基础结构计算中应确定测风塔荷载和环境荷载的最不利组合。对于承载能力极限状态工况下需要验算桩基承载力（包括水平向、竖向和抗拔等）、桩身结构强度与稳定性、钢平台杆件的强度与稳定性、嵌岩桩芯柱抗拉强度、嵌岩桩芯柱与钢管桩内壁的连接强度、钢平台与钢管桩顶部灌浆连接节点强度等。对于正常使用极限状态工况下需要计算基础泥面处的位移、沉降和倾斜等。
基于提供的场地工程地质资料条件，有限元模型中桩土相互作用采用水平向、竖向弹簧来模拟。水平向弹簧刚度采用m法确定，以模拟侧向土体与桩基的相互作用；桩侧竖向弹簧为t—z曲线法，桩端竖向弹簧采用Q—z曲线法确定，从而模拟桩侧土体和桩端土体与桩基的相互作用，相关原理参见第6章。桩基竖向沉降计算采用基于Mindlin解答的竖向分层总和法。钢结构强度与稳定性和节点强度验算方法可参见第7章7.3节。
进行桩基承载力验算时，冲刷前测风塔桩基钢平台基础的结构计算简图如图10-2所示。
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350°，波长153.4m。折算到泥面处的荷载Fx=1503.5k N，Fz=2175.7k N，My=43807.6k N·m。桩基承载力计算参见第6章6.2节，本工程嵌岩桩的竖向承载力特征值为15000k N，端阻比0.14。桩基平均荷载817.1k N，偏心荷载下的最大荷载3599.4k N，分别小于承载力特征值15000k N和1.2倍特征值18000k N，满足承载力要求，如表10-8所示。
图10-2 冲刷前桩基钢平台基础结构计算简图（承载力验算，单位：m）
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，荷载与结构夹角为60°，最不利波浪相位为350°，波长153.4m。折算到泥面处的荷载Fx=750.1k N，Fy=1299.3k N，Fz=2167.8k N，Mx=37876.0k N·m，My=21867.7k N·m。本工程嵌岩桩的抗拔承载力特征值为6000k N，桩基最大上拔荷载2129.4k 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10-8所示。
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，荷载与结构夹角为30°，最不利波浪相位为350°，波长153.4m。折算到泥面处的荷载Fx=1372.63k N，Fy=792.4k N，Fz=2172.4k N，Mx=19396.4k N·m，My=33569.2k N·m。本工程嵌岩桩的水平承载力特征值为350k N，桩基横向最大荷载331.8k 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10-8所示。
表10-8 冲刷前测风塔桩基承载力验算结果
就桩基钢平台基础结构整体而言，一方面本工程桩基为嵌岩桩，使得基础的竖向位移（沉降和上抬）很小；另一方面泥面以上部分的结构近似于简化后的导管架平台结构，因此可以结合导管架平台结构设计的经验来对计算模型予以适当简化而不过分影响计算精度。导管架平台设计时可将导管架与桩基在泥面以下L处分开，桩的下部模拟为一刚性嵌固端，刚性嵌固端位于设计泥面以下L处。对于淤泥质土，经验取值范围L=（7～8.5）D，D为钢管桩直径。考虑到桩基属于嵌岩桩这一特点，实际选用10m的嵌固长度。
进行结构强度与稳定性分析以及变形计算时，冲刷前测风塔钢平台基础的结构计算简图如图10-3所示。
图10-3 冲刷前桩基钢平台基础结构计算简图（强度验算，单位：m）
测风塔的基础结构应满足承载能力极限状态设计要求，桩基钢平台测风塔基础的结构验算包括钢管桩和钢平台结构两部分。对于钢结构，应根据结构各杆件的受力、长度和约束情况来验算强度与稳定性是否满足要求。
根据三维有限元结构计算分析，测风塔桩基平台基础的Mises应力云图如图10-4所示，最大应力277MPa，出现在钢平台结构的斜撑导管与双斜主导管连接节点区域，最大应力小于杆件结构强度295MPa。
