设计桶式基础结构基本尺度时，除了应确保满足结构的水平抗滑稳定性、抗倾稳定性及承载力等要求外，还需要验算其浮游稳定性。对于桶式基础结构来说，其运输至现场定位下沉之前必须经过浮游过程，因此该过程桶式基础结构的浮游稳定性必须进行验算，确保安全。
桶式基础结构的浮运计算原理与沉箱等普通浮体的计算原理不同，它不仅与桶体的外形尺度有关，还与桶内封存的气体体积有关。气浮体的浮运稳定特性，必须从结构外形尺度、内部隔仓分布及内部气体等方面进行分析。本节基于工程实践的需要，开展气浮体与浮游体稳定性计算公式之间的关系研究，推导出符合气浮体的稳定性计算公式，并结合试验确定满足气浮稳定性安全要求的最小定倾半径。
3.6.1.1 基本假设
桶式基础结构浮游稳定性计算主要从几何、压强、力学的关系来分析，计算示意如图3-10所示。计算基本假定如下：
（1）结构内气体不能外溢。
（2）气体状态转换时间忽略不计，直接由一状态转换为另一状态。
（3）结构内气体各向压强相同，内水位面始终为平面。
（4）以初始浮心位置为原点建立XOY坐标系，X轴平行于结构底边线，Y轴垂直于结构底边线。
（5）以初始浮心位置为原点建立X0OY0坐标系，X0轴平行于水位线，Y0轴垂直于水位线。
（6）静水下，水不淹没盖板。
（7）计算过程中总浮力保持不变，即总排水体积V＝h×S不变，其中S为图3-10所示计算简图中排水面积，h为与排水面积垂直的边长。
图3-10 计算示意图
计算参数及符号说明如下：B为计算宽度，G为结构重心，C为初始结构浮心，S为初始排水面积，T为封底水高度，XOY为以初始浮心位置为原点建立的XOY坐标系，X0OY0以初始浮心位置为原点建立的X0OY0坐标系，CO为转动后结构浮心，V为排水体积，h为与排水面积垂直的边长，S1为相对于XOY坐标系的不平衡面积，θ为结构转动角度，V1为相对于XOY坐标系的不平衡体积，Vc为相对于XOY坐标系的不平衡体积矩，Xco为相对于XOY坐标系转动后浮心CO的坐标，X0CO为相对于X0OY0坐标系转动后浮心CO的坐标，X0G为相对于X0OY0坐标系转动后重心G的坐标。
3.6.1.2 公式推导
如图3-11和图3-12所示，相对于XOY坐标系的不平衡面积S1：
相对于XOY坐标系的不平衡体积V1：
V1＝h×S1
相对于XOY坐标系的不平衡体积矩VC：
相对于XOY坐标系转动后浮心C0的坐标XCO：
图3-11 转动θ角后瞬时计算示意图
如图3-13所示，相对于X0OY0坐标系转动后浮心CO的坐标X0CO：
图3-12 转动θ角后气体压强稳定后计算示意图
图3-13 相对转换坐标系计算示意图
相对于X0OY0坐标系转动后重心G的坐标X0G：
X0G＝（YG－YC）×sinθ
当X0CO＞X0G时，重力向下、浮力向上形成扶正力矩，使结构恢复平衡，此时结构浮游稳定，否则结构浮游不稳定。因此，X0CO－X0G＞0为桶式基础结构浮游稳定性判别式。
3.6.1.3 归纳计算通式
根据上文推导出的浮心坐标做如下变换：
令
式中 ρ——浮游稳定的定倾半径；
h——与计算宽度B垂直方向的宽度；
I——结构水平截面惯性矩；
V——产生浮力的排水体积。(www.xing528.com)
因此，气浮稳定性判别式可以归纳为
式中，θ转角取值范围与封仓水高度T有关，即
3.6.1.4 通式推广
（1）矩形结构2仓气浮稳定性判别式为
根据θ转角取值范围可知，sinθ＞0。因此，上式可以变为
把式中3变为3＝22－1，4变为4＝22，上式变为
由此可以看出，矩形结构2仓气浮稳定性判别式中的定倾半径与浮游稳定定倾半径之间存在折减系数，即在2个隔仓下，浮游稳定的定倾半径折减到0.75倍，即可作为气浮稳定的定倾半径。
（2）矩形结构1仓稳定性判别式为
由上式可知，当单仓结构（桶或杯状结构）倒扣时，底在上面使重心在上面、浮心在下面，形成倾倒力矩，气浮不稳定，符合判别式的判断。
（3）矩形结构3仓稳定性判别式为
（4）矩形结构4仓稳定性判别式为
（5）矩形结构n仓稳定性判别式为
由上式可知，当结构分仓数达到无穷大，可以近似认为结构是实体，因此气浮稳定的定倾半径与浮游稳定定倾半径无限接近，判别式可以通用。
3.6.1.5 验证
连云港港徐圩港区防波堤工程中的桶体基础结构尺寸及气浮拖运拉绳布置如图3-14所示。其中，基础桶体长30m、宽20m、高9m、外壁厚400mm、隔墙厚300mm；上部结构有两个圆筒，圆筒外径8.9m、高8m、壁厚350mm、盖板厚400mm。在施工过程中，桶式基础结构吃水8.5m，气浮稳定性很好，摆动角度小于1°。
图3-14 桶体结构尺寸及气浮拖运拉绳布置示意图
1）水池试验
为验证桶式基础结构的气浮稳定性，采用1∶20的钢结构，在水槽中试验了桶式基础结构的浮游稳定性。试验结果如下：
（1）吃水为5.5m时，桶式基础结构接近稳定的极限平衡。
（2）吃水为6.0m以上时，桶式基础结构稳定性极强。
2）公式计算
（1）吃水为5.5m、封底水高度为1.04m时，转角须小于1.49°结构内部气体才不会溢出。
（2）吃水为6.0m、封底水高度为1.55m时，转角须小于2.22°结构内部气体才不会溢出。
以上分析可以看出，计算结果与实际工程、试验结果相近，变化规律相同。吃水浅时，结构浮游稳定性差，很小的转角气体就会溢出使结构平衡破坏，可能导致结构浮游失稳，反之结构浮游稳定性增强。该公式计算结果经过室内试验验证和工程实践检验，安全可靠，可以在工程上应用。
3.6.1.6 使用条件
桶式基础结构的气浮稳定性应满足以下条件：
（1）气浮期间，波高不宜大于1m。
（2）气浮期间，桶式基础结构定倾高度应大于0.6m。
（3）气浮期间，桶式基础盖板底面应高于桶外水位0.3m，且气柱高度应大于内、外水位差的高度。
（4）气浮期间，桶式基础富裕水深应大于0.5m。
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