300MW海上风电项目基础结构设计专题报告

300MW海上风电项目基础结构设计专题报告

目录1复合筒型基础基本介绍 32环境荷载及地质条件 52.1荷载计算 52.2荷载组合 52.3土质参数 73设计方案 133.1方案一：复合筒型基础（弧形过渡段） 133.2方案二：复合筒型基础（锥形过渡段） 143.3方案三：导管架+吸力筒 154施工计划 181复合筒型基础基本介绍复合筒型基础直径30~35m，筒高8~10m，高径比较小，往往也被称为宽浅式筒型基础；筒内采用蜂窝状分仓结构，分为7个仓，可以保证筒型基础自浮稳性，也可以控制其沉放水平度；筒壁及分仓板一般为钢结构，以减少沉放阻力，筒顶盖为混凝土结构，扩散上部风机荷载；顶盖与风机塔筒之间设置预应力混凝土过渡段，传递风机集中荷载；复合筒型基础如图1所示。筒壁过渡段顶盖筒壁过渡段顶盖图1复合筒型基础复合筒型基础采用陆上生产线预制、整体吊装入水、基础与风机整机拖航运输、筒内负压下沉调平，并可通过向筒内注水注气实现整机顶升回收。生产安装流程如图2~5。筒型基础安装完成后，在筒型基础周围抛砂袋或抛石，防止冲刷，如图6所示。图2陆上预制图3整体吊装入水图4整机运输图5安装完成图6筒型基础周围抛砂石防护2环境荷载及地质条件2.1荷载计算风荷载波流荷载对于W01波浪测站而言，在整个观测期间主要受西南季风、热带气旋、东北季风三种天气系统所影响。其中，热带气旋多发的夏季波高最大，秋季与冬季次之，春季最小。全年最大波高与有效波高的极值分别为856cm与557cm；年平均有效波高与平均波高分别为82cm与52cm。风机荷载水平力：FH=2597.1kN竖向力：FV=-8665.2kN弯矩：M=193839kN.m2.2荷载组合表1-1极限工况荷载对比项目名称机型钢筒参数过渡段参数上部风机荷载波流条件对泥面荷载风速V(kN)H(kN)M(MNm)极限水深流速最大波高波浪力波浪力作用点VHM大丰3.330/1020/5.5/26-4186.61133.785.6918.642.58.5362708.01-6231.958201.21223.21大丰6.4535/1025/7/26-7961.41787.4163.1418.642.58.539219.89.59-11822.712238.38403.16汕头635/1025/7/26+直线段48.6-7983.22257182.9938.66113.99阳西沙扒5.535/1025/7/26+直线段55.2-8665.22597.119383938.540.98.562.3土质参数各岩土层特征按由上至下的揭露顺序描述如下：（1）全新统海相沉积层(Q4m)淤泥(①)：灰黑、深灰色，呈饱和、流塑状，含粉细砂颗粒，局部混贝壳碎屑，碎屑粒径约0.5cm~2.5cm，含有机质，手捏腻滑，具腥臭味，表层通常分布有约0.5m~2m厚的流泥，海相沉积。钻孔揭露层厚为1.50m~13.80m,层底面高程为-44.80m~-28.27m，层顶面高程为-38.70m~-26.77m。该层在所有钻孔均有分布，实测标贯试验击数<1击，记作1击。淤泥质土(①1)：灰黑、深灰色，呈饱和、流塑状，含粉细砂颗粒，混贝壳碎屑，碎屑粒径约0.5cm~2.5cm，局部夹粉土或粉砂薄层，含有机质，略具腥臭味，海相沉积。钻孔揭露层厚为3.90m~7.20m,层底面高程为-35.56m~-34.39m，层顶面高程为-31.66m~-28.27m。该层在钻孔SZK01、SZK03、SZK06有分布，剔除异常数据后，实测标贯试验击数1~2击。含淤泥粉砂(①2)：灰黑、深灰色，呈饱和、松散状，主要矿物为石英和长石，局部混淤泥质土或粉土夹层，混贝壳碎屑，碎屑粒径约0.5cm~2.5cm，含有机质，略具腥臭味，海相沉积。钻孔揭露层厚为2.50m~4.50m，层底面高程为-38.70m~-36.89m，层顶面高程为-34.39m~-34.20m。该层在场地局部钻孔有分布，剔除异常数据后，实测标贯试验击数1~2击。（2）全新统海陆过渡相沉积层(Q4m+al)粘土(②1)：灰、灰黄色，呈很湿、软塑状，局部呈湿、可塑状，含粉砂颗粒，局部夹粉砂或粉土薄层，含有机质，偶见贝壳碎屑，土质粘性好，韧性中等，局部表现为粉质粘土，海陆过渡相沉积成因。该层在场地大部分钻孔有分布，钻孔揭露层厚为2.60m~4.90m,层底面高程为-58.80m~-34.10m，层顶面高程为-53.90m~-29.60m。