NBT 10311-2019 陆上风电场工程风电机组基础设计规范.pdf

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标准编号:NBT 10311-2019
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4.2.2鉴于风电场基础工程施工速度较快,较接近不固结不排 水剪切条件,故推荐快剪及不固结不排水剪(UU)试验。但预 压固结的地基,需采用固结不排水剪切试验。进行UU试验时, 在土的有效自重压力下预固结,更符合实际。室内试验确定土的 抗剪强度指标影响因素很多,包括土的分层合理性、土样均匀 性、操作水平等,如试验结果的变异系数较大,应该分析原因, 增加试验组数,合理取值。

注:1对于微风化的硬质岩石,其承载力如取用大于4000kPa时,应由试骗 确定。

注:1括号内的数值供内插用。

当大于2mm的颗粒质量不小于总质量的20%者定为砾质黏性工CECS 377-2018-T 绿色住区标准,小 20%者定为砂质黏性士,不含者为黏性土。

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5.1.3对于有地震设防要求的场地,上部结构传至基础项

载还需包括风电机组正常运行时分别遭遇该场地多遇地震作用 1罕遇地震作用的地震惯性力作用。地震惯性力作用包括竖向惯

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又引起的弯矩。对于有设防要求的风电 电力系统中的作用和地震时必须维持正常供电的风电场项目极 少故将抗震设防米别 米

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标准组合是属于正常使用极限状态设计的荷载组合,用于当 超越极限状态时将产生永久性不可逆损坏的情况。在某种意义上 与过去的“短期效应组合”相同,主要用来验算一般情况下基础 结构构件的挠度、裂缝等使用极限状态问题。在组合中,可变荷 载采用标准值,即超越概率为5%的上分位值,荷载分项系数 为1.0。 频遇组合是属于正常使用极限状态设计的荷载组合,用于当 短期效应是决定性因素时的情况。它是新引进的组合模式,可变 荷载的频遇值等于可变荷载标准值乘以频遇值系数(该系数小于 组合值系数),其值是这样选取的:考虑了可变荷载在结构设计 基准期内超越其值的次数或大小的时间与总的次数或大小的时间 相比在10%左右。 准永久组合是属于正常使用极限状态设计的荷载组合,用于 当长期效应是决定性因素时的情况。在某种意义上与过去的“长 期效应组合”相同,其值等于荷载的标准值乘以准永久值系数。 它考虑了可变荷载对结构作用的长期性。在设计基准期内,可变 荷载超越荷载准永久值的概率在50%左右。准永久组合常用于 考虑荷载长期效应对结构构件正常使用状态影响的分析中。 对于不同的极限状态和组合,在设计表达式中采用不同的荷 载代表值。荷载代表值分为标准值、组合值、频遇值和准永久值 四种。标准值是荷载的主要代表值;组合值是代表荷载在结构上 同时出现的量值的组合;频遇值是代表荷载在结构上时而出现的 计基准期内具有较长的总持续期。 。、频遇值系数中和准永久值系数山。等折减系数来表示。

1根据《建筑桩基技术规范》G94一2008,桩顶作用效 应采用标准组合,单桩承载力采用极限承载力标准值除以2作为 承载力特征值。现行国家标准《建筑地基基础设计规范》 GB50007一2011规定桩顶作用效应采用标准值,单桩承载力采 用特征值。对扩展基础、梁板基础和岩石预应力锚杆基础的地基 承载力也作了类似规定。西班牙标准EHE一1999规定地基承载 力复核时采用的荷载分项系数为1.0,地基承载力分项系数为 3.0。为了保持与建筑标准的一致性,参考《建筑地基基础设计 规范》GB50007一2011和《建筑桩基技术规范》JGJ94一2008 提出本条规定。 2参照《建筑地基基础设计规范》GB50007一2011和《混 凝土结构设计规范》GB50010一2010(2015年版)的有关规定, 有关的可变荷载的组合系数为1.0。 3按照《高算结构设计规范》GB50135一2006的要求,按

