TCEC海上風電復合筒型基礎設計規(guī)范

總則1.1為規(guī)范海上風電復合筒型基礎設計，做到安全適用、技術先進、經濟合理、環(huán)境友好，制定本規(guī)范。1.2本規(guī)范適用于海上風電復合筒型基礎設計。1.3海上風電復合筒型基礎設計，除應符合本規(guī)范外，尚應符合國家現行有關標準的規(guī)定。2術語下列術語和定義適用于本規(guī)范。2.1復合筒型基礎compsitebucketfoundation海上風電場工程采用的復合筒型基礎是一種頂部封閉，底部開口的筒狀基礎結構，以筒壁嵌入地基中來抵抗風力發(fā)電機組荷載的單筒多艙基礎型式，可為鋼或鋼-混凝土組合結構。2.2頂蓋bucketlid頂蓋為筒型基礎頂端封閉結構，可為鋼或鋼-混凝土組合結構。2.3過渡段transitionpiece過渡段為筒型基礎頂蓋與風機塔筒連接結構，可為鋼、鋼筋混凝土或鋼-混凝土組合結構。2.4筒裙foundationskirt筒裙為復合筒型基礎外筒壁嵌入地基土體部分，可為鋼、鋼筋混凝土或鋼-混凝土組合結構。2.5分艙板bulkhead分艙板為筒型基礎內的分隔板，可為鋼、鋼筋混凝土或鋼-混凝土組合結構，將筒型基礎分成若干個獨立的隔艙。2.6筒型基礎屈曲bucklingofbucket筒型基礎在預制、運輸、沉放過程中筒壁和分艙板的屈曲破壞。2.7等效直徑equivalentdiameter 與多邊形筒型基礎截面等面積的圓形直徑。2.8筒型基礎起浮穩(wěn)性liftingstability筒型基礎不含助浮措施的自身浮穩(wěn)性。2.9整體浮運integratedfloating采用專用船舶將單筒多艙筒型基礎-塔筒-發(fā)電機組一體化運輸到施工現場的方式。2.10水封高度watersealingheight筒型基礎起浮和浮運過程中，筒內液面與筒端的平均距離。2.11水中沉放landing筒型基礎與運輸船舶分離至筒型基礎筒端著陸的過程。2.12入土沉放penetration筒型基礎筒端著陸至頂蓋接觸泥面的過程。2.13自重入土沉放self-weightpenetration筒型基礎筒端接觸泥面至自重作用貫入土體最大深度的過程。2.14壓差入土沉放suction-assistedpenetration通過筒內排氣/排水形成內外壓差實現筒型基礎入土沉放至頂蓋接觸泥面的過程。2.15滲透破壞seepagefailure筒型基礎入土沉放過程中，滲流作用導致土體破壞或形成滲漏通道。2.16筒型基礎調平leveling通過調整筒型基礎或各艙壓力，使基礎水平度達到設計要求的過程。3基本規(guī)定3.1海上風電復合筒型基礎設計應取得工程現場風能資源、海洋水文觀測、工程地質勘察、海域規(guī)劃、航道等資料。3.2海上風電復合筒型基礎設計所采用的荷載應符合風電場工程風能資源條件、海洋水文條件和工程地質條件。荷載計算方法、邊界條件與計算成果應符合現行國家標準GB/T31517的有關規(guī)定。3.3復合筒型基礎結構設計考慮環(huán)境條件應符合現行國家標準GB/T36569的有關規(guī)定。3.4復合筒型基礎結構設計使用年限應與風電機組設計使用年限相匹配，設計使用年限不應低于25年。3.5復合筒型基礎設計應采用概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，采用分項系數設計表達式進行計算。3.6復合筒型基礎應按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行設計。3.7海上風電復合筒型基礎結構安全等級應為一級。3.8復合筒型基礎計入施工誤差后，整個運行期內在荷載作用下的基礎泥面處總傾角不應超過0.50°。3.9復合筒型基礎鋼筋混凝土預應力結構應采用抗裂設計，其他混凝土結構應采用限裂設計。按GB/T50476中規(guī)定，基礎混凝土裂縫寬度不應超過0.15mm。3.10復合筒型基礎平臺底高程的確定應計入50年重現期潮位和波浪的影響?；A平臺底高程宜按下式確定：（1）式中：——風電基礎平臺底高程（m）；——50年重現期極端高水位（m）；——50年重現期極端高水位的最大波高（m）；——安全加高（m），可取0.5m~1.5m。3.11復合筒型基礎所用混凝土的強度、疲勞性能、材料參數及耐久性、防腐蝕性能等參數應符合現行行業(yè)標準JTS257-2的有關規(guī)定。3.12復合筒型基礎鋼筋選取應符合現行國家標準GB/T1499.2；預應力鋼筋選取應符合現行國家標準GB/T13014中條款規(guī)定；鋼絞線選取要求應符合現行國家標準GB/T5224中條款規(guī)定；精軋螺紋鋼筋應符合現行國家標準GB/T20065的有關規(guī)定，在正常運行與極端工況下鋼筋與鋼絞線受力應滿足屈服強度要求。