海上風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)程

海上 風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)程 天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院 2010 前 言 本規(guī)程以挪威船級(jí)社海上風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（ 主要參考范本， 同時(shí)參考了 海上固定平臺(tái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的推薦作法 荷栽抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法（ 10009 2002）和 港口工程樁基規(guī)范 （ 98） 的相關(guān)內(nèi)容 ， 并納入 了 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院相關(guān)學(xué)科多年的科研成果 ， 采用 了 基于可靠度設(shè)計(jì)理論的荷載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法 。 為便于應(yīng)用本規(guī)程 對(duì)主要涉及的三種基礎(chǔ)型式： 單樁基礎(chǔ) 、 高承臺(tái) 群 樁 基礎(chǔ)以及 筒型基礎(chǔ) 分別給出了設(shè)計(jì)算 例。 1 目 錄 1 總則 . 1 般規(guī)定 . 1 質(zhì)調(diào)查 . 2 基土特性 . 2 環(huán)荷載效應(yīng) . 3 與結(jié)構(gòu)物的相互作用 . 3 凝土結(jié)構(gòu)的耐久性 . 3 說明 . 4 2 單樁基礎(chǔ) . 5 般規(guī)定 . 5 的設(shè)計(jì) . 5 的軸向承載力 . 6 的軸向抗拔力 . 9 的軸向性能 . 9 向荷載樁的土反力 . 10 向荷載樁的土反力 . 12 壁厚度 . 17 說明 . 20 算例 . 24 3 高樁承臺(tái)群樁基礎(chǔ) . 25 般規(guī)定 . 25 弱下臥層承載力 . 26 摩阻力 . 27 拔計(jì)算 . 28 平承載力 . 29 降 . 31 臺(tái)設(shè)計(jì) . 32 造要求 . 38 說明 . 41 算例 . 42 4 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土筒形基礎(chǔ) . 43 說明 . 43 算例 . 43 1 1 總則 般規(guī)定 章 主要介紹了樁基礎(chǔ)、重力型基礎(chǔ)和海底穩(wěn)定的要求。 有在 標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)說明的基礎(chǔ)類型應(yīng)該特別考慮。 礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)該基于特定的位置（地理）信息，詳見 第 3章 （ 第三章 場(chǎng)地條件） 。 礎(chǔ)巖土工程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和地基土的強(qiáng)度和變形。 這部分狀態(tài)要求為 ： 地基土 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的地基土響應(yīng) 土體和結(jié)構(gòu)之間的相互作用 對(duì)于相關(guān)的鋼和（或）混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)自身的要求在 第七章到第九 章 （第七章鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，第八章海上混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì) 則，第九章灌漿連接的設(shè)計(jì)與施工） 給出。 礎(chǔ)破壞模式定義為基礎(chǔ)達(dá)到任意一種極限狀態(tài)。破壞模式的形式如下 ： 承載力破壞 （基礎(chǔ)）滑動(dòng) 傾覆 樁被拔出 樁產(chǎn)生大的沉降或位移 第 二 章 （第二章設(shè)計(jì)準(zhǔn)則） 中給出的極限狀態(tài)分類的定義對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也是有效的，除了把由循環(huán)荷載作用引起的破壞視為極限承載力狀態(tài)，也可選擇作為偶然極限承載力狀態(tài)，使用部分荷載和材料系數(shù)來(lái)定義這些極限狀態(tài)的分類。荷載系數(shù)在這種情況下可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)荷載歷史中所有的循環(huán)荷載。比 第 五 章（第五章荷載和抗力系數(shù) ） 的描述低的荷載系數(shù)也可以使用，如果總體安全系數(shù)經(jīng)證明能達(dá)到可以接受的極限。 載系數(shù)用于不同的極限狀態(tài)分類的相關(guān)設(shè)計(jì)在 第 五 章 （第五章荷載和抗力系數(shù)） 中給出。 料系數(shù)被用來(lái)規(guī)定 這一章 中相關(guān)的設(shè)計(jì)部分，特征土體強(qiáng)度應(yīng)該與 料系數(shù)可以按照下列情況用于土體抗剪強(qiáng)度： 對(duì)于有效應(yīng)力分析，特征摩擦角的正切值應(yīng)按材料系數(shù) 2 對(duì)于總應(yīng)力分析，特征不排水抗剪強(qiáng)度應(yīng)按材料系數(shù) 對(duì)于軸向樁荷載的土體抗力，材料系數(shù)應(yīng)按照 十章 基礎(chǔ)設(shè) 計(jì) 中所描述的應(yīng)用于特征抗力。 