2019年整理风电机组地基基础设计规定FD003-2007.doc

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。

GB 18306 中国地震动参数区划图

GB 18451.1 风力发电机组安全要求

GB 50007 建筑地基基础设计规范

GB 50009 建筑结构荷载设计规范

GB 50010 混凝土结构设计规范

GB 50011 建筑抗震设计规范

GB 50021 岩土工程勘察规范

GB 50046 工业建筑防腐蚀设计规范

GB 50153 工程结构可靠度设计统一标准

GB 60223 建筑工程抗震设防分类标准

GB 50287 水力发电工程地质勘察规范

GBJ 146 粉煤灰混凝土应用技术规范

FD 002—2007 风电场工程等级划分及设计安全标准

DL/T 5082 水工建筑物抗冰冻设计规范

JB/T10300 风力发电机组设计要求

JGJ 24 民用建筑热工设计规程

JGJ 94 建筑桩基技术规范

JGJ 106 建筑基桩检测技术规范

JTJ 275 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wind power station

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wind turbine generator system（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fundamental combination

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accidental combination

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/nominal combination

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reference wind speed

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extreme wind speed

T s内的平均最高风速，它可能是N年一遇（重现周期N年）。

GB l8451.1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design load case（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modified safety factor of load

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1.35。

4.0.12 地基承载力特征值characteristic value of subgrade

bearing capamty

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uhimate vertical bearing capacity of single pile

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characteristic value of the vertical bearing capacity of a single pile

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allowable subsoil deformation

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 standard frost penetration

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foundation stub of tubular tower

用于塔筒与塔筒基础连接的预埋连接件。

4.0.18 轮毂高度hub height

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spread foundation

由台柱和底板组成使压力扩散的基础。

4.0.21 桩基础pile foundation

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 rock foundation with anchor bars

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-rock composite subgrade

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 ground treatment

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 composite subgrade，composite foundation

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5.0.1选用。

表5.0.1 地基基础设计级别

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。

2 1级、2级风电机组地基基础，均应进行地基变形计算。

3 3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GB 50021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5.0.5。

表5.0.5 风电机组基础结构安全等级

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GB 50010和JGJ 94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1.35。

5.0.8 材料的疲劳强度验算应符合GB 50010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FD 002-2007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

6.1 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6.1.3-1～表6.1.3-3的规定。

表6.1.3-1 岩石坚硬程度分类

表6.1.3-2 岩体完整程度分类

表6.1.3-3 岩体基本质量等级分类

续表

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A.0.1和表A.0，2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0.75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6.1.6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

6.1.7 碎石土的密实度宜根据修正后的圆锥动力触探锤击数按表6.1.7-1或表6.1.7-2

确定，也可根据附录D的规定定性鉴别。

表6.1.7-1 碎石土密实度按N63.5分类

表6.1.7-2 碎石土密实度按N120分类

6.1.8 砂土为粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量50％，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量50％的土，并按表6.1.8可进一步划分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。

表6.1.8 砂土分类

6.1.9 砂土的密实度根据标准贯人试验锤击数实测值N应按表6.1.9的规定划分为松散、稍密、中密和密实。

表6.1.9 砂土的密实度

6.1.10 粉土为粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总质量的50％，且塑性指数不大于10的土。

6.1.11 黏性土为塑性指数大于10的土，根据塑性指数划分为粉质黏十和黏土。粉质黏土为塑性指数大于10，且不大于17的土；黏上为塑性指数大于17的土。

注：塑性指数应由相应于76g圆锥仪沉人土中深度为10mm时测定的液限计算而得。

6.1.12 黏性土的状态可按表6.1.12分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。

表6.1.12 黏性土的状态

6.1.13 软土为天然孔隙比不小于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。

6.1.14 红黏土为碳酸盐岩系的岩石经红土化作用形成的高塑性黏土，其液限一般大于50。经搬运、沉积后，红黏土仍保留其基本特征，液限大于45的土为次生红黏土。

6.1.15 人工填土根据其成因和组成，可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土。

素填土为由碎石土、砂土、粉土、黏性土等组成的填土。经过压实或夯实的素填土为压实填土。杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土。冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土。

