CN108104065B - 一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置，包含挡板、丝带帷幕、连接板和压重物；挡板分内外两层环绕单桩而交错布置，增加桩周围海水的流动路径；相邻的外层挡板和内层挡板之间通过丝带帷幕连接；丝带帷幕由若干漂浮带组成，漂浮带在连接板上呈梅花型分布，增加水体流动阻力；挡板和丝带帷幕的上下两端均安装有带螺栓口的连接板；相邻的外层挡板和丝带帷幕之间，相邻的丝带帷幕和内层挡板之间，均通过穿过连接板上的螺栓口的螺栓进行连接；压重物用土工织物包裹砂土等防止整个结构浮起；该装置通过挡板、丝带帷幕的合理布置对海流多重减速，能有效缓解单桩周围土体被冲刷流失的问题，起到保护海上风机单桩承载性能的作用。

Description

一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，特别是涉及一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置。

背景技术

我国沿海区域都在积极推进海上风电场的建设工作，海上风电场所处自然环境比陆地恶劣，结构所受荷载更加复杂。有研究表明，当海底流速超过一定临界值时，在海上风电机组基础周围的土体会被水流带走形成冲坑，使得桩基埋深减小，桩侧向位移与竖向承载力等性能将受到较大的影响，对桩基和发电机组的安全稳定性造成严重威胁。而现在针对海水冲刷在桩基周围产生土坑的问题，通常是从单桩主体斜向外修筑翼柱进行补强，虽然效果较好，但建设成本大大提高，也并由从造成局部冲刷的源头进行解决问题，亦有通过铺设塑料丝带模拟海洋植被的方法，但海底水体流动状况复杂，容易打结缠绕而失去效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有防冲刷装置的不足，提供一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置，其防冲刷效果好、耐久性强、构件制作和拼装方便、对周围环境影响较小且造价较低。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置，该装置包含挡板、丝带帷幕、连接板和压重物；挡板分为外层挡板和内层挡板；挡板为长条状，横截面呈“[”型，两个转折端朝外，外层挡板和内层挡板沿着单桩周围依次交替布置，形成交替的内外两层结构，相邻的外层挡板和内层挡板之间通过丝带帷幕连接；外层挡板为防止桩周土被海水冲刷的第一道屏障，内层挡板作用与外层挡板类似，内外两层通过交错的布置方式增加桩周围海水的流动路径，从而减缓水体流动速度，丝带帷幕采用增加阻力的方式而减缓水体流动的速度；挡板和丝带帷幕的上下两端均安装着带螺栓口的连接板；相邻的外层挡板和丝带帷幕之间，以及相邻的丝带帷幕和内层挡板之间，均通过穿过连接板上的螺栓口的螺栓进行连接；相邻的两块外层挡板之间的间距短于外层挡板的宽度，相邻的两块内层挡板之间的间距短于内层挡板的宽度；压重物根据工程的具体情况，进行受力分析后布置在下端的连接板上。

进一步地，挡板的连接板上设置有“[”型槽口，挡板通过“[”型槽口卡紧在连接板上。

进一步地，所述丝带帷幕由若干漂浮带组成，漂浮带的横截面为矩形，丝带帷幕的连接板上设置有若干呈梅花型分布的矩形槽口，漂浮带的两端分别卡紧在上下两块连接板上的矩形槽口上。

进一步地，所述漂浮带为耐腐蚀材料(如聚丙烯塑料等)制备的细带，漂浮带长度稍长于挡板长度，不紧绷，使得海水流动时漂浮带摇摆。

进一步地，所述压重物用土工织物包裹砂土、水泥或其它密度较大的材料形成，防止整个结构浮起或在流速提高时冲击解体，根据工程所处环境的常年海流规律选择适当的配重以及摆放方式。

进一步地，连接板和挡板均采用腐蚀、强度高、价格低廉的聚丙烯塑料。

本发明的有益效果是：本发明采用了半开放的拦挡方式，控制流速在安全范围内时，使单桩周围与当墙外的水体相互流通，其优越性体现在，若在周围完全封堵，虽然能保证与单桩直接接触的土体不被冲刷，但围挡结构外的土体被冲刷后会间接造成整体结构承载力下降。本发明在海底单桩的周围交错设置内外两层的高强度塑料制备的拦挡结构，显著增加了海水的流动路径；带弯折端的结构可有效拦截被海水携带的土颗粒，使颗粒堆积在单桩周边，增加侧向抗力的围护作用；通过最外层挡板的入口后，水流撞击内层挡板而分流进入两侧的丝带帷幕，带动塑料条摇荡，进一步消耗海流动能，此时，海水流速基本降到临界速度以下，流经单桩周围时不会造成局部冲刷的威胁；对称结构可保证本装置在各个方向的海流作用都能保证单桩的安全稳定型；塑料条上下端固定，解决了摇摆吸能的过程中互相缠绕打结的问题，整体结构通过螺栓与槽口连接，挡板的布置方式和挡板层数可以根据具体工程的进行调整，操作灵活，施工方便。

