2023海上风电机组地基基础防冲刷保护设计导则

海上风电机组地基基础防冲刷保护设计导则目 次总则 1术语 2基本规定 3基础局部冲刷分析 5一般规定 5物理模型试验 5数值模拟 6冲刷公式 6基础防冲刷保护设计与施工技术要求 一般规定 11抛石保护 12混凝土连锁排保护 12砂被软体排保护 15固化土保护 18预留冲刷深度 17监测设计 18一般规定 18监测内容 18监测方法及技术要求 19附录A混凝土连锁排稳定性验算 21本标准用词说明 29引用标准名录 30附：条文说明 31--海床演变 Seabedevolution海床面整体侵蚀和堆积，致使海床面升降或周期性的升降。局部冲刷Localscour海上风电机组基础阻碍水流，导致其周围海床的冲刷。抛石保护 Riprapprotection由块石抛填形成用于防冲刷的工程措施。混凝土连锁排保护Geotextilemattresswithinterlockingconcreteblockstiedprotection以土工合成材料为排垫，面层系结由多个混凝土块连接而成的用于防冲刷的工程措施。砂被软体排保护Sand-filledGeotextileMattressprotection用土工合成材料缝制成双层排布，将沙或碎石用水力填充到双层排布中形成的用于防冲刷的工程措施。Solidifiedsoilprotection由淤泥和固化材料强制拌合后形成的用于防冲刷的工程措施。基本规定海上风电机组地基基础冲刷分析应包括海床演变分析和基础局部冲刷分析。进行海上风电机组地基基础防冲刷保护设计前宜收集以下资料：工程海域海洋水文资料，包括潮汐、海流、波浪、泥沙及其他资料。潮汐资料包括潮汐特征、设计高低水位、不同重现期高低水位、乘潮水位等。海流资料包括海流特性、特征流速等。波浪资料包括波浪特性、设计波要素等。泥沙资料包括不同潮周期的含沙量特征值，悬沙、底质类型及中值粒径、平均粒径等粒度参数。其他海洋水文资料，包括海水温度、密度等与防冲刷保护设计相关的海洋水文要素。工程海域海洋沉积资料，包括工程及附近海域泥沙来源，海床地形地貌特征、及海床历史演变过程、原因与冲淤速率分析成果等。工程海域海上风电机组基础设计资料，包括基础主体结构的型式、尺寸、机位处水深和基础周边海底电缆布置等。工程海域和其周边海域的冲刷情况及防冲刷工程措施施工条件，包括工程海域料来源和供应条件、施工船机设备等。工程区大范围海床冲淤变化特征。工程区海床冲淤的变化范围和冲淤速率。海床演变对风电场工程的影响。海床演变专题内容应满足下列要求：海床演变分析应包括海床稳定性分析和冲淤趋势预测。海床演变分析应在现场查勘的基础上，利用历史水下地形图、遥感影像及有关岸、海床稳定性。应根据实测潮流及余流方向、悬沙含量、水沙输运通量、海底沉积物的分布、析判断泥沙来源和运移方向。应通过历次水下地形对比分析，确定场区海床历年冲淤的幅度和速率变化趋势，分析计算可能存在的最大自然冲刷深度；对历史水下地形图等有关测绘资料应考证测量年代、测量精度、坐标和高程系统等，对各种地形图分析时应采用统一比例尺和基面。当海床冲刷较严重或人类活动影响较明显时，应进行全潮水文测验和水下地形测量，并应通过模型试验等途径，分析场区的冲刷趋势和幅度。刷深度、冲刷坑范围等。一般规定物理模型试验下列情况宜采用物理模型试验进行基础局部冲刷分析：场区海床底质易冲，基础型式对冲刷敏感。不符合冲刷公式的适用条件。对数值模拟或冲刷公式的计算成果有疑。使用非桩基础、新型基础型式或外形复杂的基础型式。设计中的特定情况。局部冲刷物理模型宜采用正态模型。物理模型试验前应制定试验大纲。物理模型及边界条件应能代表结构物的工作状况，并应符合下列要求：可冲刷床沙的厚度应大于海床可能出现的最大冲刷深度。海床覆盖层厚度较薄且可能的冲刷幅度较大时，应根据床沙级配垂向分布分层铺沙。模型动床的范围应覆盖工程需要的范围，定床与动床之间应设置过渡带。动、定床交界面应平顺连接。模型试验应在室内进行，避免因风引起的涟波或小波的影响。在具备临近海域工程基础局部冲刷实测资料的条件下，宜开展物理模型验证试验。除应符合本导则的规定外，物理模型试验还应符合《水运工程模拟试验技术规范》JTS/T231的有关规定。数值模拟数值模拟采用的数值计算方法应满足相容性、收敛性、稳定性和准确性的要求。数值模拟计算应包括下列内容：数值模型、计算理论的选择。计算工况、计算范围及网格的确定。初设条件和边界条件的设定。模型参数的率定。计算结果应给出潮位、流速、流向、含沙量及床面冲淤变化等结果。网格尺度应能反映水下实际地形和冲刷前后地形的变化。重点研究部位网格应加密，网格疏密过渡应合理。不应大于风电机组基础各组成部位的最小尺度。平网格尺度相匹配。冲刷公式采用冲刷公式进行桩基础局部冲刷分析前，应取得以下资料：工程海域水文资料，包括水深，设计流速、设计波要素、海水密度等。工程海域底质资料，包括底质的分类、密度、中值粒径等。桩基础设计资料，包括桩基础的布置、形状、尺寸等。底质为粉土和黏性土的桩基础局部冲刷深度可按韩海骞公式进行计算：𝑆𝑆 𝐵𝐵0.6𝑑𝑑00.7=7.𝑘1𝑘2�� � � 𝐹𝐹0.8ℎ ℎ ℎ 𝑟𝑟（4.4.2-1）𝑟𝑟=𝑢𝑢(𝑔ℎ)0.5（4.4.2-2）式中：S——潮流作用下桩基础最大冲刷深度（m）；h ——全潮最大水深（m）；B ——最大水深条件下平均阻水宽度（m）；d50 ——泥沙中值粒径（m）；Fr ——弗汝德数；u ——全潮最大垂线平均流速（m/s）；g ——重力加速度（m/s2），9.81m/s2；k1 ——1.00.862；k2 ——1.01.176。底质为砂土的桩基础局部冲刷深度可按王汝凯公式进行计算：𝑆𝑆lg��=−1.293+ℎ（4.4.2-3）H H2L𝑉𝑉3𝐷𝐷𝑉𝑉+(𝑇𝑇−𝑉𝑉L)HL(ℎ)2𝛽𝛽=fL𝑈𝑈𝑟𝑟sp= (𝜌𝜌−𝜌𝜌)𝜌𝜌𝑣𝑣𝑔𝑔2ℎ4𝑑𝑑𝑠𝑠 50（4.4.2-4）𝑉𝑉2=𝑔𝑔ℎ（4.4.2-5）HL2𝑈𝑈𝑟𝑟=ℎ3（4.4.2-6）fw2Ns=[(𝜌𝜌−𝜌𝜌)⁄𝜌𝜌]𝑔𝑔𝑑𝑑𝑠𝑠 50（4.4.2-7）𝑉𝑉𝐷𝐷Nrp=𝜈𝜈（4.4.2-8）式中：Nf ——海流的弗汝德数的平方；Ur ——厄塞尔数；Ns ——泥沙沉积数Nrp ——桩的雷诺数H ——波高（m）；L ——波长（m）；D ——桩柱直径（m）；V ——行进流速（m/s）；Vfw——波流合成速度ρs——泥沙干密度（kg/m3）；ρ——水密度（kg/m3）；d50 ——泥沙中值粒径（mm）；ν ——水的运动粘滞系数（m2/s），1×10-6m2/s。动平衡输沙状态下，对于底质为砂土或砾石的桩基础局部冲刷深度可按下列公式计算：冲刷坑最大深度可按下列公式计算：𝑆𝑆=.{1−e−.