海上风电机组地基基础设计规程

海上 风电机组地基基础设计规程 天津大学 建筑工程学院 2010 前 言 本规程以挪威船级社海上风电机组结构设计标准（ 主要参考范本， 同时参考了 海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法 荷栽抗力系数设计法（ 10009 2002）和 港口工程桩基规范 （ 98） 的相关内容 ， 并纳入 了 天津大学建筑工程学院相关学科多年的科研成果 ， 采用 了 基于可靠度设计理论的荷载抗力系数设计法 。 为便于应用本规程 对主要涉及的三种基础型式： 单桩基础 、 高承台 群 桩 基础以及 筒型基础 分别给出了设计算 例。 1 目 录 1 总则 . 1 般规定 . 1 质调查 . 2 基土特性 . 2 环荷载效应 . 3 与结构物的相互作用 . 3 凝土结构的耐久性 . 3 说明 . 4 2 单桩基础 . 5 般规定 . 5 的设计 . 5 的轴向承载力 . 6 的轴向抗拔力 . 9 的轴向性能 . 9 向荷载桩的土反力 . 10 向荷载桩的土反力 . 12 壁厚度 . 17 说明 . 20 算例 . 24 3 高桩承台群桩基础 . 25 般规定 . 25 弱下卧层承载力 . 26 摩阻力 . 27 拔计算 . 28 平承载力 . 29 降 . 31 台设计 . 32 造要求 . 38 说明 . 41 算例 . 42 4 预应力钢筋混凝土筒形基础 . 43 说明 . 43 算例 . 43 1 1 总则 般规定 章 主要介绍了桩基础、重力型基础和海底稳定的要求。 有在 标准中详细说明的基础类型应该特别考虑。 础设计应该基于特定的位置（地理）信息，详见 第 3章 （ 第三章 场地条件） 。 础岩土工程设计应考虑基础结构和地基土的强度和变形。 这部分状态要求为 ： 地基土 基础结构上的地基土响应 土体和结构之间的相互作用 对于相关的钢和（或）混凝土基础结构自身的要求在 第七章到第九 章 （第七章钢结构设计，第八章海上混凝土结构设计细 则，第九章灌浆连接的设计与施工） 给出。 础破坏模式定义为基础达到任意一种极限状态。破坏模式的形式如下 ： 承载力破坏 （基础）滑动 倾覆 桩被拔出 桩产生大的沉降或位移 第 二 章 （第二章设计准则） 中给出的极限状态分类的定义对基础设计也是有效的，除了把由循环荷载作用引起的破坏视为极限承载力状态，也可选择作为偶然极限承载力状态，使用部分荷载和材料系数来定义这些极限状态的分类。荷载系数在这种情况下可以应用于设计荷载历史中所有的循环荷载。比 第 五 章（第五章荷载和抗力系数 ） 的描述低的荷载系数也可以使用，如果总体安全系数经证明能达到可以接受的极限。 载系数用于不同的极限状态分类的相关设计在 第 五 章 （第五章荷载和抗力系数） 中给出。 料系数被用来规定 这一章 中相关的设计部分，特征土体强度应该与 料系数可以按照下列情况用于土体抗剪强度： 对于有效应力分析，特征摩擦角的正切值应按材料系数 2 对于总应力分析，特征不排水抗剪强度应按材料系数 对于轴向桩荷载的土体抗力，材料系数应按照 十章 基础设 计 中所描述的应用于特征抗力。 对于 侧向 桩荷载的土体抗力，材料系数应按照 十章 基础设计 中所描述的应用于特征抗力。 于重力型基础，结构重力引起的土体附加应力所产生的沉降应该被考虑。关系到风电机组的支撑结构的允许倾斜，不均匀沉降的危害应该被考虑。 对具有重力型基础的结构来说，由结构自重造成的土中应力增加而产生的沉降应该考虑。