当前我国工程领域中，单桩竖向极限承载力的计算多采用原位测试法和经验参数法两类，并已积累了大量参数取值经验。原位测试法包括利用单桥探头静力触探资料或双桥探头静力触探资料来确定单桩竖向极限承载力标准值。采用单桥探头静力触探资料时根据静力触探比贯入阻力值来进行计算，采用双桥探头静力触探资料时则根据探头侧阻力和相关修正系数来进行计算。经验参数法则根据各层土的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值等物理指标来计算单桩竖向极限承载力标准值。二者计算原理相同，仅所利用的基础资料不同而已。
当采用经验参数法时，根据土的物理指标和承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值Quk，计算为
式中 Qsk——总极限侧阻力标准值；
Qpk——总极限端阻力标准值；
u——桩身周长；
li——桩周第i层土的厚度；
Ap——桩端面积；
qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；
qpk——极限桩端阻力标准值。
1.钢管桩
以式（6-1）所示的经验参数法为基础，对于海上测风塔基础中经常采用的钢管桩，根据土的物理指标和承载力参数之间的经验关系确定其单桩竖向极限承载力标准值Quk时，可计算为
式中 u——桩身周长；
qsik、qpk——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值；
Ap——由桩端处桩外径围成的总面积；
λp——桩端土塞效应系数；
li——桩周第i层土的厚度。
对于敞口钢管桩而言，沉桩过程中桩端部分土将涌入管内形成“土塞”。土塞的高度及闭塞效果随土性、管径、壁厚、桩进入持力层的深度等诸多因素有关。桩端土的闭塞程度又间接影响桩的承载力性状，故称此为土塞效应。
对于闭口钢管桩，桩端土塞效应系数λp=1。此时闭口钢管桩承载力计算与混凝土预制桩相同，大量试验结果证明，二者尽管桩侧表面性质不同，但侧阻剪切破坏面多发生于靠近桩表面的土体中，因此极限侧阻力可视为相等。
对于敞口钢管桩桩端土塞效应系数应分情况取值，计算为
式中 hb——桩端进入持力层深度；
d——钢管桩外径。
对于带隔板的半敞口钢管桩的端阻力计算，应以等效直径de代替钢管桩的外径d根据式（6-3）来确定λp，其中等效直径转换关系式为
式中 x——桩端隔板分割数，如图6-1所示。
上述桩端土塞效应系数取值为JGJ 94—2008的规定，设计人员也可按照JTS 167—4—2012给出的土塞效应系数取值参考表来选用。前者一般适用于桩径不超过0.65m的桩基，后者适用于桩径不超过1.5m的桩基，当测风塔桩基的桩径超过上述界限时宜作专门分析来设定土塞效应系数。
图6-1 桩端隔板分割数
2.混凝土空心桩
混凝土空心桩主要包括预应力钢筋混凝土空心方桩和空心管桩两类，这一桩型在潮间带风电场测风塔中可能会有所应用，故仅作简要介绍。根据土的物理指标和承载力参数之间的经验关系确定敞口预应力混凝土空心桩单桩竖向极限承载力标准值Quk时，可计算为
式中 u——桩身周长；
qsik、qpk——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值；
li——桩周第i层土的厚度；
Aj——空心桩桩端净面积；
Apl——空心桩敞口面积；
λp——桩端土塞效应系数。
比较混凝土空心桩承载力计算式（6-5）和钢管桩承载力计算式（6-2），二者计算方法类似，仅在桩端阻力计算方式上不同。相比钢管桩而言，混凝土空心桩桩端壁厚要大得多，计算端阻力时不能忽略空心桩壁端部提供的端阻力，故端阻力包含两部分，其一为空心桩壁端部的端阻力，其二为空心部分的端阻力。
空心桩的桩端净面积根据具体桩型计算为
式中 d——空心桩外径；
b——空心桩边长；
d1——空心桩内径。
空心桩桩端敞口面积计算为
对于混凝土空心桩，桩端土塞效应系数λp计算为
式中 hb——桩端进入持力层深度。
3.大直径灌注桩
海上测风塔桩基若选用灌注桩，其桩径往往大于800mm。对于桩径大于800mm的大直径灌注桩，应考虑极限侧阻力和极限端阻力的尺寸效应。大直径桩静载荷试验Q—S曲线均呈缓变型，反映出其端阻力以压剪变形为主导的渐进破坏模式。砂土中大直径桩的极限端阻随桩径增大而呈双曲线减小的规律。大直径灌注桩成孔后产生应力释放，孔壁出现松弛变形，导致侧阻力有所降低，侧阻力随桩径增大呈双曲线减小规律。
基于上述分析规律和式（6-1），根据土的物理指标和承载力参数之间的经验关系，确定大直径灌注桩单桩竖向极限承载力标准值Quk时，可计算为(www.xing528.com)
式中 u——桩身周长；
qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，对于扩底桩斜面及变截面以上2d长度范围内不计侧阻力，d为灌注桩的直径；
qpk——桩径d=800mm对应的极限端阻力标准值；
li——桩周第i层土的厚度；
Ap——桩端总面积；