(𝐾−)}(𝐾≥)𝐷𝐷（4.4.2-9）𝑢ax⋅𝑇𝑇𝐾𝐾𝐾𝐾=𝐷𝐷（4.4.2-10）𝜋𝜋H𝑢ax=𝑇𝑇sin(𝑘ℎ)（4.4.2-11）2𝜋𝜋2� �=𝑔𝑔𝑘𝑘tanh(𝑘𝑘ℎ)𝑇𝑇（4.4.2-12）式中：T ——波浪周期（s）；H ——有效波高KC ——无量纲场数；umax——桩柱处海床附近的波浪速度的变化幅度（m/s）；k ——波数。对恒定流，KC趋向于无穷，SD1.3；对波浪作用下，KC6时，可按不形成冲刷坑考虑。底质为砂土或砾石时，任意时刻的桩基础周围局部冲刷深度可按照下列公式计算：𝑡𝑡𝑆t=𝑆𝑆�1−ep−𝑇𝑇�1（4.4.3-1） −1𝑔𝑔(𝐺s−)𝑑𝑑3 ∗1=� 𝐷𝐷2 � 𝑇𝑇（4.4.3-2） 𝑈𝑈2𝜃s= f 𝑔𝑔(𝐺𝐺𝑠𝑠−1)𝑑𝑑（4.4.3-3）𝑉𝑉 2.5⋅𝑑𝑑 4.7⋅𝜈𝜈=6.4−2.5⋅ln� + �𝑈f ℎ ℎ⋅𝑈f（4.4.3-4）𝑇𝑇∗= 1 ℎ𝜃𝜃2.22000𝐷𝐷s（4.4.3-5）w𝑈f=J2⋅𝑢ax（4.4.3-6）.4⋅(𝑎𝑎𝑘N)05 (𝑎𝑎𝑘N>)w=�0.4⋅(𝑎𝑎𝑘𝑘)0.5 (𝑎𝑎𝑘𝑘 <)N N（4.4.3-7）𝑢ax⋅𝑇𝑇𝑎𝑎=2𝜋𝜋（4.4.3-8）𝐾𝐾𝐾𝐾3𝑇𝑇∗=06� �𝜃s（4.4.3-9）式中：St ——任意t时刻的冲刷深度（m）；t——冲刷时间T1——特征时间θs——Shields参数；Uf ——床面摩阻流速（m/s）；Gs ——海床土的土粒比重；d ——粒径（m），d50计算；T* ——无量纲特征时间，当海洋动力为恒定流时，可按照式（4.4.3-4）~式（4.4.3-5）计算T*；当海洋动力为波浪时，可按照式（4.4.3.6）~式（4.4.3.9）计算T*；fw ——波浪摩擦系数；a ——自由流振幅（m）；kN ——海床糙度（m），2.5d50。桩基础的局部冲刷坑半径可下式进行计算：𝐷𝐷 𝑆𝑆𝑟𝑟= +2 tan𝜑𝜑（4.4.4）式中：r——以桩中心为原点的冲刷坑半径（m）；φ ——冲刷坑坡度（°），宜通过工程海域、临近海域冲刷监测数据或通过试验确定，在无相关资料时，可假设坡度与内摩擦角相同。一般规定5.1.4防冲刷工程措施的材料和结构应符合下列要求：坚固耐久，抗冲刷、抗磨损性能强。适应海床变形能力强。便于施工、修复、加固。就近取材、经济合理。符合相关环保要求。防冲刷工程措施应采用专业的船机设备施工。风电机组基础主体结构施工完成后宜尽快开展防冲刷工程措施施工。防冲刷工程措施施工前，应完成下列工作：开展海床测量。分析工程特点、水文条件、气象条件对防冲刷工程措施施工工艺的影响。收集短期预报资料，避开不利施工时间。防冲刷工程措施的施工不得破坏风电机组基础主体结构、防腐蚀系统、附属构件和基础周边海底电缆。防冲刷工程措施的施工应最大化减小对环境的影响。防冲刷工程措施宜覆盖基础局部冲刷坑的平面范围。重力式基础安装完成后，应采取工程措施防止基础底部和附近土体冲刷引起侵蚀和掏空。重力式基础的防冲刷工程措施宜根据物理模型试验或数值模拟成果确定。对存在底部流速较大、地基土有被掏刷风险的重力式基础应采取加大基床外肩宽度、放缓边坡、增大埋置深度等保护措施。防冲刷工程措施施工完成后应通过单波束测深、多波束测深、侧扫声呐扫测、三维图像声呐扫测、潜水员探摸等方法进行施工质量检验。抛石保护抛石保护可用于海床表层地质为砂质、混砂质的工程海域。石料应具有致密、坚硬、耐用并能抵抗海水侵蚀等特点。150mm～200mm250mm；250mm～350mm400mm5.2.5抛石保护施工前，宜在冲刷坑深度范围内的海床表面设置土工织物等保护措施。5.2.6抛石保护水上施工时，应根据水深、流速、流向和波浪等水文条件，确定抛石船的驻位。1m。混凝土连锁排保护位于地形较为复杂、流速大的海域的海上风电机组基础可采用混凝土连锁排保护。混凝土连锁排的材料、性能宜满足下列规定：C25。200g/m2150g/m2纺土工织物复合使用。混凝土块体宜采用防老化的连结绳系结。软体排绑扎环宜采用强度较高的聚丙烯或尼龙材料。148的有关规定。A验算。混凝土连锁排构造要求宜符合下列规定：10cm2。3cm~10cm1.0m。混凝土连锁排可设计为多片搭接的方式，排与排之间的有效搭接长度不宜小于2.0m。混凝土连锁排的制作、运输和施工应符合下列要求：混凝土块的规格、尺寸、数量和强度等指标应满足设计要求。混凝土块在起吊、堆存前的强度应满足设计要求。混凝土块与软体排加筋带的系结方式、间距和系结材料等应满足设计要求。软体排土工织物排体、加筋带和绑扎环的材料和缝制应满足设计要求。60%。的位置、长度和宽度，并应计入软体排的褶皱量、收缩量和搭接量。混凝土连锁排铺设前应合理填补局部坑洼。混凝土连锁排应根据软体排尺寸、施工条件等采用吊装或铺排等方法进行施工。2m以内。混凝土连锁排的制作质量要求应符合现行行业标准《海上风电场土建工程施工质量检验与评定标准》NB/TXXXXX-202X5.3.8-2的规定表5.3.8混凝土连锁排施工允许误差序号项目允许偏差（mm）l软体排轴线500mm2软体排铺设长度±1000mm3搭接宽度500mm4混凝土块间距纵横向边长的10%5.4 砂被软体排保护2层块石。土工织物规格、断裂强度、标准强度对应伸长率、CBRO90、垂直渗透系数等主要性能指标应根据自然条件、使用要求和施工条件等综合确定，还应符合现行国家标准《土工合成材料长丝机织土工布》GB/T17640相关规定。工、运行受力要求确定。加筋带或尼龙绳。吊环数量、分布等可根据试吊情况进行调整。加筋带密度。对于低潮露滩等暴露使用环境下，土工模袋还应具有良好的抗紫外线性能。砂被软体排填充材料可根据要求采用细砂或中粗砂、碎石等。砂被软体排应满足波流共同作用下的抗掀动稳定性，并应符合下列规定。砂被软体排在水流作用下的抗掀动稳定验算可按式（5.4.4）下的压载稳定宜由模型试验确定。𝛼𝑚𝑚𝑉𝑉2𝑡𝑡𝑚𝑚≥𝐾𝐾𝑠𝑠𝛾𝛾𝑚𝑚−𝛾𝛾𝑤𝑤2𝑔𝑔𝛾𝛾𝑤𝑤（5.4.4）式中：tm——砂被等效厚度（m），指折算到单位面积上压载物的平均厚度；Ks——抗掀动安全系数，可取1.2~1.4，水流复杂的区域取大值；αm——系数，与水流流态、压载形式有关，无压载或抛石压载可取1.0；V ——水流垂线平均流速（m/s）；γm——砂被重度（kN/m3）；γw——海水重度（kN/m3）；g——重力加速度（m/s2）。根据抗掀动稳定验算情况，可增加砂被软体排厚度或在上层增加压载，砂被软体排边缘和搭接部位的压载应增加25%~50%。块压载时应防止块石或混凝土棱角造成砂被破损。砂被软体排可根据施工条件，设计为多块相互搭接的形式，搭接长度宜不少于2.0m。砂被厚度应根据抗掀动稳定验算、使用要求、施工条件等综合确定，不宜小于400mm。