對(duì)于 側(cè)向 樁荷載的土體抗力，材料系數(shù)應(yīng)按照 十章 基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 中所描述的應(yīng)用于特征抗力。 于重力型基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)重力引起的土體附加應(yīng)力所產(chǎn)生的沉降應(yīng)該被考慮。關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)的允許傾斜，不均勻沉降的危害應(yīng)該被考慮。 對(duì)具有重力型基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)來(lái)說，由結(jié)構(gòu)自重造成的土中應(yīng)力增加而產(chǎn)生的沉降應(yīng)該考慮。應(yīng)該考慮風(fēng)輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的承受不均勻沉降的能力。 計(jì)原則和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)解決實(shí)例更詳細(xì)的說明已在 知道是哪） 中給出。 質(zhì)調(diào)查 質(zhì)調(diào)查為詳細(xì)設(shè)計(jì)建立了必要的土體數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其要求在 第 三 章 （第三章場(chǎng)地條件） 中給出。 基土特性 于所有重要的土層，土體的特征強(qiáng)度和變形特性應(yīng)當(dāng)被確定。 體特性的特征值還應(yīng)考慮基于土體體積評(píng)估的土體變異性情況，這決定著所考慮的極限狀態(tài)。 內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)該同相關(guān)的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)記錄進(jìn)行評(píng)估和修正。這些評(píng)估和修正應(yīng)該加以證明。在這個(gè)過程中，應(yīng)該盡可能的給出極限狀態(tài)問題中試驗(yàn)測(cè)量的土體 特性和控制現(xiàn)場(chǎng)土體行為的土體特性之間的差別。這些差別主要源于： 由于土體取樣和試樣沒有重現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力歷史造成的土體擾動(dòng) 出現(xiàn)裂縫 試驗(yàn)和極限狀態(tài)之間不同的加載速率 對(duì)特定復(fù)雜荷載歷史，室內(nèi)試驗(yàn)只能簡(jiǎn)化替代 土體各向異性所導(dǎo)致的結(jié)果主要取決于試驗(yàn)類型 裝活動(dòng)對(duì)土體特性造成的可能影響應(yīng)該被考慮。 體特性的特征值應(yīng)該謹(jǐn)慎估計(jì)，因?yàn)樗绊懼鴺O限狀態(tài)的發(fā)生，選擇最壞值的可能性是比較低的。 限狀態(tài)可能涉及大體積土體，它由關(guān)于體積的土體特性空間平均值來(lái)決 3 定 。特征值的選擇應(yīng)該滿足涉及土體體積試驗(yàn)的數(shù)量和質(zhì)量。還應(yīng)特別關(guān)注狹窄土體區(qū)域決定的極限狀態(tài)。 體特性的特征值應(yīng)該選擇較低值，其小于最可能值，或者后期取值增大，這取決于待求的最壞的極限狀態(tài)。 環(huán)荷載效應(yīng) 環(huán)荷載對(duì)土體特性的影響在相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)該被考慮。 環(huán)剪應(yīng)力導(dǎo)致孔隙壓力逐漸增加，循環(huán)荷載中孔隙壓力的建立和伴隨增長(zhǎng)及永久剪應(yīng)變會(huì)使土體的抗剪強(qiáng)度降低。這些影響應(yīng)該被考慮，當(dāng)特征抗剪強(qiáng)度的評(píng)估用在應(yīng)用極限狀態(tài)分類中的設(shè)計(jì)時(shí)。 正常使用 極限承載力狀態(tài)設(shè)計(jì)中，循環(huán)荷載對(duì)土體剪切模量的影響應(yīng)根據(jù)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)、沉降和永久（長(zhǎng)期） 側(cè)向 位移的計(jì)算進(jìn)行相關(guān)修正， 見 十章基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 500 用于動(dòng)力分析的土體模型） 。 浪和海風(fēng)作用力對(duì)土體性狀的影響應(yīng)該對(duì)單個(gè)風(fēng)暴或幾個(gè)連續(xù)的風(fēng)暴在相關(guān)地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)研。 地震活動(dòng)地區(qū)，結(jié)構(gòu) 環(huán)荷載對(duì)土體特性的惡化效應(yīng)應(yīng)該根據(jù)地理位置條件和相關(guān)設(shè)計(jì)的考慮被評(píng)估。 見 500（第十章基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 500 用于動(dòng)力分析的土體模型） 。 