5在验算基础结构疲劳强度时,按承载能力极限状态采用 荷载的基本组合,但规定分项系数均为1.0,且上部结构传至塔 筒底部与基础环交界面的荷载直接采用荷载标准值。 6根据《建筑抗震设计规范》GB50011一2010(2016年 版)和《建筑地基基础设计规范》GB50007一2011,多遇地震工 况下的地基承载力验算时,荷载效应按正常使用极限状态下荷载 的标准组合,上部结构传至塔筒底部与基础环交界面的荷载直接 采用荷载标准值;截面抗震验算时,荷载效应按承载能力极限状 态下荷载的基本组合,上部结构传至塔筒底部与基础环交界面的 荷载设计值由荷载标准值乘以相应的荷载分项系数。 :7根据《建筑抗震设计规范》GB50011一2010(2016年 版)和《建筑地基基础设计规范》GB50007 2011,罕遇地震工 况下的地基基础抗滑稳定和抗倾覆稳定验算的荷载效应按承载能 力极限状态下荷载的偶然组合,上部结构传至塔筒底部与基础环 交界面的荷载直接采用荷载标准值。 8当正常运行荷载叠加多遇地震作用为基础结构设计的控 制荷载时,多遇地震作用的计算及地基基础抗震验算需符合《建 筑抗震设计规范》GB50011一2010(2016年版)的规定,基础 结构的有关抗震设计还需符合《建筑地基基础设计规范》GB 50007一2011、《建筑桩基技术规范》JGJ942008等的有关规 定。罕遇地震作用的计算需满足《建筑抗震设计规范》GB 50011一2010(2016年版)的规定,根据基础承受的荷载效应, 验算其抗滑稳定性和抗倾覆稳定性,按照“大震不倒”的设防原 则,其抗滑稳定安全系数和抗倾覆稳定安全系数不小于1.0。 5.3.3根据《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153 2008,对于风电机组地基基础设计而言,设计状况分为持久设计 状况和偶然设计状况(即:地震设计状况)。承载能力极限状态 下需进行持久设计状况和偶然设计状况计算;正常使用极限状态 下需进行持久设计状况计算。为了便于设计人员使用,将风由机

组地基基础的极限状态、设计状况、荷载组合、计算内容、荷载 工况和主要荷载进行了汇总列表。

5.4.1根据风电机组基础结构受力特点,本规范规定在风电机 等级确定结构安全重要性系数,结构安全重要性系数参考《高笃 结构设计规范》GB50135—2006取值 在 计算荷载总效应时, 将荷载总效应乘以相应的结构重要性系数,行 得到最终荷载效应设 计值。

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6.1.1由于风电场风电机组具有承受360°方向重复荷载的特列 性,对地基基础的稳定性要求高,因此本条提出了地基验算自 内容。

6.1.1由于风电场风电机组具有承受360°方向重复荷载的特殊

计规范》GB50011一2010(2016年版)、《架空达电线路基础设 计技术规程》DL/T5219一2014等均对基础底面脱开基底土有 规定,而风电机组塔筒较高,且承受动荷载作用,过大偏心容易 发生倾覆破坏,因此规定,正常运行工况不允许脱开地基土;极 端荷载工况基础底面允许部分脱开地基土的面积不大于底面全面 积的25%。如不满足要求,需采取加大基础底面积或埋深等处 理措施。 对多遇地震工况,依据风电机组基础实际运用情况,参考 《建筑抗震设计规范》GB50011一2010(2016年版)中第4.2.4 条的规定、《高算结构设计规范》GB50135一2006中第7.1.2条 的规定,风电机组基础在考虑抗震设计组合时允许底面与地基土 之间脱离区(零应力区)面积不应超过基础底面全面积的 15%~25%。另根据多遇地震烈度的概念,分析多遇地震的发生 概率相当于50年,与极端风况的概率相当(也为50年一遇), 地基计算的指标可以借以参考(极端工况下基底脱开面积比例不 空制是基本合适的。

