设计单桩承载力、沉桩设备、建筑场地环境等因素，通过技术经济比较进行综合分析后确定。
2 应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土，不宜小于2d；对于砂土，不宜小于1.5d；对于碎石土类，不宜小于1d。当存在软弱下卧层时，桩端以下硬土层厚度不宜小于3d。对于嵌岩桩，嵌岩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径、桩长等因素确定；嵌入倾斜的完整和较完整岩的全断面深度不宜小于0.4d且不宜小于0.5m，倾斜度大于30％的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；嵌入平整、完整的坚硬岩的深度不宜小于0.2d，且不应小于0.2m。d为圆形截面桩的直径或方形截面桩的边长。
3 桩基计算包括桩顶作用效应计算，桩基竖向抗压及抗拔承载力计算，桩基沉降计算，桩基的变形允许值、桩基水平承载力与位移计算，桩身承载力与抗裂计算，桩承台计算等，均应按现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94的规定进行。
7.3.11 承受水平推力的桩的设计应符合下列规定：
1 承受水平推力的桩，桩身内力可按m法计算，m为地基土水平抗力系数的比例系数。桩纵向筋的长度不得小于4.0/a，a为桩的水平变形系数。m和a应符合现行行业标准《建筑桩基础技术规范》JGJ 94的规定。当桩长小于4.0/a时，应通长配筋。
2 承受水平推力的单桩独立承台之间应设正交双向拉梁，其截面高度不应小于桩距的1/15，受拉钢筋截面积可按所连接柱的最大轴力的10％作为拉力计算确定。
3 承受水平力的桩在桩顶5d(d为圆形截面桩的直径或方形截面桩的边长)范围内箍筋应适当加密。
4 受横向力较大或对横向变位要求严格的高耸结构桩基，应验算横向变位，必要时尚应验算桩身裂缝宽度。桩顶位移限值应小于10mm。
7.3.12 高耸结构桩的抗拔设计应符合下列规定：
1 除通信塔、输电塔外，对于安全等级为一级或二级的高耸结构，应通过拔桩试验求得单桩的抗拔承载力。
2 高耸结构桩基础单桩的抗拔承载力特征值Ra，初步计算时可根据下式计算：
式中：γs——桩侧阻抗力分项系数，一般取γs＝2.0；
αb——桩与土之间抗拔极限摩阻力与受压极限摩阻力间的折减系数。当无试验资料且桩的入土深度不小于6.0m时，可根据土质和桩的入土深度，取αb＝0.6～0.8(砂性土，桩入土较浅时取低值；黏性土，桩入土较深时取高值)；
fi——桩穿过的各分层土的极限摩阻力(kPa)；
li——桩穿过的各分层土的厚度(m)；
μp——桩的截面周长(m)；
G——桩身的有效重力(kN)，水下部分按浮重计。
应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010验算抗拔桩桩身的受拉承载力。
7.3.13 抗拔桩设计应满足裂缝控制要求，并应符合下列构造规定：
1 抗压又抗拔桩应按计算及构造要求通长配置钢筋。纵向钢筋应沿桩周边均匀布置，纵向筋焊接接头必须符合受拉接头的要求。
2 具有多根抗压又抗拔桩的板式承台，其顶面和底面均应根据双向可变弯矩的计算或构造要求配筋，上下层钢筋之间应设架立筋。
3 抗拔桩主筋和基础柱墩主筋锚入承台的长度均应按抗震区受拉钢筋的锚固长度或者非抗震区受拉钢筋锚固长度计算，每个桩中宜有两根主筋用附加钢筋与锚栓焊接连通，附加钢筋不宜小于ф12。
Ⅲ 岩石锚杆基础
7.3.14 当高耸结构建设场地岩层外露或埋深较浅时，宜按岩石锚杆基础设计。岩石锚杆基础的承载力特征值应按岩土工程勘察报告确定，岩石锚杆基础适用于中风化及以上的硬质岩。
7.3.15 对于承受拉力或较大水平力的高耸结构单独基础，当承受非疲劳动力作用且建设场地为稳定的岩石基础时，宜采用岩石锚杆基础(图7.3.15)。岩石锚杆基础的基座应与基岩连成整体，并应符合下列规定：