與 結(jié)構(gòu)物的相互作用 構(gòu)荷載效應(yīng)的評(píng)估應(yīng)該基于土體和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體分析。分析應(yīng)該基于關(guān)于土體和結(jié)構(gòu)單元的剛度和阻尼的實(shí)際假定。 關(guān)相鄰結(jié)構(gòu)的影響也應(yīng)該被考慮。 震振動(dòng)引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的有效地基動(dòng)力特征應(yīng)該被確定。這一確定應(yīng)該基于自由區(qū)域和局部區(qū)域土體條件的地基運(yùn)動(dòng)特征，使用識(shí)別方法對(duì)土體和結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行分析。 凝土結(jié)構(gòu)的耐久性 4 說明 體變異性一般是土體體積中土體特性從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的變化。當(dāng)涉及小體積土體時(shí)，以完全變異性 來(lái)計(jì)算局部土體特性是必須的。當(dāng)涉及大體積土體時(shí)，就會(huì)發(fā)生土體特性波動(dòng)的空間平均值效應(yīng)在整個(gè)土體體積中從一點(diǎn)到另一點(diǎn)。因此，計(jì)算應(yīng)基于土體特性的空間平均值，當(dāng)土體體積充分大時(shí)，最終的計(jì)算結(jié)果將會(huì)和土體特性的均值相一致。 該使用相關(guān)的統(tǒng)計(jì)方法，當(dāng)使用這些方法時(shí)，局部土體特性的特征值應(yīng)該被推導(dǎo)，使得控制極限狀態(tài)發(fā)生的最壞值概率不高于 5%。 對(duì)于通過統(tǒng)計(jì)方法選取土體特性特征值的方法，參考 知道是哪） 5 2 單樁基礎(chǔ) 般規(guī)定 于單樁基礎(chǔ)的巖土設(shè)計(jì)，應(yīng)該 考慮承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。 于承載力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)，土體強(qiáng)度使用設(shè)計(jì)土體強(qiáng)度值，定義的特征土體強(qiáng)度值由指定的材料參數(shù)所劃分。荷載使用設(shè)計(jì)荷載值，每個(gè)設(shè)計(jì)荷載都被定義為由相關(guān)指定的荷載參數(shù)決定的特征荷載。這些荷載代表這極限荷載條件。兩種情況被考慮： 軸向荷載 側(cè)向 荷載和彎矩荷載組合 于承載力極限狀態(tài)中的軸向荷載，足夠的軸向樁承載能力被確定。 于極限承載力狀態(tài)中 側(cè)向 荷載和彎矩荷載的組合，足夠的樁承載力來(lái)承擔(dān)這些荷載需要被確定。樁的承載力由樁的 側(cè) 向 承載力來(lái)實(shí)現(xiàn)。足夠的樁承載力驗(yàn)算應(yīng)當(dāng)滿足以下兩個(gè)要求： （ 1）理論設(shè)計(jì)的樁 側(cè)向 總承載力，應(yīng)由沿樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì) 側(cè)向 抗力進(jìn)行矢量積分來(lái)建立，不應(yīng)小于作用在樁頂?shù)?側(cè)向 荷載。 （ 2）樁頂?shù)?側(cè)向 位移不應(yīng)該超過一些規(guī)定限制。 側(cè)向 位移應(yīng)該通過 側(cè)向 荷載和彎矩荷載組合設(shè)計(jì)值及土抗力和土剛度的特征值來(lái)計(jì)算。 需要通過計(jì)算設(shè)計(jì) 側(cè)向 荷載、彎矩與各種土體的抵抗值和土體硬度后才能得到。 要求（ 1）是常規(guī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，是基于土體的完全塑性化。要求（ 2）是必要的附加要求，因?yàn)檠貥堕L(zhǎng)附近一些點(diǎn)的局部區(qū)域 側(cè)向 土抗力不能被動(dòng)員，在這些地方，樁 側(cè)向 撓度 的方向是相反的，即這些區(qū)域的土體不能完全塑性化，不管樁頂?shù)?側(cè)向 撓度有多大。 于正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，特征土體強(qiáng)度值被用作土體強(qiáng)度值。特征荷載被用作荷載。這些荷載長(zhǎng)期作用將引起土體永久變形，從而導(dǎo)致樁基礎(chǔ)永久變形，例如，樁頂?shù)挠谰美鄯e傾斜。對(duì)于這些目的，循環(huán)荷載作用的土體的行為需要以如下方式表示，土體永久累積變形由正常使用極限狀態(tài)荷載歷史建立的荷載幅值循環(huán)次數(shù)的函數(shù)進(jìn)行適當(dāng)計(jì)算。 于正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，需要確保變形偏差不超標(biāo)。變形偏差涉及到永久變形。 的設(shè)計(jì) 定一個(gè)樁基礎(chǔ)的尺寸時(shí)，應(yīng)考慮以下各項(xiàng)：樁的直徑、入土深度、壁厚、 6 樁尖形式、間距、數(shù)目、幾何特性、位置、泥面約束、材料強(qiáng)度、安裝方法和其他需要適當(dāng)考慮的參數(shù)。 種不同的分析過程可以用來(lái)確定基礎(chǔ)的要求。所用的過程至少應(yīng)恰當(dāng)?shù)啬M土壤的非線性響應(yīng)特性，保證結(jié)構(gòu)和樁 位移協(xié)調(diào)。 該在單個(gè)樁和整個(gè)基礎(chǔ)系統(tǒng)的所有危險(xiǎn)位置，如樁頂、反彎點(diǎn)和泥面等處校核其變位和轉(zhuǎn)角。