应该考虑风轮机支撑结构的承受不均匀沉降的能力。 计原则和基础设计解决实例更详细的说明已在 知道是哪） 中给出。 质调查 质调查为详细设计建立了必要的土体数据基础，其要求在 第 三 章 （第三章场地条件） 中给出。 基土特性 于所有重要的土层，土体的特征强度和变形特性应当被确定。 体特性的特征值还应考虑基于土体体积评估的土体变异性情况，这决定着所考虑的极限状态。 内试验和现场试验的结果应该同相关的实践和经验记录进行评估和修正。这些评估和修正应该加以证明。在这个过程中，应该尽可能的给出极限状态问题中试验测量的土体 特性和控制现场土体行为的土体特性之间的差别。这些差别主要源于： 由于土体取样和试样没有重现现场应力历史造成的土体扰动 出现裂缝 试验和极限状态之间不同的加载速率 对特定复杂荷载历史，室内试验只能简化替代 土体各向异性所导致的结果主要取决于试验类型 装活动对土体特性造成的可能影响应该被考虑。 体特性的特征值应该谨慎估计，因为它影响着极限状态的发生，选择最坏值的可能性是比较低的。 限状态可能涉及大体积土体，它由关于体积的土体特性空间平均值来决 3 定 。特征值的选择应该满足涉及土体体积试验的数量和质量。还应特别关注狭窄土体区域决定的极限状态。 体特性的特征值应该选择较低值，其小于最可能值，或者后期取值增大，这取决于待求的最坏的极限状态。 环荷载效应 环荷载对土体特性的影响在相关的基础设计中应该被考虑。 环剪应力导致孔隙压力逐渐增加，循环荷载中孔隙压力的建立和伴随增长及永久剪应变会使土体的抗剪强度降低。这些影响应该被考虑，当特征抗剪强度的评估用在应用极限状态分类中的设计时。 正常使用 极限承载力状态设计中，循环荷载对土体剪切模量的影响应根据动态运动、沉降和永久（长期） 侧向 位移的计算进行相关修正， 见 十章基础设计 500 用于动力分析的土体模型） 。 浪和海风作用力对土体性状的影响应该对单个风暴或几个连续的风暴在相关地点进行调研。 地震活动地区，结构 环荷载对土体特性的恶化效应应该根据地理位置条件和相关设计的考虑被评估。 见 500（第十章基础设计 500 用于动力分析的土体模型） 。 与 结构物的相互作用 构荷载效应的评估应该基于土体和结构系统的整体分析。分析应该基于关于土体和结构单元的刚度和阻尼的实际假定。 关相邻结构的影响也应该被考虑。 震振动引起结构响应分析，结构基础的有效地基动力特征应该被确定。这一确定应该基于自由区域和局部区域土体条件的地基运动特征，使用识别方法对土体和结构的相互作用进行分析。 凝土结构的耐久性 4 说明 体变异性一般是土体体积中土体特性从一点到另一点的变化。当涉及小体积土体时，以完全变异性 来计算局部土体特性是必须的。当涉及大体积土体时，就会发生土体特性波动的空间平均值效应在整个土体体积中从一点到另一点。因此，计算应基于土体特性的空间平均值，当土体体积充分大时，最终的计算结果将会和土体特性的均值相一致。 该使用相关的统计方法，当使用这些方法时，局部土体特性的特征值应该被推导，使得控制极限状态发生的最坏值概率不高于 5%。 对于通过统计方法选取土体特性特征值的方法，参考 知道是哪） 5 2 单桩基础 般规定 于单桩基础的岩土设计，应该 考虑承载力极限状态和正常使用极限状态。 于承载力极限状态的设计，土体强度使用设计土体强度值，定义的特征土体强度值由指定的材料参数所划分。荷载使用设计荷载值，每个设计荷载都被定义为由相关指定的荷载参数决定的特征荷载。