砂被袋体所采用的土工模袋应按设计要求进行加工缝制，并应符合下列规定：工质量检验与评定标准》NB/TXXXXX-202X的有关规定。砂被袋体应采用包缝法进行缝制，缝接处的强度不应低于原土工织物拉伸强度的70%。砂被尺寸较大时，袋体内应设置一定数量的隔舱。求，对产品质量进行检验检测。充砂前应检查袋体有无破损，有破损时应及时修补或更换袋体。时绑扎充砂口。砂被软体排充灌时应确保砂流通畅，充灌后应检测砂被厚度。充灌厚度、饱和度误差应符合现行行业标准《海上风电场土建工程施工质量检验与评定标准》NB/TXXXXX-202X的有关规定。若在现场充砂，不得从风电场内采砂。风电机组基础施工前砂被、砂袋需运至施工现场，宜在基础主体结构施工完成后14天内进行砂被及砂袋的铺设施工，并应符合下列规定：先用砂袋将冲刷坑填平。可根据砂被软体排尺寸、施工条件等采用吊装铺填、专用船翻板抛填等方法。时应保持平整，避免褶皱。波浪强度及方向，做好相应的施工措施及安全防护工作。施工完成后，应通过水深测量、潜摸、GNSS确定施工质量，并根据复测结果进行附属结构和海缆施工。施工期间应定期检查防冲刷效果。砂被施工完成后砂被平面位置允许偏差±500mm，搭接长度偏差±ΔL/5（ΔL为搭接长度）。砂被软体排铺设施工和检测时应有监理工程师在场并记录，记录的内容应至少包括固化土保护固化土宜满足下列指标要求：1.35g/cm³~1.50g/cm³范围内。15cm~35cm380%。410-5cm/s。300kPa。3m/s。固化剂应选择环保型、对环境无污染材料。固化土吹填厚度不宜小于0.5m。冲刷保护区内，固化土应均匀吹填；冲刷保护区边缘，应形成过渡缓坡，与海床平滑连接。固化剂仓储运输过程中，应采用防雨、防潮措施，确保固化剂的干燥。固化土的配合比应根据室内配合比试验及现场取样测试综合确定。14固化土吹填施工时间段宜为平潮期前后。固化土吹填完成后，应检测固化土的范围、标高、完整性及现场取样试块的参数NB/TXXXXX-202X的有关规定。预留冲刷深度预留冲刷深度应考虑风电场运行期内水深变化的影响。监测设计一般规定海上风电场在施工期和运行期均应开展冲刷监测。运行期冲刷监测可采用具备数据自动采集功能的监测系统进行。冲刷监测时宜同步记录潮位信息，并收集海流、波浪等水文要素。发生风暴潮、台风、海洋水文异常等特殊情况后，宜尽快开展一次冲刷监测。当监测数据异常时，应尽快开展一次冲刷监测。所有的监测记录均应保存完整。监测内容海床演变监测应符合下列规定：海床演变监测范围宜涵盖风电场内全部范围。海床演变监测宜通过在监测范围内布置若干地形监测断面的方式进行。海床演变监测内容可包括风电场的海床整场地形等。海床演变监测宜每年开展一次。海床演变监测宜采用单波束测深或多波束测深的方法进行。风电机组基础局部冲刷监测应符合下列规定：基础局部冲刷监测范围应根据不同基础型式确定，宜完全涵盖基础周围冲刷坑。基础局部冲刷监测范围应至少符合下列要求：表6.2.2基础局部冲刷监测范围序号基础型式监测范围1单桩基础以基础中心为原点，半径为泥面处桩径4倍的圆形范围。2高桩承台基础以基础中心为原点，半径为泥面处基础外轮廓直径2倍的圆形范围。3重力式基础或吸力筒型基础以基础中心为原点，半径为重力式基础底部直径或吸力筒筒体直径2倍的圆形范围。4导管架基础以基础中心为原点，半径为泥面处基础外轮廓2倍直径的圆形范围。5吸力筒导管架基础以基础中心为原点，半径为泥面处基础外轮廓2.5倍直径的圆形范围。基础局部冲刷监测内容宜包括局部冲刷坑形态、冲刷深度。1个月内、36个月内6个月~12防冲刷工程措施监测应符合下列规定：防冲刷工程措施监测范围应符合下列要求：平面铺设形状为矩形的防冲刷工程措施，其监测区域至少应涵盖以风电机组基1.5倍防冲刷工程措施长边长度的圆形区域。平面铺设形状为圆形的防冲刷工程措施，其监测区域至少应涵盖以风电机组基1.5倍防冲刷工程措施的直径的圆形区域。近的冲刷坑形态、冲刷深度等。6.2.24款。6.2.25款。海底电缆接入端监测应符合下列规定：海底电缆接入端监测范围宜涵盖自风电机组基础外侧至入泥处段的海底电缆。海底电缆接入端监测宜包括海缆形态及在海水中的长度等。6.2.24款。开展。监测方法及技术要求监测区域已有的地形图、海图、扫测数据及潜水探摸成果。控制测量成果及其说明。监测区域的水文、气象、交通条件、地质类型等环境资料。监测目标的工程资料。其他与监测有关的资料。7901362附录A混凝土连锁排稳定性验算压载稳定验算和中间部位压载稳定验算，并应符合下列规定。软体排搭接部位压载稳定验算，黏性土等抗冲性好地基的软体排边缘压载稳定A.0.1-1A.0.1-2所示，水流为均匀流或接近于均匀流时，可采用垂线平均流速，按式（A.0.1-1）~式（A.0.1-3）验算；非均匀流特征显著时，宜采用底流速，按式（A.0.1-4）~式（A.0.1-6）验算。图A.0.1-1压稳算示图边部） 图A.0.1-2载受意图对于砂土、粉土等抗冲性差地基的软体排边缘压载稳定验算，施工期可不考虑排边冲刷的有利作用，可采用垂线平均流速，按第A.0.1.1款验算；运行期可考虑排边A.0.1-3，按式（A.0.1-1）、式（A.0.1-2）和式（A.0.1-7）验算。图A.0.1-3排边冲刷条件下边缘压载稳定验算简图软体排中间部位压载稳定验算，水流为均匀流或接近于均匀流时，可采用垂线平均流速，见图A.0.1-4，按式（A.0.1-8）和式（A.0.1-9）验算；非均匀流特征显著、紊动强度显著时，宜通过物模试验确定。图A.0.1-4中间部位压载稳定性计算简图𝑉𝑉≤𝑉𝑉𝑠𝑠𝑠𝑠（A.0.1-1）𝑉𝑉𝑐𝑐𝑟𝑟𝑠𝑠= 𝛾0𝛾𝑡𝑡𝛾𝑑𝑑（A.0.1-2）𝑉𝑉𝑐𝑐𝑠𝑠𝑟𝑟1 6𝑠𝑠𝑚𝑚(𝑠𝑠𝑠𝑠s𝜃𝜃+𝑡𝑡sin𝜃𝜃) 𝜌𝑏𝑏−𝜌𝜌 𝛼𝛼𝑑𝑑= J J 𝑔𝑔𝑡𝑡�1+𝑚𝑚 𝜆𝜆𝐷𝐷𝑡𝑡2s2𝜃𝜃+𝜆𝜆L𝑠𝑠(𝑠𝑠+3𝑠𝑠𝑠𝑠)s2𝜃𝜃−𝜆𝜆𝐷𝐷𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠sin2𝜃𝜃 𝜌𝜌 𝑡𝑡（A.0.1-3）𝑢𝑢𝑑𝑑≤𝑢𝑢𝑑𝑑𝑠𝑠（A.0.1-4）𝑢𝑢𝑑𝑑𝑐𝑐𝑟𝑟𝑢𝑢𝑑𝑑𝑠𝑠= 𝛾0𝛾𝑡𝑡𝛾𝑑𝑑（A.0.1-5）6𝑠𝑠𝑚𝑚(𝑠𝑠𝑠𝑠s𝜃𝜃+𝑡𝑡sin𝜃𝜃) 𝜌𝑏𝑏−𝜌𝜌𝑢𝑢𝑑𝑑𝑐𝑐𝑟𝑟=J J 𝑔𝑔𝑡𝑡3𝜆𝜆𝐷𝐷𝑡𝑡2s2𝜃𝜃+𝜆𝜆L𝑠𝑠(𝑠𝑠+3𝑠𝑠𝑠𝑠)s2𝜃𝜃−𝜆𝜆𝐷𝐷𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠sin2𝜃𝜃 𝜌𝜌（A.0.1-6）𝑉𝑉𝑐𝑐𝑠𝑠𝑟𝑟1 6𝑠𝑠𝑚𝑚(𝑠𝑠𝑠𝑠s𝜃𝜃+𝑡𝑡sin𝜃𝜃) 𝜌𝑏𝑏−𝜌𝜌 𝑑𝑑= J J 𝑔𝑔𝑡𝑡�1+𝑚𝑚 𝜆𝜆𝐷𝐷𝑡𝑡2s2𝜃𝜃+𝜆𝜆L𝑠𝑠(𝑠𝑠+3𝑠𝑠𝑠𝑠)s2𝜃𝜃−𝜆𝜆𝐷𝐷𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠sin2𝜃𝜃 𝜌𝜌（A.0.1-7）𝑉𝑉≤𝑠𝑠2（A.0.1-8） 1 2 𝜌𝜌𝑏𝑏−𝜌𝜌𝑠𝑠2=J J J 𝑔𝑔𝑡𝑚𝑚𝛾0𝛾𝑡𝑡𝛾𝑑𝑑 𝛼𝛼𝑚𝑚 𝜌𝜌（A.0.1-9）式中：V ——设计垂线平均流速（m/s），可采用物模、二维水流数模计算确定；0