3.13復合筒型基礎鋼材選取應符合現行國家標準GB/T1591中條款規(guī)定，在正常運行與極端工況下鋼材受力應滿足屈服強度要求。3.14復合筒型基礎所用混凝土、鋼材、鋼筋等材料性能應符合現行行業(yè)標準NB/T10105的有關規(guī)定。3.15復合筒型基礎結構設計應分析施工的可行性，減少海上施工作業(yè)工作量；結構平、立面布置應規(guī)整，傳力途徑明確；重要構件和關鍵傳力部位應增加安全冗余。3.16復合筒型基礎設計可采用標準化結構及構件。3.17復合筒型基礎設計中，應明確結構設計使用年限、材料的規(guī)格型號及所要求的力學性能、化學成分、施工建造與現場安裝質量要求及其他保證措施，同時計入結構制作安裝、施工及建成后的環(huán)境、運行期維護等因素的影響。3.18荷載分類及效應組合應符合現行國家標準GB50009、現行行業(yè)標準NB/T10105和JTS144中的有關規(guī)定。3.19復合筒型基礎宜進行基礎與塔筒連接結構、基礎過渡段與基礎內鋼筋的疲勞分析。3.20復合筒型基礎附屬結構設計宜包括減阻環(huán)，減阻環(huán)設計宜采用角鋼型式，布置要離筒端一定距離，防止因減阻環(huán)發(fā)生滲透破壞，減阻效果應由試驗、理論分析綜合確定。3.21復合筒型基礎結構疲勞分析、附屬結構設計、抗冰設計、防腐蝕設計等應符合現行行業(yè)標準NB/T10105中的有關規(guī)定。4地基計算4.1一般規(guī)定4.1.1復合筒型基礎驗算地基承載力時，應考慮風電機組運行荷載、波浪、風和海流等循環(huán)荷載長期作用下的土體強度和地基剛度的衰減，可進行試驗研究，確定土體強度設計指標。4.1.2復合筒型基礎地基承載力、穩(wěn)定性和變形計算應考慮基礎周圍沖刷情況，沖刷深度與范圍可根據數值模擬、模型試驗或現場觀測確定。4.1.3地震烈度7度及以上，復合筒型基礎持力層落在液化土層時，應進行專門研究論證。4.2地基承載力4.2.1復合筒型基礎地基承載力驗算時，可將筒型基礎和筒內土體視為整體。4.2.2筒裙底端地基承載力驗算應符合下列規(guī)定：（2）式中：——荷載效應的標準組合下，基礎底面處平均壓力（kPa）；——地基承載力特征值（kPa）。4.2.3基礎底面的壓力，可按下列公式確定：（3）式中：——荷載效應的標準組合下，上部結構傳至基礎底部的豎向力值（kN）；——筒型基礎自重和筒基內的土重（kN）；——基礎底面有效面積（m2），計算方法見附錄A。4.2.4復合筒型基礎地基承載力特征值可由原位測試或公式計算：（4）式中：——地基極限承載力（kN），將基礎圓形截面等效為矩形截面，由漢森公式計算，見附錄B；——地基承載力安全系數，采用直剪固結快剪或三軸固結不排水剪強度指標計算時，取2.0；當采用原位測試或自重應力固結后不固結不排水強度指標計算時，取1.5。4.2.5由原位測試方法確定的地基承載力特征值，可按下式修正：（5）式中：——修正后土體的地基承載力特征值（kPa）；——由原位測試方法確定的地基承載力特征值；、——基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數，土類地基承載力修正系數按表4.1的規(guī)定取值；強風化和全風化巖石地基可按所風化成的相應土類取值，其他狀態(tài)巖石地基不修正；——基礎底面以下土的容重（kN/m3），水下土層取有效容重；——基礎直徑（m），大于6m的按6m取值；——基礎底面以上土的加權平均容重（kN/m3），水下土層取有效容重。表1承載力修正系數土的類別ηbηd淤泥和淤泥質土01.0e或IL大于等于0.85的黏性土01.0粉土黏粒含量ρc≥10%的粉土黏粒含量ρc＜10%的粉土0.30.51.52.0e及IL均小于0.85的黏性土粉砂、細砂（不包括很濕與飽和時的稍密狀態(tài)）中砂、粗砂、礫砂和碎石土0.32.03.01.63.04.44.2.6當復合筒型基礎受力層范圍內有較硬土層時，宜適當考慮硬土層貢獻，可進行專門研究論證。4.2.7當復合筒型基礎受力層范圍內有軟弱下臥層時，應按下列公式驗算軟弱下臥層的承載力：（6）（7）式中：——荷載效應的標準組合下，軟弱下臥層頂面處附加壓力（kPa）；——軟弱下臥層頂面處土自重壓力值（kPa）；——軟弱下臥層頂面處經深度修正后的地基承載力特征值（kPa）；——基礎底面處土的自重壓力（kPa）；——基礎底面至軟弱下臥層頂面的距離（m）；b——基礎底面等效寬度（m）；l——基礎底面等效長度（m）；——地基壓力擴散線與垂直線的夾角（°），可按表2采用。表2地基壓力擴散線與垂直線的夾角系數Es1/Es2系數z/b0.250.536°23°510°25°1020°30°注：1為上層土壓縮模量；為下層土壓縮模量。2時，取，必要時，宜由試驗確定；時，值不變；3在0.25與0.5之間可插值使用。4.2.8地基抗震承載力應按下式計算：（8）式中：——調整后的地基抗震承載力特征值（kPa）；——地基抗震承載力調整系數，應按表3采用。