风电机组地基基础设计规定

1范围1.0.1本标准规定了风电场风电机组塔架地基基础设计的基本原则和方法，涉及地基基础的工程地质条件、环境条件、荷载、结构设计、地基处理、检验与监测等内容。1.0.2本标准适用于新建的陆上风电场风电机组塔架的地基基础设计。工程竣工验收和已建工程的改（扩建）、安全定检，应参照本标准执行。1.0.3风电场风电机组塔架的地基基础设计除应符合本标准外，对于湿陷性土、多年冻土、膨胀土和处于侵蚀环境、受温度影响的地基等，尚应符合国家现行有关标准的要求。2规范性引用文件下列标准中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用标准，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些标准的最新版本。凡是不注日期的引用标准，其最新版本适用于本标准。GB18306中国地震动参数区划图GB风力发电机组安全要求GB50007建筑地基基础设计规范GB50009建筑结构荷载设计规范GB50010混凝土结构设计规范GB50011建筑抗震设计规范GB50021岩土工程勘察规范GB50046工业建筑防腐蚀设计规范GB50153工程结构可靠度设计统一标准GB60223建筑工程抗震设防分类标准GB50287水力发电工程地质勘察规范GBJ146粉煤灰混凝土应用技术规范FD002—2007风电场工程等级划分及设计安全标准DL/T5082水工建筑物抗冰冻设计规范JB/T10300风力发电机组设计要求JGJ24民用建筑热工设计规程JGJ94建筑桩基技术规范JGJ106建筑基桩检测技术规范JTJ275海港工程混凝土防腐蚀技术规范3总则3.0.1为统一风电场风电机组塔架地基基础设计的内容和深度，特制定本标准。3.0.2风电机组地基基础设计应贯彻国家技术经济政策，坚持因地制宜、保护环境和节约资源的原则，充分考虑结构的受力特点，做到安全适用、经济合理、技术先进。3.0.3本标准的地基基础设计采用极限状态设计方法，荷载和有关分项系数的取值应符合相关规定，以保证在规定的外部条件、设计工况和荷载条件下，使风电机组地基基础在设计使用年限50年内安全、正常工作。4术语4.0.1风电场windpowerstation由一批风力发电机组或风力发电机组群组成的电站。通常称为风电场。4.0.2风力发电机组windturbinegeneratorsystem（WTGS）将风的动能转换为电能的系统。4.0.3地基subgrade支承基础的土体或岩体。4.0.4基础foundation将上部结构的各种荷载传承到地基上的结构物。4.0.5基本组合fundamentalcombination承载能力极限状态计算时，永久作用和可变作用的组合。4.0.6偶然组合accidentalcombination承载能力极限状态计算时，永久作用、可变作用和一个偶然作用的组合。4.0.7标准组合characteristic/nominalcombination正常使用极限状态计算时，采用标准值荷载的组合。4.0.8参考风速referencewindspeed用于确定WTGS级别的基本极端风速参数。与气候相关的其他设计参数均可由参考风速和其他基本等级参数计算得到。4.0.9极端风速extremewindspeedTs内的平均最高风速，它可能是N年一遇（重现周期N年）。GB采用的重现周期N=50年和N=1年，采用的时限T=3s。4.0.10设计载荷状态designloadcase（DLC）各种可能的设计状态与引起构件载荷的外部条件的组合。4.0.11荷载修正安全系数modifiedsafetyfactorofload考虑风电机组塔架基础所受上部结构的荷载不确定性和荷载模型偏差等因素而采用的修正安全系数k0，其值为。4.0.12地基承载力特征值characteristicvalueofsubgradebearingcapamty荷载试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。4.0.13单桩竖向极限承载力标准值uhimateverticalbearingcapacityofsinglepile单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。它取决于土对桩的支承阻力和桩身承载力。4.0.14单桩竖向承载力特征值characteristicvalueoftheverticalbearingcapacityofasinglepile单桩竖向极限承载力标准值除以安全系数后的承载力值。4.0.15地基变形允许值allowablesubsoildeformation为保证建筑物正常使用而确定的变形控制值。4.0.16标准冻深standardfrostpenetration在地面平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于10年的实测最大冻深的平均值。4.0.17基础环foundationstuboftubulartower用于塔筒与塔筒基础连接的预埋连接件。4.0.18轮毂高度hubheight风力发电机组风轮扫掠面积中心距地面的高度。4.0.19塔架tower基础以上支撑风力发电机组的高耸结构。4.0.20扩展基础spreadfoundation由台柱和底板组成使压力扩散的基础。4.0.21桩基础pilefoundation由设置于岩土中的桩和连接于桩顶端的承台组成的基础。4.0.22岩石锚杆基础rockfoundationwithanchorbars在岩石地基上，靠岩石锚杆、混凝土承台和岩石地基共同作用的基础。4.0.23土岩组合地基soil-rockcompositesubgrade在地基主要受力层范围内，存在石芽密布并有出露的地基、大孤石或个别石芽出露的地基。4.0.24地基处理groundtreatment为提高地基的强度、刚度和稳定性而采取的处理措施。4.0.25复合地基compositesubgrade，compositefoundation由地基土和部分土体被增强或被置换而形成的增强体共同承担荷载的人工地基。5基本规定5.0.1根据风电机组的单机容量、轮毂高度和地基复杂程度，地基基础分为三个设计级别，设计时应根据具体情况，按表选用。