6.1.16 膨胀土为土中黏粒成分主要由亲水矿物质组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性，是自由膨胀率不小于40％的黏性土。

6.1.17 湿陷性土为在浸水后产生附加沉降，是湿陷系数不小于0.015的土。

6.1.18 多年冻土为含有固态水，且冻结状态持续两年或两年以上的土。

6.1.19 盐渍岩土为易溶盐含量大于0.3％，并具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性的岩土。

6.2 岩土体工程特性指标

6.2.1 土的工程特性指标包括强度指标、压缩性指标、静力触探探头阻力、标准贯人试验锤击数、载荷试验承载力等。土的工程特性指标代表值有标准值、平均值及特征值。抗剪强度应取标准值，压缩性指标应取平均值，载荷试验承载力应取特征值。设计取值时，宜考虑基础受荷载重复作用对土的工程特性指标的不利影响。

6.2.2 用载荷试验确定地基土的承载力时，压板面积宜为0.25～0.50m2。试验要求应符合附录E的规定。

6.2.3 土的抗剪强度指标，可采用原状土室内剪切试验、无侧限抗压强度试验、现场剪切试验、十字板剪切试验等方法测定。当采用室内剪切试验确定时，应选择三轴压缩试验中的不固结不排水剪切试验。经过预压固结的地基可采用固结不排水试验。每层土的试验数量不得少于六组。室内试验抗剪强度标准值C k、φk可按附录F确定。

6.2.4 土的压缩特性指标可采用原状土室内压缩试验、原位甲板载荷试验、旁压试验确定。地基土的压缩性可按几为100kPa、P2为200kPa时相对应的压缩系数值（α1-2）划分为

低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：

1 当α1-2<0.1MPa-1时为低压缩性土。

2 当0.1MPa-1≤α1-2<0.5MPa-1时为中压缩性土。

3 当αl-2>0.5MPa-1时为高压缩性土。

6.2.5 饱和无黏性土和少黏性土的振动液化破坏，应根据土层的天然结构、颗粒组成、松密程度、地震前和震时的受力状态、边界条件和排水条件以及地震历时等因素，结合现场勘察和室内试验综合分析判定，并应符合附录G的规定。

6.2.6 地基岩体承载力特征值可根据岩石饱和单轴抗压强度、岩体结构和裂隙发育程度，按表6.2.6做相应折减后确定；对极软岩可通过三轴压缩试验或现场载荷试验确定其承载力特征值。

表6.2.6 地基岩体承载力特征值fak 单位：MPa

6.2.7 当岩体、结构面物理力学试验资料不足时，可根据经验按表6.2.7-1、表6.2.7-2选取岩体和结构面力学参数。

表6.2.7-1 地基岩体力学参数

.

表6.2.7-2 结构面、软弱层、断层的抗剪和抗剪强度

7 荷载、荷载工况与荷载效应

组合及分项系数

7.1 荷载

7.1.1 作用在风电机组地基基础上的荷载按随时间的变异可分为三类：

1 永久荷载，如上部结构传来的竖向力F zk、基础自重G1、回填土重G2等。

2 可变荷载，如上部结构传来的水平力F xk和F yk、水平力矩M xk和M yk、扭矩M zk，多遇地震作用F e1等。当基础处于潮水位以下时应考虑浪压力对基础的作用。

3 偶然荷载，如罕遇地震作用F e2等。

7.1.2 根据GB 50223的有关规定，风电机组地基基础的抗震设防分类定为丙类，应能抵御对应于基本烈度的地震作用，抗震设防的地震动参数按GBl8306确定。

7.1.3 上部结构传至塔筒底部与基础环交界面的荷载效应宜用荷载标准值表示，为正常运行荷载、极端荷载和疲劳荷载三类。正常运行荷载为风力发电机组正常运行时的最不利荷载效应，极端荷载为GB 18451.1中除运输安装外的其他设计荷载状况（DLC）中的最不利荷载效应，疲劳荷载为GB 18451.1中需进行疲劳分析的所有设计荷载状况（DLC）中对疲劳最不利的荷载效应。