表3地基抗震承載力調整系數巖土名稱和性狀巖石，密實的碎土石，密實的礫、粗、中砂，≥300kPa的黏性土和粉土1.5中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實和中密的細、粉砂，150kPa≤＜300kPa的黏性土和粉土1.3稍密的細、粉砂，100kPa≤＜150kPa的黏性土和粉土1.1淤泥，淤泥質土，松散的砂1.04.2.9驗算天然地基地震作用下的豎向承載力時，按地震作用效應標準組合的基礎底面壓力應符合下列各式要求：（9）式中：——地震作用效應標準組合的基礎底面壓力（kPa），計算方法同4.2.3。4.3穩(wěn)定性計算4.3.1除地震作用外的其他荷載作用下，地基最危險滑動面上的抗滑力與滑動力應滿足下式的要求：（10）式中：——結構重要性系數；——筒型基礎的抗滑極限承載力（kN），具體計算方法見附錄C；——荷載效應基本組合下，滑動力設計值（kN）。4.3.2地震作用下，地基最危險滑動面上的抗滑力與滑動力應滿足下式要求：（11）式中：——作用效應地震組合下，抗滑力（kN）；——作用效應地震組合下，滑動力修正值（kN）。4.3.3除地震作用外的其他荷載作用下，筒型基礎傾覆最危險計算狀況應符合下式要求：（12）式中：——結構重要性系數；——荷載效應基本組合下，抗傾覆力矩（kN·m），計算方法見附錄D；——荷載效應基本組合下，傾覆力矩設計值（kN·m）。4.3.4地震作用下抗傾覆穩(wěn)定驗算，其最危險計算狀況應滿足下式要求：（13）式中：——作用效應地震組合下，抗傾覆力矩（kN·m）；——作用效應地震組合下，傾覆力矩修正值（kN·m）。4.3.5可采用豎向-水平-彎矩（V-H-M）包絡面法校核復合筒型基礎的極限承載能力，采用該方法時安全系數應大于1.2。4.4沉降計算4.4.1筒型基礎整體沉降與差異沉降計算，可采用分層總和法或數值模擬方法。4.4.2分層總和法具體公式與參數選取可參考NB/T10105和JGJ94中規(guī)定條款。5結構設計5.1一般規(guī)定5.1.1筒型基礎結構設計宜采用“荷載-結構-地基”一體化設計，宜開展結構與周圍介質間相互作用的三維數值模擬。5.1.2復合筒型基礎設計應進行結構體型設計、靜力分析、動力分析、屈曲分析、疲勞分析和浮穩(wěn)性分析。5.1.3以靜力分析的結果為設計依據，并應計入風電機組空氣動力荷載、波浪荷載、冰荷載、地震作用等動力荷載對結構的影響。5.1.4結構動力分析時除應包含結構本身質量外，水中部分還應計入水體附加質量，水體附加質量宜通過矩陣的方式引入結構質量矩陣中。5.1.5復合筒型基礎的筒裙高度與直徑或等效直徑的比值宜小于0.5。5.1.6復合筒型基礎筒裙直徑或等效直徑宜為輪轂到泥面總高度的1/6~1/4。5.1.7筒型基礎結構設計應綜合考慮浮運過程、入土沉放過程和全生命周期服役過程的性能要求。5.2結構體型設計5.2.1筒型基礎根據材料屬性不同可分為全鋼筒型基礎、鋼筋混凝土筒型基礎和鋼混組合筒型基礎。5.2.2筒型基礎的筒裙結構可為圓形或多邊形結構，圓形筒裙可為鋼結構、鋼筋混凝土結構或鋼混組合結構，多邊形筒裙宜為鋼筋混凝土結構或鋼混組合結構。分艙板宜為鋼結構。5.2.3筒型基礎頂蓋包括面板、主次梁結構、吊耳等。5.2.4筒型基礎的過渡段可采用弧形預應力混凝土、斜撐立柱、導管架等結構形式。5.3靜力分析5.3.1復合筒型基礎結構靜力分析應包括變形分析、應力分析和局部穩(wěn)定性分析。5.3.2復合筒型基礎結構靜力分析應考慮土體的非線性特性。5.4動力分析5.4.1復合筒型基礎結構動力分析應包括自身動力特性分析與外部荷載作用下動力響應分析，應考慮水體附加質量、海床沖刷、腐蝕等的影響。5.4.2復合筒型基礎整體結構的一階固有頻率與風機1P、3P頻率差值宜大于15%。5.4.3復合筒型基礎結構外部荷載作用下動力響應分析應考慮風、波浪、海流、冰、地震等動力荷載的綜合作用，應對結構及節(jié)點的振動加速度、位移和強度進行校核。5.4.4動力響應分析可采用時程法或振型疊加法，采用振型疊加方法進行結構動力響應分析時，正交三個方向的振型參與質量系數不應小于95%。5.4.5結構地震響應分析應符合下列規(guī)定：1相對計算出的地震荷載，在風電機組結構最不利的主軸方向取荷載的100%，與此主軸相垂直的水平方向取100%，與水平面垂直的方向取50%。將這三個方向地震引起的慣性力與靜荷載相結合，同時作用在結構上，采用靜力分析方法對風電機組結構進行分析。2地震狀況下材料強度可取靜態(tài)強度的1.25倍。5.5施工應力分析5.5.1復合筒型基礎施工應力分析應包括預制過程、浮運過程、沉放過程應力分析。5.5.2復合筒型基礎預制過程應力分析應包括自重荷載作用下的應力分析、吊裝應力分析、預應力張拉應力分析。