海上风电单桩基础局部冲刷研究进展

海上风电单桩基础防冲刷抛石施工技术海上风电单桩基础防冲刷抛石施工技术，那可真是个大工程，咱们可得好好聊一聊。

听到“海上风电”几个字，大家第一反应肯定是：风车！对吧？不过这个风车不是普通的风车，不是那种你在田野里看到的，哗啦啦转着的玩意儿，这个是“巨无霸”，在海上耸立的那种，个头大得不行！不过不管多大的风车，咱们得先做好基础工作。

你说，是不是每个“大楼”都得有个结实的地基，风电平台也不例外。

问题就来了，海上水深，浪大，水流快，怎么让这些巨大的风车稳稳地屹立在大海中？这时候，单桩基础就成了关键。

说到“单桩”，大伙也许会有点迷糊。

单桩就是一个大铁柱子，打进海底，支撑起风电机组。

想象一下，它就像一根大大的柱子，立在海底，承受着风车的巨大重量。

嗯，光有这根柱子可不行，还得考虑到一个问题——冲刷。

你知道的，海浪不断地拍打，水流一冲，这基础不牢固，风车就有可能岿然不动，甚至有点“动摇”的危险。

那怎么办呢？防冲刷就成了施工中的大难题了。

这个防冲刷可不是儿戏，说起来有点像是在“给海底打个‘防晒霜’”。

海底的水流就像是一群顽皮的小孩子，不停地在周围打转。

如果不加以防范，时间一长，周围的泥土、沙子就会被冲走，桩基就可能露出来，甚至倒塌。

为了让桩基保持稳固，这时就需要一种叫做“抛石”的技术。

你别看“抛石”听着挺简单，实则里面学问大着呢。

抛石施工其实挺考验技术的。

操作工人得精准地把石头一块块抛到桩基周围，这些石头的目的就是“挡水”，形成一个天然的“防护层”，让海水不能轻易侵蚀桩基。

别看这些石头是“调皮捣蛋”，但它们可是构成了防冲刷的第一道防线！每块石头的大小、形状、投放位置都得严格控制，太小了不够坚固，太大了就会让水流绕过去，不管用。

说起来，抛石施工不光是抛几块石头就完事了。

可得讲究技巧，工人们得在海浪不断冲击的环境中精准操作，简直比打高尔夫还讲究。

海上风大浪急，风电平台本身的稳定性、施工船只的起伏，都让这项工作变得格外不容易。

海上风电单桩基础防冲刷固化土施工质量控制◎ 林善懿 中交三航局第六工程（厦门）有限公司摘 要：随着海上风电项目的大量投入使用，合理有效的地基防冲刷措施将直接关系到风机的安全性和稳定性。

本项目以淤泥质海洋风电场为对象，开展基于淤泥质海底风机桩基的抗冲防护研究。

最后，将该方法在山东半岛南海上风电V场址工程中进行了实际应用，取得了较好成果。

关键词：海上风电；桩基；冲刷；修复；固化土1.引言当前，我国已投入使用的海上风力发电工程多采用重力式、导管架、单桩、台阶式、三柱式等多种型式，而山东、江苏沿海地区的风机多为单桩基础，具有工期短、成本低等特点。

风电机组投入运行后，冲刷问题难以避免，由于其造成的桩周土体深度减小、风机振动频率下降、桩基变形等，严重影响整个风机的安全，也给风机带来了极大的安全隐患。

冲蚀结束后，要按照冲坑的深度，对桩周进行补强、修复，选择冲刷修补程序是很重要的，修补后要避免二次冲刷，通过对加固土的研究与应用，可以有效地避免二次冲刷。

2.工程概况某项目的风机基础采用单桩基础，风电机组基础设计等级为甲级，结构安全等级为一级，基础设计使用年限为25年。

风机单桩基础结构主要由单桩基础钢管桩主体结构和内外平台、爬梯、靠船构件及外加电流系统等附属构件组成，项目共有71个单桩基础，本标段承担23个单桩基础施工工作。

钢管桩桩顶直径7.0m，桩底7.4～8.4m，桩长为72m～87m，平均桩重约1100t。

详细的技术要求，请参阅技术章节及图纸。

以海底地形为基准进行扫描，每台机位泥表面高程与勘测图纸相差不大。

3.淤泥固化抗冲刷防护技术3.1固化技术原理本项目拟将淤泥固结在近海桩基础的防冲防护中，以海底淤泥为原料，经无机复合胶凝材料固化，然后通过便捷式管道泵送，将超高含水量的淤泥固结土体直接吹填到桩周海床上。

利用高含水量固化土浆的自流性，使其自动流动到需要保护的区域，从而实现对桩基础周围各种条件的冲刷。

超高含水量淤泥固结泥浆从液体逐渐过渡到耐冲的固体连续体，并随凝结时间的推移而不断生长，最后在桩周土体中形成整体式的固化土护底结构。

考虑冲刷情况下海上风电单桩基础优化设计研究杨少磊;马宏旺【摘要】冲刷是海上风电单桩基础设计中需要经常面对的问题,工程中一般采用冲刷保护装置或增加桩长来抵抗冲刷.但简单增加桩长是否经济合理,目前缺乏足够的研究分析.鉴于此,文中建立了考虑冲刷情况下海上风电单桩基础的优化设计模型,其中桩周土冲刷深度和范围以及桩-土相互作用根据DNV规范的公式进行计算.在优化过程中,以单桩基础最小重量为优化目标,以桩身强度和桩端转角为约束条件,以桩径、壁厚和桩长为优化参数,采用ANSYS APDL中OPTYPE的FIRST优化算法.并针对一实际工程案例,完成考虑冲刷和不考虑冲刷情况的优化设计.研究结果表明考虑冲刷发生情况下,适当增加桩径和壁厚比直接增加桩长更经济合理.【期刊名称】《海洋技术》【年(卷),期】2018(037)001【总页数】7页(P74-80)【关键词】海上风电;单桩基础;结构优化;冲刷;P-Y曲线【作者】杨少磊;马宏旺【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木工程系,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木工程系,上海200240【正文语种】中文【中图分类】P752风能是世界上最清洁环保的可再生能源之一，自20世纪末以来逐步受到各国重视，对其研究投入不断增长。