部分标贯遇砂致击数偏高，剔除异常数据后，实测标贯试验击数为5~12击。粘土(②2)：灰、灰黄色，呈湿、可塑状，局部呈稍湿、硬塑状，含粉砂颗粒，局部夹粉砂薄层，含少量有机质，偶见贝壳碎屑，土质粘性好，韧性中等，局部表现为粉质粘土，海陆过渡相沉积成因。该层在场地所有钻孔均有分布，钻孔揭露层厚为1.00m~23.20m,层底面高程为-75.46m~-38.50m，层顶面高程为-62.73m~-35.20m。部分标贯遇砂致击数偏高，剔除异常数据后，实测标贯试验击数为10~27击。粉砂(②3)：灰色，呈饱和、稍密~中密状，主要矿物为石英和长石，级配差，含粘粒，呈团块状，局部夹粘性土或粉土薄层，海陆过渡相沉积成因。该层在场地部分钻孔有分布，钻孔揭露层厚为2.10m~3.00m,层底面高程为-50.96m~-41.86m，层顶面高程为-48.86m~-38.86m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数10~22击。细砂(②4)：灰、灰黄色，呈饱和、稍密~中密状，主要矿物为石英和长石，级配差~一般，含粘粒，局部呈团块状，海陆过渡相沉积成因。该层在场地部分钻孔有分布，钻孔揭露层厚为1.80m~10.00m，层底面高程为-62.73m~-41.60m，层顶面高程为-60.33m~-38.50m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数13~25击。中砂(②5)：灰、青灰色，呈饱和、中密状，局部稍实或密实，主要矿物为石英和长石，级配一般，局部含粘粒，偶夹粘性土或粉土薄层，海陆过渡相沉积成因。该层在场地大部分钻孔有分布，钻孔揭露层厚为1.50m~7.50m，层底面高程为-53.50m~-40.86m，层顶面高程为-47.36m~-37.76m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数16~29击。粗砂(②5)：灰、灰黄色，呈饱和、中密状，局部密实，主要矿物为石英和长石，级配较好，含少量角砾，粒径最大约0.5cm，局部含粘粒，偶夹粘性土薄层，海陆过渡相沉积成因。该层在场地大部分钻孔有分布，钻孔揭露层厚为2.50m~8.60m，层底面高程为-60.39m~-42.70m，层顶面高程为-54.59m~-34.10m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数16~29击。砾砂(②6)：灰、灰黄色，呈饱和、中密状，局部密实，主要矿物为石英和长石，级配好，颗粒磨圆度高，砾径最大约0.5cm，海陆过渡相沉积成因。该层在场地局部钻孔有分布，钻孔揭露层厚为2.10m~3.30m，层底面高程为-53.90m~-48.10m，层顶面高程为-51.80m~-44.80m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数17~28击。（3）全新统海陆交互相沉积层(Q4m+al)粘土(③1)：深灰、灰色，呈湿、可塑状，局部偏硬塑状，含粉砂颗粒，局部夹粉砂薄层，土质粘性一般，韧性中等，局部含有机质，海陆交互相沉积成因。该层在场地大部分钻孔有分布，钻孔揭露层厚为2.05~22.40m，层底面高程为-106.15~-68.49m，层顶面高程-103.80~-64.59m。标贯遇砂层导致击数偏高，剔除异常数据后，实测标贯试验击数24~45击。粉细砂(③2)：灰、灰黄色，呈饱和、密实状，主要矿物为石英和长石，级配差~一般，含粘粒，局部呈团块状，偶夹粘性土或粉土薄层，海陆交互相沉积成因。该层在场地局部钻孔有分布，钻孔揭露层厚为3.90m~3.90m，层底面高程为-68.00m~-68.00m，层顶面高程为-64.10m~-64.10m。标贯遇砂层导致击数偏高，剔除异常数据后，实测标贯试验击数31~33击。中砂(③3)：、青灰色，呈饱和、密实状，主要矿物为石英和长石，级配一般，局部含粘粒，偶夹粘性土或粉土薄层，海陆交互相沉积成因。该层在场地部分钻孔有分布，钻孔揭露层厚为1.50m~6.40m，层底面高程为-103.80m~-62.89m，层顶面高程为-100.70m~-61.39m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数35~79击。