5.5.3復合筒型基礎浮運過程、沉放過程的應力分析應包括不同氣浮壓差或沉放壓差作用下的筒裙、分艙板及頂蓋的應力分析。5.6浮運設計5.6.1筒型基礎浮運設計應包括基礎起浮和浮運設計。5.6.2筒型基礎起浮應滿足起浮穩(wěn)性的要求。起浮穩(wěn)性不滿足要求時，可采用輔助浮箱等措施來提高起浮穩(wěn)性。5.6.3筒型基礎單獨浮運時應對浮運船舶與筒型基礎的整體拖航穩(wěn)性進行計算，整體浮運時應對浮運船舶-筒型基礎-塔筒-機組的整體拖航穩(wěn)性進行計算，初穩(wěn)性高和面積比應滿足《海上移動平臺入級規(guī)范》（2020）規(guī)范要求。5.6.4筒型基礎整體浮運前應進行浮運拖航力計算，可按本規(guī)范附錄E計算。依據拖航阻力選擇拖船類型，拖航阻力值應小于拖船最大系柱拖力的75%。5.6.5筒型基礎浮運宜根據航道水深等條件確定合適的水封高度。6連接設計6.1一般規(guī)定6.1.1混凝土過渡段與塔筒的連接宜采用錨栓籠結構，斜撐立柱和導管架鋼結構過渡段與塔筒的連接宜采用法蘭結構。6.1.2風電機組基礎各部件之間的連接設計應安全可靠、施工可行，連接結構設計應符合下列規(guī)定：1應按承載能力極限狀態(tài)驗算，包括連接件與基礎結構之間的連接可靠性和連接結構本身各構件間的連接可靠性，且應留有安全裕度。2應對連接結構進行疲勞強度驗算。3應考慮環(huán)境條件、風機運行對連接結構耐久性的影響。6.1.3連接結構應采用抗層狀撕裂性能的鋼材，其性能應符合現行國家標準GB/T5313的有關規(guī)定。6.1.4連接結構焊接處強度應不低于母材強度，焊接處探傷等級為Ⅰ級。6.2錨栓籠及法蘭結構設計6.2.1錨栓籠的高強度螺栓應符合現行國家標準GB/T1228、GB/T1229、GB/T1230、GB/T1231和GB/T3632的有關規(guī)定及廠家性能要求，并進行抗剪及軸向抗拉校核。6.2.2錨栓預拉力可按下列公式計算，并應進行拉力校核：（14）（15）式中：——荷載作用標準組合下單根錨桿的最大拔力（kN）；——作用于錨栓群頂面的彎矩（kN·m）；——離彎矩轉動軸最遠的錨栓距離（m）；——第i根錨栓與彎矩轉動軸間的距離（m）；——作用于錨栓群頂面的豎向荷載（kN）；——錨栓根數；——錨栓預拉力設計值（kN）；——錨栓屈服強度（MPa）；——錨栓有效面積（mm2）。6.2.3風電基礎頂上錨板設計應符合下列規(guī)定：1應按剛性錨板計算，上錨板底板應平整，上錨板上表面僅允許內傾，內傾應不超過0.15mm，應進行極限承載能力和疲勞強度分析。2上錨板應整體鍛造，鍛造等級不低于Ⅲ級，交貨狀態(tài)為正火+回火。3上錨板鍛造后應進行100%磁粉探傷檢測和100%超聲波探傷檢測，探傷檢測等級符合Ⅰ級探傷標準。4應校核上錨板下混凝土抗壓強度，確定上錨板寬度。5上錨板宜設置排氣孔。6.2.4基礎下錨板寬度不宜小于塔筒底法蘭寬度，厚度應不小于40mm，錨栓孔中心距離下錨板內外徑邊緣應不小于1.5倍錨栓孔徑。6.2.5法蘭盤結構設計可參考上錨板設計要求。6.3頂蓋與筒裙、過渡段連接設計6.3.1頂蓋與筒裙、過渡段應連接成牢固整體，滿足荷載傳遞要求。6.3.2混凝土內鋼筋籠宜與鋼結構連成整體，可采用剪力釘、插筋、預應力錨栓等方式增強混凝土結構與鋼結構間的連接性能，并進行抗拉、抗剪等驗算。6.3.3混凝土結構間的連接設計應符合現行國家標準GB50010的有關規(guī)定執(zhí)行。6.3.4鋼結構間的連接設計應符合現行國家標準GB50017的有關規(guī)定執(zhí)行。7局部沖刷防護設計7.1復合筒型基礎局部沖刷深度和范圍可通過數值模擬、物理模型試驗等方式進行專項研究，并與工程實測資料和理論方法計算結果進行類比分析，局部沖刷深度可按本規(guī)范附錄F計算。7.2當沖刷深度小于1m時，可采用預留沖刷深度的方法。7.3當沖刷深度大于1m時，應設計沖刷防護措施，可采用砂被、固化土、拋石-砂被組合、海底覆膜、海底仿生水草等方式。7.4宜在基礎安裝完成后及時實施沖刷防護措施施工。8安裝設計8.1筒型基礎安裝設計應包括水中沉放設計與入土沉放設計。8.2筒型基礎水中沉放應采用符合沉放作業(yè)扶正能力和作業(yè)半徑的浮吊或其他輔助設備，進行水中沉放；深水沉放應增加導向和扶正裝置，水中橫縱搖傾角宜控制小于3°。8.3筒型基礎入土沉放應根據入土不同深度的端阻力和側摩阻力確定施加壓差，阻力計算見附錄G。不同入土深度均應校核筒型基礎屈曲和滲透破壞臨界條件，屈曲計算見附錄H，滲透破壞臨界壓差見附錄I。8.4對于厚壁筒型基礎沉放，可增加機械或水力措施破土下沉。8.5筒型基礎入土沉放過程宜通過實時精細調控各分艙艙壓等措施來控制入土沉放水平度。9監(jiān)測設計9.1一般規(guī)定9.1.1新建和已建的海上風電復合筒型基礎均宜進行安全監(jiān)測。9.1.2復合筒型基礎監(jiān)測應包括結構監(jiān)測與地基監(jiān)測。