海上测风塔基础设计指南

海上测风塔为海上风电场风能资源分析提供测风分析数据，是整个风电场工程的先行，在风电场中属于重要构筑物。从海床泥面算起，海上测风塔高度多在100m以上，属于高耸结构。综上所述，海上测风塔基础结构中的桩基设计等级应为甲级。

1.桩基设计计算

作为桩基设计的首要原则，桩基础应按下列两类极限状态设计：承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态指的是桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生不适于继续承载的变形。正常使用极限状态指桩基达到测风塔正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。

（1）针对极限状态验算，桩基应根据具体条件分别进行下列承载能力计算和稳定性验算[1]：

1）应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载力计算和水平承载力计算。

2）应对桩身和承台结构承载力进行计算；对于桩侧土不排水抗剪强度小于10kPa、且长径比大于50的桩应进行桩身压屈验算；对于混凝土预制桩应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算；对于钢管桩应进行局部压屈验算。

3）当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验算。

4）对位于坡地、岸边的桩基应进行整体稳定性验算。

5）对于抗浮、抗拔桩基，应进行单桩和群桩的抗拔承载力计算。

6）对于抗震设防区的桩基应进行抗震承载力验算。

（2）除此之外还应进行以下内容的计算：

1）计算基础的沉降和差异沉降以及由于沉降而产生的倾斜。

2）对受水平荷载较大，或对水平位移有严格限制的桩基，应计算其水平位移。

3）应根据桩基所处的环境类别和相应的裂缝控制等级，验算桩和承台正截面的抗裂和裂缝宽度。

2.桩位布置原则

在进行桩型选择和成桩工艺确定时，桩型与成桩工艺应根据结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层、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，按安全适用、经济合理的原则选择。

进行桩位布置时，宜使桩群承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合，并使桩在受水平力和力矩较大方向有较大抗弯截面模量。桩端标高选择上应选择较硬土层作为桩端持力层，并应使桩端进入持力层一定深度。

（1）位于软土地基中的桩基，进行桩基设计时应符合以下设计原则：(www.xing528.com)

1）软土中的桩基宜选择中、低压缩性土层作为桩端持力层。

2）桩周围软土因自重固结、大面积堆载、降低地下水位、大面积挤土沉桩等原因而产生的沉降大于桩的沉降时，应视具体工程情况分析计算桩侧负摩阻力对桩的影响。

3）采用挤土桩时，应采取消减孔隙水压力和挤土效应的技术措施，减小挤土效应对成桩质量和周边环境等产生的不利影响。

（2）位于抗震设防区的桩基，其设计原则应符合以下规定：

1）桩进入液化土层以下稳定土层的长度（不包括桩尖部分）应按计算确定；对于碎石土，砾、粗砂、中砂，密实粉土，坚硬黏性土尚不应小于2～3倍桩身直径，对其他非岩石土尚不宜小于4～5倍桩身直径。

2）当桩基水平承载力不满足计算要求时，可将桩基附近一定范围内的土进行加固。

3）对于存在液化扩展的地段，应验算桩基在土流动的侧向作用力下的稳定性。

（3）当桩基所处浅层土体为欠固结土时，应考虑负摩阻力的影响。对于桩基处于可能出现负摩阻力情况下，桩基设计原则应符合以下规定：

1）对欠固结土可采取先期排水预压措施。

2）对于挤土沉桩，应采取消减超孔隙水压力、控制沉桩速率等措施。

3）对于中性点以上的桩身可对表面进行处理，以减少负摩阻力。

（4）对于抗拔桩基，其设计原则应符合以下规定：

1）应根据环境类别及水土对钢筋的腐蚀、钢筋种类对腐蚀的敏感性和荷载作用时间等因素确定抗拔桩的裂缝控制等级。

2）对于严格要求不出现裂缝的一级裂缝控制等级，桩身应设置预应力筋；对于一般要求不出现裂缝的二级裂缝控制等级，桩身宜设置预应力筋。

3）对于三级裂缝控制等级，应进行桩身裂缝宽度计算。

4）当桩的抗拔承载力要求较高时，可采用桩侧后注浆、扩底等技术措施。

除此之外，桩基结构的耐久性应根据设计使用年限、现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）的环境类别规定以及水、土对钢、混凝土腐蚀性的评价进行设计。