變位和轉(zhuǎn)角不能超過使用極限值，以免結(jié)構(gòu)物失去它的設(shè)計(jì)功能。 礎(chǔ)的承載能力 1. 樁的強(qiáng)度 ：樁的強(qiáng)度應(yīng)采用 D 章圓柱形構(gòu)件的設(shè)計(jì) 合荷載作用下的圓柱形構(gòu)件） 給出的校核鋼管強(qiáng)度的公式，按軸向和彎曲荷載聯(lián)合作用條件進(jìn)行驗(yàn)證。樁在校核部位的內(nèi)力，應(yīng)根據(jù)藕合的結(jié)構(gòu)與土非線性基礎(chǔ)模型由乘系數(shù)的荷載計(jì)算。當(dāng)通常由土壤形成的橫向約束不足或不存在時(shí)， G 章 基礎(chǔ) 設(shè)計(jì) 樁效應(yīng) 向特性） 的規(guī)定校核樁的柱狀屈曲效應(yīng)。 2. 樁的軸向抗力：軸向樁能力應(yīng)滿足以下條件： P （ P （ 式中： 按 定的樁的軸向極限能力； 用線性結(jié)構(gòu)和非線性基礎(chǔ)耦合模型，使用乘系數(shù)的荷載確定的極端（或操作）環(huán)境下的樁的軸向荷載； 為極端環(huán)境下樁的擾力系數(shù)（ E ）；O P為操作環(huán)境下樁的擾力系數(shù)（ P）。 底沖刷對(duì)樁的側(cè)向和軸向性能及承載力都會(huì)產(chǎn)生影響。沖刷預(yù)測(cè)是一種不確定的技術(shù)。對(duì)沉積物運(yùn)動(dòng)的研究可能會(huì)對(duì)確定沖刷的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有所幫助，但現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)是最好的方法。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不確定性可通過較大強(qiáng)度儲(chǔ)備的設(shè)計(jì)或按需要采用檢測(cè)和修復(fù)的操作對(duì)策來(lái)解決。 典型的修補(bǔ)措施見注釋 找到） ，沖刷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一般包括局部和整體沖刷。 的軸向承載力 的軸向阻力由兩部分組成 樁側(cè)摩阻力 樁端承載力 對(duì)于分層土（ N 層）中的樁，其承載力 R 可表示 為： （ 式中：i 層土中沿樁身的平均單位側(cè)摩阻力；i 層土中樁的側(cè)面積； 樁端單位承載力； 樁端總面積。 7 于粘性土中的樁，平均單位側(cè)摩阻力 （ 1） 總應(yīng)力法 ，即 方，如下 其中： 104000 （ 式中：0 （ 2） 有效應(yīng)力法，即 法，如下 0 （ 式中： 值取 間，建議用來(lái)計(jì)算樁長(zhǎng)超過 15m 的樁。 （ 3） 半經(jīng)驗(yàn) 法，其中土被劃分為一層，平均側(cè)摩阻力按下式計(jì)算： )2( 0 （ 式中： 0 為無(wú)量綱系數(shù)，其由樁長(zhǎng)決定（如圖 。因此，由該方法，樁的總側(cè)摩阻力變?yōu)椋渲?圖 數(shù) 和樁長(zhǎng)關(guān)系曲線 樁長(zhǎng)（ m） 8 對(duì)于柔性長(zhǎng)樁，可能在樁端承載力充分發(fā)揮之前，在接近海床位置已經(jīng)發(fā)生樁土間的破壞。這是由于樁的柔性和樁與土之間沿樁長(zhǎng)的位移差造成的。由于長(zhǎng)度效應(yīng) ，其在軟土中的靜承載力將會(huì)小于剛性樁的， 對(duì)于軸向承載柔性樁的變形和應(yīng)力分析，可以將樁模擬成數(shù)個(gè)連續(xù)柱單元，由單元間節(jié)點(diǎn)上的非線性彈簧支撐。非線性彈簧由 線表示，從而展現(xiàn)樁與土之間的荷載 應(yīng)力 t 為樁單位面積側(cè)摩阻力， z 為側(cè)摩阻力充分發(fā)揮時(shí)的軸向樁土間位移。 于非粘性土中的樁，平均單位側(cè)摩阻力 10 （ 式中： K 為橫向地基 壓力系數(shù)，對(duì)于開口樁，取 K=于閉口樁，取 K=0p 為有效上覆土壓力； 為土與樁壁之間的摩擦角（如表 1 f 為極限單位側(cè)摩阻力，可采用表 的值。 非粘性土中阻塞樁單位樁端承載力可按下式計(jì)算： 10 （ 式中：以由表 到； 1q 為極限樁端承載力，的值。 粘性土中的單位樁端承載力可按下式計(jì)算： （ 式中： 9cN； 表 粘性土中軸向承載樁的設(shè)計(jì)參數(shù) 密度 土的類別 （°） Nq 很松 松 中松 砂 砂質(zhì)粉土 2） 粉土 15 48 5 中等 密實(shí) 砂 砂質(zhì)粉土 2） 粉土 20 67 12 等 密實(shí) 砂 砂質(zhì)粉土 2） 25 81 20 實(shí) 很密實(shí) 砂 砂質(zhì)粉土 2） 30 96 40 實(shí) 很密實(shí) 礫石 砂 35 115 50 ）本表給出的設(shè)計(jì)參數(shù)僅作為指導(dǎo)。如果通過諸如現(xiàn)場(chǎng)圓錐試驗(yàn)、高質(zhì)量土樣 9 的強(qiáng)度試驗(yàn)、模型試驗(yàn)或打樁性能取得詳細(xì)資料，則其他值也許是合理的。 2） 砂質(zhì)粉土是那些含有大量砂粒和粉粒的土，它的強(qiáng)度一般隨砂粒含量的增加而增加，隨粉粒含量的增加而降低。 層中灌注樁的側(cè)摩阻力和端部承載力 （該不該加 這段，為了與 后一句對(duì)應(yīng) ） 巖層中，位于噴射孔或鉆孔中的灌注樁，其單位表面摩擦力不應(yīng)超過巖石或灌漿的三軸抗剪強(qiáng)度，并且通常要比由于安裝引起的抗剪強(qiáng)度降低后的數(shù)值小得多。例如，干燥的密實(shí)頁(yè)巖在噴射或鉆孔時(shí)遇水，其強(qiáng)度將大幅度降低，孔側(cè)壁會(huì)形成一層再也恢復(fù)不到巖石強(qiáng)度的水化泥或粘土。