1 锚杆孔直径，一般取3倍至4倍锚杆直径(d)，但不应小于1倍锚杆直径加50mm。锚杆钢筋的锚固长度应大于40d，锚杆中心间距不小于6倍锚杆孔直径(d1)，锚杆到基础的边距不应小于150mm，锚杆钢筋离孔底距离宜为50mm。
图7.3.15 普通锚杆基础
d1-锚杆孔直径；l-锚杆的有效锚固长度；d-锚杆直径
2 锚杆插入上部结构的长度应符合钢筋的锚固长度规定。
3 锚杆宜采用热轧带肋钢筋；锚杆应按作用效应基本组合计算的拔力，并按钢筋强度设计值计算其截面。
4 灌孔的水泥砂浆或细石混凝土强度等级不宜低于M30或C30，灌浆前应将锚杆孔清理干净，并保证灌注密实。
7.3.16 岩石普通锚杆基础中单根锚杆所承受的拔力应按下列公式验算：
式中：Fk——相应于作用效应标准组合作用在基础顶面的竖向压力值(kN)，拔力为负值；
Gk——基础自重及其上的土重标准值(kN)；
Mxk、Myk——按作用效应标准组合计算作用在基础底面形心的力矩值(kN·m)；
xi、yi——第i根锚杆至基础底面形心的y轴、x轴的距离(m)；
Nti——按作用效应标准组合下，第i根锚杆所承受的拔力值(kN)；
Rt——单根锚杆抗拔承载力特征值(kN)。
7.3.17 单根锚杆抗拔承载力特征值的确定应符合下列规定：
1 对于安全等级为一级的高耸结构，单根锚杆的抗拔承载力特征值应通过现场试验确定，其试验方法应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定；
2 对于安全等级为二级的高耸结构，单根锚杆的抗拔承载力特征值可按下式计算：
Rt≤0.8πd1lf (7.3.17)
式中：Rt——单根锚杆的抗拔承载力(kN)；
d1——锚杆孔直径(m)；
l——锚杆有效锚固长度(m)，当l超过13倍锚杆孔直径d1时，取l＝13d1；
f——砂浆与岩石间的黏结强度特征值(kPa)，由试验确定；当缺乏资料时，可根据岩质情况按表7.3.17取用。
表7.3.17 砂浆与岩石间的黏结强度特征值(kPa)
注：水泥砂浆强度等级为M30，或细石混凝土强度等级C30。
Ⅳ 预应力岩石锚杆基础
7.3.18 当高耸结构建设场地岩层外露，地基中中风化岩及以上的硬质岩层埋藏较浅，且基础承受疲劳动力荷载作用时，如按锚杆基础设计，应采用预应力岩石锚杆基础。
7.3.19 预应力锚杆预应力P和抗拉承载力Rt的确定应按下列公式计算：
P＝min(0.63Rtk，0.5Rtkl) (7.3.19-1)
Rt＝0.8P (7.3.19-2)
式中：Rt——单根锚杆的抗拔承载力(kN)；
Rtk——单根锚杆的抗拔承载力标准值(kN)；
Rtkl——单根锚杆锚固端的抗拔承载力标准值(kN)。
7.3.20 预应力岩石锚杆应露出基础顶面，锚杆应采用套管与基础混凝土隔离；基础的顶部配筋计算及构造要求应等同普通岩石锚杆基础要求。
7.3.21 预应力岩石锚杆的材料要求、预拉力计算及施加应按高强螺栓相关规定执行。
7.3.22 承受疲劳动力作用的预应力岩石锚杆宜采用自锁式岩石锚杆或扩底岩石锚杆。
Ⅴ 几种特殊的基础形式
7.3.23 通信塔无埋深预制基础设计应符合下列规定(图7.3.23)：
1 无埋深预制基础应建造在有可靠持力层的地基上面，地基承载力应符合本标准第7.2.1条的规定；
2 预制基础应按承载力极限状态下作用的基本组合，根据上部结构作用效应与相应的地基反力进行强度计算；
3 预制基础结构应验算抗倾覆、抗滑移稳定性；
4 预制基础应与上部结构可靠连接。预制基础各条块之间应采取可靠连接固定措施，以加强其整体刚性，保证各条块协同共同工作。
图7.3.23 无埋深预制基础
1-上部结构；2-预制基础条块；3-处理后地坪
7.3.24 对于小型高耸结构，可根据工业化制造、装配化施工条件、岩土工程勘察资料等，采用螺旋钢桩基础。螺旋桩设计应符合下列规定：
1 螺旋钢桩应进行单桩承载力试验，抗力分项系数取2；
2 螺旋钢桩应进行桩身承载能力验算；
3 螺旋钢桩应采取有效的防腐蚀措施。
7.3.25 高耸结构可根据工业化制造、施工条件、岩土工程勘察资料等，选用筒式基础。筒式基础的设计应包括地基土承载能力、筒式基础变形以及筒式基础强度验算等内容。