海上风能资源丰富、空间区域广阔，自1991年丹麦建成了世界上首座海上风电场以来，海上风电场逐渐成为风力发电的开发重点[1]。

相比于陆上电场，海上风电场工程投资中土建工程量所占比重更高。

统计资料表明，土建工程造价在较深海域时约占海上风电场总造价的30%[2],故怎样在保证海上风电基础设计安全的基础下，降低建造成本是海上风电发展的一个关键问题。

目前，国内外已建成的海上风电场主要采用了以下几种基础形式：单桩基础、重力式基础、三脚架基础、导管架基础和承台式基础，其中单桩基础是应用最广泛的基础形式。

在海上风电单桩基础设计中，往往要遇到冲刷问题，冲刷会减少桩的入土深度，降低海上风电结构自振频率、增加结构位移，严重影响整体结构的使用性和安全性。

46海洋开发与管理2018年 S 1复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷研究进展管大为1,2,张继生1,2,赵家林1,2,李嘉隆1,2(1.海岸灾害及防护教育部重点实验室河海大学 南京 210098;2.河海大学港口海岸与近海工程学院 南京 210098)基金项目:国家自然科学基金项目(51709082),中央高校基本科研业务费项目(2018B 13014)摘要:文章从桩基 土体相互作用与传统桩基冲刷两个方面对国内外复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷相关研究进行了系统的回顾与分析,总结了这两个方面研究中各自存在的不足㊂为了使研究成果更贴近工程实际,建议该领域未来的研究中应同时考虑传统冲刷研究中的水动力荷载与桩基在复杂荷载作用下的循环振动响应,深入探究冲刷过程对风机单桩基础结构动力特性的影响,揭示复杂荷载动力条件下风机单桩基础附近的冲刷机理,进一步优化现有冲刷防护设计㊂关键词:海上风机;单桩基础;冲刷;复杂动力环境0 前言当前,中国经济已发展成为高度依赖海洋的外向型经济,对海洋资源㊁空间的依赖程度大幅提高, 建设海洋强国 国家发展战略具有重要现实意义与战略意义,是中华民族永续发展㊁走向世界强国的必由之路㊂近海可再生能源工程建设的发展在中国的 建设海洋强国 战略任务中有着极其重要的支撑作用㊂海洋作为地球水资源中最为重要的组成部分,蕴涵着巨大可再生能源㊂随着全球海洋贸易的快速发展和人类对海洋资源的深度探索,我国对近海可再生新能源(包括波浪㊁潮流和风场)的开发与利用在不断升温,较大程度地带动了对海上建筑物抵御波浪㊁潮流冲刷能力的研究㊂作为可再生能源的代表,风能因其分布广,可持续性好,无污染等特点广受青睐㊂国家能源局于2016年11月最新发布的‘风电发展 十三五 规划“明确指出,到2020年,全国海上风电开工建设规模将达到1000万k W ,力争累计并网容量达到500万k W 以上,总投资超1600亿元㊂1 海上风机单桩基础动力环境及冲刷分析海上的环境比陆地上要恶劣得多,与陆地上的荷载相比,海上的荷载主要是动力荷载,除地震以外,还有风㊁波浪㊁流甚至冰等水平荷载,因此海上风机的建设较陆上风机需要更为先进的工程技术给予支撑㊂在过去的10年间,海上风机的尺寸变得越来越大,为了尽可能地降低成本,海上风机被建成了非常细长的柔性结构,不恰当的基础设计极有可能造成风机结构在风或波浪等作用下的共振破坏[1-2]㊂如何保障海上风机在风㊁浪㊁流及地震等频率迥异的动荷载作用下的安全稳定仍是目前研究的重点和难点㊂海上风机桩基础的安全设计中最重要且难度最大的一个环节便是预测复杂海洋动力条件下的桩基础最大冲刷深度,不足或过于保守的冲刷设计深度将分别导致建筑物的失稳破坏可能性的增加或施工成本的大幅上浮㊂据统计,目前世界范围内已建近海风机基础中75%都使用了大直径单桩基础[3],因此欧洲传统的风电强国积累的风机基础设计经验也主要集中在大直径单桩基础上,涌现出了一大批单桩基础在波流共同作用下的冲刷及防护设计方法㊂大直径单桩基础是一种极有潜力的新型近海风机基础型式,与一般的桩基础相比,它具有更大的直径,直径一般在3~8m ,壁厚一般在30~60mm ,长径比也较传统的桩基小很多,一般在10m 左右(图1)㊂S 1管大为,等:复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷研究进展47图1 超大直径单桩基础示意图[4]大直径单桩造价较低㊁施工方便,适用于黏土㊁粉土㊁沙土等各种土质海床中㊂正是鉴于这些优点,大直径单桩在欧洲国家近海风电开发中得到广泛应用,更被海上风电开发行业应用最广泛的D N V(D e tN o r s k eV e r i t a s 挪威船级社)规范推荐为近海风机在30m 以下水深中的最优基础形式[5-6]㊂尽管如此,关于海上风机单桩基础的冲刷设计仍然存在明显不足,如,现行设计方法中从未考虑桩体结构在动力荷载下的振动对桩基础周围沙土冲刷过程以及防护的影响㊂相关最新研究表明[6-8],桩基在水平循环动荷载作用下与土体的相互作用将更加复杂,根据不同的土体特性可能导致迥异的工程结果㊂图2 海上风机单桩结构和土体在复杂动力环境中的响应关系在海岸与近海工程中,单桩基础是最为常见的支撑结构之一,凭借其生产与施工的便捷性,在各类建筑结构上得到了广泛应用㊂在水流与波浪的作用下,桩基础的冲刷是威胁建筑物稳定与安全的主要因素㊂除此以外,单桩基础结构在海上风机建设应用时还存在着周期性的风㊁浪㊁流荷载以及风机叶片转动所引发的振动问题㊂桩体结构的这种振动响应不仅可能引起风机的疲劳损伤[9-10],也会传递至桩基并作用于桩基周围的土体,改变土体的密实度㊁孔隙水压力等物理特性,同时引发风机基础及风机整机产生永久的累积水平变形[11-12]㊂图2描述了海上风机单桩结构和土体在复杂动力环境中的响应关系㊂2 国内外研究现状及发展动态分析2.1 单桩基础与土体相互作用机理为保证风机正常运行期间的使用性能,必须严格限制风机基础的水平变形,中国规范要求高度在100m 以上的风机,基础转角不得大于0.17ʎ[13]㊂风机基础的累积变形受诸多因素影响,包括土体的初始特性㊁应力状态㊁极高循环次数下土的应力应变关系的非线性㊁基础与土接触面的接触非线性(脱开㊁滑移㊁破坏等)等㊂近年来随着科技和工程人员对现场风机环境的进一步熟悉,极高水平动荷载循环次数下风机桩体及土体的动力响应成为了国际上研究的热点㊂L o m b a r d i 等[2]在饱和黏性土基的条件下研究了单桩结构受水平循环动荷载作用的动力响应,发现振动周期次数的增加会使得桩体的固有频率降低和临界阻尼上升㊂而Y u [8]和N i k i t a s 