CN105672369B - 海上风电单桩基础防冲刷施工方法、施工装置及土工布袋 - Google Patents

Abstract

本发明提供了海上风电单桩基础防冲刷施工方法、施工装置及土工布袋。该防冲刷施工方法包括：步骤S1、将所述铺排船定位至所述海上风电单桩基础中一侧；步骤S2、将铺排船甲板上的土工布袋进行冲砂，并利用所述铺排船将装有所述砂的所述土工布袋进行沉放铺排，以使所述土工布袋的缺口部与所述海上风电单桩基础中一侧接触配合；重复所述步骤S1和所述步骤S2，并使所述土工布袋环绕所述海上风电单桩基础设置。该施工方法省略了现有技术中对砂被进行吊装的过程及相关设备，施工效率得到提高，工程造价得以降低。

Description

海上风电单桩基础防冲刷施工方法、施工装置及土工布袋

技术领域

本发明涉及海上设备技术领域，具体涉及一种海上风电单桩基础防冲刷施工方法、施工装置及土工布袋。

背景技术

随着中国能源结构的不断调整，海上风能因其巨大的社会和环保效益成为中国能源发展的重点。中国国家能源局提出2020年建成3000万千瓦海上风电发展目标。而海上风电单桩基础因其受力明确、结构较简单、加工相对容易等优点，应用越来越广泛。

目前，海上风电单桩基础防冲刷的施工方法通常包括以下步骤：首先，在岸上/甲板将砂装填至土木工袋中以形成砂被，其中土木工袋被分隔成沿其长度方向和宽度方向依次排布的隔舱a，如图1所示；然后，通过排架整体吊装的方式将砂被环绕覆盖在海上风电单桩基础四周。

例如，专利CN 105369834A公开了海上风电大直径桩基础防冲刷砂被及其施工方法，并具体公开了以下特征：所述砂被(即土木工袋)经纵向加筋带和横向加筋带分隔成多个矩形隔仓，每个隔仓上部设有充砂袖口；该防冲刷砂被的施工方法包括步骤：根据工程场区的水文条件及预估冲刷坑的大小，确定砂被的尺寸，在陆上基地制作大面积的砂被；砂被通过运输船和起重船运至已完成单桩基础沉桩的位置，在陆上或船上完成充砂工作；起重船钩住吊带起吊砂被，定位后逐步下放至水下，铺设至单桩基础的周边。

然而，上述施工方式不仅需要大型排架式工装件作为辅助，还需要大型浮吊船进行吊装作业，导致其施工效率低且工程造价高。因此，提供一种既能提高施工效率又可以节约成本的施工工艺具有重要的意义。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有海上风电单桩基础防冲刷施工工艺存在施工效率低且工程造价高的缺陷。

为此，本发明提供了一种海上风电单桩基础的防冲刷施工方法，包括：步骤S1、将所述铺排船定位至所述海上风电单桩基础中一侧；步骤S2、将铺排船甲板上的土工布袋进行冲砂，并利用所述铺排船将装有所述砂的所述土工布袋进行沉放铺排，以使所述土工布袋的缺口部与所述海上风电单桩基础中一侧接触配合；重复所述步骤S1和所述步骤S2，并使所述土工布袋环绕所述海上风电单桩基础设置。

作为优选，所述步骤S2包括：在将砂填充于所述土工布袋过程中同时将所述土工布袋进行沉放铺排。

本发明提供了一种土工布袋，用于本发明提供的海上风电单桩基础的防冲刷施工，由四周依次连接的两层土工布组成，所述土工布袋前进方向的前端设置有与所述海上风电单桩基础配合设置的缺口部，所述土工布袋上缝制有开口朝向所述土工布袋远离所述缺口部一端的U形缝制线，设为一条或由外向内依次间隔设置的多条，用于将所述土工布袋分隔成多个隔舱，每个所述隔舱上设置有充砂口，且所述缺口部和各所述隔舱沿所述土工布袋长度方向上的中心线对称设置；所述土工布袋的各隔舱按照由外向内顺序进行冲砂和沉放铺排。

作为优选，所述土工布袋远离所述缺口部的一侧设置有竖直缝制线，垂直连接于所述土工布袋宽度方向的两端，各所述U形缝制线远离所述缺口部的端部与所述竖直缝制线连接，所述土工布袋被U形缝制线和所述竖直缝制线分隔形成多个所述隔舱。