这些荷载代表这极限荷载条件。两种情况被考虑： 轴向荷载 侧向 荷载和弯矩荷载组合 于承载力极限状态中的轴向荷载，足够的轴向桩承载能力被确定。 于极限承载力状态中 侧向 荷载和弯矩荷载的组合，足够的桩承载力来承担这些荷载需要被确定。桩的承载力由桩的 侧 向 承载力来实现。足够的桩承载力验算应当满足以下两个要求： （ 1）理论设计的桩 侧向 总承载力，应由沿桩长的设计 侧向 抗力进行矢量积分来建立，不应小于作用在桩顶的 侧向 荷载。 （ 2）桩顶的 侧向 位移不应该超过一些规定限制。 侧向 位移应该通过 侧向 荷载和弯矩荷载组合设计值及土抗力和土刚度的特征值来计算。 需要通过计算设计 侧向 荷载、弯矩与各种土体的抵抗值和土体硬度后才能得到。 要求（ 1）是常规设计准则，是基于土体的完全塑性化。要求（ 2）是必要的附加要求，因为沿桩长附近一些点的局部区域 侧向 土抗力不能被动员，在这些地方，桩 侧向 挠度 的方向是相反的，即这些区域的土体不能完全塑性化，不管桩顶的 侧向 挠度有多大。 于正常使用极限状态设计，特征土体强度值被用作土体强度值。特征荷载被用作荷载。这些荷载长期作用将引起土体永久变形，从而导致桩基础永久变形，例如，桩顶的永久累积倾斜。对于这些目的，循环荷载作用的土体的行为需要以如下方式表示，土体永久累积变形由正常使用极限状态荷载历史建立的荷载幅值循环次数的函数进行适当计算。 于正常使用极限状态设计，需要确保变形偏差不超标。变形偏差涉及到永久变形。 的设计 定一个桩基础的尺寸时，应考虑以下各项：桩的直径、入土深度、壁厚、 6 桩尖形式、间距、数目、几何特性、位置、泥面约束、材料强度、安装方法和其他需要适当考虑的参数。 种不同的分析过程可以用来确定基础的要求。所用的过程至少应恰当地模拟土壤的非线性响应特性，保证结构和桩 位移协调。 该在单个桩和整个基础系统的所有危险位置，如桩顶、反弯点和泥面等处校核其变位和转角。变位和转角不能超过使用极限值，以免结构物失去它的设计功能。 础的承载能力 1. 桩的强度 ：桩的强度应采用 D 章圆柱形构件的设计 合荷载作用下的圆柱形构件） 给出的校核钢管强度的公式，按轴向和弯曲荷载联合作用条件进行验证。桩在校核部位的内力，应根据藕合的结构与土非线性基础模型由乘系数的荷载计算。当通常由土壤形成的横向约束不足或不存在时， G 章 基础 设计 桩效应 向特性） 的规定校核桩的柱状屈曲效应。 2. 桩的轴向抗力：轴向桩能力应满足以下条件： P （ P （ 式中： 按 定的桩的轴向极限能力； 用线性结构和非线性基础耦合模型，使用乘系数的荷载确定的极端（或操作）环境下的桩的轴向荷载； 为极端环境下桩的扰力系数（ E ）；O P为操作环境下桩的扰力系数（ P）。 底冲刷对桩的侧向和轴向性能及承载力都会产生影响。冲刷预测是一种不确定的技术。对沉积物运动的研究可能会对确定冲刷的设计标准有所帮助，但现场经验是最好的方法。设计标准的不确定性可通过较大强度储备的设计或按需要采用检测和修复的操作对策来解决。 典型的修补措施见注释 找到） ，冲刷设计标准一般包括局部和整体冲刷。 的轴向承载力 的轴向阻力由两部分组成 桩侧摩阻力 桩端承载力 对于分层土（ N 层）中的桩，其承载力 R 可表示 为： （ 式中：i 层土中沿桩身的平均单位侧摩阻力；i 层土中桩的侧面积； 桩端单位承载力； 桩端总面积。 7 于粘性土中的桩，平均单位侧摩阻力 （ 1） 总应力法 ，即 方，如下 其中： 104000 （ 式中：0 （ 2） 有效应力法，即 法，如下 0 （ 式中： 值取 间，建议用来计算桩长超过 15m 的桩。 （ 3） 半经验 法，其中土被划分为一层，平均侧摩阻力按下式计算： )2( 0 （ 式中： 0 为无量纲系数，其由桩长决定（如图 。因此，由该方法，桩的总侧摩阻力变为，其中 图 数 和桩长关系曲线 桩长（ m） 8 对于柔性长桩，可能在桩端承载力充分发挥之前，在接近海床位置已经发生桩土间的破坏。这是由于桩的柔性和桩与土之间沿桩长的位移差造成的。由于长度效应 ，其在软土中的静承载力将会小于刚性桩的， 对于轴向承载柔性桩的变形和应力分析，可以将桩模拟成数个连续柱单元，由单元间节点上的非线性弹簧支撑。非线性弹簧由 线表示，从而展现桩与土之间的荷载 应力 t 为桩单位面积侧摩阻力， z 为侧摩阻力充分发挥时的轴向桩土间位移。 于非粘性土中的桩，平均单位侧摩阻力 10 （ 式中： K 为横向地基 压力系数，对于开口桩，取 K=于闭口桩，取 K=0p 为有效上覆土压力； 为土与桩壁之间的摩擦角（如表 1 f 为极限单位侧摩阻力，可采用表 的值。 非粘性土中阻塞桩单位桩端承载力可按下式计算： 10 （ 式中：以由表 到； 1q 为极限桩端承载力，的值。 粘性土中的单位桩端承载力可按下式计算： （ 式中： 9cN； 表 粘性土中轴向承载桩的设计参数 密度 土的类别 （） Nq 很松 松 中松 砂 砂质粉土 2） 粉土 15 48 5 中等 密实 砂 砂质粉土 2） 粉土 20 67 12 等 密实 砂 砂质粉土 2） 25 81 20 实 很密实 砂 砂质粉土 2） 30 96 40 实 很密实 砾石 砂 35 115 50 ）本表给出的设计参数仅作为指导。如果通过诸如现场圆锥试验、高质量土样 9 的强度试验、模型试验或打桩性能取得详细资料，则其他值也许是合理的。 2） 砂质粉土是那些含有大量砂粒和粉粒的土，它的强度一般随砂粒含量的增加而增加，随粉粒含量的增加而降低。 层中灌注桩的侧摩阻力和端部承载力 （该不该加 这段，为了与 后一句对应 ） 岩层中，位于喷射孔或钻孔中的灌注桩，其单位表面摩擦力不应超过岩石或灌浆的三轴抗剪强度，并且通常要比由于安装引起的抗剪强度降低后的数值小得多。例如，干燥的密实页岩在喷射或钻孔时遇水，其强度将大幅度降低，孔侧壁会形成一层再也恢复不到岩石强度的水化泥或粘土。荐的钢桩同灌浆之间的极限 固结强度。 岩层的桩端承载力应根据其三轴剪切强度和基于可靠的盐土工程实践的适用的承载力系数来确定，并不得超过 的轴向抗拔 力 的极限轴向抗拔能力可能等于或小于，但不得大于桩的总侧摩阻力 确定桩的极限抗拔力时，应考虑包括静水浮力和土塞重量在内的桩有效重量。对于粘土， 应与 定的值相同。对于非粘性土， 应根据 定值计算。 对于 岩层 ， 应与 规定值相同。 的轴向性能 的轴向位移应在可接受的工作极 限范围内，并且这些位移必须和结构的受力和运动相协调。桩的响应受荷载方向、荷载类型、加载速度、加载顺序、安装技术 :、土类型、桩的轴向刚度和其它一些因素的影响， 见 说明 非常规的荷载状况或对桩的人土深度有限制时，应详细考虑周期性荷载效应。环境荷载，如风暴波浪和地震引起的周期性荷载（包括惯性荷载）对桩的轴向静力性能可能有两种相互抵消的作用。周期性荷载可以造成暂时或永久性的承载力降低和（或）累积变形。迅速加载可以增加桩的承载力和（或）桩的刚度，非常缓慢地加载也可能造成桩的承载力和（或）桩的 刚度的降低。