等[11]在观测干性无黏性沙土条件下单桩结构受水平循环荷载的动力响应时,得到了相反的结论,他们发现随着振动周期次数的增加,桩体的固有频率得到了提升而临界阻尼不断下降㊂以上两种迥异的结果源于桩基周围土体初始特性的不同,对于饱和黏性土地基,桩身水平循环动荷载作用下向周围土体传递的水平循环挤压使土体的孔隙水压力增加,引起液化,导致桩基周围的土体刚性减弱,从而降低了桩体的固有频率和升高了阻尼;对于干性非黏性沙土地基,则不会出现孔隙水压上升的液化情况,桩身的高循环振动会使桩基周围的沙土变得更为密实,增加了基础的刚度,从而升高了桩体的固有频率降低了阻尼㊂以上研究增加了我们对水平动荷载循环作用下风机单桩基础和土体相互作用的认识,但均没有考虑海洋环境中单桩基础在波流共同作用下的冲刷过程㊂在真实环境中,单桩基础与土体的相互作用的同时还伴随着冲刷的发展,冲刷坑的形态变化对桩体的结构动力特性以及桩基承载力都会产生显著影响㊂近年来关于冲刷对桩体动力响应和土体结构48海洋开发与管理2018年影响的研究已经有了一些呈现,但还比较有限㊂L i n 等[14]开展了桩体受顶部水平静荷载下冲刷对桩体动力响应和桩基附近土层结构影响的研究,他们发现在非黏性沙土条件下,模拟的冲刷会大量带走桩基周围的土体从而降低沙土基础整体的水平阻力,并增加桩体上部的位移㊂M o s t a f a[15]采用数值模拟研究了冲刷对单桩结构在不同土体条件下的水平动力响应的影响,他得出的结论与L i n等类似,但更进一步地发现土体的初始密实度会改变冲刷对桩体水平动力响应的影响程度㊂P r e n d e r g a s t等[16]对现场大尺度单桩结构进行了试验研究,发现随着单桩基础局部冲刷深度的增加,桩体的固有频率大大降低,并提出可以通过实时监测桩体固有频率来预测单桩基础的局部冲刷深度[17]㊂这些研究虽然证明了单桩基础局部冲刷可以对单桩结构的动力特性和沙土地基产生影响,但其所研究对象均是水平静荷载作用下的单桩结构,且冲刷过程的模拟都是在无水条件下人工移除桩基周围的土层,忽略了真实环境下的波㊁流荷载作用㊂2.2传统单桩基础冲刷在过去的半个世纪中,关于非黏性沙床中的单桩基础结构仅在水流作用下的冲刷问题得到了较为透彻的研究[18]㊂主要的研究涉及桩基础附近的流场特性[19-20]㊁桩基础的清水冲刷过程[21-22]㊁动床冲刷过程[23-25]以及冲刷坑发展的规律[26-27]及最终平衡状态下的冲刷深度预测等[18,28]㊂在水流单独荷载作用下,引起桩基础冲刷的主要原因是在桩基周围所产生的下潜漩涡㊁马蹄形漩涡和尾迹漩涡结构㊂考虑海洋工程中的波浪荷载环境,单桩基础的冲刷过程将变的更为复杂㊂关于单桩基础在波浪单独荷载与波流共同作用下的冲刷研究在20世纪80年代开始得到发展,并得出了大量的研究成果㊂S u m e r等[29-33]的研究发现影响波浪荷载作用下冲刷尺度发展的主要控制变量是K e u l e g a n-C a r p e n t e r 数(K C),K C=U w m T/D,其中U w m是波浪边界层处波浪引起的最大近底振荡流速,T是波周期,D是桩基的直径㊂K C数对冲刷的过程的影响主要体现在对桩后尾迹漩涡和桩前的马蹄形漩涡的控制上,当K Cɤ6时,由波浪荷载引起的冲刷可以忽略,K C数增大时,桩基周围的马蹄形漩涡的影响范围增大,尾迹漩涡减小,导致冲刷坑的尺度增大,当K C数增大到100以上数量级时桩基础由波浪引起的冲刷趋近一个固定值㊂在波流共同荷载作用下,单桩基础的冲刷同时受K C数与无量纲波流强度参数U c w=U c/(U c+U w m)控制,其中U c为无扰动近底流速(一般取距离床面D/2处),波浪的传播方向对冲刷深度无明显影响,当U c w>0.7时,单桩基础附近的冲刷深度接近单独稳定流作用下的冲刷深度㊂近年来,Q i和G a o[34,35]对波流共同作用下单桩基础冲刷开展了进一步的研究,主要阐明了小K C数条件下(0.04ɤK Cɤ10)的冲刷机理与对应冲刷深度的计算方法㊂以上研究对单桩基础冲刷的机理与冲刷深度的预测方法进行了较为清晰的阐述,成果也已经在欧洲海上风电场实体工程中有很多应用,但目前国内外关于风机单桩基础在水平循环动荷载作用下的冲刷及防护研究还比较匮乏,对于桩体振动条件下单桩基础局部冲刷发展及防护的影响机理及结果还是未知㊂随着近几年国际海上新能源技术的发展,单桩基础仅在波㊁流作用下冲刷防护设计已经不能满足新时期的海洋工业发展,急需新的研究予以补救,以合理控制海上风机建设成本及保证结构安全㊂3结语本研究对国内外复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷相关研究进行了系统地回顾与分析,发现以往对桩基冲刷安全设计的研究主要包括桩基 土体相互作用与传统桩基冲刷两个方面,前者研究重点多集中于干土环境下的模拟冲刷对桩体结构动力响应的影响,后者则重点考虑在波流耦合环境下的冲刷机理与预测㊂虽然国内外学者在这两个方面开展了较多的研究,但两方面之间的交叉研究却比较匮乏㊂而在实际工程中,海上风电单桩基础在承受传统波㊁流荷载冲刷的同时还遭受周期性的风㊁浪㊁流以及风机叶片转动所引发的振动荷载,着实存在两个方面研究点复杂耦合的情况㊂因此,未来该领域的研究应加强对这一复杂耦合现象的研究,深入探究冲刷过程对风机单桩基础结构动S1管大为,等:复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷研究进展49力特性的影响,揭示复杂荷载动力条件下风机单桩基础附近的冲刷机理,精细预测最大冲刷深度,进一步优化现有冲刷防护设计,为近海风电工程桩基创新设计㊁管理和维护提供可靠科学依据㊂参考文献[1] P E D E R H Y L D A LSR E N S E NS,B OI B S E NL.A s s e s s m e n t o ff o u n d a t i o nd e s ig nf o ro f f sh o r e m o n o pi l e su n p r o t e c t e da g a i n s ts c o u r[J].O c e a nE n g i n e e r i n g,2013.63:17-25.[2] L OM B A R D ID,B H A T T A C H A R Y AS,MU I R WO O D D.D y-n a m i cs o i l-s t r u c t u r ei n 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华能海上风力发电机组基础冲刷机理及防冲刷概述随着可再生能源的快速发展，海上风力发电成为当今世界上最重要的清洁能源之一。