9.1.3監(jiān)測儀器設備配置應結合復合筒型基礎設計情況和施工情況綜合考慮，其量程、精度、靈敏度、步長應與結構運行過程中環(huán)境條件和荷載水平相匹配。9.2結構監(jiān)測9.2.1結構監(jiān)測應包括基礎振動監(jiān)測、基礎傾斜度監(jiān)測與基礎應力應變監(jiān)測。9.2.2振動監(jiān)測內容宜包括振動位移監(jiān)測和振動加速度監(jiān)測，測點宜布置在基礎頂部法蘭面處，測點數量不少于2個，每個測點測量三個方向振動。9.2.3傾斜度監(jiān)測測點宜布置在基礎頂部法蘭面，測點不宜少于2個，每個測點監(jiān)測兩個方向，并呈90°布置。9.2.4基礎應力應變監(jiān)測應包括混凝土應力監(jiān)測、鋼筋應力監(jiān)測和預應力鋼筋應力監(jiān)測，測點宜布置在基礎應力集中或受力較為復雜的區(qū)域。9.3地基監(jiān)測9.3.1地基監(jiān)測內容應包括地基沖刷監(jiān)測、地基土壓力和地基孔隙水壓力監(jiān)測。9.3.2地基沖刷監(jiān)測內容宜包括沖刷范圍檢測和沖刷深度監(jiān)測。9.3.3地基土壓力和地基孔隙水壓力監(jiān)測測點宜布置在主風向對邊兩條垂線上，每條垂線布置不宜少于3個測點，筒型基礎頂蓋的土壓力與孔隙水壓力測點數量不宜少于基礎分艙數量。附錄A基礎底面有效面積計算A.1筒型基礎基底有效面積可按式（A.1）計算：

（A.1）式中：——筒型基礎直徑；——荷載偏心距，可由到基底彎矩和豎向力計算，；A.2筒型基礎的等效寬度可按式（A.2）計算：（A.2）其中，，。附錄B地基極限承載力計算B.1筒型基礎地基極限承載力可按漢森公式（B.1）計算：（B.1）式中：——地基極限承載力（kPa）；——筒型基礎基底以上土的等效容重（kN/m3）；——筒型基礎埋深（m）；——筒型基礎的等效寬度（m）；——筒端土的黏聚力（kPa）；——無量綱的承載力系數，僅與筒端土的內摩擦角有關。公式如下（具體數值可查表B.1）：（B.2）（B.3）（B.4）——與基礎形狀有關的形狀修正系數；按下列近似公式計算：（B.5）（B.6）（B.7）式中：——基礎等效長度（m）。——與基礎埋深有關的深度修正系數，由下式計算：當基礎埋深小于或等于基礎寬度時，（B.8）（B.9）當基礎埋深大于基礎寬度時，（B.10）（B.11）對于所有情況，dγ=1。——荷載傾斜修正系數，在漢森公式中，應在滿足（B.12）下求荷載傾斜修正系數。（B.12）式中：——傾斜荷載在基底上的水平分力（kPa）；——傾斜荷載在基底上的垂直分力（kPa）；——筒端與土之間的粘結力，可取土的不排水抗剪強度（kPa）；——基底與土之間的摩擦角（°）；——基底的有效面積（m2）。荷載傾斜修正系數可由下列各式計算：時，（B.13）時，（B.14）（B.15）對于水平基底：（B.16）對于傾斜基底：（B.17）式中：——基礎底面與水平面的傾斜角。——地面傾斜修正系數與基底傾斜修正系數，可由下列各式近似確定。（B.18）（B.19）（B.20）（B.21）（B.22）式中：——傾斜底面與水平面之間的夾角。表B.1漢森公式承載力系數表05.141.0002419.339.616.9025.691.200.012622.2511.839.5346.171.430.052825.8014.7113.1366.821.720.143030.1518.4018.0987.522.060.273235.5023.1824.95108.352.470.473442.1829.4534.54129.292.970.763650.6137.7748.081410.373.581.163861.3648.9267.431611.624.331.724075.3664.2395.511813.095.252.494293.6985.36136.722014.836.403.5444118.41115.35198.772216.897.824.9645133.86134.86240.95附錄C筒型基礎抗滑穩(wěn)定計算C.1復合筒型基礎產生水平滑動的驅動力包括風機上部傳來的水平荷載以及地基土體的主動土壓力，而抵抗基礎產生整體滑動的抗力除了地基土的被動土壓力外，還應考慮基礎底面的摩阻力，如圖C.1所示。圖C.1水平受荷狀態(tài)筒型基礎的受力分析由朗肯土壓力理論可知：(C.1)(C.2)筒型基礎底面摩阻力可按下式計算：(C.3)式中：A——基礎底面的面積（m2）；Q外——筒外部側壁摩阻力合力（kN），。則，筒型基礎的極限水平抗力為：Hd=Ep+RH(C.4)筒型基礎的滑動力設計為：(C.5)附錄D筒型基礎抗傾穩(wěn)定計算D.1圖D.1為筒型基礎的受力分析，在基礎頂面彎矩的作用下，基礎可能圍繞底面垂直于ab的某一條弦mn發(fā)生轉動，即導致基礎傾覆。