周期性荷载的综合影响是下列各项综合效应的函数，即作用在桩上的荷载大小、循环次数、加载速率、桩的结构特性、土类型以及桩设计时所取的安全系数。 桩的设计人土深度应足以发挥桩的有效能力，以承受 讨沦的设计静力和周期性荷载。通过桩 以验证桩的设计人土深度，进行分析的方法见对 本条的 说明 。桩 性 见 桩进行响应分析时，当确切考虑上述影响时，应把设计静力和周期性荷载加在桩的顶部并确定桩的抗力 设计加载完成之后，就可以确定桩的最大抗力和位移。桩的变形要符合结构使用性能的要求。在设计荷载下得出 10 的桩的总抗力都应满足 要求。 向荷载桩的土反力 基础的设计应能够承受轴向静力和循环荷载，土的轴向抗力是由轴向的桩 任一深度动员的桩 线来表示。同样，可动员的端部承载力和端部的轴向位移可用 线来表示。 线可以依据起始点和达到最大轴向载荷下式： m a xm a xm a 当 （ 式中： R 为桩的半径；0无量纲影响区域，定义为桩周围影响区域半径与 R 的比值；位移 z 超过向载荷 t 与位移 z 为 线性关系并降低，最终达到剩余轴向载荷于超过此点的位移，轴向载荷将保持为常数。图 出了依据此方法得到的一个 线示例。最大轴向载荷可以依据上面给出的单位侧摩阻力的计算方法得到。 11 图 模型产生的 线示例 对于粘土，生成 线的初始剪切模量可由下式得到： 6000 （ 然而， 1984）建议按下式计算： 11706000 O C （ 式中：超固结率。 对于砂土，生成 线的初始剪切模量可由下式得到： )1(20 （ 其中 m 式中：a为参考压力，取值 100v为垂直有效应力； v 为土的泊松比； 为土的内摩擦角。 端承载力或桩尖荷载性能应该按 述方法确定。然而，只有较大的桩尖位移才能动员全部的端部承载力，桩尖位移需达到直径的 10%，才能完全动员粘土和砂土中的端部承载力。在没有明确的标准时，对砂土和粘土，建议都采用下列曲线： z/D Q/ z 桩尖轴向位移 （ ； D 桩的直径 （ ； Q 可动员的桩端承载力 （ ； 根据 算的所有桩端承载力 （ ； 推荐曲线如 图 示。 12 图 尖荷载 线 向荷载桩的土反力 平荷载作用下桩的分析方法大部分都是基于 线。 线给出了桩发生的水平向偏斜距离 y 与桩周围土对桩的抗力积分值 p 的关系。桩被模拟成数个连续梁 单元间节点上的非线性弹簧支撑。非线 性支撑弹簧的特性由每个节点的 线得到，如图 3。 对于任意外加荷载作用在桩顶时，沿桩长上任意一点桩的位移和应力解可由如下微分方程得到： 0)(2244 （ 且 33 （ 和 22 （ 式中： x 为沿桩轴的位置； y 为桩的水平向位移； 桩的抗弯刚度； 作用在桩上的轴向荷载； 作用在桩上的水平荷载； p（ y） 为土的水平向响应； M 为作用在桩上的弯矩，上述都表示 x 位置上的值 13 图 3 桩模拟成梁 线 限差分法通常是获得桩的微分方程解的最可行办法。许多商业计算机程序可以获得这一结果。这些程序通常可以得到桩 端承受不同的轴向荷载、水平荷载和弯矩荷载组合下桩应力和位移的完全解。 前面提到依据 线得到沿桩逐渐传递的轴向荷载也包括在内。一些程序不但可以用来分析单桩，而且还可以用来分析群桩，包括可能的桩 桩相互作用和连接桩顶的合理上部结构，或为刚性承台，或为有限刚度结构。 对于 线的建立，应当考虑土的类型，荷载的类型，和由于沉桩和冲刷的影响造成土的重塑。下面给出一种建立 线的推荐方法。 对于水平桩挠度 y 处，桩单位长度的水平土抗力表示为 p。单位长度的极限水平土抗力表示为 是当桩发生水平偏移时， p 可以达到的最大值。 