粗砂(③4)：灰、灰黄色，呈饱和、密实状，主要矿物为石英和长石，级配较好，磨圆度较高，含少量角砾，粒径最大约0.5cm，局部含粘粒，偶夹粘性土薄层，海陆交互相沉积成因。该层在场地大部分钻孔有分布，钻孔揭露层厚为1.50m~18.25m，层底面高程为-119.65m~-64.59m，层顶面高程为-101.40m~-62.89m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数35~88击，局部因层中混夹圆砾致使标贯试验落锤反弹，柱状图中记录其50击时的贯入深度。砾砂(③5)：灰~灰黄色，呈饱和、密实状，矿物以石英和长石为主，粒径一般2~5mm，级配较差，局部因含粘粒而过渡为细粒土质砾砂，底部混少量圆砾及碎石，粒径2mm~30mm，海陆交互相沉积成因。该层在场地部分钻孔有分布，钻孔揭露层厚为0.50m~11.50m，层底面高程为-105.30m~-75.89m，层顶面高程为-103.40m~-73.89m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数51~88，局部因层中混夹碎石致使标贯试验落锤反弹，柱状图中记录其50击时的贯入深度。（4）残积层砂质粘性土(④1)：灰~灰黄色，呈稍湿、硬塑状，含多量石英砂颗粒，土质粘性差，韧性差，局部可见残余结构，遇水易软化崩解，残积成因。该层在钻孔SXK03和SXK04有分布，钻孔揭露层厚为2.40m~4.10m，层底面高程为-81.83m~-81.09m，层顶面高程为-78.69m~-77.73m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数37~49。（5）晚白垩系(K2)泥质砂岩全风化泥质砂岩(⑤1)：棕红色，风化完全，矿物除石英外已全部风化成次生矿物,岩芯呈土状，遇水易软化崩解，原岩结构模糊可辨，底部混夹少量中等风化岩块,块径2~5cm，手不易折断。该层在钻孔SXK02和SXK05有分布，钻孔揭露层厚为2.20m~2.70m，层底面高程为-108.00m~-72.10m，层顶面高程为-105.30m~-69.90m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数51~69。强风化泥质砂岩(⑤2)：棕红色，风化强烈，矿物大部分风化成次生矿物,岩芯呈坚硬土状或半岩半土状，遇水易软化崩解，可见原岩结构，局部混约10%中等风化岩块,块径2~6cm，手不能折断。该层仅在钻孔SXK05有分布，钻孔揭露层厚为3.80m~10.50m，层底面高程为-118.50m~-75.90m，层顶面高程为-108.00m~-72.10m。实测标贯试验击数68~69。中等风化泥质砂岩(⑤3)：棕红色，碎屑结构，层状构造，泥质及钙质胶结，主要矿物为石英和长石，岩性呈柱状，节长10cm~30cm，节理裂隙发育，岩质软，锤击声沉，遇稀盐酸剧烈起泡，TCR=92%，RQD=52%。该层仅在SXK02钻孔有分布，钻孔揭露厚度为21.50m，层顶面高程为-75.90m，未揭穿。（6）寒武系(ϵ)花岗片麻岩全风化花岗片麻岩(⑥1)：灰白色,矿物成分除石英外已全部分风化为次生矿物,岩芯呈土柱状,手捏易散,易遇水软化,原岩结构模糊可辨。该层在钻孔SXK03和SXK04有分布，钻孔揭露厚度1.10m~5.90m，层底面高程为-86.99m~-58.57m，层顶面高程为-81.83m~-57.47m。剔除异常数据后，实测标贯试验击数49~75。强风化花岗片麻岩(⑥2)：灰褐、灰白色，矿物成分除石英外已大部分风化为次生矿物，岩芯呈坚硬土柱状或半岩半土状，手捏易散，易遇水软化，混夹约20%~40%中等风化岩块，块径2~8cm，原岩结构清晰可辨。该层仅在钻孔ZGHK07揭露，钻孔揭露层厚为9.80m~16.20m，层底面高程为-103.03m~-68.37m，层顶面高程为-86.99m~-58.57m，部分钻孔未揭穿该层。实测标贯试验击数76~94击，局部因强风化层中混夹中等风化碎块致使标贯试验落锤反弹，柱状图中记录其50击时的贯入深度。中等风化花岗片麻岩(⑥3)：灰、灰白夹黑色，中细粒结构，片麻状构造，矿物成分主要为长石，石英及黑云母，岩芯多呈短柱状~块状，柱长10~20cm，块径2~7cm不等，节理裂隙发育，岩质较坚硬，锤击声较脆，TCR=85%，RQD=20%。该层仅在钻孔SXK01揭露，揭露厚度为5.6m，层顶面高程为-68.37m，未揭穿。岩石的风化是一种连续过程，因此风化等级之间也没有截然的界限，通常处于过渡状态，即有强风化岩体局部性质接近于中等风化岩体，中等风化岩体局部接近于微风化岩体的现象。表1-2各层土质参数取值层号地层名称湿密度ρ(g/cm3)压缩模量Es(MPa)有效内摩擦角Φ(°)不排水抗剪强度Cu(kPa)厚度(m)三轴(UU)承载力特征值的经验值fak