华能作为中国领先的能源公司，积极投入海上风力发电领域的研发和建设。

然而，在海上风电发展过程中，机组基础冲刷问题成为了一个亟待解决的关键问题。

本文将详细介绍华能海上风力发电机组基础冲刷机理，并提出相应的防冲刷措施。

机组基础冲刷机理机组基础冲刷是指海上风力发电机组基础受到海洋波浪、潮流等力的冲击，导致基础结构的损坏和破坏。

机组基础冲刷主要由以下几个方面的因素引起：1. 波浪力的作用海洋波浪是机组基础冲刷的主要力量来源之一。

波浪通过对机组基础的冲击，使得基础受到动态载荷的作用，从而导致基础结构的疲劳损伤和破坏。

2. 潮流力的作用海洋潮流也是机组基础冲刷的重要力量来源之一。

潮流通过对机组基础的冲击，对基础结构施加静态和动态载荷，从而引起基础结构的疲劳破坏。

3. 水下岩石的冲刷作用海洋中的水下岩石是机组基础冲刷的另一个重要因素。

水下岩石对机组基础产生冲击力，容易引起基础结构的损坏。

防冲刷措施为了解决机组基础冲刷问题，华能采取了一系列的防冲刷措施，以确保机组基础的稳定和安全运行。

1. 基础结构设计优化通过优化机组基础的结构设计，减小基础受力面积，降低冲击力的作用。

同时，采用适当的材料和加固措施，提高基础的抗冲刷能力。

2. 基础防护层的加固在机组基础表面涂覆一层防护材料，增加基础的抗冲刷能力。

防护层可以使用耐腐蚀、耐磨损的材料，如聚氨酯涂层等。

3. 水下岩石的处理对机组基础周围的水下岩石进行处理，如清理、移除或加固。

通过减少水下岩石与基础的接触，降低冲击力的作用，从而减小基础冲刷的风险。

4. 海上风电场布局优化通过合理规划海上风电场的布局，避免机组基础暴露在波浪和潮流的冲击区域。

合理的布局可以减小基础受到的冲击力，降低基础冲刷的风险。

结论华能海上风力发电机组基础冲刷是海上风电发展过程中的一个重要问题。

海上风电场单桩基础防冲刷施工技术发布时间：2023-02-21T01:38:48.754Z 来源：《科技新时代》2022年10月19期作者：漆召兵[导读] 结合某海上风电场单桩基础局部冲刷问题表现及成因，针对单桩基础防冲刷施工技术实施问题进行了重点研究与分析。

分析过程中，通过掌握工程项目地质条件以及环境特征，明确单桩基础防冲刷施工技术实施面临的重难点问题。

漆召兵三峡新能源海上风电运维江苏有限公司江苏盐城 224000摘要：结合某海上风电场单桩基础局部冲刷问题表现及成因，针对单桩基础防冲刷施工技术实施问题进行了重点研究与分析。

分析过程中，通过掌握工程项目地质条件以及环境特征，明确单桩基础防冲刷施工技术实施面临的重难点问题。

结合实际情况，从多个方面阐明单桩基础防冲刷施工技术应用要点及质量控制措施问题，以期可以达到预期的防冲刷施工效果。

关键词：海上风电场；单桩基础；防冲刷施工；技术分析引言：海上风能作为海洋资源中最具商业价值发展潜力的清洁能源类型，是十四五阶段国家政府部门予以重点开发与利用的能源类型。

目前，为持续加强对海上风能资源的开发利用，国家政府部门明确要求适合开发利用海上风能的省市地区应该大力开展海上风电项目建设工作。

结合建设情况来看，大直径单桩基础所具备的桩基承载性能相对优越且施工灵活，已然成为海上风电工程常用的结构方式[1]。

然而，海上风电单桩基础所面临的工程地质条件以及环境条件相对恶劣，很容易受到波浪流的影响引发桩基周围形成涡流的现象。

一旦出现此类现象，会对桩基周围的土体造成冲刷影响，不利于保障土体力学特性以及桩基结构的稳定性能。

可以说，如何利用切实可行的措施消除桩基土体局部冲刷带来的负面影响，基本上可以视为海上风电工程项目施工建设予以重点关注与解决的问题。

1 工程概况分析某海上风电场工程项目位于城市近海海域，场区中心离岸距离约32km。

其中，场区主要呈现长方形结构特征，南北长约8km、东西宽约5km，总体规划面积约为40k㎡。

海上风电桩基局部冲刷试验研究祁一鸣;陆培东;曾成杰;陈可锋【摘要】The foundation of a wind turbine pile is the load of the wind turbine itself and the lateral pressure of the blade rotation, and the stability of a pile foundation is very important. The offshore wind turbine pile is not only influenced by the tidal current and wave interaction, but also the scale of the pile foundation, which is usually between the pier and the pile foundation, and its local scour has some particularity. By establishing a normal model of 1∶60, the loc al scour of the offshore wind turbine pile foundation under the action of wave, tidal current and wave current is studied. The research results show that:①the tidal current is the dominant factor in controlling the local scour of the pile foundation in the sea area;②under the action of the alternating flow, the shape of the scour hole is oval, and the maximum scour depth is about 0. 8 of the steady flow;③under the wave⁃current interaction, due to the role in the front of the pile wave oscillating flow, sediment is easier to move than the current action, the local scour is significantly enhanced, and the maximum scour depth is 2. 0 and 1. 7 times under the action of tidal current and constant flow;④the calculated values given by the Han Hai⁃qian formula are in good agreement with the experimental values of the scour depth of the pile foundation under the influence of the coefficient 0. 75. According to the test results, it is suggested that the riprap protection of local scour around the pile foundation pit should be done in order to ensure the security andstability of the offshore wind turbine.%风电桩基既承担风机自身荷载，又受到叶片转动的侧向压力，桩基稳定性至关重要。