薦的鋼樁同灌漿之間的極限 固結(jié)強(qiáng)度。 巖層的樁端承載力應(yīng)根據(jù)其三軸剪切強(qiáng)度和基于可靠的鹽土工程實(shí)踐的適用的承載力系數(shù)來(lái)確定，并不得超過 的軸向抗拔 力 的極限軸向抗拔能力可能等于或小于，但不得大于樁的總側(cè)摩阻力 確定樁的極限抗拔力時(shí)，應(yīng)考慮包括靜水浮力和土塞重量在內(nèi)的樁有效重量。對(duì)于粘土， 應(yīng)與 定的值相同。對(duì)于非粘性土， 應(yīng)根據(jù) 定值計(jì)算。 對(duì)于 巖層 ， 應(yīng)與 規(guī)定值相同。 的軸向性能 的軸向位移應(yīng)在可接受的工作極 限范圍內(nèi)，并且這些位移必須和結(jié)構(gòu)的受力和運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)。樁的響應(yīng)受荷載方向、荷載類型、加載速度、加載順序、安裝技術(shù) :、土類型、樁的軸向剛度和其它一些因素的影響， 見 說明 非常規(guī)的荷載狀況或?qū)兜娜送辽疃扔邢拗茣r(shí)，應(yīng)詳細(xì)考慮周期性荷載效應(yīng)。環(huán)境荷載，如風(fēng)暴波浪和地震引起的周期性荷載（包括慣性荷載）對(duì)樁的軸向靜力性能可能有兩種相互抵消的作用。周期性荷載可以造成暫時(shí)或永久性的承載力降低和（或）累積變形。迅速加載可以增加樁的承載力和（或）樁的剛度，非常緩慢地加載也可能造成樁的承載力和（或）樁的 剛度的降低。周期性荷載的綜合影響是下列各項(xiàng)綜合效應(yīng)的函數(shù)，即作用在樁上的荷載大小、循環(huán)次數(shù)、加載速率、樁的結(jié)構(gòu)特性、土類型以及樁設(shè)計(jì)時(shí)所取的安全系數(shù)。 樁的設(shè)計(jì)人土深度應(yīng)足以發(fā)揮樁的有效能力，以承受 討淪的設(shè)計(jì)靜力和周期性荷載。通過樁 以驗(yàn)證樁的設(shè)計(jì)人土深度，進(jìn)行分析的方法見對(duì) 本條的 說明 。樁 性 見 樁進(jìn)行響應(yīng)分析時(shí)，當(dāng)確切考慮上述影響時(shí)，應(yīng)把設(shè)計(jì)靜力和周期性荷載加在樁的頂部并確定樁的抗力 設(shè)計(jì)加載完成之后，就可以確定樁的最大抗力和位移。樁的變形要符合結(jié)構(gòu)使用性能的要求。在設(shè)計(jì)荷載下得出 10 的樁的總抗力都應(yīng)滿足 要求。 向荷載樁的土反力 基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)能夠承受軸向靜力和循環(huán)荷載，土的軸向抗力是由軸向的樁 任一深度動(dòng)員的樁 線來(lái)表示。同樣，可動(dòng)員的端部承載力和端部的軸向位移可用 線來(lái)表示。 線可以依據(jù)起始點(diǎn)和達(dá)到最大軸向載荷下式： m a xm a xm a 當(dāng) （ 式中： R 為樁的半徑；0無(wú)量綱影響區(qū)域，定義為樁周圍影響區(qū)域半徑與 R 的比值；位移 z 超過向載荷 t 與位移 z 為 線性關(guān)系并降低，最終達(dá)到剩余軸向載荷于超過此點(diǎn)的位移，軸向載荷將保持為常數(shù)。圖 出了依據(jù)此方法得到的一個(gè) 線示例。最大軸向載荷可以依據(jù)上面給出的單位側(cè)摩阻力的計(jì)算方法得到。 11 圖 模型產(chǎn)生的 線示例 對(duì)于粘土，生成 線的初始剪切模量可由下式得到： 6000 （ 然而， 1984）建議按下式計(jì)算： 11706000 O C （ 式中：超固結(jié)率。 對(duì)于砂土，生成 線的初始剪切模量可由下式得到： )1(20 （ 其中 m 式中：a為參考?jí)毫?，取?100v為垂直有效應(yīng)力； v 為土的泊松比； 為土的內(nèi)摩擦角。 端承載力或樁尖荷載性能應(yīng)該按 述方法確定。然而，只有較大的樁尖位移才能動(dòng)員全部的端部承載力，樁尖位移需達(dá)到直徑的 10%，才能完全動(dòng)員粘土和砂土中的端部承載力。在沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)砂土和粘土，建議都采用下列曲線： z/D Q/ z 樁尖軸向位移 （ ； D 樁的直徑 （ ； Q 可動(dòng)員的樁端承載力 （ ； 根據(jù) 算的所有樁端承載力 （ ； 推薦曲線如 圖 示。 12 圖 尖荷載 線 向荷載樁的土反力 平荷載作用下樁的分析方法大部分都是基于 線。 線給出了樁發(fā)生的水平向偏斜距離 y 與樁周圍土對(duì)樁的抗力積分值 p 的關(guān)系。樁被模擬成數(shù)個(gè)連續(xù)梁 單元間節(jié)點(diǎn)上的非線性彈簧支撐。非線 性支撐彈簧的特性由每個(gè)節(jié)點(diǎn)的 線得到，如圖 3。 對(duì)于任意外加荷載作用在樁頂時(shí)，沿樁長(zhǎng)上任意一點(diǎn)樁的位移和應(yīng)力解可由如下微分方程得到： 0)(2244 （ 且 33 （ 和 22 （ 式中： x 為沿樁軸的位置； y 為樁的水平向位移； 樁的抗彎剛度； 作用在樁上的軸向荷載； 作用在樁上的水平荷載； p（ y） 為土的水平向響應(yīng)； M 為作用在樁上的彎矩，上述都表示 x 位置上的值 13 圖 3 樁模擬成梁 線 限差分法通常是獲得樁的微分方程解的最可行辦法。許多商業(yè)計(jì)算機(jī)程序可以獲得這一結(jié)果。這些程序通?？梢缘玫綐?端承受不同的軸向荷載、水平荷載和彎矩荷載組合下樁應(yīng)力和位移的完全解。 前面提到依據(jù) 線得到沿樁逐漸傳遞的軸向荷載也包括在內(nèi)。