考虑侧壁-土体脱离影响的桶基承载力

程健，姜君，王栋

(中国海洋大学 环境科学与工程学院，山东 青岛 266100)

负压桶基础广泛应用于海洋工业，如作为管道终端的支撑基础、张力腿平台的锚泊基础以及海上风机基础等[1-3]，本质上是一种底端敞开、上端封闭的裙式基础(图1)。安装负压桶时，由桶顶向外抽水，在桶内形成负压，将桶基压入土中。桶形基础根据材料可分为钢质和混凝土桶基，壁厚范围通常在0.012～0.5 m之间[4-5]。与海上风电常用的单桩基础相比，桶形基础具有埋深浅、施工快捷、可回收等优点[6-7]，更适用于基岩上覆土层厚度有限的地层，如中国福建和广东部分海域，这些地区的基岩上仅覆盖了10～30 m厚的软土层。桶形基础用于支撑固定式风机，承受的复合加载包括：自重和上部结构重力、上部结构传递的水平荷载和弯矩[8]。

图1 桶形基础(丹麦Horns Rev 2项目)Fig.1 Bucket foundation (Denmark Horns Rev 2 project)

现有研究大都假设正常工作状态的桶基外侧壁与土体保持接触、不发生脱离[9-11]，但Randolph等[12]、Guo等[13]以及Kumar等[14]的试验表明：较大水平力作用下桶基背侧可能与土体分离，土体破坏模式由双侧式变为单侧式，使得水平承载力降低。按照DNV规范[15]，桶基承载力取决于桶基侧壁是否与土体发生脱离形成空隙。桶基沉贯经常形成侧壁与土体之间的缝隙，荷载作用下吸力难以充分发展，此时的桶基承载力计算需要考虑侧壁与土体可能脱离。

对于承受斜拉荷载作用的桶基，比较“桶-土”接触与脱离两种条件，正常固结黏土中后者的斜拉承载力最多比前者低11%，而超固结土中可达27%[16]。……