２０２０年第３期２０２０Ｎｕｍｂｅｒ３水电与新能源ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３４卷Ｖｏｌ.３４ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０２０.０３.００９收稿日期:２０１９－１１－０４作者简介:张晓蕊ꎬ女ꎬ助理工程师ꎬ主要从事风电基础结构设计及相关工作ꎮ海上风机单桩基础局部冲刷计算分析张晓蕊ꎬ吴子昂ꎬ戴东鹰(上海勘测设计研究院ꎬ上海㊀２００３３５)摘要:依据波㊁流联合作用下的韩海骞公式计算江苏某海上风电场桩基局部冲刷深度ꎬ再采用ＳＡＣＳ软件对结构进行分析结果表明ꎬ局部冲刷增加桩身侧向位移ꎬ降低整机频率ꎬ疲劳损伤大ꎮ解决这些问题可通过加大桩径和桩长ꎬ要设计出既经济又安全的基础尺寸ꎬ还需结合实际工程的冲刷观测结果进行更准确的预测ꎮ关键词:单桩ꎻ局部冲刷ꎻ频率ꎻ疲劳损伤中图分类号:ＴＫ８３㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７１－３３５４(２０２０)０３－００３３－０５ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬｏｃａｌＳｃｏｕｒｏｆＭｏｎｏｐｉｌｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＯｆｆｓｈｏｒｅＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅｓＺＨＡＮＧＸｉａｏｒｕｉꎬＷＵＺｉ ａｎｇꎬＤＡＩＤｏｎｇｙｉｎｇ(ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎꎬＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００３３５ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｈｅｌｏｃａｌｓｃｏｕｒｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｉｎａｎｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｉｎＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅＨａｎＨａｉｑｉａｎｆｏｒｍｕｌａｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄａｃｔｉｏｎｏｆｗａｖｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ.ＴｈｅｎꎬｔｈｅｐｉｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄｕｓｉｎｇＳＡＣＳｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｌｏｃａｌｓｃｏｕｒｍａｙｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｌａｔｅｒａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｉｌｅꎬｒｅｄｕｃｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｕｎｉｔꎬａｎｄａｇｇｒａｖａｔｅｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅ.Ｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓｃａｎｂｅｓｏｌｖｅｄｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｐｉｌｅｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｐｉｌｅｌｅｎｇｔｈ.Ｈｏｗｅｖｅｒꎬｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｍａｋｅｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌｏｃａｌｓｃｏｕｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎａｃｔｕａｌｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｔｏｇｅｔｅｃｏｎｏｍｉｃａｎｄｓａｆｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｏｎｏｐｉｌｅꎻｌｏｃａｌｓｃｏｕｒꎻｆｒｅｑｕｅｎｃｙꎻｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅ㊀㊀海上风电作为一种可再生清洁能源ꎬ已经得到了全世界广泛的关注ꎮ海上风资源丰富ꎬ同时环境也更加复杂ꎮ需要注意的是ꎬ桩基础泥面位置由于波浪和海流的作用ꎬ会产生局部冲刷从而导致风机整体的稳定性降低ꎮ因此ꎬ针对海上风机基础局部冲刷问题开展一系列分析ꎬ将具有十分重要的工程意义[１－２]ꎮ目前ꎬ海上风电场风机基础局部冲刷深度主要依靠经验公式或根据已有的工程场区资料做参考ꎮ但由于场区资料较少ꎬ且各个海域环境相差甚远ꎬ经验公式一般作为首选方法ꎮ本文针对江苏某风电场ꎬ对比不同冲刷深度下结构频率㊁变形㊁承载力和疲劳寿命等的变化ꎬ分析特定海洋环境下局部冲刷对风力机基础结构的影响ꎮ１㊀经验公式及验证目前国内外用于局部冲刷深度计算的经验公式主要有以下三种ꎬ韩海骞公式ꎬ王汝凯公式和Ｊ＆Ｓ公式[３]ꎮ１.１㊀经验公式１)韩海骞公式ꎮ浙江大学的韩海骞建立了单一潮流作用下桥墩局部冲刷计算公式ꎮｈｂｈ＝１７.４ｋ１ｋ２(Ｂｈ)０.３２６(ｄ５０ｈ)０.１６７Ｆｒ０.６２８(１)式中:ｈｂ为潮流作用下桥墩最大局部冲刷深度ꎬｍꎻｈ为全潮最大水深ꎬｍꎻＢ为最大水深下平均阻水宽度ꎬｍꎻｄ５０为河床泥沙的中值粒径ꎬｍꎻＦｒ为弗劳德数ꎻｇ为重力加速度ꎻｋ１为基础平面布置系数ꎬ条形取１.０ꎬ３３水电与新能源２０２０年第３期梅花形取０.８６２ꎻｋ２为基础垂直布置系数ꎬ直桩取１.０ꎬ斜桩取１.１７６ꎮ韩海骞公式适用范围:平均阻水宽度Ｂ为０.８~４２.０ｍꎻ全潮最大流速ｕ为１.４~８.０ｍ/ｓꎻ全潮最大水深ｈ为４.５~３１.０ｍꎻ中值粒径ｄ５０为０.００８~０.１４ｍｍꎮ(２)王汝凯公式ꎮ王汝凯和Ｈｅｒｂｉｃｈ基于粗砂模型ꎬ进行了波㊁流共同作用下小直径桩的局部冲刷研究ꎬ并建立了局部冲刷深度计算公式ꎮｌｇＳｕ１ｈ＝－１.２９３５＋０.１９１７ｌｇβ(２)β＝ＮｆＨＬＵｒＮｓＮｒｐ＝Ｈ２ＬＶ３Ｄ[Ｖ＋(１/Ｔ－Ｖ/Ｌ)ＨＬ/２ｈ]２[(ρｓ－ρ)/ρ]υｇ２ｈ４ｄ５０(３)式中:Ｎｆ为水流弗劳德数的平方ꎻＶ为行近流速ꎬｍ/ｓꎻｇ为重力加速度ꎬｍ/ｓ２ꎻｈ为行近水深ꎬｍꎻＨ为波高ꎬｍꎻＬ为波长ꎬｍꎻＴ为周期ꎬｓꎻＵｒ为Ｕｒｓｅｌｌ数ꎻＮｓ为颗粒ｓｅｄｉｍｅｎｔ数ꎬＮｓ＝Ｖｆｗ２/[(ρｓ－ρ)/ρ]ｇｄ５０ꎻＶｆｗ为波流合成速度ꎬｍ/ｓꎻρｓ为泥沙密度ꎬｋｇ/ｍ３ꎻρ为水密度ꎬｋｇ/ｍ３ꎻｄ５０位泥沙的中值粒径ꎬｍｍꎻＮｒｐ为桩的雷诺数ꎻＤ为桩径ꎬｍꎻυ为运动粘滞系数ꎬｍ２/ｓꎮ３)Ｊ＆Ｓ公式ꎮＪｏｎｅｓ和Ｓｈｅｐｐａｒｄ提出了仅考虑流速的大型桥墩局部冲刷计算公式ꎮＤｓｄｐ＝ｃ２(Ｖｕｓｐｂ－ＶＶｃｒ)＋ｃ３(４)ｃ２＝(ｋ－ｃ３)(ＶｕｓｐｂＶｃｒ－１)－１(５)ｃ３＝２.４ｔａｎｈ[２.１８(Ｄｄｐ)２/３](６)ｋ＝ｔａｎｈ[２.１８(Ｄｄｐ)２/３][－０.２７９＋０.０４９ｅｘｐ(ｌｇｄｐｄ５０)＋０.７８(ｌｇｄｐｄ５０)－１]－１(７)式中:Ｄｓ为桩基极限冲刷深度ꎬｍꎻｄｐ为桩径ꎬｍꎻＤ为水深ꎬｍꎻＶ为底部最大平均流速ꎬｍ/ｓꎻＶｃｒ为泥沙临界起动速度ꎬｍ/ｓꎻＶｕｓｐｂ为垂线平均流速ꎬｍ/ｓꎻｄ５０为泥沙中值粒径ꎬｍꎮ１.２㊀公式验证根据已有的埕岛油田海域环境条件(见表１)及冲刷数据[４]ꎬ对上述经验公式进行适用性验证ꎮ由于韩海骞公式和Ｊ＆Ｓ公式仅考虑流速的影响ꎬ现参考«港口与航道水文规范»得到波浪水质点的平均流速与潮流速度之和带入公式进行计算ꎬ结果见表２ꎮ表１㊀埕岛油田环境参数表平台水深/ｍ波速/(ｍ ｓ－１)波高/ｍ波周期/ｓ桩径/ｍ中值粒径/ｍｍＣＢ２５Ｃ９.６００.９０４.５０８.６０１.２００.０５ＣＢ１２Ｃ１２.６００.９０４.５０８.６０１.２００.０５表２㊀平台局部冲刷深度及实测值表ｍ㊀平台韩海骞公式王汝凯公式Ｊ＆Ｓ公式实测ＣＢ２５Ｃ３.７７４.４２２.７４３.０~３.５ＣＢ１２Ｃ３.７９４.６７２.６９㊀㊀从表２可以看出:适用粗砂的王汝凯公式在淤泥质土或细砂条件下ꎬ冲刷深度被放大ꎬ其计算结果比实测值大４０％左右ꎬ过于保守ꎬ在实际工程中经济性较低ꎻＪ＆Ｓ公式虽然考虑了波流联合作用ꎬ但结果仍偏低ꎬ不推荐采用ꎻ考虑波流联合作用的韩海骞公式计算结果与实测值较为接近ꎬ实测值为经验公式的８０％~９０％ꎮ本文环境条件为近海海域ꎬ波浪对海底的影响不能忽视ꎬ所以采用考虑波流作用下的韩海骞公式进行局部冲刷计算ꎮ２㊀ＳＡＣＳ计算原理ＳＡＣＳ(ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍ)是基于有限元分析的结构仿真平台ꎬ能够进行复杂海洋环境下的结构静力和动力性能分析ꎮ静力分析模块主要包括线弹性静力分析㊁桩－土－结构相互作用的非线性静力分析等ꎮ动力分析模块主要包括模态分析㊁疲劳分析ꎬ以及波浪作用分析等[５]ꎮ本文后续内容将采用ＳＡＣＳ软件对风机基础结构性能进行计算分析ꎮ３㊀风机基础局部冲刷计算３.