作为优选，各所述U形缝制线与所述竖直缝制线连接形成矩形。

作为优选，每个所述隔舱上设置有两个沿所述中心线对称设置的所述充砂口，各所述充砂口设置于所述土工布袋远离所述缺口部一侧。

作为优选，所述土工布袋长度方向上的中心线上设置有中心缝制线，所述土工布袋被所述U形缝制线、所述竖直缝制线和所述中心缝制线分隔成多个所述隔舱。

作为优选，最内侧两个对称设置的所述隔舱中均设置有两个所述充砂口，其余所述隔舱中均设置有一个所述充砂口，各所述充砂口设置于所述土工布袋远离所述缺口部一侧；每个所述隔舱中均设置有排气口，设置于所述土工布袋靠近所述缺口部一侧。

作为优选，所述土工布袋的任一面或两面上缝制有加筋带，其缝制方向与所述土工布袋的长度方向平行。

作为优选，所述土工布袋上绑设有加劲绳，环绕所述土工布袋的长度方向设置。

作为优选，所述土工布袋用于所述防冲刷施工方法时，步骤S2包括：将砂填装于所述土工布袋最外侧的隔舱中，然后对所述土工布袋进行定位以使所述土工布袋的缺口部对准所述海上风电单桩基础；将砂填充于所述土工布袋的其余隔舱，并且在填充砂至其余隔舱过程中同时将所述土工布袋进行沉放铺排。

本发明还提供了一种海上风电单桩基础的防冲刷施工装置，包括：铺排船，其甲板上铺设有土工布袋；取砂船，用于对所述对土工布袋进行冲砂，所述铺排船用于将装有所述砂的所述土工布袋进行沉放铺排，并使土工布袋的缺口部与海上风电单桩基础接触配合。

作为优选，所述铺排船包括：主滚筒和副滚筒，设置于甲板上方，所述土工布袋缠绕于所述主滚筒上，利用所述主滚筒的转动使土工布袋经过所述副滚筒后铺设至所述甲板上；滑板，铰接设置于所述铺排船的一端，所述土工布袋设有缺口部一端置于所述滑板上，所述沉放铺排的过程中所述滑板向下倾斜以使装有所述砂的所述土工布袋由所述滑板向下滑动。

作为优选，所述土工布袋为本发明提供的土工布袋。

本发明技术方案，具有如下优点：

(1)本发明提出的海上风电单桩基础的防冲刷施工方法，直接利用铺排船将装有所述砂的所述土工布袋进行沉放铺排，从而省略了现有技术中对砂被进行吊装的过程及相关设备，因而与现有技术相比该方式的施工效率得到提高，工程造价得以降低。经过实际测试表明，该方式将工程造价降低20％以上，其施工效率提高近30％。

(2)本发明提供的土工布袋，围绕该土工布袋宽度方向的两侧和靠近所述缺口部一侧缝制有一条或多条U形缝制线，用于形成对称设置且由外向内依次设置的多个隔舱，在利用该土工布袋对海上风电单桩基础的防冲刷施工，由于所述土工布袋的各隔舱按照由外向内顺序进行冲砂和沉放铺排，使得在沉放铺排过程中装填有砂的土工布袋在重力作用下均匀铺开，从而使所述土工布袋的缺口部对准所述海上风电单桩基础，成功利用铺排船将装有所述砂的所述土工布袋进行沉放铺排，并且成功满足施工质量的要求。而针对具有被分隔成沿其长度方向和宽度方向依次排布的隔舱的土工布袋，在沉放铺排过程中土工布袋容易叠加在一起，使其在沉放铺排过程中定位较为麻烦(即使使所述土工布袋的缺口部对准所述海上风电单桩基础的过程较为麻烦)。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有土工布袋的结构示意图；