一些程序不但可以用來(lái)分析單樁，而且還可以用來(lái)分析群樁，包括可能的樁 樁相互作用和連接樁頂?shù)暮侠砩喜拷Y(jié)構(gòu)，或?yàn)閯傂猿信_(tái)，或?yàn)橛邢迍偠冉Y(jié)構(gòu)。 對(duì)于 線的建立，應(yīng)當(dāng)考慮土的類型，荷載的類型，和由于沉樁和沖刷的影響造成土的重塑。下面給出一種建立 線的推薦方法。 對(duì)于水平樁撓度 y 處，樁單位長(zhǎng)度的水平土抗力表示為 p。單位長(zhǎng)度的極限水平土抗力表示為 是當(dāng)樁發(fā)生水平偏移時(shí)， p 可以達(dá)到的最大值。 于粘土中的樁，極限水平土抗力推薦按下式計(jì)算： 當(dāng)當(dāng) 09)3( （ 式中： X 為土表面以下深度； 極限水平土抗力轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度， 小于 )3( 超過 得到的值； D 為樁的直徑； 土的不排水抗剪強(qiáng)度； 為土的有效單位容重； J 為無(wú)量綱經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，其值取 間，對(duì)于正常固結(jié)軟粘土建議取 對(duì)于靜荷載， 線可以根據(jù)下式得到： 14 8)(23/1當(dāng)當(dāng) （ 對(duì)于循環(huán)荷載，并且當(dāng) ， 線可以根據(jù)下式得到： 2 3/1當(dāng)當(dāng) （ 對(duì)于循環(huán)荷載，并且當(dāng) ， 線可以根據(jù)下式得到： 23)1(1(23/1當(dāng)當(dāng)當(dāng)（ 式中： D 為樁的直徑；c為原狀土不排水壓縮試驗(yàn)中最大應(yīng)力一半處所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變， 更詳細(xì)資料參考分類注釋 找到） 。 于非粘性土中的樁，極限水平土抗力推薦按下式計(jì)算： 當(dāng)當(dāng) 0)(321 （ 式中：系數(shù) 1C 、 2C 和3 有關(guān)，可由圖 到； X 為土表面以下深度； 極限水平土抗力轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度， 小于 21 )( 超過 3 所得到的值； D 為樁的直接； 為土的單位浮容重。 15 數(shù) 1C 、 2C 和3 的關(guān)系曲線 線可以根據(jù)下式得到： )ta 式中： k 為地基反力初始模量，與內(nèi)摩擦角 有關(guān)，如圖 A 為考慮靜荷載或循環(huán)荷載條件的系數(shù)，由下式可得： 對(duì)于靜荷載對(duì)于循環(huán)荷載 （ 更詳細(xì)資料參考 分類注釋 找到） 。 16 圖 基反力初始模量 k 與內(nèi)摩擦角 的關(guān)系曲線 薦的非線性 線主要用來(lái)分析在承載能力極限狀態(tài)內(nèi)樁的水平向承載力。 須謹(jǐn)慎對(duì)待推薦的非線性 線用在其他狀況，而不是評(píng)估在承載能力極限狀態(tài)內(nèi)樁的水平向承載力。包括如下狀況，但不僅限于此，樁的正常使用極限狀態(tài)分析，樁的疲勞分析， 在以邊界條件來(lái)分析樁土系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，確定代表樁土系統(tǒng)剛度 的等效彈簧剛度，一般情況下， 線的初始斜率可能會(huì)受到影響。 須謹(jǐn)慎對(duì)待推薦的非線性 線被直接應(yīng)用在規(guī)定的固定形式內(nèi)，或依據(jù)曲線離散化進(jìn)行分段線性擬合被應(yīng)用。 于粘土推薦的 線被定義為三階多項(xiàng)式，因此它們有無(wú)限大初始斜率，即荷載 際是不可能的，然而該曲線一直有效的用在它的主要目的上，即評(píng)估在承載能力極限狀態(tài)內(nèi)樁的水平向承載力。但是，粘土中推薦的固定形式 線不能直接用在初始剛度問題情況，如確定樁頂?shù)刃偠葐栴}。 粘土 線被用在曲線初始斜率問題時(shí)，該曲線需要以分段直線在離 17 散點(diǎn)間進(jìn)行離散和逼近。離散化必須按下面方法進(jìn)行，即曲線上原點(diǎn)以外第一個(gè)離散點(diǎn)的位置，應(yīng)使正確的初始斜率結(jié)果出現(xiàn)在分段線性表示的 線中。 非數(shù)據(jù)指出了其他情況，否則 線的初始斜率按下式計(jì)算： c （ 式中： 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；c為原狀土不 排水靜三軸壓縮試驗(yàn)中最大主應(yīng)力一半處所對(duì)應(yīng)的豎向應(yīng)變。對(duì)于正常固結(jié)粘土，推薦 10 ；對(duì)于超固結(jié)粘土，推薦 30 。 點(diǎn)以外第一個(gè)離散點(diǎn)位置的選擇應(yīng)使粘土中分段線性擬合的 線得到一個(gè)正確的初始斜率。第一離散點(diǎn)位置可以確定在相對(duì)位移 y/ 縱坐標(biāo)值 p/。 土中推薦的固定形式的 此為有限初始剛度。任何時(shí)候這些曲線的離散擬合都需要繪制通過這一離散 點(diǎn)的分段線性曲線，因此，為了得到初始斜率的正確表示，一個(gè) 線原點(diǎn)附近非常精準(zhǔn)的離散點(diǎn)來(lái)是很重要的。 何時(shí)候使用 議對(duì) 線初始斜率的變化和不同假設(shè)的影響進(jìn)行深入研究。 壁厚度 的壁厚可沿長(zhǎng)度方向變化，并可根據(jù)以下各段所討論的幾種荷載條件之一或各種要求來(lái)控制特定點(diǎn)的壁厚。在安裝圖或技術(shù)規(guī)格書中，設(shè)計(jì)者應(yīng)說明打樁過程中可能使用的樁錘。 