干货 | 海上风电机组重力式基础稳定性计算方法的对比分析-第2页-北极星风力发电网

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4 基础抗滑移稳定的计算方法对比

国内关于重力式基础的抗滑移稳定计算同样主要参照JTS 167-2-2009《重力式码头设计与施工规范》[1]、GB 50135-2006《高耸结构设计规范》[2]和FD 003-2007《风电机组地基基础设计规定》[3]。《高耸结构设计规范》中规定，基础抗滑移稳定按式(10) 计算：

QQ截图20200609150626.jpg

式中，FR 为荷载效应基本组合下的抗滑力；FS 为荷载效应基本组合下的滑动力；Hk 为水平力标准值；μ 为基础底面对地基的摩擦系数。《重力式码头设计与施工规范》[1] 中的抗滑移稳定计算式为：

QQ截图20200609150631.jpg

需要强调的是，上述分项系数表达的概率极限状态设计方法是按照安全系数K=1.3 的单一安全系数法进行校准的，这与《高耸结构设计规范》、《风电机组地基基础设计规定》中的安全度是一致的。

国外的DNV 规范[6] 和API 规范[7] 中规定，在重力式基础受水平荷载作用时，必须对基础抗滑移稳定进行验算，具体计算为：

QQ截图20200609150637.jpg

式中，c 为滑动面的粘聚力；φ 为滑动面的摩擦角；r 为粗糙系数，接触面材料为土体- 土体时取值为1.0，接触面材料为结构-土体时取值小于1.0。与国内规范相比，国外规范中的基础抗滑移稳定计算公式考虑了滑动面粘聚力的影响，同时引入了粗糙系数来区别不同滑动面材料对安全系数的要求，且粗糙系数的取值比较灵活。其他方面两种规范体系大体类似，都包括用竖向力乘以摩擦系数作为抗滑力。

5 工程实例

以福建省某海上风电场为例对分析结论进行验证。该风电场地质条件为浅覆盖层，地基承载力特征值fak 为250 kPa，采用金风科技6.7 MW抗台风大容量风电机组，基础形式拟采用重力式基础，基础截面如图6 所示。

QQ截图20200609150737.jpg

分别按照国内和国外规范对该风电场的重力式基础进行设计，具体承载力和稳定性计算结果如表3、表4 所示。

QQ截图20200609150758.jpg

从表3、表4 可以看出，按照国内外规范得出的地基承载力、基础抗倾覆稳定和基础抗滑移稳定的计算结果都可满足规范的要求，验证了上述分析结论。

6 结论

本文通过研究国内外规范中关于海上风电机组重力式基础稳定性的计算理论和方法，对重力式基础的地基承载力、基础抗倾覆稳定及基础抗滑移稳定的计算方法进行了详细的对比分析，并对国内外规范中给出的计算理论的优劣和条文说明进行了论述，得到结论如下：

1) 我国规范中，习惯采用线弹性理论计算地基承载力，而国外规范倾向于采用塑性土压力分布理论。国外规范中，基础底部面积50% 脱开对应的荷载偏心比e/R 为0.40；我国规范中，基础底部面积25% 脱开对应的荷载偏心比e/R 为0.43，两种规范关于底面积脱开大小的规定实质是相当的。

2) 我国规范根据荷载试验并结合工程实践经验等方法综合确定基础承载力；而国外规范采用的Vesic 基础承载力公式适用条件为均布压力，当基础受到较大的水平荷载时会引起地基反力分布不均匀，计算结果会出现较大偏差。

3) 我国规范专门强调基底脱开面积不超过25% 且满足地基承载力要求时，可不验算基础的抗倾覆稳定性；国外规范中没有规定必须对基础抗倾覆稳定进行计算，主要原因是抗倾覆稳定实际上已经包含在地基承载力计算的规定中。

4) 与国内规范相比，国外规范中的基础抗滑移稳定计算公式考虑了滑动面粘聚力的影响，同时引入了粗糙系数以区别不同滑动面材料对安全系数的要求。

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