图2为本发明实施方式提供的海上风电单桩基础的防冲刷施工装置的结构示意图；

图3为本发明实施方式提供的设置有U形缝制线的土工布袋的结构示意图；

图4为本发明实施方式提供的设置有U形缝制线和竖直缝制线的土工布袋的结构示意图；

图5为本发明实施方式提供的设置有U形缝制线、竖直缝制线和中心缝制线的土工布袋的结构示意图；

图6为本发明实施方式提供的设置有加筋带的土工布袋的结构示意图；

图7为本发明实施方式提供的设置有加劲绳的土工布袋的结构示意图；

图8为本发明实施方式提供的海上风电单桩基础的防冲刷施工方法中，将滑板调至与铺排船甲板齐平，并通过主滚筒和副滚筒将土工布袋铺设在铺排船甲板和滑板上后的过程示意图；

图9为本发明实施方式提供的海上风电单桩基础的防冲刷施工方法中，将砂填装于所述土工布袋最外侧的隔舱中，对所述土工布袋进行定位后的过程示意图；

图10为本发明实施方式提供的海上风电单桩基础的防冲刷施工方法中，将装有所述砂的所述土工布袋由所述滑板向下滑动后的过程示意图；以及

图11为本发明实施方式提供的海上风电单桩基础的防冲刷施工方法中，将砂填充于所述土工布袋的其余隔舱，并且在填充砂至其余隔舱过程中同时将所述土工布袋进行沉放铺排的过程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供了一种海上风电单桩基础的防冲刷施工方法，包括：步骤S1、将所述铺排船定位至所述海上风电单桩基础中一侧；步骤S2、将铺排船甲板上的土工布袋进行冲砂，并利用所述铺排船将装有所述砂的所述土工布袋进行沉放铺排，以使所述土工布袋的缺口部与所述海上风电单桩基础中一侧接触配合；重复所述步骤S1和所述步骤S2，并使所述土工布袋环绕所述海上风电单桩基础设置。

本实施例提出的海上风电单桩基础的防冲刷施工方法，直接利用铺排船将装有所述砂的所述土工布袋进行沉放铺排，从而省略了现有技术中对砂被进行吊装的过程及相关设备，因而与现有技术相比该方式的施工效率得到提高，工程造价得以降低。经过实际测试表明，该方式将工程造价降低20％以上，其施工效率提高近30％。

作为优选的实施方式，在将砂填充于所述土工布袋过程中同时将所述土工布袋进行沉放铺排。

作为可选的实施方式，土工布袋被分隔成沿其长度方向和宽度方向依次排布的隔舱。

实施例2

本实施例提供了一种海上风电单桩基础的防冲刷施工装置，如图2所示，包括：铺排船2，其甲板上铺设有土工布袋1；取砂船3，用于对所述对土工布袋1进行冲砂，所述铺排船2用于将装有所述砂的所述土工布袋1进行沉放铺排，并使土工布袋1的缺口部11与海上风电单桩基础4接触配合。

作为优选的实施方式，所述铺排船2包括：主滚筒21和副滚筒22，设置于甲板上方，所述土工布袋1缠绕于所述主滚筒21上，利用所述主滚筒21的转动使土工布袋1经过所述副滚筒22后铺设至所述甲板上；滑板23，铰接设置于所述铺排船2的一端，所述土工布袋1设有缺口部11一端置于所述滑板23上，所述沉放铺排的过程中所述滑板23向下倾斜以使装有所述砂的所述土工布袋1由所述滑板23向下滑动。

需要说明的是，施工是一个动态的过程，施工中各参数随海洋水文环境等因素变换而不断变化。而铺排船卷筒施放速度、滑板施放角度、砂泥浆比配置、砂填充速度等参数可以根据海洋水文环境等因素进行设定。具体方法为：在不同深度、不同地段要不断进行试验施工并结合理论计算进行分析，以得出最合理的参数指导施工，针对情况的变化及时修正调整，使铺排船施工始终处于最佳状态来保证砂被铺设效率与质量。

实施例3

实施例1和2提供的施工方法及防冲刷施工装置中，针对具有被分隔成沿其长度方向和宽度方向依次排布的隔舱的土工布袋，在沉放铺排过程中土工布袋容易叠加在一起，使其在沉放铺排过程中定位较为麻烦即使使所述土工布袋的缺口部对准所述海上风电单桩基础的过程较为麻烦。