乘系數(shù)的外荷載造成的樁的內(nèi)荷載 ，應(yīng)根據(jù)本文 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計(jì) 伸、壓縮、彎曲、剪切或靜水壓力作用下的圓柱形構(gòu)件） 允許的條件進(jìn)行校核。應(yīng)采用考慮了結(jié)構(gòu)和土對(duì)樁提供約束的合理分析來(lái)校核未受土側(cè)向約束的樁段的內(nèi)荷載。除非由于土的剪切強(qiáng)度極低，計(jì)算的側(cè)向位移很大或一些其它原因使得樁被確認(rèn)失去橫向支撐，否則一般情況下不必考慮泥面以下樁段的柱狀屈曲。 在泥面附近和其它部位的壁厚，通常取決于平臺(tái)的乘系數(shù)的荷載產(chǎn)生的軸向力和彎矩的聯(lián)合作用。可根據(jù) 定的土抗力來(lái)計(jì)算樁的彎矩曲線，并應(yīng)適當(dāng)考慮因沖刷而形成的土的 運(yùn)動(dòng)。在泥面或其附近，由于周期性荷載引起較大的側(cè)向變形（例如，超過 G 章 粘土的 線，我們上面沒說，這句可以不要？） 中對(duì)軟粘土規(guī)定的 ）時(shí)，應(yīng)考慮減小或忽略該地 18 段的土 樁的附著力。 每一放置樁錘（樁頂、鉆機(jī)等）的樁段或隔水套管，都應(yīng)根據(jù)放置此設(shè)備的荷載進(jìn)行校核。這些荷載可能使接樁的最大長(zhǎng)度受到限制，尤其是斜向打樁或鉆孔沉樁。最常遇到的必須承受的作用力包括靜彎矩，軸向荷載和樁錘初始安置時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向荷載。 經(jīng)驗(yàn)表明，如果按下述方法計(jì)算靜承載力，就能較好地防止 由于上述荷載引起的管壁損壞： 1. 將伸出的接樁段作為底端固定的自立樁來(lái)考慮，并且具有適當(dāng)?shù)挠行чL(zhǎng)度系數(shù) K（例如，對(duì)傾斜的樁為 近似垂直的隔水套管為 2. 在計(jì)算彎矩和軸向力時(shí)，應(yīng)采用樁錘、樁帽和導(dǎo)架的全部乘系數(shù)的重量，其作用力通過組合質(zhì)量的中心（ 或 ，取決于對(duì)每項(xiàng)重量的掌握程度）。以及接樁段的乘系數(shù)的重量（ ），并且適當(dāng)考慮斜度和質(zhì)量中心的偏心度。應(yīng)把近似 垂直的接樁段看成具有初始的或?qū)嶋H上微小的不垂直度或至少2%斜度的懸臂梁來(lái)確定設(shè)計(jì)彎矩。還應(yīng)確定的次生彎矩是 P 彎矩的和。它是由接樁段（看成具有一端固定的懸臂梁）頂部和中部的確定的或一階側(cè)向變形及其相應(yīng)的乘系數(shù)的重量荷載的分力造成的。 3. 不應(yīng)超出下述梁 柱抗力驗(yàn)算公式： 1( （ 式中： P 為 由乘系數(shù)的重力荷載產(chǎn)生的一階 P 彎矩， N m，而cf，bf，M，c和b由 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計(jì) 向壓縮和 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計(jì) 曲） 定義。 打樁期間自立樁段內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力也應(yīng)給予考慮。由樁錘沖擊造成的應(yīng)力（ 動(dòng)應(yīng)力 ） 和由軸向力與彎曲引起的應(yīng)力 （ 靜應(yīng)力 ） 的合成，不應(yīng) 超過鋼材最小的屈服強(qiáng)度。 應(yīng)當(dāng)采用波動(dòng)理論的分析方法來(lái)確定應(yīng)力的大小 （見 G 章 G. ，通常假設(shè)打樁時(shí)的動(dòng)載部分不會(huì)使樁發(fā)生柱狀屈曲。沒有乘系數(shù)的動(dòng)應(yīng)力不應(yīng)超過屈服強(qiáng)度力的 80 %90%，這取決于具體的條件，諸如沿樁長(zhǎng)向下的最大應(yīng)力的位置、錘擊次數(shù)、原先的樁一錘組合的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)分析的可信程度。當(dāng)較大的打樁應(yīng)力傳遞給結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)對(duì)它進(jìn)行單獨(dú)的考慮，并且要避免造成附屬構(gòu)件的破壞。 打樁時(shí)的靜應(yīng)力應(yīng)由計(jì)算點(diǎn)以上的樁段的重量加上在錘擊過程中由樁實(shí)際承受的樁錘分力，包括由此產(chǎn)生的彎曲 應(yīng)力。對(duì)所有的靜載，應(yīng)取 系數(shù)，應(yīng)該根據(jù) D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計(jì) 伸、壓縮、彎曲、剪切或靜水壓力作用下的圓柱形構(gòu)件） 和 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計(jì) 合荷載作用下的圓柱形構(gòu)件） 來(lái)校核樁的強(qiáng)度。 19 在全長(zhǎng)范圍內(nèi)的 D/t 比應(yīng)足夠小以防止當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到樁材料屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生局部屈曲。應(yīng)考慮樁在安裝和使用期間出現(xiàn)的不同荷載情況。應(yīng)將 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計(jì) 伸、壓縮、彎曲、剪切或靜水壓力作用下的圓柱形構(gòu)件） 規(guī)定的限度考慮作為使用期和下述安裝情況 下的最低要求，即預(yù)計(jì)能正常打樁或不用打樁方法進(jìn)行沉樁的情況。