海上风电桩基防冲刷装置及其施工方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种海上风电桩基防冲刷装置及其施工方法

【技术实现步骤摘要】
海上风电桩基防冲刷装置及其施工方法


[0001]本专利技术涉及一种海上风电桩基防冲刷装置，及相应的施工方法，属于风力发电辅助装备

。

技术介绍

[0002]随着能源短缺问题的恶化，全球都在积极寻求能源替代，作为技术成熟
、
可靠度高的风电已然成为各国能源体系中不可或缺的一部分
。
据不完全统计，截至
2022
年年底，全球风电装机容量已达到
923GW
，其中海上风电装机容量已超过
60GW。
由于单桩基础结构简单
、
运输方便
、
适合大规模制造，
80
％的海上风电项目都采用的单桩基础
(
简称桩基
)。
然而海洋环境复杂，潮流
、
波浪的耦合作用会在桩基周围形成马蹄形漩涡与漩涡脱落，导致桩基周围受到局部冲刷，降低风电桩的极限承载能力，严重时会导致风电结构失稳破坏
。
因此，需要研制出针对风电桩基的防冲刷装置，以尽可能削弱水流的冲刷效应
。
[0003]目前传统的防冲刷措施按照防护原理可分为：主动防护与被动防护
。
主动防护是通过对桩本身结构的改变，实现削弱水流强度的效果；该类方法虽然一定程度上降低了水流冲刷强度，但在结构设计与施工上较为复杂，并且牺牲了桩基一定的极限承载强度，给结构本身带来一定的安全隐患
。
[0004]被动防护是在桩周海床面铺设防护层，以提高周边地基的抗冲刷能力；主要措施有：抛填法
、
土工布压实
、
固化土防护
、
仿生水草治理及预留冲刷长度
。
抛填法是指将砂袋
、
块石
、
预制砼结构按照设计的范围与厚度抛填至桩基周围海床；土工布压实是指通过吊架或敷设船将土工布缝制的砂被或连锁排整体安装铺设至桩基周围海床；固化土防护则是指采用泵送的方式将调配好的固化土打入桩基根部，待其硬化成型即可；这些方法均存在质量不可控
、
耐久性不足且施工精度差等问题
。
种植仿生水草是指在防护位置锚固仿生水草，以达到降低流速沉积泥沙的效果，该法会因为海底流速较大，沙粒粒径较小，无法形成有效沉积覆盖区；预留冲刷长度是指考虑冲刷裕量的情况下，适当放长桩长，保证冲刷稳定后仍有足够的入土深度，该法会在桩基处形成较大冲刷坑，且设计锚固与细部施工复杂
、
困难，建设成本高
。
因此，目前风电基础抗冲刷措施均存在一定的不足
。
[0005]经检索发现，在现有专利中：从基础防护的铺设形式来看，申请号
CN201910907321.2、
申请公布号
CN110593325A
的专利技术专利申请采用防冲刷幕布直接覆盖基础的可能冲刷范围，配以张拉绳索与配重块形成稳定结构；该技术方案虽然短期内能保护海床泥沙，但在海水的长期往复作用下，一旦绳索破坏或者配重块附近土壤松动造成滑移，整个结构便遭到破坏，如此会使修复频率显著增高，不利于风电桩的长期防护
。
申请号
CN202111195575.X、
申请公布号
CN114032841A
的专利技术专利申请采用混凝土联锁排与水泥土组合对基础进行加固，其上敷设土工布用以减小冲刷效应；该技术方案在施工上较为复杂，需制作并连接多个混凝土块，操作复杂，防护质量无法保证，并不利于推广应用
。
以上述专利为代表的一类现有技术方案并未从防护材料的铺设形式上进行突破，而是侧重于材料固定结构的创新
。
[0006]从基础防护的结构形式来看，申请号
CN202210001923.3、
申请公布号
CN114250803A
的专利技术专利申请采用伞状支撑结构与可滑动底板，形成可自动适应地基变形的防护结构，但实际水流冲刷影响范围远超出该技术方案的防护能力，长期的冲刷会造成周边泥沙流失
、
底板下泥沙松动，进而造成桩周地基沉陷，与理想防护效果相去甚远
。
申请号
CN202011508832.6、
申请公布号
CN112523266A
的专利技术专利申请采用装配式消能防冲装置，施工便捷，但其重量较大，铺设在松散淤泥质潮间带海域易产生较大沉陷，在此工况下并不适用
。
申请号
CN201310465331.8、
申请公布号
CN103469829A
的专利技术专利申请采用锥形帽与裙板相结合的结构方式，直接覆盖冲刷范围与深度，该技术方案虽然从一定程度上避免了马蹄形漩涡的产生，但目前潮间带淤泥质海床冲刷范围约为
30m
，锥形帽需覆盖区域过大，即使实现也容易在桩周附近产生较大基础沉降，对整体结构与周边环境造成极大影响