表5.0.1地基基础设计级别设计级别单机容量，轮毂高度和地基类型1单机容量大于轮毂高度大于80m复杂地质条件或软土地基2介于1级、3级之间的地基基础3单机容量小于轮毂高度小于60m地质条件简单的岩土地基注1：地基基础设计级别按表中指标划分分属不同级别时，按最高级别确定。注2：对1级地基基础，地基条件较好时，经论证基础设计级别可降低一级。5.0.2风电机组地基基础设计应符合下列规定：1所有风电机组地基基础，均应满足承载力、变形和稳定性的要求。21级、2级风电机组地基基础，均应进行地基变形计算。33级风电机组地基基础，一般可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：1）地基承载力特征值小于130kPa或压缩模量小于8MPa。2）软土等特殊性的岩土。5.0.3风电机组地基基础设计前，应进行岩土工程勘察，勘察内容和方法应符合GB50021的规定。5.0.4风电机组基础型式主要有扩展基础、桩基础和岩石锚杆基础，具体采用哪种基础应根据建设场地地基条件和风电机组上部结构对基础的要求确定，必要时需进行试算或技术经济比较。当地基土为软弱土层或高压缩性土层时，宜优先采用桩基础。5.0.5根据风电场工程的重要性和基础破坏后果（如危及人的生命安全、造成经济损失和产生社会影响等）的严重性，风电机组基础结构安全等级分为两个等级，见表。表5.0.5风电机组基础结构安全等级基础结构安全等级基础的重要性基础破坏后果1级重要的基础很严重2级一般基础严重注；风电机组基础的安全等级还应与风电机组和塔架等上部结构的安全等级一致。5.0.6风电机组地基基础设计应进行下列计算和验算：1地基承载力计算。2地基受力层范围内有软弱下卧层时应验算其承载力。3基础的抗滑稳定、抗倾覆稳定等计算。4基础沉降和倾斜变形计算。5基础的裂缝宽度验算。6基础（桩）内力、配筋和材料强度验算。7有关基础安全的其他计算（如基础动态刚度和抗浮稳定等）。8采用桩基础时，其计算和验算除应符合本标准外，还应符合GB50010和JGJ94等的规定。5.0.7鉴于风电机组主要荷载——风荷载的随机性较大，且不易模拟，在与地基承载力、基础稳定性有关的计算中，上部结构传至塔筒底部与基础环交界面的荷载应采用经荷载修正安全系数（k0）修正后的荷载修正标准值。k0取。5.0.8材料的疲劳强度验算应符合GB50010的规定。5.0.9应对制造商提出的基础环与基础的连接设计进行复核。5.0.10根据基础的受力条件和上部结构要求，视风电机组制造商的要求对地基基础的动态刚度进行验算。5.0.11抗震设防烈度为9度及以上，或参考风速超过50m/s（相当于50年一遇极端风速超过70m/s）的风电场，其地基基础设计应进行专门研究。5.0.12受洪（潮）水或台风影响的地基基础应满足防洪要求，洪（潮）水设计标准应符合FD002-2007的规定。5.0.13对可能受洪（潮）水影响的地基基础，在基础周围一定范围内应采取可靠永久防冲防淘保护措施。6地基特性岩土的分类6.1.1风电场风电机组基础地基的岩土体可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土等。根据地质成因，土也可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土等。6.1.2岩石地基除应确定岩石的地质名称和风化程度外，尚应进行岩石坚硬程度、岩体完整程度和岩体基本质量等级的划分。6.1.3岩石的坚硬程度、岩体完整程度和岩体的基本质量等级的划分应符合表表的规定。表6.1.3-1岩石坚硬程度分类坚硬程度坚硬岩中硬岩较软岩软岩极软岩饱和单轴抗压强度Rb（MPa）Rb6060≥Rb3030≥Rb1515≥Rb5Rb≤5表6.1.3-2岩体完整程度分类岩体完整程度完整较完整完整性差较破碎破碎完整性指数～～～注：完整性指数为岩体纵波速度与岩块纵波速度之比的平方，选定岩体和岩块测定波速时，应注意其代表性。表6.1.3-3岩体基本质量等级分类类型岩体特性I坚硬岩，新鲜一微风化，岩体完整，整体状或巨厚层状结构Ⅱ坚硬岩，微风化，岩体较完整，块状或次块状、厚层状结构中硬岩，新鲜，岩体完整，整体状或巨厚层状结构Ⅲ坚硬岩、弱风化，岩休完整性差，次块状、镶嵌状、中厚层状或互层状结构中硬岩，微风化，岩体较完整，块状或次块状、厚层、中厚层状或互层状结构较软岩，微风化一新鲜，岩体完整，整体状、块状、巨厚层状或厚层状结构续表类型岩体特性Ⅳ坚硬岩，弱风化一强风化，岩体较破碎，碎裂或块裂结构，互层或薄层状结构中便岩，弱风化，岩体完整性差，互层状或薄层状、碎裂或块裂结构较软岩，微风化～弱风化，岩体较完整，中厚层状、互层状或薄层状结构软岩，新鲜一微风化，岩体完整～较完整，厚层状或中厚层状结构V坚硬岩～中硬岩，强风化，岩体破碎，散体结构较软岩～软岩，强风化，岩体较破碎，薄层状，块裂或碎裂结构、散体状结构断层破碎带6.1.4当缺乏饱和单轴抗压强度试验资料时，可按附录A表和表，2划分岩石的坚硬程度和岩体的完整程度。岩石的风化程度和岩体的结构类型的划分可按附录B、附录C进行。6.1.5当软化系数不大于时，应定为软化岩石；当岩石具有特殊成分、特殊结构或特殊性质时，应定为特殊性岩石，如易溶性岩石、膨胀性岩石、崩解性岩石、盐溃化岩石等。6.1.6碎石土为粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50%的土，并按表可进一步划分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。表6.1.6碎石土分类土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒含量超过总质量的50％块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒含量超过总质量的50％碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量的50％角砾棱角形为主注；定名时，应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。6.1.7碎石土的密实度宜根据修正后的圆锥动