——边缘或搭接部位设计失稳垂线平均流速（m/s）；——边缘或搭接部位临界失稳垂线平均流速（m/s）；——结构重要性系数，取1.1；t ——1.301.20；d ——1.1~1.25；m ——1/8；lm ——At折算成矩形板的等效长度（m）；——非矩形板压载块底部有效长度（m）； ——软体排滩面坡角（°），0°；t ——压载块厚度（m）；D ——1.0；L ——0.2m1.750.12m时取1.35，对于上下削角型，取1.15；l ——压载块长度（顺水流方向）（m）；b ——压载块密度（kg/m3）；b ——水密度（kg/m3）；g ——重力加速度（m/s2）； ——2.01.0；d ——滩面水深（m）；ud ——设计底流速（m/s），y=0.5t处的流速，对于软体排搭接部位取y=t处的流速，可采用物模、三维水流数模计算确定；udsd

——设计失稳底流速（m/s）；——临界失稳底流速（m/s）；——外短期冲刷深度（m），可取0.5m~1m，冲刷前水深小时取小值，反之取大值，有经验时可适当提高；

——中间部位设计失稳垂线平均流速（m/s）；——脉动压力系数，根据水流缓急程度确定，紊动小时可取0.25，紊动大时相应提高，具体根据经验确定；tm ——压载块折算为矩形板的等效厚度（m）；压载稳定验算和中间部位压载稳定验算，并应符合下列规定。1A.0.2-1所示：1𝛾0�𝑝𝑝𝑝𝑝+𝑛𝑛𝑛𝑛�≤𝛾𝛾𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑（A.0.2-1）𝑡𝑡𝑝𝑝=2𝑚𝑎𝑚𝑚（A.0.2-2）𝑠𝑠+𝑠𝑠𝑠𝑠𝑛𝑛= 6 𝑛𝑛𝑚𝑎𝑚𝑚（A.0.2-3）𝑠𝑠𝑠𝑠M𝑐𝑐=2𝐺𝐺（A.0.2-4）𝑠𝑠𝑚𝑎𝑚𝑚𝑛𝑛𝑚𝑎𝑚𝑚=𝜇𝜇 𝑡𝑡（A.0.2-5）0P

——结构重要性系数取1.1；——波浪正向水平力分项系数，运行期宜取1.30，施工期宜取1.20;MP ——正向水平波浪力标准值对压载块后趾的倾覆力矩（kN·m）；n ——1.301.20；Mn ——波浪浮托力标准值对压载块后趾的倾覆力矩（kN·m）；d ——1.1~1.25；C ——1.0；MC ——自重力标准值对压载块后趾的稳定力矩（kN·m）；t ——压载块厚度（m）；Pmax——作用在压载块上波浪正向水平力最大标准值（kN）；l ——压载块长度（沿波浪方向）（m）；ls ——非矩形板压载块底部有效长度（m）；Pnmax——作用在压载块上波浪浮托力最大标准值（kN）；——作用在压载块的自重力的标准值（kN）；μ ——0.60.7。图A.0.2-1波浪作用下压载块受力图2H/d<0.2d/L≥0.2H/d>0.2d/L>0.35上的波浪正向水平力可按下列规定计算：波浪正向水平力由速度分力和惯性分力组成，按下列公式计算：𝜋𝜋𝛾𝛾H2𝑠𝑠𝑡𝑡 1𝐷𝐷ax=𝐾𝐷𝐷 L sin(𝜋𝜋𝑑𝑑L)（A.0.2-6）𝜋𝜋𝛾𝛾H𝑠𝑠𝑏𝑏𝑡𝑡 1𝐼𝐼𝑚=𝐾M L s(𝜋𝜋𝑑𝑑L)（A.0.2-7）maxmax时，按下式计算：𝑚𝑎𝑚𝑚=𝐼𝐼（A.0.2-8）maxmax时，按下式计算：P2P =P �1+0.25𝐼𝐼𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚�𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 𝐷𝐷max P2𝐷𝐷𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚（A.0.2-9）式中：PDmax——作用在压载块上波浪正向速度力的最大值（kN）；CD ——0.8；π ——圆周率； ——水的重度（kN/m3）；——设计波高（m）；l ——压载块长度（沿波浪方向）（m）；t ——压载块厚度（m）；L ——波长（m）；d ——滩面水深（m）；CM

——作用在压载块上波浪正向惯性力的最大值（kN）；——惯性力系数，可取1.25；b ——压载块宽度（m）3作用在中间部位压载块上的波浪正向水平力可按第A.0.2-2款计算，并乘以折减系数0.6~0.7。4H/d<0.2d/L<0.2H/d>0.2d/L<0.35A.0.2-2A.0.2-3款计max乘以修正系数α，修正系数α可按A.0.2-2确定。图A.0.2-2修正系数α5 0.04≤d/L≤0.2时，作用于压载块上的波浪正向水平力除应按第A.0.2-2款、第A.0.2.3max乘以修正系数P，修正系数pA.0.2-3确定。图A2.0.2-3修正系数p搭接部位压载稳定验算和中间部位压载稳定验算，并应符合下列规定。A.0.3所示：1𝛾0�𝛾𝑡𝑡𝑡𝑡+𝛾𝑝𝑝𝑝𝑝+𝛾𝑛𝑛𝑛𝑛�≤𝛾𝛾𝛾𝐾𝐾𝐾𝐾𝑑𝑑（A.0.3-1）𝑡𝑡 𝑠𝑠+3𝑠𝑠𝑠𝑠𝑡𝑡=2𝐷𝐷+ 6 L（A.0.3-2）𝜌𝜌𝐷𝐷=𝜆𝜆𝐷𝐷 𝜇𝜇2𝑏𝑡𝑡2𝑑𝑑（A.0.3-3）𝜌𝜌L=𝜆𝜆L 𝜇𝜇2𝑏𝑠𝑠2𝑑𝑑（A.0.3-4）0t

——结构重要性系数，取1.1；——水流力分项系数，运行期宜取1.30，施工期宜取1.20；Mt ——水流力标准值对压载块后趾的倾覆力矩（kN·m）；p ——1.301.20;Mp ——正向水平波浪力标准值对压载块后趾的倾覆力矩（kN·m）；n ——1.301.20；Mn ——波浪浮托力标准值对压载块后趾的倾覆力矩（kN·m）；d ——1.25~1.35；C ——1.0；MC ——自重力标准值对压载块后趾的稳定力矩（kN·m）；T ——压载块厚度（m）；FD ——作用在压载块上的水流拖曳力标准值（kN）；L ——压载块长度（沿波浪方向）（m）；ls ——非矩形板压载块底部有效长度（m）；FL ——作用在压载块上的水流举力标准值（kN）；D ——1.0； ——水密度（kg/m3）；ud ——设计底流速（m/s），y=0.5t处的流速，对于软体排搭接部位取y=t处的流速，可采用物模、三维水流数模计算确定；b ——压载块宽度（m）L ——0.2m1.750.12m时取1.35，对于上下削角型，取1.15；A.0.3A.0.2Pu时，可按现行行业标准《港口与航道水文规范》JTS145进行修正。