因此應找到基礎最有可能產生傾覆的軸線位置，進行抗傾穩(wěn)定性驗算。假設基礎有可能繞斷面mn發(fā)生傾覆，因此設該斷面與ab的交點為x，該點距基礎中心的距離與基礎半徑有如下關系：ox=λR，ab與On的夾角為δ=arcosλ。圖D.1復合筒型基礎傾覆受力數學模型1抗傾覆力矩：（D.1）式中：——豎直向荷載（kN）；——基礎自重和筒內土重之和（kN）；——地基極限承載力提供的抗傾覆力矩（kN·m），可按下式計算：；（D.2）其中，——修正后的地基承載力特征值；（D.3）（D.4）——基礎所受摩擦阻力提供的抗傾覆力矩（kN·m），，為筒型基礎外側摩阻力?！A一側被動土壓力提供的抗傾覆力矩，。2傾覆力矩：（D.5）式中：——作用在筒頂面的力矩（kN·m）；——水平向荷載（kN）；——基礎一側主動土壓力產生的傾覆力矩，。3筒型基礎抗傾覆安全系數：（D.6）為了尋找最危險情況，抗傾覆安全系數對求導得：（D.7）通過迭代試算可最終求得基礎旋轉軸的位置，繞該軸的安全系數即為筒型基礎抗傾安全系數。附錄E浮運拖航阻力計算方法E.1筒型基礎整體浮運拖航的總阻力可按（E.1）經驗公式計算：（E.1）式中：——被拖船的摩擦阻力（kN）；——被拖船的剩余阻力（kN）；——拖船的摩擦阻力（kN）；——拖船的剩余阻力（kN）。E.2公式（E.1）中被拖船舶或被拖物的阻力按如下近似方法計算：（E.2）（E.3）式中：——船舶或水上建筑物的水下濕表面積（m2）；——拖航速度（m/s）；——方形系數；——浸水部分的船中橫剖面積（m2）。其中，拖船阻力可使用拖船的設計資料，如無資料也可按照公式（E.2）及公式（E.3）進行近似計算。E.3對于受風面積特別龐大的水上建筑，其拖航阻力尚應按公式（E.4）計算，取較大值：（E.4）式中：——由公式（E.2）及公式（E.3）計算。E.4公式（E.4）中空氣阻力，按下式計算：，kN（E.5）式中：——空氣密度（kg/m3），可按1.22kg/m3計算；——風速（m/s），取20.6m/s；——受風面積（m2），按頂風計算；——受風面積的形狀系數。附錄F局部沖刷計算方法F.1復合筒型基礎局部沖刷可按潮流條件下沖刷公式Jones和Sheppard公式（簡稱J&S公式）計算： （F.1） （F.2） （F.3）（F.4）式中：——最大沖刷深度（m）；——基礎斷面直徑（m）；——水深（m）；——垂線平均流速（m/s）；——底部最大平均流速（m/s）；——泥沙臨界起動流速（m/s）；——泥沙中值粒徑（mm）。附錄G負壓下沉阻力的計算方法G.1筒型基礎負壓下沉阻力計算公式如下：（G.1）式中：——側壁面積，包括筒壁、分艙板及加強肋板側面積（m2）；——考慮滲流、減阻環(huán)等因素的無量綱系數，可取0.5~1，建議根據試驗及理論方法綜合確定；——單位側摩阻力（kN）；——端面積，包括筒壁、分艙板及加強肋板端部面積（m2）；——考慮滲流、減阻環(huán)等因素的無量綱系數，可取0.5~1，建議根據試驗及理論方法綜合確定；——單位端阻力（kN）。單位側摩阻力和單位端阻力可用強度參數方法和靜力觸探方法計算。1強度參數方法黏性土中深度為z的單位側摩阻力計算公式如下：（G.2）式中：——無量綱化系數；——土的不排水抗剪強度（kPa）。系數可通過下列公式求得：（G.3）式中：≤1.0。（G.4）式中：——深度處有效上覆土壓力（kPa）。對于欠固結土，通常取1.0。無黏性土中的單位側摩阻力可用下式計算：（G.5）式中：K——橫向土壓力系數，可取0.8~1；——筒土界面摩擦角（°）。黏土中單位端阻力可使用公式（G.6）計算。（G.6）無黏性土中單位端阻力可使用公式按式（G.7）計算端阻力：（G.7）式中：——承載力系數，由基地下土的φ值確定（圖G.1）；——基底平面處的超載，，取決于基地面以上土體的φ值與L/t（筒壁入土深度/壁厚）的值（見表G.1）；t——壁厚。圖G.1Nq、Nγ與φ關系曲線表G.1衰減系數值D/BαTφ=25°φ=30°φ=35°φ=40°50.730.770.810.85100.610.670.710.79200.470.570.670.75300.370.500.630.73500.270.410.590.70700.220.390.570.692靜力觸探方法使用靜力觸探實測值計算下沉過程單位阻力公式如下：（G.8）式中：——側摩阻力經驗系數，可按表G.1取值；——靜力觸探端阻力（kN）。（G.9）式中：——端阻力經驗系數，可按表G.2取值。表G.2CPT法經驗系數值土質建議值上限值kpkfkpkf黏性土0.40.030.60.05無黏性土0.30.0010.60.003附錄H筒壁屈曲臨界壓差計算筒型基礎負壓下沉階段，筒體受軸向力和內外壓差復合荷載共同作用，參考SYT7395-2017《柱穩(wěn)式平臺圓柱殼結構穩(wěn)定性設計》，筒壁屈曲臨界壓差可簡化為圓柱殼并按如下公式計算，并結合數值模擬與試驗綜合確定。