7.1.4 对于有地震设防要求的地区，上部结构传至塔筒底部与基础环交界面的荷载还应包括风电机组正常运行时分别遭遇该地区多遇地震作用和罕遇地震作用的地震惯性力荷载。

7.1.5 地基基础设计时应将同一工况两个水平方向的力和力矩分别合成为水平合力F rk、水平合力矩M rk，并按单向偏心计算。

7.2 荷载工况与荷载效应组合

7.2.1 地基基础设计的荷载应根据极端荷载工况、正常运行荷载工况、多遇地震工况、罕遇地震工况和疲劳强度验算工况等进行设计。

极端荷载工况为上部结构传来的极端荷载效应叠加基础所承受的其他有关荷载；正常运行荷载工况为上部结构传来的正常运行荷载效应叠加基础所承受的其他有关荷载；多遇地震工况为上部结构传来的正常运行荷载效应叠加多遇地震作用和基础所承受的其他有关荷载；罕遇地震工况为上部结构传来的正常运行荷载效应叠加罕遇地震作用和基础所承受的其他有关荷载；疲劳强度验算工况为上部结构传来的疲劳荷载效应叠加基础

所承受的其他有关荷载。

7.2.2 按地基承载力确定扩展基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩基础桩数时，荷载效应应采用标准组合，且上部结构传至塔筒底部与基础环交界面的荷载标准值应按第8章和第9章的相关要求修正为荷载修正标准值。扩展基础的地基承载力采用特征值，且可按基础有效埋深和基础实际受压区域宽度进行修正。桩基础单桩承载力采用特征值，并按JGJ 94确定。

7.2.3 计算基础（桩）内力、确定配筋和验算材料强度时，荷载效应应采用基本组合，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。

7.2.4 基础抗倾覆和抗滑稳定的荷载效应应采用基本组合，但其分项系数均为1.0，且上部结构传至塔筒底部与基础环交界面的荷载标准值应按第8章和第9章的相关要求修正为荷载修正标准值。

7.2.5 验算地基变形、基础裂缝宽度和基础疲劳强度时，荷载效应应采用标准组合，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。

7.2.6 多遇地震工况地基承载力验算时，荷载效应应采用标准组合；截面抗震验算时，荷载效应应采用基本组合。

表7.2.9 地基基础设计内容、荷载效应组合、荷载工况和主要荷载

.

7.2.7 罕遇地震工况下，抗滑稳定和抗倾覆稳定验算的荷载效应应采用偶然组合。

7.2.8 地震作用计算和地基基础抗震验算等应符合GB 50011的规定，地基基础的有关抗震设计还应符合GB 50007、JGJ 94等的有关规定。

7.2.9 地基基础设计内容、荷载效应组合、荷载工况和主要荷载的选取应按表7.2.9采用。

7.3 分项系数

7.3.1 基础结构安全等级为一级、二级的结构重要性系数分别为1.1和1.0。

7.3.2 对于基本组合，荷载效应对结构不利时，永久荷载分项系数为1.2，可变荷载分项系数不小于1.5；荷载效应对结构有利时，永久荷载分项系数为1.0，可变作用分项系数为0。疲劳荷载和偶然荷载分项系数为1.0。地震作用分项系数按GB50011规定选取。

对于标准组合和偶然组合，荷载分项系数均为1.0。

7.3.3 各设计内容的主要荷载的分项系数按表7.3.3采用。

7.3.4 混凝土和钢筋的材料性能分项系数分别采用1.4和1.1。承载力抗震调整系数等未规定的其他材料性能分项系数，按所引用的规范采用。

7.3.5 验算裂缝宽度时，混凝土抗拉强度和钢筋弹性模量等材料特性指标应采用标准值。

表7.3.3 主要荷载的分项系数

续表