6.1.4在季节性冻土地区,其标准冻深可由工程地质勘察提供

6.5.1根据风资源情况,目前已建、在建和拟建的风电场建设 的稳定性要根据具体情况分别进行抗滑、抗倾覆或抗浮稳定 计算。

5.5.2~6.5.3

50007一2011制定。本条给出了风电场工程扩展基础和梁板基础

为便然组合,综合安全系数为1.0

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基础、岩石预应力锚杆基础和桩基础承台采用圆形的形式。 7.1.2~7.1.3在2006年“桑美”台风中,某风电场部分基础 破坏的实例表明,基础混凝土需一次浇筑成型。若出现特殊情况 可靠的缝面处理对确保基础安全很重要。根据实际工程运行经 验,基础环周围混凝土局部受压较为严重,对混凝土承载要求较 高;再就是随着基础锚笼环的大量应用,上下锚板位置的混凝土 也存在较大的局部受压,因此要求混凝土的强度标号不低于 C40。同时根据风电机组基础结构的受力特点,对软弱地基上的 垫层混凝土厚度和处理作出了规定。

破坏的实例表明,基础混凝土需一次浇巩成型。石山 可靠的缝面处理对确保基础安全很重要。根据实际工程运行经 验,基础环周围混凝土局部受压较为严重,对混凝土承载要求较 高;再就是随着基础锚笼环的大量应用,上下锚板位置的混凝土 也存在较大的局部受压,因此要求混凝土的强度标号不低于 C4O。同时根据风电机组基础结构的受力特点,对软弱地基上的 垫层混凝土厚度和处理作出了规定。 7.1.4钢筋混凝土保护层厚度的规定是为了满足混凝土基础的 耐久性和对受力钢筋有效锚固的要求。考虑工作条件的不利因 素,风电机组基础混凝土保护层厚度需大于一般建筑物的厚度。 7.1.5对基础台柱钢筋和基础底板顶面钢筋的最小配筋率作出 了规定,参考《混凝土结构设计规范》GB50010一2010(2015 年版),取值0.15%,比原《风电机组地基基础设计规定(试 行)》FD003一2007要求的0.2%有所降低。

7.1.6本条适用于风电机组的所有基础型式

7.1.7陆地受洪(潮)水影响的地基基础满足防洪(潮)要习

7.1.7陆地受洪(潮)水影响的地基基础满足防洪(潮)要求, 洪(潮)水设计标准需符合《风电场工程等级划分及设计安全标 准(试行)》FD002一2007的规定。地基基础防洪(潮)计算 电气柜和基础旁机组变压器的防洪高程的确定。对于不能满足要

NB/T10311—2019变压器也需采取防洪(潮)措施。7.2扩展基础I构造规定7.2.1本条根据已建工程资料,给出了扩展基础轮廓尺寸范围,设计中需根据工程具体情况计算确定。7.2.2本条根据实际工程经验,给出了基础环和锚笼环的周围混凝土构造厚度,设计中需根据工程具体情况计算确定。并根据已建工程实际施工经验,给出了基础圆台坡度范围。7.2.3对于圆形扩展基础的外形尺寸各相关规范有不同的规定:《烟岗设计规范》GB50051一2013第12.4.1条对外悬挑部分宽高比按2.2控制;《高笃结构设计规范》GB50135一2006对外悬挑部分宽高比也按照2.2控制;在《建筑地基基础设计规范》GB50007一2011中,规定基础台阶的高宽比小于等于2.5可采用基底反力直线分布进行内力分析,并在条文说明中有明确解释。综合考虑风电机组基础结构的经济性,本规范确定圆形扩展基础宽高比按照小于等于2.5控制。Ⅱ结构计算当扩展基础宽高比满足2.5的限制要求时,风电机组基础基99