H.1筒壁屈曲荷載計算：（H.1）（H.2）式中：——環(huán)向單位長度的軸向荷載（kN）；——單位長度的環(huán)向荷載（kN）；——作用于筒體的總軸向荷載（kN）；——筒內外壓差（m）；——筒體半徑（m）。H.2筒壁屈曲允許應力計算對于軸向壓力和環(huán)向壓力的組合工況，筒壁屈曲軸向屈曲應力和環(huán)向屈曲應力應通過下列步驟進行計算。（1）計算焊接圓柱殼非彈性殼體屈曲軸向應力與環(huán)向應力。①屈曲軸向應力彈性屈曲應力：（H.3）式中：——筒體懸空高度（m）；——筒壁厚度（m）；——筒體材料彈性模量（MPa）；——泊松比。屈曲系數可以用幾何曲率參數，徑厚比和缺陷因子表示：（H.4）（H.5）非彈性屈曲軸向應力：（H.6）（H.7）②屈曲環(huán)向應力彈性屈曲應力：（H.8）式中：屈曲系數根據不同非對稱屈曲模態(tài)的幾何形狀將會有不同的定義（即半波個數，n）。屈曲系數可以通過幾何曲率系數Mx和Batdorf對于Donnell方程簡化后的相關公式得到。一個簡單的迭代算法用于去確定屈曲半波個數“n”。假定環(huán)向加強肋之間僅發(fā)生一階屈曲，即m=1，可以由下式確定Batdorf方程中的半波個數n。（H.9）式中：改進的幾何曲率系數Zm和β可以表示為：（H.10）（H.11）（H.12）使式（H.9）左右兩側大致相等的最小半波個數n用于確定殼體的非對稱屈曲。而屈曲系數可以通過下式直接計算得到：（H.13）對于徑厚比大于300的圓柱殼體結構而言，試驗與理論的對比說明，當缺陷因子等于0.8時，計算結果過于保守，因此推薦：（H.14）非彈性屈曲軸向應力：（H.15）（2）計算復合荷載下的屈曲臨界應力，令，求解式（H.16）中的。（H.16）式中：，。（H.17）式中：，——自重與內外壓差共同作用下的筒壁屈曲軸向應力（kN）；——自重與內外壓差共同作用下的筒壁屈曲環(huán)向應力（kN）；——軸向應力修正系數，取為1.0；——環(huán)向應力修正系數，取為1.0。（3）屈曲允許應力（H.18）式中：——屈曲允許軸向應力（kN）；——屈曲允許環(huán)向應力（kN）；——安全系數。（H.19）H.3筒壁屈曲臨界壓差計算筒型基礎受自重和內外壓差復合荷載時，筒壁產生的軸向應力與計算如公式（H.20）與（H.21）所示。（H.20）（H.21）滿足和，可求得筒壁屈曲臨界壓差。附錄I臨界負壓的計算公式I.1筒型基礎在無黏性土中負壓沉放時，筒內施加負壓要小于無黏性土發(fā)生滲透破壞的臨界負壓值。在無經驗算法或試驗觀測值時，可采用經驗公式（I.1）確定滲透破壞臨界壓差。（I.1）式中：——臨界負壓（kPa）；——土體有效容重（kN/m3）；——筒型基礎直徑（m）；——筒壁入土深度（m）。I.2筒型基礎在黏性土地基中負壓沉放時，為防止內部發(fā)生過大的土塞隆起，允許負壓應滿足公式（I.2）。（I.2）式中：——系數，此處；——2/3倍的筒端處不排水抗剪強度（kPa）；——筒型基礎內部側表面積，包括筒壁內側、內部分艙板及加強肋版?zhèn)让娣e（m2）；——無量綱化系數，同式I.2；——筒壁入土深度范圍內平均不排水抗剪強度（kPa）；——筒型基礎內部截面積（內部壓差施加面積）（m2）。I.3對于成層土地基可通過試驗方法確定土體滲透破壞的臨界壓差。本規(guī)范用詞說明1為便于在執(zhí)行本規(guī)范條文時區(qū)別對待，對要求嚴格程度不同的用詞說明如下：1）表示很嚴格，非這樣做不可的：正面詞采用“必須”，反面詞采用“嚴禁”。2）表示嚴格，在正常情況下均應這樣做的：正面詞采用“應”，反面詞采用“不應”或“不得”。3）表示允許稍有選擇，在條件許可時首先應這樣做的：正面詞采用“宜”，反面詞采用“不宜”。4）表示有選擇，在一定條件下可以這樣做的，采用“可”。2條文中指明應按其他有關標準執(zhí)行的寫法為“應符合……的規(guī)定”或“應按……執(zhí)行”。引用標準名錄下列文件對本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改單）適用于本文件。