本标准用词说明为了便于在执行本标准条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：表示很严格，非这样做不可的：正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”。表示严格，在正常情况均应这样做的：正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”。3）正面词采用“宜”，反面词采用“”。4）表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词，采用“可”。条文中指明应按其他有关标准执行的写法为“应符合……的规定”或“应按……执行”。引用标准名录下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。《土工合成材料长丝机织土工布》GB/T17640《海上风电场土建工程施工质量检验与评定标准》NB/TXXXXX-202X《水运工程模拟试验技术规范》JTS/T231《水运工程土工合成材料应用技术规范》JTS/T148《多波束测深系统测量技术要求》JT/T790《侧扫声呐测量技术要求》JT/T1362《港口与航道水文规范》JTS145中华人民共和国能源行业标准海上风电机组地基基础防冲刷保护设计导则NB/Txxxxx条文说明制定说明《海上风电机组地基基础防冲刷保护设计导则》NB/TXXXX-202X，经国家能源局XX年XX月XX日以第XX号公告批准发布。本导则制定过程中，编制组进行了广泛的调查研究，总结了国内外已建海上风电场工程、水运工程、桥梁工程、铁路工程的实践经验，深入、吸收了近年来国内外在海上风电机组基础设计与施工技术方面所取得的科技成果，并向有关设计和科研单位征求了意见。为便于广大设计、施工、科研院校等单位有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定，本导则编制组按章、节、条顺序编制了本规范的条文说明，对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是，本条文说明不具备与导则正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握导则规定的参考。目 次3基本规定 344基础局部冲刷分析 414.1一般规定 41数值模拟 41冲刷公式 415基础防冲刷保护设计与施工技术要求 55一般规定 55抛石保护 57混凝土连锁排保护 57砂被软体排保护 59固化土保护 59预留冲刷深度 596监测设计 61一般规定 61监测内容 61附录A混凝土连锁排稳定性验算 63基本规定机位布置时应优先考虑避开海床演变剧烈的位置。基础周边海床受潮流、波浪等海洋环境因素的影响，易发生冲刷、淤积等情况，工程中，出现桩基础周边海床面两年内被冲刷10m深度的情况，严重影响到风机的安全。因此，进行地基基础冲刷分析十分必要。海上风电机组基础冲刷包含三个组成部分：局部冲刷（Localscour）：单个基础构件（如单桩基础和多桩基础中的基桩）周围陡峭的冲刷坑。因结构整体效应产生的局部冲刷（Globalscour）：由于整体结构效应、多重结构相互作用或波浪-土-结构相互作用，在结构周围形成了大范围的浅层冲刷盆地。海床演变（Seabedevolution）：无风电场工程情况下也会出现的整体海床运动，图3.1（a）和（b）分别绘出了海床演变趋势为冲刷情形下的单桩、多桩基础冲刷示意图。图中海床演变趋势为冲刷，实际根据场址内部还可能出现淤积情况。图3.1单桩、多桩基础冲刷示意图1——冲刷前海床面；2——海床演变后海床面；3——桩群引起的局部冲刷；4——单根基桩引起的局部冲刷；5——基桩为便于设计人员评估不同场区海上风电场工程冲刷情况，并为防冲刷工程措施选择提供参考，本导则收集整理了我国由北到南13个典型海上风电场的资料，调查结果如表3.1所示。--表3.1典型海上风电场冲刷情况及防冲刷保护成效工程概况海床演变概况局部冲刷分析方法现场冲刷情况或防冲刷保护成效1辽宁省大连某海上风电场工程：1）水深：19m~30m。0.81m/s。7.29m7.84s。础。海域总体上呈现缓慢淤积状态，21年间最大冲淤幅度0.6m左右，整体稳定。考虑波浪的韩海骞冲刷公式3m2山东省烟台某海上风电场工程：1）水深：21m~30m。0.81m/s。8.18m9.35s。海域总体上呈现缓慢冲刷状态，未出现大冲大淤变化，海床总体呈现稳定状态。采用韩海骞、王汝凯冲刷公式计算取包络值1531.5m63江苏省盐城某海上风电场工程：9m~17m。1.61m/s。7.67m7.00s。采用DNV、韩海骞、王汝凯冲刷公式计算取包络值30m×30m53~9m6m6.4m。4江苏省某海上风电场工程：6m~17m。2.15m/s。6.12m6.91s。自北向南呈现淤积-冲刷-淤积的分布，冲淤幅度较大。冲刷主要发生在潮流通道的底部。局部冲刷深度采用韩海骞公式计算5上海市某海上风电场工程：1）水深：14m~16m。2.25m/s。4.97m8.43s。冲淤幅度不大，21年间最大冲淤幅度0.6m左右，海床基本处于稳定状态。局部冲刷深度采用韩海骞和DNV公式计算1.69m良好。6浙江省某海上风电场工程：1）水深：31m~37m。2）潮流：正规半日潮流区，往复流为主。最大可能表层流速为0.8m/s。3）波浪：波高16.00m，波周期14.00s。础。0m以下水域总体呈微冲刷趋势，冲刷幅度在0.5m以内，年冲刷速率不足2cm。保持动态的相对稳定状态。局部冲刷深度采用韩海骞、DNV公式计算取包络值1m。2m。7浙江省嘉兴某海上风电场工程：1）水深：15m~19m。4.18m/s。6.97m7.05s。工程海域有冲有淤。其中淤积区占工程区总面积的75%，年均淤积3~4cm，冲刷区占工程区总面积25%，年均冲刷2~3cm。采用DNV、韩海骞、王汝凯冲刷公式计算1.4~5.0m5m3.24~5.6m。6m3.6m。8福建省福清某海上风电场工程：4m~19m。1.40m/s。4.28m9.9s。等深线总体向岸侵蚀。韩海骞冲刷公式基础均采用预留冲刷深度方式。扫测的大部分风机基础周围存在冲刷坑。15m3m9广东省阳江某海上风电场工程：1）水深：30m~35m。2）潮流：不正规半日潮流和不正规全日潮流混合潮流，运动形式为旋转流，最大可能表层流速为0.46m/s。3）波浪：波高14.48m，波周期11.34s。工程场区位于泥沙运动不活跃地区，海床基本稳定。采用考虑波浪的韩海骞公式和DNV公式取包络值。基础均采用预留冲刷深度方式。1.94m0.79m2.86m。