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与最大边缘应力的均值作为近似均布荷载;而原《风电机组地基 基础设计规定(试行)》FD003一2007中条文说明的第9.2.2 条,为安全起见,假定基底反力按最大边缘净反力均布分布。考 虑到风电机组扩展基础的外悬挑长度较长,取中点处的压力偏 小,取边缘最大值又过于保守。经过试算,取R与r1之间距离 边缘1/3(R一r1)处的最大压力,与《建筑结构静力计算手册》 的精确计算方法相比,误差在4%~6%左右。 另外,根据《风电机组地基基础设计规定(试行)》FD 003一2007条文说明第9.2.2条,根据有限元计算结果,扩展基 础的最大弯矩一般发生在变截面处,因此配筋计算以满足变阶面 的抗弯计算为准, 在远离变阶面高度的悬臂位置,可以选择部分 截面高度再进行配筋计算,对于悬臂段较长的扩展基础可做配筋 优化。 7.2.7此条根据风电机组地基基础结构受力特点, 明确基础承 台进行抗冲切计算位置和计算方法。冲切破坏体以外的荷载设计 值可以取冲切破坏体以外基底面积与基底地基反力的乘积。 7.2.8风电机组扩展基础尺寸比例不满足烟窗基础规范的比例, 因此,环径向配筋公式不能直接使用。 底板下部配筋弯矩取在变 阶面高度单宽扇形单元承受均布地基反力 按悬臂构件进行计 算;底板上部配筋弯矩取在变阶面高度单宽扇形单元承受均布荷 载q,按悬臂构件进行计算,均布荷载Q可以按下式近似计算。 底板上表面近似均布荷载计算尺寸示意图见图7-1。

(ri·hi+ri·h2+r2·hir2·h2 2

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7.4岩石预应力锚杆基础

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处于受拉的状态并保留一定的裕度,与目前已 4 本相当。 锚杆杆体受拉承载力的验算直接采用大直径锚杆的屈服强度 的70%控制,与钢结构设计规范的要求一致,符合工程实例和 材料厂家的强度要求。

7.5.1从国内外已建风电场风电机组基础资科来有,而木取 凝土预制桩或混凝土灌注桩进行处理的地基,桩基础承台均为大 块体混凝土,多采用4根及以上的基桩进行处理。本节仅对设群 桩的桩基础提出要求。 按竖向荷载下单桩的受力性状,将基桩分为摩擦型和端承型 两大类。摩擦型桩可分为摩擦桩和端承摩擦桩,桩端阻力很小 时,称为摩擦桩。同理,端承型桩也可分为端承桩和摩擦端承 桩,桩侧阻力很小时,称为端承桩。 7.5.2本条说明基桩的构造性要求,主要包括基桩布置、持力 层选择、桩身混凝土强度、扩底桩扩底端构造等,按照《建筑桩 基技术规范》JGJ94一2008确定。 7.5.3~7.5.4本条给出了承台的构造要求和桩与承台连接的构 造要求

7.5.6关于桩顶竖向力和水平力的计算,将上部风电机组荷载 凝聚于基础环(或锚笼环)顶部与塔筒连接处的基础上进行。这 样,对于柱下独立桩基,按承台为刚性板和反力呈线性分布的假 定,得到计算各基桩或符合基桩的桩顶竖向力和水平力公式。 7.5.7~7.5.8考虑到风电机组为高算结构,风电机组桩基础承 台的刚度较大,且受风荷载引起的水平力较大,本条给出了考虑

:5:天于桩项签向力和水平力的计算,将上部风电机组何较

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7.5.12基竖向极限承载截力标准值的确定险严

验确定外,还有多种计算方法,本条标准列出根据土的物理指相 刀牧可 与承载力参数之间的经验关系确定基桩抗压极限承载力标准值白 计算方法,其他方法可参照《建筑桩基技术规范》JGJ94一200 采用。

性黄土地区和填筑不久的大堤等,因此,本条提出了考虑负摩阻 的要求。

硕友 弯矩作用模式为主,地震工况下竖向地震力也不足以产生基础整 体上拔破坏,因此基础整体破坏模式不会发生,仅限于基础下部 分基桩上拔的受力状态。

7.5.18本条给出了风电机组桩基础沉降的计算方法和沉降允许

值。软土中摩擦桩的桩基础沉降计算是一个非常复杂的问题,本 规范推荐的桩基础最终沉降量计算方法并不是一种纯理论的方 法,其实质是一种经验拟合的方法。

值。软土中摩擦桩的桩基础沉降计算是一个非常复杂的问题,本 规范推荐的桩基础最终沉降量计算方法并不是一种纯理论的方 法,其实质是一种经验拟合的方法。 范》JGJ94一2008中的规定确定。 凝土强度和裂缝验算的要求。