于粘土中的桩，极限水平土抗力推荐按下式计算： 当当 09)3( （ 式中： X 为土表面以下深度； 极限水平土抗力转折点深度， 小于 )3( 超过 得到的值； D 为桩的直径； 土的不排水抗剪强度； 为土的有效单位容重； J 为无量纲经验常数，其值取 间，对于正常固结软粘土建议取 对于静荷载， 线可以根据下式得到： 14 8)(23/1当当 （ 对于循环荷载，并且当 ， 线可以根据下式得到： 2 3/1当当 （ 对于循环荷载，并且当 ， 线可以根据下式得到： 23)1(1(23/1当当当（ 式中： D 为桩的直径；c为原状土不排水压缩试验中最大应力一半处所对应的应变， 更详细资料参考分类注释 找到） 。 于非粘性土中的桩，极限水平土抗力推荐按下式计算： 当当 0)(321 （ 式中：系数 1C 、 2C 和3 有关，可由图 到； X 为土表面以下深度； 极限水平土抗力转折点深度， 小于 21 )( 超过 3 所得到的值； D 为桩的直接； 为土的单位浮容重。 15 数 1C 、 2C 和3 的关系曲线 线可以根据下式得到： )ta 式中： k 为地基反力初始模量，与内摩擦角 有关，如图 A 为考虑静荷载或循环荷载条件的系数，由下式可得： 对于静荷载对于循环荷载 （ 更详细资料参考 分类注释 找到） 。 16 图 基反力初始模量 k 与内摩擦角 的关系曲线 荐的非线性 线主要用来分析在承载能力极限状态内桩的水平向承载力。 须谨慎对待推荐的非线性 线用在其他状况，而不是评估在承载能力极限状态内桩的水平向承载力。包括如下状况，但不仅限于此，桩的正常使用极限状态分析，桩的疲劳分析， 在以边界条件来分析桩土系统的支撑结构时，确定代表桩土系统刚度 的等效弹簧刚度，一般情况下， 线的初始斜率可能会受到影响。 须谨慎对待推荐的非线性 线被直接应用在规定的固定形式内，或依据曲线离散化进行分段线性拟合被应用。 于粘土推荐的 线被定义为三阶多项式，因此它们有无限大初始斜率，即荷载 际是不可能的，然而该曲线一直有效的用在它的主要目的上，即评估在承载能力极限状态内桩的水平向承载力。但是，粘土中推荐的固定形式 线不能直接用在初始刚度问题情况，如确定桩顶等效刚度问题。 粘土 线被用在曲线初始斜率问题时，该曲线需要以分段直线在离 17 散点间进行离散和逼近。离散化必须按下面方法进行，即曲线上原点以外第一个离散点的位置，应使正确的初始斜率结果出现在分段线性表示的 线中。 非数据指出了其他情况，否则 线的初始斜率按下式计算： c （ 式中： 为经验系数；c为原状土不 排水静三轴压缩试验中最大主应力一半处所对应的竖向应变。对于正常固结粘土，推荐 10 ；对于超固结粘土，推荐 30 。 点以外第一个离散点位置的选择应使粘土中分段线性拟合的 线得到一个正确的初始斜率。第一离散点位置可以确定在相对位移 y/ 纵坐标值 p/。 土中推荐的固定形式的 此为有限初始刚度。任何时候这些曲线的离散拟合都需要绘制通过这一离散 点的分段线性曲线，因此，为了得到初始斜率的正确表示，一个 线原点附近非常精准的离散点来是很重要的。 何时候使用 议对 线初始斜率的变化和不同假设的影响进行深入研究。 壁厚度 的壁厚可沿长度方向变化，并可根据以下各段所讨论的几种荷载条件之一或各种要求来控制特定点的壁厚。在安装图或技术规格书中，设计者应说明打桩过程中可能使用的桩锤。 乘系数的外荷载造成的桩的内荷载 ，应根据本文 D 章 圆柱形构件的设计 伸、压缩、弯曲、剪切或静水压力作用下的圆柱形构件） 允许的条件进行校核。