10广东省汕头某海上风电场工程：1）水深：18m~26m。2）潮流：不正规半日潮流，受地形控制往复流为主，最大可能表层流速为2.50m/s。3）波浪：波高9.19m~13.09m。1971~2017年冲刷为主。2010年以前，整体表现为弱侵蚀态势；2010年以后，则表现为有冲有淤。基础均采用预留冲刷深度方式。三次扫海结果反映基础基本无冲刷。11广东省珠海某海上风电场工程：1）水深：11m~21m。2）潮流：属不正规半日混合潮流，运动形式以旋转流为主，最大可能表层流速为1.14m/s。3）波浪：50年一遇有效波高5.17m~8.59m，谱峰周期12.7s~15.8s。看工程区冲淤平衡或微淤状态。物理模型试验基础均采用预留冲刷深度方式。实测数据表明，冲刷深度约为0.5m~1.5m。12广东省汕尾某海上风电场工程：1）水深：25m~30m。2）潮流：属不正规半日混合潮流，运动形式以旋转流为主，最大可能表层流速为0.55m/s。3）波浪：波高8.81m~13.17m。））。0.02m/a以0.01m/a；中部0.08m/a。采用韩海骞、王汝凯冲刷公式计算基础均采用预留冲刷深度方式。实测数据表明，基础最大冲刷深度约为1.73m。13广东省湛江某海上风电场工程：1）水深：13m~24m。0.44～2.08m/s。5018.14m。总体为冲刷态势，南、北深槽东侧淤积，西侧冲刷，滩槽东、西摆动变化大，有向西推进的趋势。场址内风电桩基范围内没有明显的冲刷区。物理模型试验基础采用预留冲刷深度方式。目前已扫测最大局部冲深达到6m；北区情况较好，大部分机位在4m以内，南区部分机位冲深达6m。注：无特别指明，工程概况中水深为场址极端高水位下对应水深；波浪要素重现期为50年，波列累积频率为1%，周期为平均周期。--3.0.5海床演变的影响因素包括海床地形、水动力条件、悬沙与底质特征、泥沙输运、人类活动等，机制十分复杂。由于海床地形与海域水深反映了工程海域内泥沙在多种动力作用下的综合结果，因此目前分析海域海床演变最直接、最重要的依据是不同时期海床地形与海域水深资料。遥感分析技术已经是一个较为成熟的技术，并且已在在我国江苏大丰、广东阳江的5部分:GB/T14914.5部分卫星遥感技术方法》HY/T147.7。泥沙数值模型也是海床演变分析的常用分析方法。采用泥沙数值模拟方法时，需要符合现行行业标准《水运工程模拟试验技术规范》JTS/T231的相关规定。一般规定4.1.2局部冲刷实测、调查资料可以是场区附近水动力、泥沙条件相似区域的局部冲刷实地调查资料，或本场区样机、测风塔等工程基础冲刷资料。数值模拟4.3.4各种数值模型均有一定的适用范围。当计算水域可划分为具有不同特点、适用于不同数值模型的几个区域时，在各区域内选用各自适合的数值模型，使获得更为合理的计算结果，多种数值模型嵌套使用时，需注意数值模型在各区域边界处的协调。格式分有ADI法、三角元法、破开算子法、贴体坐标变换法和体积元法等。各种模式均有其实用条件和优缺点，根据其稳定性、收敛性和实用效果选用。冲刷公式刷的主要的水动力特征是单向流作用。试验数据表明，单向流作用下，桩基础迎水面底部的马蹄涡、背水面尾涡脱落以及两侧流线收缩是产生桩周局部冲刷的主要原因。单向流作用下局部冲刷的主要影响因素包括水流流速、水深、泥沙粒径及粒径分布、桩径及布置形式和时间。海上风电机组桩基础局部冲刷主要受潮流和波浪作用。潮流环境下，由于潮流流速与水深变化，增加了局部冲刷的复杂性及特殊性。目前，学术界对如何在冲刷公式中概化潮流特点尚未达成一致。纯波浪作用下，根据波要素尺度和桩柱尺度相对大小（KCD/L表征下，冲刷坑的形态有所不同。目前对于学术界对于大、小直径桩的界定标准尚没有统一。波浪与水流共同作用下，桩柱周围流态更加复杂，因此局部冲刷更难以预测。我国海上风电场工程缺少长期的水深、波浪、海流、冲刷同步监测数据，难以定性分析形成局部冲刷的主要水动力，也难以规定局部冲刷公式中的合理的设计水文参数。此外，海床演变和局部冲刷是相互影响的整体，但目前海床演变只能达到趋势性分析程度，因此，难以确定局部冲刷对总体基础冲刷的贡献量。上述两点原因对海上风电场工程基础局部冲刷公式的建立、验证造成了很大难度。为满足工程设计需求，本导则编写组对工程项目中常用的桩基础局部冲刷公式进行了调研（表3.1）。结果表明，韩海骞公式、王汝凯公式和DNV推荐公式最为常用。为便于设计单位合理选择冲刷公式，本导则补充了韩海骞公式、王汝凯公式和DNV推荐公式的适用范围。韩海骞公式B0.8m～42.0m；全潮最大流速（垂线平均流速）u1.4m/s～8.0m/sh4.5m～31.0md500.008mm～0.140mm。近岸海域由于水深较浅，波浪作用不容忽略，可在潮流流速的基础上叠加波浪的附加流速，以此在韩海骞公式中反映波浪对于局部冲刷的贡献。有学者采用现行行业标准《港口与航道水文规范》JTS145UU.0.7-4u进行叠加，带入正文式（4.4.2），价值。补充波浪水质点平均流速计算公式如下：H2=.2ℎ𝐾𝐾（4.4-1）𝑔𝑔𝑇𝑇𝐾𝐾= 2𝜋𝜋（4.4-2）式中：V2——波浪水质点平均水平流速（m/s）；H ——波高（m）；h ——水深（m）；C ——波速（m/s）；g ——重力加速度（m/s2）；T ——波周期（s）；k ——波数。王汝凯公式王汝凯基于室内试验分析结果得出，采用无量纲形式列出适用条件如下：D/d50的范围为63.5~201.3；Nrp的范围为4094.9~23299.5；Ns的范围为4.7~7.8。式（4.4.2-9）雷诺数中的运动粘滞性系数是温度的函数，《Supportstructuresforwindturbines》1×10-6m/s。当温度对计算结JTS144取用。DNV公式DNV公式基于Sumer等（2002）室内试验分析结果，适用于无黏性土在动床冲刷情况下局部冲刷深度计算。《Supportstructuresforwindturbines》DNVGL-ST-0126中指出，本公式用于衡量局部冲刷时，可适当补充一些额外的安全裕度。学术界有观点认为，潮流引起的桥墩最大局部冲刷深度取决于涨、落急最大流速，在足够长的潮周期作用下，其与单向流相同流速条件下最大局部冲刷深度基本相同；另一种观点认为潮流作用下存在反向流的泥沙供给，造成潮流作用下的最大局部冲刷深度要小于单向流作用下的最大局部冲刷深度。综合上述两观点，采用恒定流局部冲刷公式估计潮流局部冲刷是偏安全的。表4.1式（1）~（6）总结了国内外若干应用广泛的单向流桥墩局部冲刷计算公式，计算时可以将涨、潮最大流速带入式（1）~（6）估算潮流作用下海上风机基础局部冲4.1式（7）Sumer等（2001）人提出波流共同作用下桩柱局部冲刷公式，该公式在国外海上风电工程中有一定应用；表4.1式（8）列出了东南大学的研究成果，该公式采用江苏如东海上风电场冲刷监测结果拟合得到，在该工程海域或有一定使用价值。