ψsi、ψp——大直径桩侧阻力、桩端力尺寸效应系数，按表6-3取值。
表6-3 大直径灌注桩桩侧阻力尺寸效应系数和端阻力尺寸效应系数
注：D为灌注桩桩端直径；d为桩身直径；当为等直径桩时d=D。
在桩基设计计算时，岩土工程勘察报告分别给出各层土预制桩和灌注桩对应的侧阻力与端阻力取值，在灌注桩承载力计算时应选择灌注桩对应的侧摩阻力和端阻力取值建议值，而不能与预制桩参数值相混淆。
4.嵌岩桩
对于桩端置于完整、较完整基岩（或中风化、微风化或未风化基岩）的嵌岩桩，其承载力计算应采用嵌岩桩对应的计算方法，而不能再采用诸如式（6-1）所示的黏土或砂土中单桩承载力计算方法。
嵌岩桩承载力根据不同标准所采用取值标准也不相同，我国行业标准JGJ 94—2008中采用极限承载力标准值与特征值进行设计，而我国行业标准JTJ 285—2000则采用竖向承载力设计值进行设计，因此当采用后者时应将承载力设计值转化为特征值以符合海上测风塔桩基设计体系。
相对于JGJ 94—2008，JTJ 285—2000中对嵌岩桩承载力计算方法的确定更为详细，在此给出其规定的设计方法。对进行静载荷试验的工程，单桩轴向抗压承载力设计值应计算为
式中 Qcd——单桩轴向抗压承载力设计值；
Qck——单桩轴向抗压极限承载力标准值；
γc——单桩轴向抗压承载力分项系数，根据地质情况取1.6～1.7。
对于海上测风塔桩基，除非存在相似地层临近的测风塔工程，否则难以取得桩基静载荷试验成果。对于不作静载荷抗压试验的工程，嵌岩桩单桩轴向抗压承载力设计值计算[3]为
式中 μ1——覆盖层桩身周长；
μ2——嵌岩段桩身周长；
ξfi——桩周第i层土的侧阻力计算系数，当D≤1m时，岩面以上10D范围内的覆盖层，取0.5～0.7，10D以上覆盖层取1；当D＞1m时，岩面以上10m范围内的覆盖层，取0.5～0.7，10m以上覆盖层取1，D为覆盖层中桩的外径；
qfi——桩周第i层土的极限侧阻力标准值；
li——桩穿过第i层土的厚度；
frc——岩石饱和单轴抗压强度标准值，frc的取值应根据工程勘察报告提供的数据确定，对黏土质岩石取天然湿度单轴抗压强度标准值，当frc值大于桩身混凝土轴心抗压强度标准值fck时，应取fck值；
A——嵌岩段桩端面积；
hr——桩身嵌入基岩的深度，当hr＞5d时，取hr=5d，当岩层表面倾斜时，应以岩面最低处计算嵌岩深度，d为嵌岩段桩径；
γcs——覆盖层单桩轴向受压承载力分项系数，预制桩取1.45～1.55，灌注桩取1.65；
γcR——嵌岩段单桩轴向受压承载力分项系数，取1.7～1.8；
ξs、ξp——嵌岩段侧阻力和端阻力计算系数，与嵌岩深径比hr/d有关，按表6-4采用。
表6-4 嵌岩桩侧阻力和端阻力计算系数（ξs、ξp）[3]
注：当嵌入中等风化岩时，按表中数值乘以0.7～0.8计算。
基于如式（6-11）所示的嵌岩桩竖向承载力设计值的计算方法，根据《港口工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50158—2010），可近似确定嵌岩桩的竖向承载力特征值，即
式中 Qca——嵌岩桩单桩轴向抗压承载力特征值。
5.群桩效应
上面介绍了单桩竖向承载力的计算方法，当基础由群桩组成时，由于桩和周边土体组成一个相互作用的整体，其变形和承载力均受群桩相互作用的影响。制约群桩效应的主要因素包括群桩自身的几何特征，包括桩间距、桩长、桩基布置型式和桩数等，还包括桩侧和桩端土体特性、土层分布和成桩工艺等。群桩效应反映群桩侧摩阻力、端阻力、群桩沉降和群桩破坏模式等随荷载的变化过程以及与单桩的不同之处。
对于海上测风塔基础结构中的桩基，桩间距通常较大，群桩相互作用程度很弱，若不考虑群桩效应并不会带来显著影响。若认为确有必要来考虑群桩效应，对于端承型群桩基础，由于桩与土体相互作用程度很弱，其极限承载力可取单桩承载力之和来计算。对于摩擦型群桩基础，应根据其破坏模式建立相应的计算模式。群桩极限承载力的计算按其计算模式和计算所用参数大体划分3种，分别为：①以单桩极限承载力为参数的群桩效率系数法；②以土强度为参数的极限平衡理论方法；③以桩侧阻力、端阻力为参数的经验计算方法。
若单桩极限承载力为已知参数，根据群桩效率系数计算群桩极限承载力，是一种沿用已久的传统简单方法。根据JTS 167—4—2012规定，对于按群桩设计的高桩承台桩基，其单桩垂直极限承载力设计值尚应考虑群桩效应影响，高桩承台中单桩垂直极限承载力应乘以群桩折减系数，折减系数可计算为
式中 λ——群桩折减系数；
n——高桩承台横向每排桩的桩数；
m——高桩承台纵向每排桩的桩数；
L——相邻桩的入土深度；
S1——纵向间距，当桩距不等时，可取其平均值；
S2——横向间距，计算方法与S1相同；
φ——土的固结快剪内摩擦角，对成层土可取桩入土深度范围内的加权平均值；
d——桩径或桩宽。
式（6-15）～式（6-17）中的中间参量A1、A2和A3必须满足大于等于零的条件，如其值小于零，则应取零。
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