CN103469829A - 一种海上风电基础结构的防冲刷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风电基础结构的防冲刷装置，包括锥形导流装置，锥形导流装置设在桩的外围且位于泥线处，锥形导流装置的下方设有裙板，所述裙板设置在海床土内。锥形导流装置为锥形帽，锥形导流装置的坡度为3:1。桩的直径不大于2m时，裙板的高度为2.5倍桩的直径，桩的直径大于2m时，裙板高度为1.5倍桩的直径，裙板的半径与冲刷坑的半径相等，裙板的高度与冲刷坑的深度相等。本发明与传统方法相比具有下述优点：1.不需要定期检查和维护；2.增加的结构成本较小，可忽略不计；3.防冲刷效果好，结构的动力特性不会在服役期间发生变化。

Description

一种海上风电基础结构的防冲刷装置
技术领域
本发明涉及一种海上风电基础结构的防冲刷装置。
背景技术
海上风电基础结构的主要形式是桩基结构，海流会造成桩基础冲刷，在桩的周围形成圆形的冲刷坑，导致桩的竖向和横向承载力降低。这也是海洋石油平台的常见问题。
为了减小冲刷对结构的影响，一直以来，主要采用在桩周围抛石或增加桩与土的接触长度，使冲刷后桩与土的接触长度等于设计桩长。
抛石方法是将石块装入铁丝笼内，并抛入海中，使其在桩的周围形成一堵石墙，当冲刷形成冲刷坑时，石笼自然下沉填补被冲刷的海床土。由于海水腐蚀作用，铁丝笼在使用一段时间后将发生破坏，导致石块散落而被海水冲走，再次形成冲刷坑。因此，抛石方法尽管简单，但需要定期检查，一旦新的冲刷坑形成，则需再次抛石。
增加桩长的方法尽管可行，但结构成本和施工成本都将有较大的增加，且冲刷前后结构的动力特性会有一定的变化。不仅如此，由于打桩的困难，增加桩长可能导致打桩深度达不到设计要求。
因此，现有防冲刷的方法存在一定的不足。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种海上风电基础结构的防冲刷装置，本装置通过锥形导流装置与裙板结构的组合，减小了水流与桩壁撞击后的反射速度，从而减缓了海床土的泥沙启动，同时，采用裙板保护桩周土，以免桩周土被冲刷。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种海上风电基础结构的防冲刷装置，包括锥形导流装置，锥形导流装置设在桩的外围且位于泥线处，锥形导流装置的下方设有裙板，所述裙板设置在海床土内。
所述锥形导流装置为锥形帽。
所述锥形导流装置的斜度为3:1。
所述裙板的半径计算公式为：
Figure BDA0000391410510000011
式中：r为裙板的半径，D为桩的直径，S为冲刷坑的深度，
Figure BDA0000391410510000012
为海床土的摩擦角。
所述桩的直径不大于2m时，裙板的高度为2.5倍桩的直径，桩的直径大于2m时，裙板高度为1.5倍桩的直径。
所述锥形导流装置的半径、裙板的半径及桩的直径之间的关系是：R-r=0.2D
其中，R为锥形导流装置的半径，r为裙板的半径；D为桩的直径。
所述裙板的半径与冲刷坑的半径相等。
所述裙板的高度与冲刷坑的深度相等。
锥形帽的作用是避免水流在桩前形成马蹄形涡，从而避免水流速度的急剧变化造成泥沙启动，裙板的作用则是保护桩周土的流失。
锥形帽的斜度为3:1，裙板的半径r按（1）式计算，锥形帽的半径R大于裙板的半径，R-r=0.2D。对于直径不大于2m的桩，其裙板的高度为2.5D，否则，裙板高度为1.5D。
本发明的有益效果：
本发明将锥形导流装置与裙板结构组合，减小了水流与桩壁撞击后的反射速度，从而减缓了海床土的泥沙启动，同时，采用裙板保护桩周土，以免桩周土被冲刷。本发明与传统方法相比具有下述优点：
1.不需要定期检查和维护。
2.增加的结构成本较小，可忽略不计。
3.防冲刷效果好，结构的动力特性不会在服役期间发生变化。
附图说明
图1防冲刷结构立面图；
图2防冲刷结构的平面图；
图中，1锥形帽，2裙板，3桩。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种海上风电基础结构的防冲刷装置，包括锥形导流装置，锥形导流装置设在桩3的外围且位于泥线处，锥形导流装置的下方设有裙板2，所述裙板2设置在海床土内。
所述锥形导流装置为锥形帽1。
所述锥形导流装置的斜度为3:1。
所述裙板2的半径计算公式为：
Figure BDA0000391410510000021
式中：r为裙板2的半径，D为桩3的直径，S为冲刷坑的深度，
Figure BDA0000391410510000031
为海床土的摩擦角。
所述桩3的直径不大于2m时，裙板2的高度为2.5倍桩3的直径，桩3的直径大于2m时，裙板2高度为1.5倍桩3的直径。
所述锥形导流装置的半径、裙板2的半径及桩3的直径之间的关系是：R-r=0.2D
其中，R为锥形导流装置的半径，r为裙板2的半径；D为桩3的直径。
所述裙板2的半径与冲刷坑的半径相等。
所述裙板2的高度与冲刷坑的深度相等。
锥形帽1的作用是避免水流在桩3前形成马蹄形涡，从而避免水流速度的急剧变化造成泥沙启动，裙板2的作用则是保护桩3周土的流失。
锥形帽1的斜度为3:1，裙板2的半径r按（1）式计算，锥形帽1的半径R大于裙板2的半径，R-r=0.2D。对于直径不大于2m的桩3，其裙板2的高度为2.5D，否则，裙板2高度为1.5D。
本发明将锥形导流装置与裙板2结构的组合，减小了水流与桩壁撞击后的反射速度，从而减缓了海床土的泥沙启动，同时，采用裙板保护桩周土，以免桩周土被冲刷。

Claims (8)

1.一种海上风电基础结构的防冲刷装置，其特征是，包括锥形导流装置，锥形导流装置设在桩的外围且位于泥线处，锥形导流装置的下方设有裙板，所述裙板设置在海床土内。
2.如权利要求1所述的一种海上风电基础结构的防冲刷装置，其特征是，所述锥形导流装置为锥形帽。
3.如权利要求1所述的一种海上风电基础结构的防冲刷装置，其特征是，所述锥形导流装置的斜度为3:1。
4.如权利要求1所述的一种海上风电基础结构的防冲刷装置，其特征是，所述裙板的半径计算公式为：
Figure FDA0000391410500000011
式中：r为裙板的半径，D为桩的直径，S为冲刷坑的深度，
Figure FDA0000391410500000012
为海床土的摩擦角。
5.如权利要求1所述的一种海上风电基础结构的防冲刷装置，其特征是，所述桩的直径不大于2m时，裙板的高度为2.5倍桩的直径，桩的直径大于2m时，裙板高度为1.5倍桩的直径。
6.如权利要求1所述的一种海上风电基础结构的防冲刷装置，其特征是，所述锥形导流装置的半径、裙板的半径及桩的直径之间的关系是：R-r=0.2D
其中，R为锥形导流装置的半径，r为裙板的半径；D为桩的直径。
7.如权利要求1所述的一种海上风电基础结构的防冲刷装置，其特征是，所述裙板的半径与冲刷坑的半径相等。
8.如权利要求1所述的一种海上风电基础结构的防冲刷装置，其特征是，所述裙板的高度与冲刷坑的深度相等。
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