。
以上述专利为代表的一类现有技术方案均采用高强材料强化了基础抗冲刷能力，但对于质地柔软的潮间带淤泥质海床却并不适用
。
[0007]由此可见，现有技术并不能很好地处理淤泥质海床风电基础防护问题，同时也需要从防护材料的铺设形式上进行突破
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的是：克服现有技术存在的问题，提供一种海上风电桩基防冲刷装置，充分利用速凝型水泥毯具有较高力学性能和抗渗强度
、
以及铺设成型便捷和快速硬化的特性，通过搭建特定结构的防护层，使冲向桩基的水流顺沿其防护层表面挑射回去，不仅能避免水流冲刷桩基周边地基土体，还能最大限度降低水流对桩身稳定的不利影响，适用范围涵盖潮间带淤泥质海床
。
同时还提供相应的施工方法
。
[0009]本专利技术解决其技术问题的技术方案如下：
[0010]一种海上风电桩基防冲刷装置，包括支架台和防护层，其特征是，还包括内嵌结构
、
约束圆环以及挑流台；所述防护层的材质为速凝型水泥毯；所述支架台
、
约束圆环
、
挑流台分别环绕桩基布置且与桩基相邻；所述支架台的底部与桩基周围的地表相接触，所述约束圆环位于支架台的上方，所述挑流台位于约束圆环的上方；所述内嵌结构设于桩基周向且与支架台之间留有距离；所述防护层呈环形且环绕桩基布置，所述防护层的外缘埋入内嵌结构内且与内嵌结构固定连接，所述防护层从外缘至内缘依次覆盖位于内嵌结构与支架台之间的平整地表
、
覆盖支架台的外侧且与支架台固定连接以形成反伞状结构
、
铺设且固定于约束圆环与桩基之间
、
以及覆盖挑流台的下侧，所述防护层的内缘与挑流台外边缘固定连接并形成挑流结构
。
[0011]该结构中，防护层的材质采用速凝型水泥毯可防止水流冲刷风电桩的桩基；内嵌结构对防护层的外缘起到固定作用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种海上风电桩基防冲刷装置，包括支架台和防护层，其特征是，还包括内嵌结构
、
约束圆环以及挑流台；所述防护层的材质为速凝型水泥毯；所述支架台
、
约束圆环
、
挑流台分别环绕桩基布置且与桩基相邻；所述支架台的底部与桩基周围的地表相接触，所述约束圆环位于支架台的上方，所述挑流台位于约束圆环的上方；所述内嵌结构设于桩基周向且与支架台之间留有距离；所述防护层呈环形且环绕桩基布置，所述防护层的外缘埋入内嵌结构内且与内嵌结构固定连接，所述防护层从外缘至内缘依次覆盖位于内嵌结构与支架台之间的平整地表
、
覆盖支架台的外侧且与支架台固定连接以形成反伞状结构
、
铺设且固定于约束圆环与桩基之间
、
以及覆盖挑流台的下侧，所述防护层的内缘与挑流台外边缘固定连接并形成挑流结构
。2.
根据权利要求1所述的海上风电桩基防冲刷装置，其特征是，所述支架台箍设于桩基的周向；所述支架台包括呈筒状的支架主体，所述支架主体具有筒壁，所述筒壁与桩基固定连接；所述筒壁外侧设有一组内径各不相同的圆环，各圆环同轴排布且所处高度各不相同，各圆环分别经相应的辐条与筒壁外侧固定连接，其中，内径最小的圆环所处高度最高，内径最大的圆环所处高度最低，其余圆环按内径大小依次排布于两者之间，使各圆环由下到上内径逐步收缩；所述防护层分别与各圆环固定连接，并形成反伞状结构
。3.
根据权利要求2所述的海上风电桩基防冲刷装置，其特征是，各圆环外侧分别具有朝上的斜面，各斜面上分别设有环形的支撑垫片，所述防护层经
U
型钉依次与各支撑垫片及各圆环固定连接
。4.
根据权利要求2所述的海上风电桩基防冲刷装置，其特征是，各圆环垂直排布成若干层，相邻两层之间分别留有距离，且最顶层与筒壁顶部留有距离
。5.
根据权利要求2所述的海上风电桩基防冲刷装置，其特征是，所述约束圆环箍设于桩基的周向，所述约束圆环将超出支架台顶部的防护层夹紧固定在桩基上
。6.
根据权利要求5所述的海上风电桩基防冲刷装置，其特征是，所述挑流台设于桩基的周向；所述挑流台包括轮毂形构件
、
一组轮辐形构件
、
以及轮辋形构件；所述轮毂形构件与桩基固定连接，所述轮毂形构件位于轮辋形构...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海民，赵泓宇，杨龙，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：