海上风电基础设计要素
一、海上风电基础设计1.1风电机组基础一般规定如下：1基础设计应满足基础承载力、结构强度、整体刚度和...
一、海上风电基础设计
1.1 风电机组基础一般规定如下：
1 基础设计应满足基础承载力、结构强度、整体刚度和稳定性的要求，并应满足在海洋环境中耐久性和运行维护条件下的安全性、功能性和经济性等方面的要求。
2 应采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行结构分析。
3 基础结构应结合施工技术水平、施工装备能力及风电场实际工程建设条件设计。
4 风电机组基础安全等级应按1级。
5 基础设计使用年限不应小于25年。
6 环境荷载的设计重现期应为50年。
7 基础设计应进行整机频率、地基承载力、地基基础变形、基础疲劳、基础内力、材料强度、基础抗滑稳定、抗倾覆稳定验算及与基础安全有关的其它验算。
8 基础设计宜根据风机荷载、波浪、风和海流等循环荷载长期作用下土体强度和刚度的变化进行地基与基础的相互作用分析。
9 基础平台高程的确定应计入50年重现期潮位和波浪影响。
10 当抗震设防烈度为6度时，可不进行抗震设计。
1.2 基础钢材应符合以下规定：
1主体结构应采用船舶与海洋工程用结构钢或低合金高强度结构用钢，次要结构可采用低合金高强度结构用钢或碳素结构钢。钢材选用应符合现行国家标准《船舶与海洋工程用结构钢》GB 712、《低合金高强度结构钢》GB/T 1591和《碳素结构钢》GB/T 700的相关要求。
2 对于主体结构中承受高约束、板厚方向承受收缩变形和连续拉力荷载的重要部位，应采用具有抗层状撕裂性能的钢材，性能应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313规范要求。
3 钢材的等级，应根据构件类别、构件厚度和设计温度选用。
4 大气区及浪溅区的结构设计温度应取作业区域近10年内最冷月份平均气温，全浸区的结构设计温度取0℃。
5 钢板的长度、宽度和厚度允许偏差均应符合现行国家标准《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T 709的有关规定。
1.3 基础钢筋、钢丝、钢绞线应符合以下规定：
1钢筋性能应满足现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB 1499、《钢筋混凝土用余热处理钢筋》GB 13014、《预应力混凝土用热处理钢筋》GB 4463、《水运工程混凝土结构设计规范》JTS 151、《预应力混凝土用螺纹钢筋》GB/T 20065的有关规定。
2 钢丝性能应满足现行国家标准《预应力混凝土钢丝》GB/T 5223的有关规定。
3 钢绞线性能应满足现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》GB/T 5224的有关规定。
1.4 基础混凝土应符合以下规定：
1 基础结构应采用海工高性能混凝土。
2 混凝土材料的选取应满足强度性能、疲劳性能、防腐蚀性能和耐久性等方面要求。其性能应符合现行行业标准《海港工程高性能混凝土质量控制标准》JTS 257-2和《水运工程混凝土结构设计规范》JTS 151的相关规定。
1.5 风电机组基础用灌浆材料应符合以下规定:
1 应具有早强、高强特性，满足结构连接要求所需的抗压、抗拉、抗弯、抗剪切、抗疲劳等力学性能，试验方法应符合现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法》GB/T 17671、《普通混凝土力学性能试验方法》GB/T 50081和《水泥基灌浆材料应用技术规范》GB/T 50448的有关规定。
2 应具有耐腐蚀性能和耐久性，性能应符合现行国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GB/T 50082的相关规定。
3 宜采用无收缩、无泌水材料。
1.6 基础用螺栓应符合现行国家标准《六角头螺栓—C级》GB/T 5780和《六角头螺栓—A级和B级》GB/T 5782；高强度螺栓应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角螺栓》GB/T1228、《钢结构用高强度大六角螺母》GB/T 1229、《钢结构用高强度垫圈》GB/T 1230、《钢结构用高强度大六角螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T1231、《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T 3632和《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件》GB/T 3633的有关规定。