根据三维有限元结构计算的结构杆件内力值和各杆件几何参数、节点约束情况，结构杆件的强度和稳定性计算结果如表10-9所示。计算结果表明桩基钢平台基础方案满足结构强度与稳定性的要求。
图10-4 冲刷前桩基钢平台基础应力云图（单位：Pa）
表10-9 冲刷前基础结构强度与稳定性计算结果(www.xing528.com)
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149.9m。桩基平台结构的水平位移云图如图10-5（a）所示，最大水平位移14.6cm。竖向位移（沉降）云图如图10-5（b）所示，最大沉降1.9cm。总位移云图如图10-5（c）所示，最大位移14.7cm。基础平台顶部最大水平位移为14.6cm，倾斜率为2.9‰；泥面处的最大水平位移为4.0cm。平台最大沉降15.2mm，泥面处最大沉降4.9mm。变形均满足设计要求，结果汇总如表10-10所示。
表10-10 冲刷前测风塔基础变形计算结果
图10-5 冲刷前桩基钢平台位移结果云图（单位：m）
桩基钢平台测风塔结构包含三类重要的节点：一为嵌岩桩芯柱与钢管桩底部的连接；二为钢平台腿柱底部与钢管桩顶部的连接；三为钢平台腿柱顶部与测风塔法兰的连接。测风塔基础结构承载能力极限状态验算中必须对此类节点予以强度验算。
测风塔风荷载和波流荷载共同作用下，桩基将承受轴向压力或拉力，嵌岩段芯柱与钢管桩内壁对应的出现压力和拉力。根据前面的计算结果，桩基承受的压力远大于上拔力，因此需要采用最大压力荷载来验算嵌岩桩芯柱节点的连接强度。根据轴向力沿桩基竖向分布规律，在承压荷载作用下桩基受到的压力沿桩身轴线往下是逐步降低的，因为桩侧摩阻力抵消了部分轴力。由于本工程中嵌岩桩覆盖层较薄，且土层性质较差，其所提供的侧摩阻力非常有限，故验算时荷载仍取泥面处桩身轴力，也即表10-8给出的桩基最大荷载（还应包含荷载分项系数），这种处理方式偏安全。
根据混凝土材料与钢板的连接强度，并考虑荷载的设计分项系数1.35和抗力分项系数1.5，最大压力荷载下所需的芯柱段插入钢管桩底部的长度为5.33m，实际布置长度6m，节点黏结力满足强度要求。
桩基受拉作用下嵌岩段部分与钢管桩的连接需要连接钢筋来提供锚固力，因此需要验算钢筋的抗拉是否满足强度要求。根据表10-8中给出的桩基最大上拔荷载，考虑荷载分项系数1.35，钢筋牌号采用HRB400级钢筋，直径选择25mm，计算需要配置钢筋17根，实配20根，节点抗拉强度满足要求。
钢结构平台腿柱（双斜导管）与钢管桩顶部连接节点涉及焊缝连接和灌浆连接两种组合连接形式，难以直接确定各种连接方式的分担比，为此建立有限元三维节点模型来进行分析，分析模型如图10-6所示，有限元网格剖分图如图10-7所示。计算模型中钢管桩和导管部分采用壳单元，灌浆体采用实体单元，加劲肋和封头板采用壳单元，灌浆体与钢板交界处设置接触面单元，钢板为主单元，灌浆体界面为从属单元，采用滑动摩擦接触面，接触面摩擦系数取0.4。节点焊缝的Mises应力云图如图10-8（a）所示，焊缝最大应力为132.5MPa，节点灌浆体的Tresca应力云图如图10-8（b）所示，灌浆体最大应力为27.8MPa，验算结果如表10-11所示。计算结果表明该节点中的焊缝和灌浆体均满足各自的强度要求。
图10-6 灌浆连接节点模型图
对于钢平台腿柱与钢管桩连接节点，结合节点布置型式和钢结构与灌浆体的变形特性，在剪力和轴力作用时焊缝节点承担全部荷载，但在弯矩作用下焊缝和灌浆体共同承担荷载，由于灌浆体存在2m的长度，在弯矩作用下底部灌浆体承担的弯矩更大，假定焊缝和灌浆体各承担一半弯矩，封头板上下焊缝的计算结果如表10-11所示，焊缝强度满足要求。
对于钢平台腿柱上部与测风塔塔底法兰的连接节点，主要涉及焊缝强度计算，计算结果如表10-11所示，焊缝强度满足要求。
表10-11 冲刷前基础节点强度计算结果
由于嵌岩桩芯柱连接节点的混凝土处于封闭的钢管桩和基岩凹槽内，并用混凝土灌注密封，处于与水隔绝的状态，无需进行裂缝控制，故不需要验算混凝土裂缝宽度。
上述计算结果表明在不产生冲刷效应时该基础方案满足测风塔基础结构设计的相关要求。
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