Guan等(2019)、孙慧等(2019)、Al-hammadi和Simons等(2020)的研究表明，基础振动和水流对冲刷坑内砂土运动将对桩柱周围的砂土局部冲刷发展产生耦合影响。结果表明，相比恒定水流作用下的局部冲刷，持续的基础水平振动与恒定水流共同作用下，冲刷深度发展速率加快，但最大冲刷深度减少；间歇性基础水平振动和恒定水流共同作用下，最大冲刷深度和范围都将增大。--表4.1局部冲刷公式序号公式结构参数备注1美国HEC-18推荐公式：0.65𝑦𝑦𝑠𝑠=20𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾�𝑎𝑎� 𝐹𝐹𝑟𝑟0.43𝑦𝑦1 123𝑦𝑦1 1或𝑦𝑠𝑠 𝑦10.35=21𝐾2𝐾3� � 𝐹𝐹𝑟𝑟0.43𝑎𝑎 𝑎𝑎 11𝐹𝐹1=𝑔𝑔𝑦1L 0.65𝐾2=cos𝜃𝜃+𝑎𝑎sn𝜃𝜃�ys——冲刷深度（m）；y1——上游水深（m）；K1——桩形系数；K2——水流攻角系数；θ——水流方向与结构物交角（°）a——墩宽（m）；L——墩长（m）；V1——水流流速（m/s）；g——重力加速度（m/s2）；K3——床面形态修正系数。适用于大尺度、复杂基础桥墩冲刷，适用于单、双向水流。美国联邦公路管理局推荐公式。2中国65-1修正式：当𝑣𝑣≤𝑣0时：ℎ𝑏𝑏=𝐾𝜉𝜉𝐾𝜂𝜂2𝐵𝐵0.6(𝑣𝑣−𝑣𝑣′)1 0当𝑣𝑣>𝑣0时：hb——冲刷深度（m）；hp——水深（m）；v0'——基础前的始冲流速（m/s）；K——墩型系数；v——行进流速（m/s）；适用于单向流作用下，底质为无黏性土情况下的桥墩局部冲刷。v适用范围为0.1m/s~6m/s；hp适用范围为0.2m~30m；d50适用范围为0.1mm~500mm；B1适用范围为0m~11m。𝑣𝑣−𝑣𝑣′ 𝜂𝜂1ℎ=𝐾𝐾𝐾𝐾𝐵𝐵0.6(𝑣𝑣−𝑣𝑣′) 0�𝑏𝑏 𝜉𝜉𝜂𝜂11 0 0 𝑣0−𝑣𝑣′00.14ℎ𝑝𝑝 10+ℎ𝑝𝑝𝑣0=00246� � 332𝑑𝑑+ 0.72𝑑𝑑 𝑑𝑑1 1𝐾𝜂𝜂1=08�0.45+0.15�𝑑𝑑 𝑑𝑑0.06𝑣𝑣′=0462�𝑑𝑑� 𝑣𝑣0 𝐵1 00.19𝑣00.25𝑑𝑑𝑛𝑛=�𝑣𝑣�（m/s）；K1——（m）；d——泥沙平均粒径（mm）；n1——指数；3中国65-2式：当vv0时：𝑣𝑣−𝑣𝑣′ℎ=𝐾𝐾𝐾𝐾𝐵𝐵0.6ℎ0.15� 0�𝑏𝑏 𝜉𝜉𝜂𝜂21 𝑝𝑝 𝑣0当vv0时：𝑣𝑣−𝑣𝑣′𝜂𝜂2ℎ=𝐾𝐾𝐾𝐾𝐵𝐵0.6ℎ0.15 0�𝑏𝑏 𝜉𝜉𝜂𝜂21 𝑝𝑝 𝑣00.0023 0.24𝐾𝜂𝜂2= 2.2+037𝑑𝑑𝑑𝑑0.5𝑣0=02�𝑑𝑑+07�𝑣𝑣′=01�𝑑𝑑+050.550 �hb——桥墩局部冲刷深度（m）；hp——水深（m）；v0'——基础前的始冲流速（m/s）；K——墩形系数；v——（m/s）；（m/s）；K2——（m）；d——泥沙平均粒径（mm）；n2——指数；适用于单向流作用下，底质为无黏性土情况下的桥墩局部冲刷。1964年我国公路、铁路部门根据我国各529900.230.19g𝑑𝑑𝑛2=�𝑉𝑉�4铁道院黏性土局部冲刷计算公式：当ℎ𝑝𝑝≥2时：𝐵𝐵1ℎ𝑏𝑏=083𝐾𝜉𝜉𝐵𝐵0.6𝐼𝐼1.25𝑣𝑣1 L当ℎ𝑝𝑝<2时：𝐵𝐵1ℎ𝑏𝑏=05𝐾𝜉𝜉𝐵𝐵0.6ℎ0.1𝐼𝐼1.0𝑣𝑣1 𝑝𝑝Lhb——桥墩局部冲刷深度（m）；hp——水深（m）；v0'——基础前的始冲流速（m/s）；K——墩形系数；v——行进流速（m/s）；B1——桥墩计算宽度（m）；IL——冲刷范围内黏性土样的液性指数。适用于单向流作用下，底质为黏性土情况下的桥墩局部冲刷。适用范围为IL=0.16~1.48。5Melville公式：𝑑𝑑𝑠𝑠=𝐾𝐾𝑦𝑦𝑏𝑏𝐾𝐾𝐼𝐼𝐾𝐾𝑑𝑑𝐾𝐾𝑠𝑠𝐾𝐾𝜃𝜃𝐾𝐾𝐺𝐺24𝑏𝑏 (𝑏𝑏<07𝑦1)𝐾𝑦𝑦𝑏𝑏=2𝑦1𝑏𝑏 (0𝑦1<𝑏𝑏<14𝑦1 (𝑏𝑏>5𝑦1)𝑉=57𝑢𝑢 log55𝑦1�𝑐𝑐 ∗𝑐𝑐 �𝑑𝑑50当泥沙粒径分布不均匀（σg>1.3）：𝑑𝑑𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚𝑑𝑑50𝑎𝑎=1855𝑦1𝑐𝑐𝑎𝑎=57𝑢∗𝑐𝑐𝑎𝑎log�𝑑𝑑 �50ds——冲刷深度（m）；b——墩宽（m）；y1——水深（m）Kyb——水深-结构物尺度修正系数；u*c——由Shields曲线得到泥沙起动摩阻流速（m/s），Vc——起动流速（m/s）；σg——几何标准差，等于d84/d16，d84d16其中，适用于单向流作用下，底质为无黏性土情况下桥墩冲刷。𝑉𝑉𝑎𝑎=0.8𝑉𝑉𝑐𝑐𝑎𝑎24𝑉𝑉−(𝑎𝑎−𝑐𝑐) (𝑉𝑉−(𝑉𝑉−𝑉𝑉)<𝑉𝑉)𝐾𝐾=� � � 𝑎𝑎 𝑐𝑐 𝑐𝑐𝐼𝐼 𝑐𝑐2.4 (𝑉𝑉−−)≥)当泥沙粒径分布均匀（σg<1.3）：𝑉𝑉𝐾𝐾=�2.4𝑉𝑉 (𝑉𝑉<)𝐼𝐼 𝑐𝑐2.4 (𝑉𝑉>)𝑏𝑏𝐾𝐾=057log224𝑑𝑑� (𝑏𝑏≤25𝑑50)𝑑𝑑 � 5010 (𝑏𝑏>25𝑑50)线上，质量占土总质量小于84%和16%对应的粒径。d50——泥沙的中值粒径（m）；d50a——粗化泥沙的中值粒径（m）；dmax——泥沙最大粒径（m），可取d（粒径分布曲线上，质量占土总90质量小于90%对应的粒径）；u*ca——Shields（m/s）Vca——（m/s）；Va——非均匀泥沙起动流速（m/s）；Kd——水流强度的修正系数；Kd——Ks——K——水流交角修正系数，查表；KG——河道尺度的修正系数，查表。6Sheppard/Melville（S/M）公式：𝑎𝑎∗1⎧ 25123 04≤𝑉<10�𝑐𝑐⎪ −1 𝑉𝑉𝑠𝑠𝑝𝑝−𝑐𝑐 𝑐𝑐 𝑐𝑐 1 𝑠𝑠𝑝𝑝=1�22𝑉𝑉𝑠𝑠𝑝𝑝 �+25�𝑉𝑉𝑠𝑠𝑝𝑝 �� 10≤ < �⎨ −1 −1 ⎪ 22𝑓 �1>𝑠𝑠𝑝𝑝�⎩ 1 𝑦10.41=tah�∗� �𝑎𝑎122=�1−12ln�𝑉��𝑐𝑐�𝑎𝑎∗� 𝑑𝑑50 3=� 1.2 0.13�0.4�𝑎𝑎∗� +10.6�𝑎𝑎∗�𝑑𝑑50 𝑑𝑑50𝑉𝑉𝑠𝑠𝑝𝑝1=5𝑉𝑉𝑐𝑐𝑠𝑠𝑝𝑝2=06𝑔𝑔𝑦11 1≥2�𝑉𝑉𝑠𝑠𝑝𝑝=�2 2>1�ys——f1、f2、f3——系数；V1——（m/s）；Vc——（m/s）；Vlp——（m/s）；y1——（m）；d50——泥沙的中值粒径（m）；a*——有效桩径（m），基础在水流方向的投影宽度；g——重力加速度（m/s2）；适用于单向流情况下的大直径桥墩冲刷。基于大量试验数据和现场观测数据（943个现场数据测量数据）。被美国佛罗里达州交通部（FDOT）推荐。