對(duì)于打入樁，如果預(yù)計(jì)打樁較困難時(shí)（用最大型打樁錘，每英尺需 250 擊，每米 820 擊），則樁的最小壁厚應(yīng)不小于： t=（ t， D 單位為 （ t=（ t， D 單位為 m） 式中： t 為壁厚； D 為直徑。 對(duì)于常用規(guī)格的樁，其最小壁厚如表 列。 表 小管壁厚度 樁直徑 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 當(dāng) D /t 較小，且預(yù)計(jì)打樁遇到堅(jiān)硬地層時(shí)，如果以往的經(jīng)驗(yàn)或詳細(xì)的分析表明在打樁時(shí)不致使其破壞，那么可以放寬上述要求。 于在泥面處具有加厚段的樁，應(yīng)考慮增加泥面附近厚壁段的長(zhǎng)度，以確保樁在達(dá)不到設(shè)計(jì)深度時(shí)，在該處不發(fā)生超應(yīng)力現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)中，欠打允許值應(yīng)根據(jù)樁所能達(dá)到貫人深度的不確定性程度來(lái)定。在某些場(chǎng)合超打允許值應(yīng)該類似地按照在預(yù)計(jì)的深度處沒有遇到 期望的承重層的方法來(lái)確定。 靴的作用就是為了幫助樁通過堅(jiān)硬地層或減小打樁阻力，以達(dá)到較深的人土深度。對(duì)不同的情況應(yīng)采用不同的考慮。如果采用內(nèi)樁靴穿過堅(jiān)硬地層，則應(yīng)保證在樁端上的正常和加厚段折點(diǎn)處不產(chǎn)生不可接受的高的打樁應(yīng)力，并且要確保樁靴不會(huì)使土塞的承載力低于設(shè)計(jì)中的假定值。由于外樁靴會(huì)造成它上面樁表面摩擦力的降低，一般情況下，不使用外樁靴。 有的樁頂設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與安裝承包商協(xié)商以確保與建議的安裝方法和設(shè)備相協(xié)調(diào)。 20 說明 頂被定義為沿樁與海床同水平的位置。足夠的 軸向樁承載力可以通過檢查樁頂?shù)脑O(shè)計(jì)軸向荷載沒有超過設(shè)計(jì)軸向抗力來(lái)確定，包括樁側(cè)的設(shè)計(jì)單位側(cè)摩阻力，加上可能的樁尖阻力。 對(duì)于粘土，單位側(cè)摩阻力為不排水抗剪強(qiáng)度的函數(shù)。對(duì)于砂土，單位側(cè)摩阻力為相對(duì)密度的函數(shù)。以上兩種情況，單位側(cè)摩阻力由 循環(huán)荷載作用對(duì)樁的軸向承載力的影響應(yīng)該在設(shè)計(jì)中被考慮。主要對(duì)象是決定抗剪強(qiáng)度的衰減，即單位側(cè)摩阻力的衰減，沿樁身的給出適當(dāng)?shù)暮奢d強(qiáng)度。 循環(huán)荷載對(duì)于粘土、膠結(jié)石灰質(zhì)土和細(xì)粒非粘性土（粉土）中的樁的影響是顯著的，然而 對(duì)于中粒到粗粒的非粘性土的影響不是很顯著。 抗 側(cè)向 荷載與彎矩荷載組合的足夠樁承載力可以通過所謂的單樁分析來(lái)確定，分析中樁分為數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)單元，由節(jié)點(diǎn)連接，在這些節(jié)點(diǎn)處由根據(jù) 側(cè)向 荷載和傾覆彎矩作用在樁頂。同時(shí)作用在樁頂?shù)妮S向力也需要包括在內(nèi)，因?yàn)樗麄儠?huì)貢獻(xiàn)彎矩，當(dāng)土體 側(cè)向 抗力充分動(dòng)員時(shí)，即二階彎矩效應(yīng)。 目錄 向 支撐。 目錄 向 抗力的循環(huán)遞減效應(yīng)。 滿足樁 側(cè)向 承載力準(zhǔn)則的同時(shí)也要滿足 位移準(zhǔn)則，可以與要求（ 2）比較。一個(gè)關(guān)于樁頂 側(cè)向 撓度或樁頂相對(duì)水平軸旋轉(zhuǎn)的準(zhǔn)則將是實(shí)用的。當(dāng) 側(cè)向 土體抗力采用特別保守的假設(shè)時(shí)，要求（ 2）可以不考慮。 通過理論和單樁分析，通常不能充分確保樁頂?shù)脑O(shè)計(jì) 側(cè)向 荷載不超過設(shè)計(jì)總 側(cè)向承載力。這是因?yàn)橛赏馏w 側(cè)向 抗力沿樁長(zhǎng)被動(dòng)員產(chǎn)生的總樁 側(cè)向 承載力發(fā)揮之前，過量（不可接受的）樁 側(cè)向 位移將發(fā)生在樁頂。 當(dāng)開展單樁分析時(shí)，建議注意單樁分析得到的樁頂 側(cè)向 位移，確保它們不是很大。例如，通過樁長(zhǎng)函數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)樁頂位移，確保設(shè)計(jì)是在相應(yīng)的位移 同時(shí)也推薦確保對(duì)于 側(cè)向 承載力 極限狀態(tài)荷載下沿樁長(zhǎng)的塑性化區(qū)域不是太廣泛。 形偏差通常在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中給出，常常規(guī)定豎直面內(nèi)樁頂最大允許旋轉(zhuǎn)變形。樁頂通常被定義在海床面。變形偏差通常需要滿足直觀要求和風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求。因此變形偏差通常由風(fēng)輪機(jī)制造商闡明。 通常，安裝偏差被規(guī)定滿足完成單樁安裝時(shí)樁頂?shù)淖畲笤试S旋轉(zhuǎn)要求。 另外，由于正常使用極限狀態(tài)荷載貫穿整個(gè)單樁設(shè)計(jì)，因此其他的偏差通常被指定了上限，來(lái)滿足樁頂?shù)睦鄯e永久旋轉(zhuǎn)。累積