1.7 荷载按随时间的变化可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载三类，应包括以下内容：
1 风机荷载包括正常运行控制荷载、极端荷载、疲劳荷载和地震工况下风机荷载等。
2 风电机组荷载应由机组制造商根据设计单位提供的基础资料，经双方反复迭代计算确定。
3 风荷载是指作用在风电机组基础上的风荷载，应符合现行行业标准《港口工程荷载规范》JTS 144-1的相关规定,当结构的基本周期大于0.25s时，其基本风压应乘以风振系数，基本周期和风振系数的计算，应符合现行国家规范《建筑结构荷载规范》GB 50009。
4 波浪荷载计算应根据水深及适用范围选择波浪理论，并应符合现行行业标准《海港水文规范》JTS 145-2的相关规定。当波浪在结构处或其附近可能发生破碎，结构分析时，应考虑破碎波浪导致的波荷载。
5 海流荷载应符合现行行业标准《港口工程荷载规范》JTS 144-1的相关规定，应计入海流与波浪的共同作用，宜根据现场实测资料分析确定。
6 地震荷载计算应采用所在海域的基本烈度作为设计烈度，应按风机-塔筒-基础整体计算，宜采用地震反应谱法。
7 海冰荷载应符合现行行业标准《港口工程荷载规范》JTS 144-1的相关规定，并应计入海冰荷载与风电机组基础的相互作用。
8 设计水位计算方法应符合现行行业标准《海港水文规范》JTS 145-2的相关规定。
9 海生物分布范围、种类、年平均厚度等，宜通过场址区域的相关调查确定。
10 船舶靠泊荷载取值不应低于风电场专用的运维船只的正常靠泊荷载。
11 自重荷载应计入基础自身、附属结构及固定设备的重量，水下部分的结构应计入浮力。
12施工期荷载应包括安装或拆除过程中产生的作用荷载。
2.2荷载效应组合应满足以下要求：
1 确定环境荷载和其对应的环境荷载效应时，应同时计算风、波浪、海流等环境荷载作用及环境荷载的动力放大作用。载荷效应组合宜进行风电机组和基础耦合时域动力分析。
2 静力分析时，应计入结构的自重和浮力；动力分析时，水下部分的结构还应计入动水附加质量。
3 环境荷载作用方向除有可靠资料外，应计入环境荷载来自各个方向的可能性，并应计入不同水位下同时出现的最不利组合。
4 荷载作用效应组合方式应采用基本组合、标准组合及偶然组合。
2.3抗力系数应满足以下规定：
1 承载能力极限状态下的抗力系数应根据现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017、《混凝土结构设计规范》GB 50010、《港口工程桩基规范》JTS 167-4等确定。
2 疲劳极限状态下的抗力系数应取1.0。
3 偶然极限状态和正常使用极限状态抗力系数应取1.0。
2.4极限状态应包括：承载能力极限状态、正常使用极限状态、疲劳极限状态和偶然极限状态。
三、风电机组基础桩基设计
3.1 风电机组基础桩基设计应满足以下要求：
1 桩基础宜采用打入式钢管桩，不宜现场接桩。
2 单桩承载力宜通过现场试验确定。
3应计入土的非线性特性的影响。
4 应评估风机使用年限内泥沙移动对风电机组基础的影响。
5 应计入运输、沉桩造成的疲劳损伤的影响。
6 应计入土体负摩阻力的影响。
7 按群桩设计的桩基，单桩极限承载力设计值应计入群桩效应影响。
8 嵌岩桩设计应计入荷载反复作用对基桩抗拔承载性能的影响。
3.2 单桩基础设计应满足以下要求：
1 钢管桩与风机塔筒的连接可采用灌浆连接段连接或法兰直接连接。
2 采用灌浆连接段的单桩基础，应对灌浆连接段的承载性能、疲劳性能进行计算。
3 单桩基础埋深长度的确定应满足以下要求之一：
1）桩身位移曲线至少在一个位置处的切线为竖向。
2）桩长对桩身控制界面处水平位移的影响小于限定值。
4 单桩基础在正常使用极限状态下的水平位移不应大于限定值。
5 单桩基础应有防冲刷措施。
3.3 导管架基础设计应满足以下要求：
1 导管架基础可采用先桩法或者后桩法设计。
2 不宜在浪溅区设置水平杆件。
3 不宜在冰作用区内设置水平杆件和斜撑。
4 桩基与导管架基础的连接可采用灌浆连接。
