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2021年是海上风电并网补贴的最后一年，众多海上风电项目需赶在年底前完成安装并网，这也造成了船机市场的供不应求。相比市场上主流的自升式风机安装船，坐底式风机安装船更加经济，改造周期快。坐底船通过压载的方式通过足够的超压载（船体触泥后超打的压载水）将船体“摁”在海床上，然而坐底船容易受到潮流和波浪等水平作用，因此船体是否有足够的坐底稳性是坐底船安全施工的前提。本文以“坐底船华电博强02”的坐底稳性评估为例，介绍坐底稳性计算方法。
本船原船为一艘2014年建造并入级LR船级社，无人非自航的甲板驳，用大型钢结构运输，国际无限航区航行。
1、坐底稳性衡准
1.1 在坐底工况时，在相应工况的环境作用下应具有足够的抗倾覆能力，在计及动力放大效应以及P-△效应后，船的抗倾稳性应满足下述要求：Mk/Mq>=Kq;式中：Mk——船坐底时的抗倾力矩，kN.mMq——船坐底时的倾覆力矩， kN.m;Kq——抗倾安全系数， Kq=1.6，自存安全系数Kq=1.4;
1.2在坐底工况时，在相应工况的环境作用下应具有足够的抵抗水平滑动的能力，船的抗滑移稳性应满足下述要求：RH/FH>=KH;式中：RH——抗滑力，kN。包括土壤的粘聚力、摩擦力、被动土压力、抗滑装置产生的抗滑力;FH——滑移力，kN。包括作用在船上所有的水平力;KH——抗滑安全系数，正常作业工况时应不小于1.4，自存工况时应不小于1.2。
1.3地基承载力
在坐底工况时，平台在相应工况的环境载荷和重力载荷作用下，其海床地基应力应小于地基承载能力，并应防止过大的不均匀沉陷。
2、环境条件
2.1 坐底起吊工况（包括湿式坐底和干式坐底）
最大风力：13.8m/s（蒲氏6级风）;有义波高：≤1.25m;流速：≤2m/s（4节流）;
2.2 坐底抗风工况（无起吊）
最大风力：28.4m/s（蒲氏10级风）;有义波高：1.5m;流速：≤2.5m/s（5节流）;
3、计算方法
3.1 风载荷
3.1.1 风压 P 应按下式计算： P=0.613×10-3V2 kPa。式中：V——设计风速，m/s。
3.1.2 作用于构件上的风力 F 应按下式计算，并应确定合理作用点的垂直高度F=ChCsSP KN，式中：P——风压，kPa;S——正浮或倾斜状态时，受风构件的正投影面积，m2;Ch——受风构件的高度系数，其值可根据构件高度 h（构件型心到设计水面的垂直距离）由《移动船入级规范》第 2 篇第 2 章表 2.2.2.1（a）选取;Cs——受风构件形状系数，其值可根据构件形状由《移动船入级规范》第 2 篇第 2 章表 2.2.2.1（b）选取，也可根据风洞试验确定。
3.2 波浪载荷
3.2.1设计波高及周期
本船湿坐底作业有义波高1.25m，波浪周期取值3s～8.0s;本船坐底自存有义波高1.5m，波浪周期取值3s～8.0s; 5.2.2波浪载荷
3.2.2.1 小尺度孤立桩柱上的波浪力
一般以D /L≤ 0.2（D：构件截面的特征尺度，L：波长）作为小尺度孤立桩柱，对这类构件的波浪载荷可用莫里逊（Morison）公式计算。
3.2.2.2 大尺度物体上的波浪力
对大尺度物体，一般应采用绕射理论通过对作用在物体湿表面上整个水动压力的积分计算波浪载荷。
在绕射理论中，流场用速度势函数来描述，该速度势应在流体各处满足拉普拉斯方程，并满足物体表面、自由表面、海底及无穷远处的边界条件。通常总速度势由入射势、绕射势（假定物体固定）和运动着物体在静水中产生的辐射势组成。
H-波高，D-桩柱的特征尺度，L-波长，h-水深，k-波数 图2 莫里逊公式和绕射理论的适用范围
3.3 流载荷
当只考虑海流作用时，作用在水下部分构件的海流载荷可按下式计算： F=1/2CDρW V2A
