海上测风塔基础计算方案

测风塔基础设置后随着时间将引起泥面处土体的冲刷，冲刷后可能使得基础处于更不利的受力状态，因此需要对基础冲刷后的相关验算项目进行复核计算。根据9.3.2节冲坑深度分析结果按照2m来考虑。

冲刷后基础结构的验算内容与9.3.3节部分内容相同，结构整体分析和计算的原理相同，仅计算模型中泥面高程不同，考虑冲刷后测风塔桩基承台基础的结构计算简图如图9-3所示。

冲刷后桩基轴向抗压承载力验算时，最不利工况出现的水位为极端高水位，测风塔荷载为主控荷载，最不利波浪相位为355°，波长155.7m。折算到泥面处的荷载Fx=1299.2k N，Fz=5318.5k N，My=44953.4k N·m。本工程钢管桩的竖向承载力特征值为3200k N，端阻比0.28。桩基平均荷载1356.0kN，偏心荷载下的最大荷载3758.6k N，分别小于承载力特征值3200k N和1.2倍特征值3840k N，满足承载力要求，如表9-15所示。

图9-3　冲刷后测风塔桩基承台基础结构计算简图（单位：m）

冲刷后桩基轴向抗拔承载力验算时，最不利工况出现的水位为极端高水位，测风塔荷载为主控荷载，最不利波浪相位为355°，波长155.7m。折算到泥面处的荷载Fx=1299.2k N，Fz=5318.5k N，My=44953.4k N·m。本工程钢管桩的抗拔承载力特征值为1750k N，桩基最大上拔荷载1262.4k N，上拔荷载小于桩基抗拔承载力特征值，满足承载力要求，如表9-15所示。

冲刷后桩基水平承载力验算时，最不利工况出现的水位为极端高水位，波浪荷载为主控荷载，最不利波浪相位为350°，波长155.7m。折算到泥面处的荷载Fx=1502.7k N，Fz=5322.1k N，My=40763.8k N·m。本工程钢管桩的水平承载力特征值为250k N，桩基横向最大荷载166.7k N，水平荷载小于桩基水平承载力特征值，满足承载力要求，如表9-15所示。

表9-15　冲刷后测风塔桩基承载力验算结果

桩基承台基础结构强度验算时，最不利工况出现的水位为极端高水位，波浪荷载为主控荷载，最不利波浪相位为350°，波长155.7m。折算到泥面处的荷载Fx=2219.8k N，Fz=6438.6k N，My=58884.9k N·m。钢管桩强度计算时最大应力为155.1MPa，稳定性计算时最大应力为220.7MPa，均小于钢管桩钢材的抗拉设计强度310MPa；钢管桩的最大剪切应力8.2MPa，远小于抗剪设计强度180MPa，钢管桩的结构强度满足设计要求，如表9-16所示。

钢筋混凝土承台结构扣除自重后的最大桩顶反力为3513k N，由于采用一柱一桩的布置型式，承台基础所受到的剪力和冲切力不大。承台剪力和边桩冲切力均取3513k N，承台有效截面内45°截面的抗剪设计值为12292k N，边桩破坏锥体对应的抗冲切设计值为6589k N，计算值均小于设计值，故混凝土结构强度满足要求，如表9-16所示。(www.xing528.com)

表9-16　冲刷后测风塔基础结构强度验算结果

测风塔承台基础在桩顶反力作用下将产生弯矩，由于钢管桩为斜桩，不均匀桩顶反力将在承台内产生拉力，因此承台的配筋一方面需满足弯矩要求，另一方面应满足抗拉要求。承台混凝土保护层厚度取50mm，经计算抗弯和抗拉需要的钢筋截面积小于按照构造要求所需要的钢筋面积，因此按照构造要求配筋即可。配筋采用HRB400级钢筋，直径25mm，钢筋间距150mm。

承台基础最大水平位移对应的工况为设计高水位，以波浪荷载为主控荷载，最不利波浪相位为350°，波长152.3m。折算到泥面处的荷载Fx=1475.1k N，Fz=5390.7k N，My=39236.4k N·m。承台顶部最大水平位移为77.4mm，倾斜率为1.39‰；泥面处的最大水平位移为23.3mm，倾斜率为0.63‰，水平变形均满足设计要求，如表9-17所示。

表9-17　冲刷后测风塔基础变形计算结果

承台基础最大沉降对应的工况为设计低水位，以波浪荷载为主控荷载，最不利波浪相位为350°，波长134.6m。折算到泥面处的荷载Fx=1120.4k N，Fz=5543.0k N，My=28009.5k N·m。承台的最大沉降为18.8mm。泥面处最大沉降对应的工况为设计高水位，以测风塔荷载为主控荷载，最不利波浪相位为355°，波长152.3m。折算到泥面处的荷载Fx=1149.3k N，Fz=5386.3k N，My=41727.0k N·m。泥面处最大沉降为37.7mm。基础沉降均满足设计要求，如表9-17所示。

承台结构除了满足强度要求之外，还应进行裂缝宽度验算。裂缝宽度计算时采用荷载的标准组合，根据承台内力进行裂缝计算，混凝土受拉区高度为529mm，承台混凝土的最大裂缝为0.141mm，表面处的最大裂缝宽度为0.147mm，对于处于大气区的钢筋混凝土结构最大裂缝限值为0.2mm，故承台裂缝验算满足要求。

桩基承台在测风塔和环境荷载作用下使得部分桩基承受拉力，因此桩顶与承台的锚固连接应满足抗拉的要求。各种工况下在极端高水位下将产生最大桩顶拉力，最大拉力为2610k N，采用HRB400级钢筋，直径25mm，同时考虑锚入钢筋的不均匀受力情况，以1.2倍予以放大，应配钢筋18根，实配20根。经计算桩顶连接钢筋的基本锚固长度为802mm，考虑施工扰动影响后的修正长度为883mm，最终锚固长度确定为1000mm，故钢筋的锚固长度满足规范要求。

计算结果表明即使产生冲坑后该基础方案仍能满足测风塔基础结构设计的相关要求。