GB/T1228-2006鋼結構用高強度大六角頭螺栓GB/T1229-2006鋼結構用高強度大六角螺母GB/T1230-2006鋼結構用高強度墊圈GB/T1231-2006鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術條件GB/T1499.2-2018鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋GB/T1591-2018低合金高強度結構鋼GB/T3632-2008鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接副GB50017-2017鋼結構設計標準GB/T5224-2014預應力混凝土用鋼絞線GB/T5313-2010厚度方向性能鋼板GB/T13014-1991鋼筋混凝土用余熱處理鋼筋GB/T20065-2016預應力混凝土用螺紋鋼筋GB/T31517-2015海上風力發(fā)電機組設計要求GB/T36569-2018海上風電場風力發(fā)電機組基礎技術要求GB50009-2012建筑結構荷載規(guī)范GB50010-2010混凝土結構設計規(guī)范GB/T50476-2008混凝土結構耐久性設計規(guī)范NB/T10105-2018海上風電場工程風電機組基礎設計規(guī)范JTS144-1-2010港口工程荷載規(guī)范JTS257-2-2012海港工程高性能混凝土質量控制標準JGJ94-2008建筑樁基技術規(guī)范《海上移動平臺入級規(guī)范》（2020）中國電力企業(yè)聯合會標準編號：T/CEC20191117P備案號：海上風電復合筒型基礎設計規(guī)范CodeforDesignofCompositeBucketFoundationsforOffshoreWindTurbines條文說明2021-10修改稿

3基本規(guī)定3.20疲勞分析方法包括采用確定性疲勞和譜疲勞的分析方法，分別計算各環(huán)境荷載對結構造成的疲勞損傷，現行累積得到總損傷，具體要求應符合現行規(guī)范SY/T10009-2002《海上固定平臺規(guī)劃、設計和建造的推薦作法—荷載和抗力系數設計法》與SY/T10049-2004《海上鋼結構疲勞強度分析推薦作法》的有關規(guī)定。在缺乏可行資料的情況下，可基于中國船級社（CCS）、美國石油學會（API）、挪威船級社（DNV）等組織發(fā)布的國際和行業(yè)通用規(guī)范確定S-N曲線和疲勞安全系數。采用有限元方法確定應力集中系數時，宜按中國船級社（CCS）、美國石油學會（API）、挪威船級社（DNV）等組織發(fā)布的國際和行業(yè)通用規(guī)范規(guī)定的操作流程進行。4地基計算4.3穩(wěn)定性計算4.3.5宜通過數值模擬、離心機試驗等手段來確定筒型基礎包絡面。包絡面驗算包括三個步驟：（1）通過承載計算公式、極限分析法或有限元方法等確定最大單向承載力；（2）通過經驗公式或有限元方法確定特定豎向荷載作用下的H-M包絡面形狀；（3）安全系數是容許荷載矢量與設計荷載矢量的比值，如下圖安全系數為AF/AB，驗算筒型基礎安全系數是否滿足要求。圖H-M包絡面及安全系數4.4變形計算4.4.1采用分層總和法計算筒型基礎差異沉降時，宜適當考慮筒側壁摩阻力提供的抗傾覆力矩。采用數值模擬方法時，需謹慎選取計算彈性模量，如無其他資料，建議可取3~5倍壓縮模量。5結構設計5.1一般規(guī)定5.1.1筒型基礎結構建立三維數值模擬模型應包括土體等周邊介質等，土體模型宜采用實體單元模擬。5.1.5本條規(guī)定中復合筒型基礎的筒裙高度與直徑或等效直徑的比值宜小于0.5，主要根據實際工程設計結果確定。以江蘇大豐海上風電場為例，所用筒型基礎直徑為33m~37m，筒裙高度包括10m、11m、13m三種，筒裙高度與直徑比值最小為0.27，最大為0.38。5.1.6本條規(guī)定中復合筒型基礎筒裙直徑或等效直徑宜為輪轂到泥面總高度的1/6~1/4，主要根據實際工程設計結果確定。以江蘇大豐海上風電場為例，所用筒型基礎直徑為33m~37m，風機輪轂到泥面總高度約為120m，筒裙直徑與輪轂到泥面總高度比值約為0.28~0.31。5.4動力分析5.4.3筒型基礎結構動力分析采用多個荷載的時間序列進行結構耦合時程動力分析。不同環(huán)境要素的組合應通過分析各環(huán)境條件同時發(fā)生概率確定。5.5施工應力分析5.5.2復合筒新基礎施工起吊荷載計算參考《DNV-OS-205LiftingOperations》中有關吊裝荷載的計算方法，吊點應力分析宜結合試驗與數值模擬方法開展。復合筒新基礎施工起吊荷載應考慮動荷載的影響，可按下列公式計算：（1）式中：——起吊荷載（kN）；——起吊結構的重量（kN）；——起吊索具的重量（kN）；——動荷載放大系數，可按表1取值；——特殊荷載（kN），可包括風荷載、靜水荷載、動水荷載、拉線荷載等。表1動荷載放大系數取值表起吊重量（t）陸上近岸海上100~3001.051.121.25300~10001.051.101.201000~25001.031.081.15＞25001.031.051.105.6浮穩(wěn)性分析5.6.5本條規(guī)定中浮運期筒內水封不宜少于2m，主要依據為室內船池1:50縮尺模型試驗結果、現場1:10縮尺模型試驗結果和既有16臺復合筒型基礎原型浮運期監(jiān)測結果確定，其中基礎原型主要包括江蘇啟東2.5MW首臺復合筒型基礎浮運、江蘇響水海上風電場2臺3MW