式中：CD——曳力系数，对圆形构件，可取CD=0.6～1.2;对于船体及塔楼这种方形构件，计算中取CD=2.0;ρW ——海水密度，t/m3;V——设计海流流速，m/s;A——构件在与流速垂直平面上的投影面积，m2。
3.4 倾覆轴
最大掏空极限为舷侧向内 20%，即向最危险环境条件的反向掏空 7.8m。
掏空后船底与海底接触面积为 118.622m*39*0.8m=3701m2。
3.5 履带吊移动带来的倾覆力矩
履带吊 750t，配重 400，臂架 250t，最大吊重 400t，假定从拖航到吊重工况，整个履带吊+配重+吊重的重心从船体中心到船舷的边沿，距离为 15.5m，则横向移动力矩为（750+400+250+400）*15.5=27900tm。
履带吊 480t，臂架 60t，最大吊重 70t，假定从拖航到吊重工况，整个履带吊+配重+吊重的重心从船体中心到船舷的边沿，距离为 15.0m，则横向移动力矩为（480+60+70）*15.0=9150tm。
两个履带吊移动力矩叠加，27900+9150=37050tm。
3.6 抗滑移稳性校核
依据库伦摩擦定律：假定滑动发生时，海底与船底接触的泥面为剪切破坏，粘性土的抗剪强度为：S=c+σ*tgψ ;Fk=S*A;其中：S——抗剪强度，kpa;C——土的不排水剪切強度，kpa;σ——剪切面上的法向应力，kpa;ψ——土的排水内摩擦角，deg;A——坐底面积，m2
《海坛海峡海上风电场工程施工图地质勘察报告（第二稿）（1）》①地层的数据， C =15.38kPa，ψ=7.12eg。计算取为粘土土土质，计算取C =13.38kPa，ψ=0eg。
4、计算结果：
5、结论
1、根据计算结果，在吃水9m情况下，本船坐底稳性满足计算要求，有足够的安全余量。
2、舷外水深 0m～1.8m 坐底，因空船吃水-6000t，水深大约在 1.8m，在 1.8m 以下水深坐底，空船适当压水调整船舶重心位置即可。9m～1.8m 坐底，最大超压水量均为 6000 t。舷外水深 0m，轻载、平浮吃水进场，总重量即为坐底重量，即 15049t。
3、本船随着坐底水深的减小，风浪流总载荷也会随着减小（浪载荷比例>流载荷比例>风载荷比例），所以本计算书湿坐底稳性只对 9m 水深进行核算，小于 9m 水深的坐底稳性是往利向发展，不再进行额外校核。
本船原船为一艘2014年建造并入级LR船级社，无人非自航的甲板驳，用大型钢结构运输，国际无限航区航行。
1、坐底稳性衡准
1.1 在坐底工况时，在相应工况的环境作用下应具有足够的抗倾覆能力，在计及动力放大效应以及P-△效应后，船的抗倾稳性应满足下述要求：Mk/Mq>=Kq;式中：Mk——船坐底时的抗倾力矩，kN.mMq——船坐底时的倾覆力矩， kN.m;Kq——抗倾安全系数， Kq=1.6，自存安全系数Kq=1.4;
1.2在坐底工况时，在相应工况的环境作用下应具有足够的抵抗水平滑动的能力，船的抗滑移稳性应满足下述要求：RH/FH>=KH;式中：RH——抗滑力，kN。包括土壤的粘聚力、摩擦力、被动土压力、抗滑装置产生的抗滑力;FH——滑移力，kN。包括作用在船上所有的水平力;KH——抗滑安全系数，正常作业工况时应不小于1.4，自存工况时应不小于1.2。
1.3地基承载力
在坐底工况时，平台在相应工况的环境载荷和重力载荷作用下，其海床地基应力应小于地基承载能力，并应防止过大的不均匀沉陷。
2、环境条件
2.1 坐底起吊工况（包括湿式坐底和干式坐底）
最大风力：13.8m/s（蒲氏6级风）;有义波高：≤1.25m;流速：≤2m/s（4节流）;
2.2 坐底抗风工况（无起吊）
最大风力：28.4m/s（蒲氏10级风）;有义波高：1.5m;流速：≤2.5m/s（5节流）;
3、计算方法
3.1 风载荷
3.1.1 风压 P 应按下式计算： P=0.613×10-3V2 kPa。式中：V——设计风速，m/s。