为此，本实施例提供了一种土工布袋，用于实施例1和2提供的防冲刷施工，由四周依次连接的两层土工布组成，如图3所示，所述土工布袋1前进方向的前端设置有与所述海上风电单桩基础配合设置的缺口部11，其特征在于，所述土工布袋1上缝制有开口朝向所述土工布袋1远离所述缺口部11一端的U形缝制线12，设为一条或由外向内依次间隔设置的多条，用于将所述土工布袋1分隔成多个隔舱15，每个所述隔舱15上设置有充砂口16，且所述缺口部11和各所述隔舱15沿所述土工布袋1长度方向上的中心线对称设置；所述土工布袋1的各隔舱15按照由外向内顺序进行冲砂和沉放铺排。

本实施例提供的土工布袋，围绕该土工布袋宽度方向的两侧和靠近所述缺口部一侧缝制有一条或多条U形缝制线，用于形成对称设置且由外向内依次设置的多个隔舱，在利用该土工布袋对海上风电单桩基础的防冲刷施工，由于所述土工布袋的各隔舱按照由外向内顺序进行冲砂和沉放铺排，使得在沉放铺排过程中装填有砂的土工布袋在重力作用下均匀铺开，从而使所述土工布袋的缺口部对准所述海上风电单桩基础，成功利用铺排船将装有所述砂的所述土工布袋进行沉放铺排，并且成功满足施工质量的要求。

如图4所示，作为优选的实施方式，所述土工布袋1上设置有垂直连接于所述土工布袋1宽度方向两端的竖直缝制线，设置于所述土工布袋1远离所述缺口部11的一侧，各所述U形缝制线12远离所述缺口部11的端部与所述竖直缝制线13连接，所述土工布袋1被U形缝制线12和所述竖直缝制线13分隔形成多个所述隔舱15。

上述竖直缝制线13与所述土工布袋1远离所述缺口部11的侧边之间也形成隔舱15，能够进一步使所述土工布袋的缺口部对准所述海上风电单桩基础。

作为进一步优选的实施方式，各所述U形缝制线12与所述竖直缝制线13连接形成矩形。

当然，各所述U形缝制线12与所述竖直缝制线13的形状并不仅限于上述优选例。例如，作为变形的实施方式，所述U形缝制线12为弧形等。

作为优选的实施方式，每个所述隔舱15上设置有两个沿所述中心线对称设置的所述充砂口16，各所述充砂口16设置于所述土工布袋1远离所述缺口部11一侧。

上述设置方式便于对称地向隔舱15中填充砂，有利于进一步使所述土工布袋的缺口部对准所述海上风电单桩基础。

需要说明的是，充砂口16的数量和结构大小考虑取砂船中冲砂泵的功率以及绞锚移船的速率等因素，本领域技术人员可以根据本发明教导进行设定。

如图5所示，作为优选的实施方式，所述土工布袋1长度方向上的中心线上设置有中心缝制线14，所述土工布袋1被所述U形缝制线12、所述竖直缝制线13和所述中心缝制线14分隔成多个所述隔舱15。各所述U形缝制线12与所述中心缝制线14相交设置。

上述设置方式使得所述土工布袋1长度方向上的中心线的两侧形成对称排布的隔舱15，有利于进一步使所述土工布袋的缺口部对准所述海上风电单桩基础。

作为进一步优选的实施方式，最内侧两个对称设置的所述隔舱15中均设置有两个所述充砂口16，其余所述隔舱15中均设置有一个所述充砂口16，各所述充砂口16设置于所述土工布袋1远离所述缺口部11一侧；每个所述隔舱15中均设置有排气口17，设置于所述土工布袋1靠近所述缺口部11一侧。

上述设置方式便于对称地向隔舱15中填充砂，有利于进一步使所述土工布袋的缺口部对准所述海上风电单桩基础。

需要说明的是，充砂口16的数量和结构大小考虑取砂船中冲砂泵的功率以及绞锚移船的速率等因素，本领域技术人员可以根据本发明教导进行设定。

作为优选的实施方式，如图6所示，所述土工布袋1的任一面或两面上缝制有加筋带18，其缝制方向与所述土工布袋1的长度方向平行；如图7所示，所述土工布袋1上绑设有加劲绳19，环绕所述土工布袋1的长度方向设置。

加筋带18和加劲绳19用于给土工布袋1提供支撑力。其中加筋带18可以通过缝制等方式固定于土工布袋1的任一面或两面上，加劲绳19可以通过捆绑等方式固定于土工布袋1的两面。