5 应对灌浆连接段的承载能力和疲劳寿命进行计算。
3.4高桩承台基础设计应满足以下要求：
1 桩基宜采用对称形、梅花形和环形布置，桩基及承台截面宜采用圆形。
2 钢筋混凝土承台的高程、平面尺寸等应根据潮位、波浪、海流、海冰、风机荷载、施工工艺、运维要求等条件确定。
3 钢筋混凝土承台构造要求应符合现行行业标准《水运工程混凝土结构设计规范》JTS 151的相关规定。
4 钢筋混凝土承台进行强度和配筋计算时，宜按空间结构计算。
5 应对分层浇注各阶段底板进行强度计算。
6 应对桩和塔筒与承台的连接部位进行疲劳强度验算。
7 基础环与承台、桩与承台、锚栓连接件与承台之间，应做防水设计。
1 重力式基础混凝土结构应根据海水环境类别和设计使用年限进行耐久性设计；对处于浪溅区和水位变动区的混凝土构件，应采用高性能海工混凝土，并应采取表面防腐措施。
2 重力式基础设计应包括稳定性、基础静力变形、动力特性、施工安装等方面的分析和验算。
3 重力式基础应进行海床处理并应采取防冲刷措施。
4 重力式基础结构配筋验算与构造设计、耐久性设计应符合现行行业标准《水运工程混凝土结构设计规范》JTS151和《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ 275的有关规定。
1 防腐设计年限不应小于25年。
2 风电机组基础钢结构的防腐蚀设计应符合现行行业标准《海上风电场钢结构防腐蚀技术标准》NB/T 31006的有关规定。
3 风电机组基础混凝土结构的防腐蚀设计应符合现行行业标准《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ275、《水运工程耐久性设计标准》JTS 153和《海港工程钢筋混凝土结构电化学防腐蚀技术规范》JTS 153-2的有关规定。
1 灌浆连接段应根据灌浆材料强度和弹性模量、钢管和灌浆环向空间几何形状、剪力键的应用、灌浆长径比、接触灌浆的钢管表面状态、浆体收缩率或膨胀率、荷载时程曲线等条件进行设计。
2 应进行强度、变形和疲劳寿命验算。
3 灌浆连接段长度不宜小于1.5倍连接段外径。
1 每个风电机组基础应布置不少于1个靠泊设施，当工程海域潮流和海浪主方向发生变化时，应增加靠船防撞设施数量。
2 靠泊设施布置方位应根据工程海域的风、波浪、海流的分布以及运维船只允许靠船的条件确定，并应与爬梯、上部平台结构协调。
3 靠泊设施设置高程范围应根据工程所在海域海洋水文条件、运维船只条件等确定。
4 靠泊设施宜具有构件更换的便利性。
5 橡胶护舷应符合现行行业规范《橡胶护舷》HG/T 2866的有关规定。
7.2钢质平台及爬梯设计应满足以下要求：
1 钢平台防护栏杆的设计应符合现行国家标准《海上平台栏杆》CB/T 3756的有关规定。
2 钢爬梯的设计应满足现行国家标准《海上平台斜梯》CB/T 3757的有关规定。
1 施工完后应进行桩顶标高、桩位偏差、桩身质量等检测。
2 施工完成后应进行桩基承载力检测，单台风电机组基础检测数量不应少于1根，高桩承台基础不应少于2根。
3 钢桩检测应符合现行行业标准《港口工程桩基规范》JTS 167-4的有关规定。
4 钢结构建造质量检测应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的有关规定。
8.2 风电机组基础运行期检测应符合下列要求：
1 运维期检测频率应根据检测内容确定。
2 检测范围应包括风电机组基础、J型管、爬梯、栏杆、防腐蚀系统、海生物附着、冲刷及冲刷防护等。
3 应检测牺牲阳极电位和基础钢材厚度。
4 在选取检测样本时，应计入基础结构、环境条件及建设时间差异的影响。
5 如果随机抽取的风电机组基础中有一个或者多个存在问题，则应提高检测比例。
6 应检测灌浆连接的完整性，并检测灌浆连接顶部与底部裂纹及灌浆料脱落。
8.3 风电机组基础监测应符合下列规定：
1 监测数量不应低于风电机组数量的10%，监测位置应覆盖风电场最不利外部条件位置。
2 宜对海洋水文、气象等进行同期观测。
3 监测设备安装应与基础结构永久设施建造同时进行。
4 建设期应开展沉桩过程精度、沉桩完成后重要位置焊缝、基础顶法兰安装精度检测。
5 运行期应开展振动监测、倾角监测、水平位移监测、基础沉降监测、应力应变监测。
6 运行期宜开展局部冲刷监测、阴极保护监测、海生物生长情况监测。
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