3.1.2 作用于构件上的风力 F 应按下式计算，并应确定合理作用点的垂直高度F=ChCsSP KN，式中：P——风压，kPa;S——正浮或倾斜状态时，受风构件的正投影面积，m2;Ch——受风构件的高度系数，其值可根据构件高度 h（构件型心到设计水面的垂直距离）由《移动船入级规范》第 2 篇第 2 章表 2.2.2.1（a）选取;Cs——受风构件形状系数，其值可根据构件形状由《移动船入级规范》第 2 篇第 2 章表 2.2.2.1（b）选取，也可根据风洞试验确定。
3.2 波浪载荷
3.2.1设计波高及周期
本船湿坐底作业有义波高1.25m，波浪周期取值3s～8.0s;本船坐底自存有义波高1.5m，波浪周期取值3s～8.0s; 5.2.2波浪载荷
3.2.2.1 小尺度孤立桩柱上的波浪力
一般以D /L≤ 0.2（D：构件截面的特征尺度，L：波长）作为小尺度孤立桩柱，对这类构件的波浪载荷可用莫里逊（Morison）公式计算。
3.2.2.2 大尺度物体上的波浪力
对大尺度物体，一般应采用绕射理论通过对作用在物体湿表面上整个水动压力的积分计算波浪载荷。
在绕射理论中，流场用速度势函数来描述，该速度势应在流体各处满足拉普拉斯方程，并满足物体表面、自由表面、海底及无穷远处的边界条件。通常总速度势由入射势、绕射势（假定物体固定）和运动着物体在静水中产生的辐射势组成。
H-波高，D-桩柱的特征尺度，L-波长，h-水深，k-波数 图2 莫里逊公式和绕射理论的适用范围
3.3 流载荷
当只考虑海流作用时，作用在水下部分构件的海流载荷可按下式计算： F=1/2CDρW V2A
式中：CD——曳力系数，对圆形构件，可取CD=0.6～1.2;对于船体及塔楼这种方形构件，计算中取CD=2.0;ρW ——海水密度，t/m3;V——设计海流流速，m/s;A——构件在与流速垂直平面上的投影面积，m2。
3.4 倾覆轴
最大掏空极限为舷侧向内 20%，即向最危险环境条件的反向掏空 7.8m。
掏空后船底与海底接触面积为 118.622m*39*0.8m=3701m2。
3.5 履带吊移动带来的倾覆力矩
履带吊 750t，配重 400，臂架 250t，最大吊重 400t，假定从拖航到吊重工况，整个履带吊+配重+吊重的重心从船体中心到船舷的边沿，距离为 15.5m，则横向移动力矩为（750+400+250+400）*15.5=27900tm。
履带吊 480t，臂架 60t，最大吊重 70t，假定从拖航到吊重工况，整个履带吊+配重+吊重的重心从船体中心到船舷的边沿，距离为 15.0m，则横向移动力矩为（480+60+70）*15.0=9150tm。
两个履带吊移动力矩叠加，27900+9150=37050tm。
3.6 抗滑移稳性校核
依据库伦摩擦定律：假定滑动发生时，海底与船底接触的泥面为剪切破坏，粘性土的抗剪强度为：S=c+σ*tgψ ;Fk=S*A;其中：S——抗剪强度，kpa;C——土的不排水剪切強度，kpa;σ——剪切面上的法向应力，kpa;ψ——土的排水内摩擦角，deg;A——坐底面积，m2
《海坛海峡海上风电场工程施工图地质勘察报告（第二稿）（1）》①地层的数据， C =15.38kPa，ψ=7.12eg。计算取为粘土土土质，计算取C =13.38kPa，ψ=0eg。
4、计算结果：
5、结论
1、根据计算结果，在吃水9m情况下，本船坐底稳性满足计算要求，有足够的安全余量。
2、舷外水深 0m～1.8m 坐底，因空船吃水-6000t，水深大约在 1.8m，在 1.8m 以下水深坐底，空船适当压水调整船舶重心位置即可。9m～1.8m 坐底，最大超压水量均为 6000 t。舷外水深 0m，轻载、平浮吃水进场，总重量即为坐底重量，即 15049t。
3、本船随着坐底水深的减小，风浪流总载荷也会随着减小（浪载荷比例>流载荷比例>风载荷比例），所以本计算书湿坐底稳性只对 9m 水深进行核算，小于 9m 水深的坐底稳性是往利向发展，不再进行额外校核。