加筋带18的设计主要考虑土工布袋1在整个施工过程中受力情况来确定，以确保施工过程中土工布袋1的完整性。加劲环19用于对土工布袋1的排头其固定作用。

下面将结合图8至图11详细描述利用本发明提供的土工布袋、海上风电单桩基础防冲刷施工装置进行防冲刷施工的步骤。

如图8所示，将滑板调至与铺排船2甲板齐平，并通过主滚筒和副滚筒将土工布袋1铺设在铺排船2甲板和滑板上；

如图9所示，将砂填装于所述土工布袋1最外侧的隔舱15中，然后对所述土工布袋1进行定位以使所述土工布袋1的缺口部11对准所述海上风电单桩基础4；

如图10所示，将所述滑板23向下倾斜并松放主滚筒和副滚筒，以使图9中装有所述砂的所述土工布袋1由所述滑板23向下滑动；

如图11所示，将砂填充于所述土工布袋1的其余隔舱15，并且在填充砂至其余隔舱15过程中同时将所述土工布袋1进行沉放铺排，其中铺排船卷筒施放速度、滑板施放角度、砂泥浆比配置、砂填充速度等参数可以根据海洋水文环境等因素进行调整。

本发明还将本实施例提供的海上风电单桩基础的防冲刷施工工艺与现有防冲刷施工工艺即岸上/甲板冲砂后整体吊装施工工艺进行了对比，对比结果请见表1。

表1

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种土工布袋，用于防冲刷施工，由四周依次连接的两层土工布组成，所述土工布袋(1)前进方向的前端设置有与海上风电单桩基础配合设置的缺口部(11)，其特征在于，所述土工布袋(1)上缝制有开口朝向所述土工布袋(1)远离所述缺口部(11)一端的U形缝制线(12)，设为一条或由外向内依次间隔设置的多条，用于将所述土工布袋(1)分隔成多个隔舱(15)，每个所述隔舱(15)上设置有充砂口(16)，且所述缺口部(11)和各所述隔舱(15)沿所述土工布袋(1)长度方向上的中心线对称设置；所述土工布袋(1)的各隔舱(15)按照由外向内顺序进行冲砂和沉放铺排。

2.根据权利要求1所述的土工布袋，其特征在于，所述土工布袋(1)上设置有垂直连接于所述土工布袋(1)宽度方向两端的竖直缝制线，设置于所述土工布袋(1)远离所述缺口部(11)的一侧，各所述U形缝制线(12)远离所述缺口部(11)的端部与所述竖直缝制线(13)连接，所述土工布袋(1)被U形缝制线(12)和所述竖直缝制线(13)分隔形成多个所述隔舱(15)。

3.根据权利要求2所述的土工布袋，其特征在于，各所述U形缝制线(12)与所述竖直缝制线(13)连接形成矩形。

4.根据权利要求1或2所述的土工布袋，其特征在于，每个所述隔舱(15)上设置有两个沿所述中心线对称设置的所述充砂口(16)，各所述充砂口(16)设置于所述土工布袋(1)远离所述缺口部(11)一侧。

5.根据权利要求2所述的土工布袋，其特征在于，所述土工布袋(1)长度方向上的中心线上设置有中心缝制线(14)，所述土工布袋(1)被所述U形缝制线(12)、所述竖直缝制线(13)和所述中心缝制线(14)分隔成多个所述隔舱(15)。

6.根据权利要求5所述的土工布袋，其特征在于，最内侧两个对称设置的所述隔舱(15)中均设置有两个所述充砂口(16)，其余所述隔舱(15)中均设置有一个所述充砂口(16)，各所述充砂口(16)设置于所述土工布袋(1)远离所述缺口部(11)一侧；每个所述隔舱(15)中均设置有排气口(17)，设置于所述土工布袋(1)靠近所述缺口部(11)一侧。

7.根据权利要求1所述的土工布袋，其特征在于，所述土工布袋(1)的任一面或两面上缝制有加筋带(18)，其缝制方向与所述土工布袋(1)的长度方向平行。

8.根据权利要求1或7所述的土工布袋，其特征在于，所述土工布袋(1)上绑设有加劲绳(19)，环绕所述土工布袋(1)的长度方向设置。