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7.5.24本条仪对承合受基础环、 用代 冲切计算公式。 7.5.25本条为群桩承台基础的承台弯矩计算方法。根据风电机 组群桩基础承台的实际情况,采用按外圈基桩均分承台到计算截 抗弯计算公式,取基桩受力最不利情况进行计算。最不利情况若 取最外侧单根基桩包络范围计算偏于保守,取半圆计算偏于冒 进,根据工程设计经验以及实际运行结果,本规范规定采用最外 圈三根基桩的包络范围作为抗弯计算单元是合适的。 7. 6预应力筒型基础 I构造规定 7.6.1~7.6.2 筒型基础筒壁混凝土强度、筒壁厚度和基础埋深 根据基础结构强度基础施工稳定性、施工经验和施工机械等条 件进行确定。 基础计算 7.6.7,筒型基础地基承载力基于《土力学(第三版)》(东南大

7.6.1~7.6.2

7.6.7简型基础地基承载力基于《土力学(第三版)》

学、浙江大学、湖南大学和苏州科技学院合编)中太沙基极限承 载力计算而得,一般取极限承载力的(1/2~1/3)作为地基承载 力特征值,为安全起见,采用太沙基理论的计算安全系数取 F,=3。

塞础的地基计异算方法。同型基 的体型一般埋深为8~12m、直径为5~9m,该体型可按刚性 础考虑,参考《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5 2005附录D中关于具有无穷大刚度基础的地基计算方法,确 出筒型基础底面和侧面抗压计算、基础水平变形和转角计算

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8.2.1~8.2.4根据风电机组地基基础的受力特点,参照《建

8.2.1~8.2.4根据风电机组地基基础的受力特点,参照《建筑 地基基础设计规范》GB50007一2011,明确了土岩组合地基的 类型及处理方案和措施。

8.3.3本条参照《建筑地基基础设计规范》GB50007一2011第 6.3.4条规定。鉴于风电机组基础具有承受重复荷载的特殊性, 对基础的稳定性要求高,本规范对基础底面以上和以下回填压实 土分别进行了规定。其检测方法要按照《土工试验方法标准》 GB/T50123一1999的有关规定进行。 8.3.4压实系数(入。)为填土的实际干密度(pa)与最大干密 度(pdmax)之比;op为最优含水量。 8.3.5击实试验的操作要符合《土工试验方法标准》GB/T 50123一1999的有关规定。对于小型或偏远地区的风电场工程, 由于缺乏击实试验设备或由于其他原因,确无条件进行击实试 验,可按本条公式计算压实填土的最大干密度,并通过与当地经

度大,压板尺寸也要相应增加或采取分层检验。 8.3.7由于风电机组基础对地基变形和稳定要求较高,斜坡上 不宜采用半挖半填的压实填土地基,宜采用全挖地基方案。当斜

8.3.7由于风电机组基础对地基变形和稳定要求较高,斜坡上 不宜采用半挖半填的压实填土地基JC/T 2440-2018 镂花装饰石膏板,宜采用全挖地基方案。当斜 坡较陆时还需复核地基边坡的稳定性

8.3.7由于风电机组基础对地基变形和稳定要求较高,斜坡上

工程实践证明,对于岩溶发育地区规模较小的洞穴经过适当 的处理后,可以作为风电机组地基。在岩溶发育地区,要避开岩 溶强发育场地比较困难时,可采取合理可靠的措施对岩溶地基进 行处理并加以利用,更加切合当前风电机组地基基础设计的实际 情况。

8.5.4~8.5.5换填垫层的材料可采用中砂、粗砂、砾砂、 角(圆)砾、碎(卵)石、矿渣、灰土、黏性土以及其他性能稳 定、无腐蚀性的材料。 8.5.6机械压实包括重锤夯实、强夯、振动压实等方法。 8.5.7复合地基包括振冲碎石桩和沉管砂石桩复合地基、水泥 土搅拌桩复合地基、旋喷桩复合地基、灰土挤密桩和土挤密桩复 合地基、夯实水泥土桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基、 柱锤冲扩桩复合地基、多桩型复合地基。

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.1.1根据风电机组地基基础的受力特点和对地基的要求及施 工要求,规定了地基基础检验与监测的主要内容。

9.3.7天风GB/T 50543-2019 建筑卫生陶瓷工厂节能设计标准 ,即遭遇到的较大的

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