１㊀环境条件本文针对江苏某海上风场进行单桩基础局部冲刷计算分析ꎬ具体环境条件如表３所示ꎮ采用波流联合作用下的韩海骞公式ꎬ分析桩径㊁中值粒径对冲刷深度的影响程度ꎮ表３㊀江苏某海域环境条件表机位水深(设计高水位)/ｍ流速/(ｍ ｓ－１)波高/ｍ波周期/ｓ波长/ｍ中值粒径/ｍｍＦ３０１１.０４１.１５３.９９７.３６６６０.０７０９Ｆ４７８.０７１.１５３.９９７.３６５９０.０１５３４３张晓蕊ꎬ等:海上风机单桩基础局部冲刷计算分析２０２０年３月㊀㊀根据表３中的数据ꎬ变换基础结构形式和尺寸ꎬ计算Ｆ３０㊁Ｆ４７机位特定地质条件下的局部冲刷深度ꎬ得到图１(ａ)ꎮ从图１(ａ)中可以看出ꎬＦ３０㊁Ｆ４７机位４ｍ直径斜桩和将近７ｍ直径的直桩冲刷深度接近ꎻ１ｍ直径斜桩和将近２ｍ直径的直桩冲刷深度接近ꎬ从公式中也可计算得出相同冲刷深度的斜桩直径是直桩的０.６０８倍ꎮ小直径桩的多脚架基础和高桩承台对局部冲刷不如单桩敏感ꎬ但在实际工程中ꎬ单桩基础由于结构相对简单ꎬ海上施工作业期短ꎬ施工可靠性高等优点ꎬ成为颇受欢迎的一种基础型式ꎮ为防止钢管桩桩周冲刷ꎬ沿基础一定范围内会进行防冲刷地基处理ꎮ本文风场最大水深８~１１ｍꎬ变化范围不大ꎮ从图１(ｂ)中可以看出ꎬ水深对冲刷深度的影响较小ꎬ仅１.３％ꎮ图(ａ)㊁(ｂ)中的曲线均随着ｘ轴变量的增大而增大ꎬ而曲线斜率随ｘ变量的增大而减小ꎮ图１㊀局部冲刷结果图３.２㊀计算分析风机基础局部冲刷深度大多根据经验公式估算ꎬ在结构设计时放出相应的裕度ꎮ但经验公式适用条件为单向流ꎬ本场区实际为旋转流ꎬ流向并不固定ꎬ经验公式结果将放大波流对冲刷的影响ꎮ本文将对经验公式的局部冲刷深度计算结果进行适当折减ꎬ再通过ＳＡＣＳ软件进行相应的结构受力变形等分析ꎮＦ３０㊁Ｆ４７机位拟采用３.３ＭＷ风机ꎬ塔筒底部直径为５.５ｍꎬ单桩基础顶高程１１ｍꎬ整机允许频率范围０.２５８~０.２７６ＨｚꎮＦ４７机位结构直径５.５ｍꎬ采用波㊁流联合作用下的韩海骞公式得到冲刷深度为５.２８ｍꎬ对比不同折减系数下的结构静力计算结果ꎬ如表４所示ꎮ表４㊀Ｆ４７结构(Ｄ＝５.５ｍ)计算结果表冲刷深度/ｍ频率/Ｈｚ泥面转角/ɢ桩尖位移/ｃｍ桩身最大ＵＣ抗压承载力/ｋＮ桩身最大压力/ｋＮ００.２６１６３.８７２９０.０４４０.４２３－２９４３１.０－１１６２６.３４.２２(折减系数０.８)０.２５８１３.８０８８０.１０２０.４５０－２８９４７.１－１１６２２.８４.７５(折减系数０.９)０.２５７６３.７９７７０.１１１０.４５３－２８８１４.７－１１６１２.０５.２８０.２５７１３.７８２６０.１２３０.４５５－２８６９３.１－１１６０４.２注:承载力考虑安全系数１.５ꎻ结构压力乘以１.１倍放大系数ꎮ㊀㊀由表４可以看出ꎬ同样的结构在不考虑冲刷时满足变形频率等要求ꎬ但是在折减系数为０.８时整机频率就十分接近安全范围的下界了ꎬ完全不考虑折减则更加无法满足频率要求ꎬ此时的变形和受力结果依然满足规范ꎬ结构尺寸以频率控制为主ꎮ选取适当的结构尺寸ꎬ需要与冲刷深度进行进一步的迭代计算ꎮ为提高频率的安全裕度重新建立直径５.５~５.７ｍ的单桩模型ꎬ考虑到海流为旋转流ꎬ我们取折减系数０.８的冲刷深度ꎬ得到冲刷深度为４.２７ｍꎬ具体计算结果如表５ꎬ桩身位移曲线收敛如图２ꎮ５３水电与新能源２０２０年第３期表５㊀Ｆ４７结构(Ｄ＝５.５~５.７ｍ)计算结果表冲刷深度/ｍ频率/Ｈｚ泥面转角/ɢ桩尖位移/ｃｍ桩身最大ＵＣ抗压承载力/ｋＮ桩身最大压力/ｋＮ４.２７０.２６１７３.５０６００.１２１０.４２３－２９８０４.９－１１７９９.５注:承载力考虑安全系数１.５ꎻ结构压力乘以１.１倍放大系数ꎮ图２㊀Ｆ４７(Ｄ＝５.５~５.７ｍ)桩身位移曲线图㊀㊀Ｆ３０机位表层土为厚度１.３ｍ的砂质粉土(ｄ５０＝０.０７０９)ꎬ第二层是厚度１０.７ｍ的淤泥质粘土(ｄ５０＝０.０１５３ｍｍ)ꎬ由于表层土较薄ꎬ计算局部冲刷时中值粒径选取０.０１５３ｍｍ(见表６)ꎮ由表６和图３可以看出ꎬＦ３０基础桩径比Ｆ４７增大了０.２ｍꎬ使得泥面转角减小ꎬ但由于浅层土壤较表６㊀Ｆ３０结构(Ｄ＝５.５~５.９ｍ)计算结果表冲刷深度/ｍ频率/Ｈｚ泥面转角/ɢ桩尖位移/ｃｍ桩身最大ＵＣ抗压承载力/ｋＮ桩身最大压力/ｋＮ００.２６１１３.５１７７０.１５３０.３７２－３０９３６.６－１２８５９.７４.３７(折减系数０.８)０.２５７５３.４６９９０.２７５０.３９４－３０３９２.９－１２８５５.７４.９２(折减系数０.９)０.２５７０３.４６４２０.２９６０.３９６－３０３１８.７－１２８５５.１５.４７０.２５６６３.４６１１０.３１７０.３９８－３０２５７.０－１２８５４.７注:承载力考虑安全系数１.５ꎻ结构压力乘以１.１倍放大系数ꎮ差ꎬ整机频率仍然难以满足规定要求ꎬ且桩径的增大也加大了波浪力的作用ꎬ使得桩身位移曲线不收敛ꎮ解决这一系列问题ꎬ需增加桩径和桩长ꎮ重新建立直径５.