应采用考虑了结构和土对桩提供约束的合理分析来校核未受土侧向约束的桩段的内荷载。除非由于土的剪切强度极低，计算的侧向位移很大或一些其它原因使得桩被确认失去横向支撑，否则一般情况下不必考虑泥面以下桩段的柱状屈曲。 在泥面附近和其它部位的壁厚，通常取决于平台的乘系数的荷载产生的轴向力和弯矩的联合作用。可根据 定的土抗力来计算桩的弯矩曲线，并应适当考虑因冲刷而形成的土的 运动。在泥面或其附近，由于周期性荷载引起较大的侧向变形（例如，超过 G 章 粘土的 线，我们上面没说，这句可以不要？） 中对软粘土规定的 ）时，应考虑减小或忽略该地 18 段的土 桩的附着力。 每一放置桩锤（桩顶、钻机等）的桩段或隔水套管，都应根据放置此设备的荷载进行校核。这些荷载可能使接桩的最大长度受到限制，尤其是斜向打桩或钻孔沉桩。最常遇到的必须承受的作用力包括静弯矩，轴向荷载和桩锤初始安置时产生的侧向荷载。 经验表明，如果按下述方法计算静承载力，就能较好地防止 由于上述荷载引起的管壁损坏： 1. 将伸出的接桩段作为底端固定的自立桩来考虑，并且具有适当的有效长度系数 K（例如，对倾斜的桩为 近似垂直的隔水套管为 2. 在计算弯矩和轴向力时，应采用桩锤、桩帽和导架的全部乘系数的重量，其作用力通过组合质量的中心（ 或 ，取决于对每项重量的掌握程度）。以及接桩段的乘系数的重量（ ），并且适当考虑斜度和质量中心的偏心度。应把近似 垂直的接桩段看成具有初始的或实际上微小的不垂直度或至少2%斜度的悬臂梁来确定设计弯矩。还应确定的次生弯矩是 P 弯矩的和。它是由接桩段（看成具有一端固定的悬臂梁）顶部和中部的确定的或一阶侧向变形及其相应的乘系数的重量荷载的分力造成的。 3. 不应超出下述梁 柱抗力验算公式： 1( （ 式中： P 为 由乘系数的重力荷载产生的一阶 P 弯矩， N m，而cf，bf，M，c和b由 D 章 圆柱形构件的设计 向压缩和 D 章 圆柱形构件的设计 曲） 定义。 打桩期间自立桩段内产生的应力也应给予考虑。由桩锤冲击造成的应力（ 动应力 ） 和由轴向力与弯曲引起的应力 （ 静应力 ） 的合成，不应 超过钢材最小的屈服强度。 应当采用波动理论的分析方法来确定应力的大小 （见 G 章 G. ，通常假设打桩时的动载部分不会使桩发生柱状屈曲。没有乘系数的动应力不应超过屈服强度力的 80 %90%，这取决于具体的条件，诸如沿桩长向下的最大应力的位置、锤击次数、原先的桩一锤组合的经验和对分析的可信程度。当较大的打桩应力传递给结构时，应对它进行单独的考虑，并且要避免造成附属构件的破坏。 打桩时的静应力应由计算点以上的桩段的重量加上在锤击过程中由桩实际承受的桩锤分力，包括由此产生的弯曲 应力。对所有的静载，应取 系数，应该根据 D 章 圆柱形构件的设计 伸、压缩、弯曲、剪切或静水压力作用下的圆柱形构件） 和 D 章 圆柱形构件的设计 合荷载作用下的圆柱形构件） 来校核桩的强度。 19 在全长范围内的 D/t 比应足够小以防止当应力未达到桩材料屈服强度时发生局部屈曲。应考虑桩在安装和使用期间出现的不同荷载情况。应将 D 章 圆柱形构件的设计 伸、压缩、弯曲、剪切或静水压力作用下的圆柱形构件） 规定的限度考虑作为使用期和下述安装情况 下的最低要求，即预计能正常打桩或不用打桩方法进行沉桩的情况。对于打入桩，如果预计打桩较困难时（用最大型打桩锤，每英尺需 250 击，每米 820 击），则桩的最小壁厚应不小于： t=（ t， D 单位为 （ t=（ t， D 单位为 m） 式中： t 为壁厚； D 为直径。 