现场观测数据范围：y1/a适用范围0.18~9.67；a*/d50适用范围8.33~65047；V1/Vc适用范围0.13~7.58；V1/gy1适用范围0.03~1.95。𝑉𝑉𝑐𝑐0066 3𝑦1⎧ 1−50𝑑𝑑 lg�𝑑𝑑� (0𝑚≤𝑑𝑑50≤06050 50−0041 5𝑦1⎪ lg� � (06𝑚≤𝑑𝑑50≤114= 1+044l(𝑑50) 𝑑𝑑50�0085+67𝑑𝑑0.5�lg44𝑦1� (11𝑚≤𝑑𝑑 ≤50 �𝑑𝑑 5050⎪ 56𝑑𝑑0.5lg4𝑦1� (7𝑚≤𝑑𝑑)⎩ 50 �𝑑𝑑 50507Sumer波流合成公式：𝑆𝑆=𝑆𝑐𝑐[1−ex−𝐴(𝐾−𝐵𝐵)] 𝐾≥𝐵𝐵𝐷𝐷 𝐷𝐷𝐴𝐴=003+07𝑈𝑈2.6𝑐𝑐𝑤𝑤𝐵𝐵=6exp(−4.7𝑈𝑈𝑐𝑐𝑤𝑤)𝑈𝑈𝑐𝑐𝑤𝑤=+)=1.3 �𝜎𝜎 =0.7�𝐷𝐷 𝑆𝑐𝑐⁄𝐷𝐷S——波流耦合作用下的冲刷深度（m）；Sc——单向流作用下的冲刷深度（m）；KC——无量纲场数；A、B——参数；Ucw——流速比；Uc——床面以上0.5D位置流速（m/s）Um——波浪作用下床面附近最大水质点流速（m/s）；D——桩柱直径（m）S/D——水流作用下Sc/D标准c差；适用于底质为无黏性土，桩柱在波流共同作用、动床冲刷情况下的局部冲刷。适用范围：KC适用范围2~25Ucw适用范围0.35~0.78𝑆𝑆 L−0.065L0.706H0.075=125𝐹𝐹𝑟𝑟1.6�� �� ��𝐷𝐷 𝑎𝑎 ℎ 𝐷𝐷 ℎ𝐹𝐹𝑟𝑟=𝑢𝑢𝑎𝑎.𝑎𝑎 ƒ𝑔𝑔𝐷𝐷2𝑢𝑢𝑎𝑎=𝑢𝑢𝑐𝑐+𝜋𝜋𝑢𝑢𝑤𝑤𝜋𝜋H 1𝑢𝑢𝑤𝑤=𝑇𝑇sinh𝑘𝑘ℎS——波流耦合作用下的冲刷深度（m）；D——桩柱直径（m）Fra——弗汝德数；L——波长（m）；H——波高（m）；h——水深（m）；ua——波流合成速度（m/s）；uc——潮流流速（m/s）uw——波浪作用下床面附近最大水质点流速（m/s）k——波数。结合试验数据与江苏如东海上风电场冲刷监测资料导出公式。H范围1.5m~3.0m；T范围4.5s~6.5s；L范围30m~50m；uc范围2.1m/s~3.0m/s。--国内外研究及桥梁工程监测结果表明，桩柱局部冲刷开始时发展较快，随时间推移，发展速率逐渐下降，逐渐达到冲刷平衡。本条参考《Supportstructuresforwindturbines》DNVGL-ST-0126，可用于评估在无黏性土中，基础主体结构施工完成至防冲θs0.05~0.30，h/D0.05~10.00。粉土、黏性土的侵蚀性与其容重、塑性指数、液性指数、不排水抗剪强度、孔隙比等因素相关，且不同的粉土、黏性土侵蚀性差别很大。有研究表明，粉土及黏性土的侵蚀性可以用临界剪应力和冲刷曲线的初始斜率表征。美国联邦公路管理局（FederalHighwayAdministration）推荐采用一种基于试验的方法评估黏性土中局部冲刷发展过程，过程如下：采用静压式薄管取样管在基础位置附近取土样。将取样管垂直插入一矩形截面的封闭、有压管道内，管中注满水，静置一段时间。改变管道内流量，待管内流体稳定后，计算壁面剪应力。将取样管内土样向上有压管道内推入1mm，记录冲刷1mm厚度土样所用时间，冲刷速率可按下式计算：1𝑧𝑧̇=𝑡𝑡1（4.4-3）式中：z——冲刷速率（mm/h）；t1——冲刷1mm厚度所用时间（h）；3，绘制壁面剪应力的关系曲线。采用下式计算基础周围海床剪应力pier。𝛾𝛾𝜏𝜏ier= (𝑛𝑛𝑉)2ℎ1⁄3（4.4-4）式中：pier——基础周围床面剪应力（Pa）；γ——水容重（N/m3）；h——水深（m）；n——床面曼宁糙率；K——速度系数，对圆墩取1.5，方墩取1.7；根据剪应力pier4。S：.6𝑉𝑉−𝑉𝑉0.7𝑆𝑆=22𝐾𝐾𝐾𝐾𝐵𝐵0.65� 𝑐𝑐�12𝑔𝑔（4.4-5）0.65𝐾2=cos𝜃𝜃+𝐵𝐵sn𝜃𝜃�（4.4-6）式中：S ——最大冲刷深度（m）；K1——墩形状系数，单个圆墩和圆墩群取1.0；K2——水流交角系数；B ——墩宽（m）；V ——流速（m/s）；Vc——泥沙起动流速（m/s）；L1——等效墩长（m），单个圆墩为0m，圆墩群为墩数和单墩阻水宽度乘积，当L1/B大于等12时，取12；θ ——墩长方向和水流方向夹角（°）；t下的冲刷深度：𝑡𝑡𝑆t=1 𝑡𝑡+𝑆𝑆（4.4-7）式中：St——任意时刻t时刻的冲刷深度（m）；t——冲刷时间（s）；2沿流动方向布置测压管，通过测压管的压差确定水力坡度，计算壁面剪应力。此外，HarrisWhitehouse等（2014）分析黏性土冲刷的方法，可供设计单位适当参考。4.4.4公式来源于《DesignofOffshoreTurbineStructures》附录J。Hoffmans和Verheij（2017）的研究表明，双向潮流形成的冲刷坑边坡相比单向流0.70.25基础迎水面冲刷坑角度大约等于0.9倍泥沙休止角，背水面冲刷坑角度大约为0.5倍泥沙休止角。一般规定5.1.2本导则主要罗列的防冲刷工程措施是在已建海上风电场工程中拥有成功应用案例等。新技术在使用前应当进行论证。5.1.4防冲刷工程措施经常受潮汐、海流、风浪的作用，容易损坏缺失。考虑海上维修求。防冲刷工程措施由于施工误差或运行失效产生的修补维护成本较高，为及时判断以通过潜水员探摸或扫测方式检验防冲刷工程措施的施工效果。1）体结构施工完成后的潜在冲刷是为了便于估计填补备料量。2、3）防冲刷保护工程施工受风、浪、流、冰、雾等的影响很大，常是增加工程造价，甚至是导致工程损失的直接原因。因此，防冲刷保护的现场调查，要对影响施工的主要因素——风、波浪、潮汐、海流和雾等进行重点调查和分析，为科学合理地确定施工方案提供依据。CoastalEngineeringManual》EM中提出了桩基础防冲刷保护范围的两种估算方式；第一种估算方式基于HoffmansandVerheij(1997)的研究，建议将桩基础周围冲刷护坦水平范围的最小宽度指定为桩基础阻水宽度B的函数。如下图所示，单向流作用下，桩基础上游和两侧的冲刷工程措施范围为2.5B，桩基础下游保护范围延伸至4.0B。交替潮流作用下，需要将保护范围双向伸长。图5.1海流作用下防冲刷工程措施范围示意图第二种估算方法基于Carstens(1976)的研究成果，建议防冲刷保护范围按照下列公式进行计算：𝑊𝑊 =𝑆𝑆 tan𝜑𝜑（5.1-1）式中：W ——防冲刷工程措施保护范围（m）；S ——基础最大冲刷深度（m）；Fs——安全系数；φ ——休止角（°）；重力式基础由于体积庞大，基座周围海床水流压缩、紊动剧烈，在风浪、潮流的影响下，如不加以保护，将出现一定的冲刷，严重时将危及风力发电机组基础的稳定及风力发电机组的正常运行。因此，在重力式基础沉放完毕后，应根据设计要求，采取一放缓边坡措施一般早于主体结构施工完成；当采用抛石保护时，基础周围