(kPa)粘聚力c(kPa)内摩擦角φ(°)①淤泥1.55~1.651.5~1.94~61.50~13.802~62~535~45①1淤泥质土1.60~1.751.8~3.56~123.90~7.202~83~555~70①2含淤泥粉砂1.70~1.804~828~302.50~4.5080~100②1粘土1.70~1.853~612~242.60~4.9012~202~790~130②2粘土1.70~1.903.5~724~401.00~23.2010~306~12140~160②3粉砂1.91~1.956~829~322.10~3.00120~140②4细砂1.91~1.957~1029~331.80~10.00150~170②5中砂1.93~1.979~1230~341.50~7.50180~210②6粗砂1.94~1.9910~1530~352.50~8.60200~230②7砾砂1.95~2.0112~1831~362.10~3.30260~280③1粘土1.70~1.904.5~7.530~482.05~22.4015~356~14160~180③2粉细砂1.93~1.9712~1831~373.90~3.90190~210③3中砂1.95~1.9915~2132~381.50~6.40260~280③4粗砂1.97~2.0118~2433~391.50~18.25290~310③5砾砂1.99~2.0322~2835~400.50~11.50320~340④1砂质粘性土1.75~1.956~970~902.40~4.1025~3515~25220~240⑤1全风化泥质砂岩1.80~2.007~1080~1002.20~2.7028~3610~20300~320⑤2全风化泥质砂岩1.85~2.0510~12120~1603.80~10.5030~4015~25380~400⑥1全风化花岗片麻岩1.85~2.009~11100~1401.10~5.9030~4020~30350~400⑥2强风化花岗片麻岩1.90~2.0512~14150~2009.80~16.2035~4525~35450~5003设计方案3.1方案一：复合筒型基础（弧形过渡段）复合筒型基础分为下部钢筒、混凝土顶板及预应力混凝土过渡段，底部筒体直径为35m，钢筒高10m，过渡段顶部中心直径为7m，基础结构具体尺寸如下图所示，基于水深条件，过渡段顶部与上部塔架连接部分有一端直线段混凝土相连接。总重3500-4000t。图2-SEQ图_1_-\*ARABIC1复合筒型基础基本尺寸图3.2方案二：复合筒型基础（锥形过渡段）材料表主体尺寸体积/m3重量/t小计/t合计/t过渡段D=6~22m，H=42m（底段25m），t=0.6-0.4m774（25m，0.4m）193533573861顶盖梁板D=35m，t=0.3mH=1.55051262钢筋175267钢绞线32附属件60钢筒D=35m，H=10m，t=15-25mm340397钢底板D=35m，573.3方案三：导管架+吸力筒风电场外海30m等深线处最大设计风速为44.1m/s；设计高、低水位分别取逐时潮位累积频率中的1%和98%潮位值，分别为203cm和-74cm；根据闸坡海洋站重现期水文计算成果，结合高潮相关关系与低潮相关关系，推算出阳西电厂潮位站的极端高水位和极端低水位分别为354cm和-142cm；全年最大波高与有效波高的极值分别为856cm与557cm；年平均有效波高与平均波高分别为82cm与52cm；工程毗邻海域小潮实测最大流速0.90m/s，流向为248°。基础上部导管架采用钢结构，高度53m，导管架横截面为正方形，四角布置钢管立柱，立柱间由K形腹杆或交叉斜腹杆两两连接，图3-1为基础正视图，图3-2为基础轴侧图。钢材总重700-900t。图