对于常用规格的桩，其最小壁厚如表 列。 表 小管壁厚度 桩直径 D 正常壁厚 t mm 10 13 762 14 914 16 1067 17 1219 19 1524 22 1829 25 2134 28 2438 31 2743 34 3048 37 当 D /t 较小，且预计打桩遇到坚硬地层时，如果以往的经验或详细的分析表明在打桩时不致使其破坏，那么可以放宽上述要求。 于在泥面处具有加厚段的桩，应考虑增加泥面附近厚壁段的长度，以确保桩在达不到设计深度时，在该处不发生超应力现象。在设计中，欠打允许值应根据桩所能达到贯人深度的不确定性程度来定。在某些场合超打允许值应该类似地按照在预计的深度处没有遇到 期望的承重层的方法来确定。 靴的作用就是为了帮助桩通过坚硬地层或减小打桩阻力，以达到较深的人土深度。对不同的情况应采用不同的考虑。如果采用内桩靴穿过坚硬地层，则应保证在桩端上的正常和加厚段折点处不产生不可接受的高的打桩应力，并且要确保桩靴不会使土塞的承载力低于设计中的假定值。由于外桩靴会造成它上面桩表面摩擦力的降低，一般情况下，不使用外桩靴。 有的桩顶设计应当与安装承包商协商以确保与建议的安装方法和设备相协调。 20 说明 顶被定义为沿桩与海床同水平的位置。足够的 轴向桩承载力可以通过检查桩顶的设计轴向荷载没有超过设计轴向抗力来确定，包括桩侧的设计单位侧摩阻力，加上可能的桩尖阻力。 对于粘土，单位侧摩阻力为不排水抗剪强度的函数。对于砂土，单位侧摩阻力为相对密度的函数。以上两种情况，单位侧摩阻力由 循环荷载作用对桩的轴向承载力的影响应该在设计中被考虑。主要对象是决定抗剪强度的衰减，即单位侧摩阻力的衰减，沿桩身的给出适当的荷载强度。 循环荷载对于粘土、胶结石灰质土和细粒非粘性土（粉土）中的桩的影响是显著的，然而 对于中粒到粗粒的非粘性土的影响不是很显著。 抗 侧向 荷载与弯矩荷载组合的足够桩承载力可以通过所谓的单桩分析来确定，分析中桩分为数个结构单元，由节点连接，在这些节点处由根据 侧向 荷载和倾覆弯矩作用在桩顶。同时作用在桩顶的轴向力也需要包括在内，因为他们会贡献弯矩，当土体 侧向 抗力充分动员时，即二阶弯矩效应。 目录 向 支撑。 目录 向 抗力的循环递减效应。 满足桩 侧向 承载力准则的同时也要满足 位移准则，可以与要求（ 2）比较。一个关于桩顶 侧向 挠度或桩顶相对水平轴旋转的准则将是实用的。当 侧向 土体抗力采用特别保守的假设时，要求（ 2）可以不考虑。 通过理论和单桩分析，通常不能充分确保桩顶的设计 侧向 荷载不超过设计总 侧向承载力。这是因为由土体 侧向 抗力沿桩长被动员产生的总桩 侧向 承载力发挥之前，过量（不可接受的）桩 侧向 位移将发生在桩顶。 当开展单桩分析时，建议注意单桩分析得到的桩顶 侧向 位移，确保它们不是很大。例如，通过桩长函数来预测桩顶位移，确保设计是在相应的位移 同时也推荐确保对于 侧向 承载力 极限状态荷载下沿桩长的塑性化区域不是太广泛。 形偏差通常在设计基础中给出，常常规定竖直面内桩顶最大允许旋转变形。桩顶通常被定义在海床面。变形偏差通常需要满足直观要求和风力发动机的运行要求。因此变形偏差通常由风轮机制造商阐明。 通常，安装偏差被规定满足完成单桩安装时桩顶的最大允许旋转要求。 另外，由于正常使用极限状态荷载贯穿整个单桩设计，因此其他的偏差通常被指定了上限，来满足桩顶的累积永久旋转。累积