５~６.１ｍ的单桩模型ꎬ桩长增加４ｍꎬ考虑到海流为旋转流ꎬ我们取折减系数０.８的冲刷深度ꎬ得到冲刷深度为４.４２ｍꎬ具体计算结果如表７ꎬ桩身位移曲线收敛如图４ꎮ图３㊀Ｆ３０(Ｄ＝５.５~５.９ｍꎬ冲刷４.３７ｍ)桩身位移曲线图表７㊀Ｆ３０结构(Ｄ＝５.５~６.１ｍ)计算结果表冲刷深度/ｍ频率/Ｈｚ泥面转角/ɢ桩尖位移/ｃｍ桩身最大ＵＣ抗压承载力/ｋＮ桩身最大压力/ｋＮ４.４２０.２６０５０.００３１５７３０.１１９０.３６６－３１９６９.５－１３０４０.０注:承载力考虑安全系数１.５ꎻ结构压力乘以１.１倍放大系数ꎮ㊀㊀综上可得ꎬＦ４７机位若要满足折减系数０.８的局部冲刷深度要求ꎬ结构最大桩径要在５.５ｍ基础上增加０.２ｍꎬ钢管桩重量增加将近１７ｔꎻＦ３０机位若要满足折减系数０.８的局部冲刷深度要求ꎬ结构最大桩径要在５.９ｍ基础上增加０.２ｍꎬ且桩长增加４ｍꎬ钢管桩重量增加将近５３ｔꎮ冲刷主要影响的是实际入泥深度ꎬ所以对整机频率和桩身侧向位移会有一定影响ꎮ单桩基础的刚度较小ꎬ表层土的冲刷对基础变位极其不利ꎬ所以通常会对海床表层土进行防冲刷处理ꎬ例如投放沙袋ꎬ砂被ꎬ连锁排和固化土等措施ꎮ如何既经济又安全的设计出最理想的基础方案ꎬ需要不断尝试并结合实际工程的观测结果进行更准确的预测ꎮ６３张晓蕊ꎬ等:海上风机单桩基础局部冲刷计算分析２０２０年３月图４㊀Ｆ３０(Ｄ＝５.５~６.１ｍ)桩身位移曲线图３.３㊀疲劳分析选取Ｆ４７机位进行疲劳分析ꎬ由于缺乏一体化的载荷输入ꎬ本文将保守地采用风载荷损伤与波浪谱疲劳损伤直接相加的方式得到最终损伤值ꎮ设计疲劳安全系数为２ꎬ寿命２５年ꎮ对比不同桩径ꎬ不同冲刷深度对结构疲劳寿命的影响ꎬ原泥面高程－５.４９ｍꎬ钢管桩３ｍ一段ꎬ具体计算结果见表８ꎮ从表８可以看出ꎬＦ４７基础Ｄ＝５.５ｍ时冲刷４.２２ｍ最大疲劳损伤是不冲刷的１.７倍ꎻＤ＝５.５~５.７ｍ时冲刷４.２７ｍ最大疲劳损伤是冲刷４.２２ｍ的１.０１倍ꎮ相同结构在考虑冲刷时整机频率相对降低ꎬ结构更柔ꎬ所以疲劳损伤更大ꎮＤ＝５.５~５.７ｍ结构变径段高程２~－１ｍꎬ－１ｍ到桩尖位置桩径５.７ｍꎮ风机载荷和波浪载荷当结构尺寸增大时ꎬ产生的疲劳损伤减小ꎬ但初始变径位置波浪损伤稍稍增大ꎮ综上ꎬ针对Ｆ４７机位选取Ｄ＝５.５~５.７ｍ结构尺寸ꎬ满足疲劳计算要求ꎮ表８㊀Ｆ４７基础疲劳损伤计算结果表高程Ｄ＝５.５ｍꎬ冲刷０ｍ风机载荷损伤波浪载荷损伤总损伤Ｄ＝５.５ｍꎬ冲刷４.２２ｍ风机载荷损伤波浪载荷损伤总损伤Ｄ＝５.５~５.７ｍꎬ冲刷４.２２ｍ风机载荷损伤波浪载荷损伤总损伤Ｄ＝５.５~５.７ｍꎬ冲刷４.２７ｍ风机载荷损伤波浪载荷损伤总损伤１１０.０５００.００００.０５００.０５００.００００.０５００.０５００.００００.０５００.０５００.００００.０５０８０.０３４０.０５６０.０９００.０３４０.１１８０.１５２０.０３４０.１１８０.１５２０.０３４０.１２００.１５４５０.０３４０.０６００.０９４０.０３４０.１２７０.１６１０.０３４０.１２７０.１６１０.０３４０.１２９０.１６３２０.０２６０.０４９０.０７５０.０２６０.１０３０.１２９０.０２６０.１０４０.１３００.０２６０.１０５０.１３１－１０.０２１０.０４４０.０６５０.０２１０.０９５０.１１６０.０１５０.０６７０.０８２０.０１５０.０６７０.０８２－４０.０２１０.０４７０.０６８０.０２１０.１０２０.１２３０.０１５０.０７２０.０８７０.０１５０.０７３０.０８８－７０.０２１０.１１２０.１３３０.０１５０.０７９０.０９４０.０１５０.０８００.０９５４㊀结㊀语１)通过和现有工程实测冲刷深度进行对照ꎬ波㊁流联合作用下的韩海骞经验公式计算结果比王汝凯㊁Ｊ＆Ｓ公式更接近实际ꎬ且数值略大偏安全ꎮ２)局部冲刷主要影响的是实际入泥深度ꎬ所以对整机频率和桩身侧向位移会有一定影响ꎬ一般通过增加桩径和桩长来解决ꎮ如何既经济又安全的设计出最理想的基础方案ꎬ需要不断尝试并结合实际工程的观测结果进行更准确的预测ꎮ３)针对本风场的Ｆ４７机位基础ꎬ相同结构在冲刷深度大时整机频率相对降低ꎬ结构更柔ꎬ所以疲劳损伤更大ꎻ相同冲刷深度条件下ꎬ大尺寸桩径部位的疲劳损伤较小ꎬ但变径段的小直径部位的损伤值稍稍增大ꎮ参考文献:[１]祁一鸣ꎬ陆培东ꎬ曾成杰ꎬ等.海上风电桩基局部冲刷试验研究[Ｊ].水利水运工程学报ꎬ２０１５(６):６０－６７[２]刘超ꎬ孙文ꎬ张积乐ꎬ等.海上风电场单桩基础结构冲刷实验研究[Ｊ].太阳能学报ꎬ２０１６ꎬ３７(２):３１６－３２１[３]张玮ꎬ濮勋ꎬ廖迎娣.淤泥质海岸近海风电塔基局部冲刷计算研究[Ｊ].海洋工程ꎬ２０１０ꎬ２８(２):１０５－１０９[４]王卫远ꎬ杨娟ꎬ李睿元.海上风电场风机桩基局部冲刷计算[Ｊ].中国港湾建设ꎬ２０１１ꎬ３１(６):１３－１５[５]陈晶.导管架式海上风电基础结构分析[Ｄ].天津:天津大学ꎬ２０１４７３。