附图说明

图1是本发明的海上风机单桩基础保护装置断面图；

图2是本发明的海上风机单桩基础保护装置整体结构示意图；

图3是本发明的丝带帷幕结构示意图；

图4是本发明的挡板结构示意图；

图5(a)为丝带帷幕对应的连接板结构示意图；

图5(b)为挡板对应的连接板结构示意图；

图中，丝带帷幕1、压重物2、外层挡板3、内层挡板4、螺栓口5、上连接板6、下连接板7、漂浮带8、“[”型槽口9、矩形槽口10、单桩11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，本发明提供的一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置，包含挡板、丝带帷幕1、连接板和压重物2；挡板分为外层挡板3和内层挡板4；挡板为长条状，横截面呈“[”型，两个转折端朝外，外层挡板3和内层挡板4沿着单桩11周围依次交替布置，形成交替的内外两层结构，相邻的外层挡板3和内层挡板4之间通过丝带帷幕1连接；外层挡板3为防止桩周土被海水冲刷的第一道屏障，内层挡板4作用与外层挡板3类似，内外两层通过交错的布置方式增加桩周围海水的流动路径，从而减缓水体流动速度，丝带帷幕1采用增加阻力的方式而减缓水体流动的速度；挡板的上下两端分别安装着带螺栓口5的上连接板6、下连接板7；丝带帷幕2的上下两端分别安装有带螺栓口5的上连接板6、下连接板7；连接板和挡板均采用腐蚀、强度高、价格低廉的聚丙烯塑料；相邻的外层挡板3和丝带帷幕1之间，以及相邻的丝带帷幕1和内层挡板4之间，均通过穿过连接板上的螺栓口5的螺栓进行连接；相邻的两块外层挡板3之间的间距短于外层挡板3的宽度，相邻的两块内层挡板4之间的间距短于内层挡板4的宽度；压重物2根据工程的具体情况，进行受力分析后布置在下端的连接板上。所述压重物2用土工织物包裹砂土、水泥或其它密度较大的材料形成，防止整个结构浮起或在流速提高时冲击解体，根据工程所处环境的常年海流规律选择适当的配重以及摆放方式。海上风机单桩基础保护装置可根据工程的实际需求增加圈数、或选择其它材质或尺寸的挡板。

如图3、图5(a)所示，丝带帷幕1由若干漂浮带8组成，漂浮带8为聚丙烯塑料制备的细带，横截面为矩形；丝带帷幕1的连接板上设置有若干呈梅花型分布的矩形槽口10，漂浮带8的两端分别通过矩形槽口10卡紧在上下两块连接板上，漂浮带8略长，不紧绷，使得海水流动时漂浮带8摇摆。

如图4、图5(b)所示，挡板的连接板上设置有“[”型槽口9，挡板通过“[”型槽口9卡紧在连接板上。

该海上风机单桩基础保护装置工作时，一部分水流正面流动到外层挡板3正面，而外层挡板3弯折段可有效截流，阻止这部分的水流冲刷带走土体；另一部分的水流通过外层挡板3之间的开口，撞击到内层挡板4，其弯折端同样发挥截流减速的作用，水流向两边扩散，通过向两侧的丝带帷幕1时，漂浮带8对水流产生一定的阻力，通过摆动吸收能量，使得水流继续减速。经过内外层挡板的增加流动路径以及丝带帷幕1的阻力作用，水流在到达最内层的单桩表面时速度已经降至安全流速以下，不会对单桩造成局部冲刷作用，挡板与丝带帷幕1的上下端都用连接板通过螺栓、槽口等加固，整体性与耐久性都大大提高，能够长久有效地保证了桩体承载力的安全稳定性。

Claims (5)

1.一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置，其特征在于，该装置包含挡板、丝带帷幕、连接板和压重物；挡板分为外层挡板和内层挡板；挡板为长条状，横截面呈“[”型，两个转折端朝外，外层挡板和内层挡板沿着单桩周围依次交替布置，形成交替的内外两层结构，相邻的外层挡板和内层挡板之间通过丝带帷幕连接；挡板和丝带帷幕的上下两端均安装有带螺栓口的连接板；相邻的外层挡板和丝带帷幕之间，以及相邻的丝带帷幕和内层挡板之间，均通过穿过连接板上的螺栓口的螺栓进行连接；相邻的两块外层挡板之间的间距短于外层挡板的宽度，相邻的两块内层挡板之间的间距短于内层挡板的宽度；压重物布置在下端的连接板上；挡板的连接板上设置有“[”型槽口，挡板通过“[”型槽口卡紧在连接板上。

2.根据权利要求1所述的一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置，其特征在于，所述丝带帷幕由若干漂浮带组成，漂浮带的横截面为矩形，丝带帷幕的连接板上设置有若干呈梅花型分布的矩形槽口，漂浮带的两端分别卡紧在上下两块连接板上的矩形槽口上。

3.根据权利要求2所述的一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置，其特征在于，所述漂浮带为聚丙烯塑料制备的细带，漂浮带长度稍长于挡板长度。

4.根据权利要求1所述的一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置，其特征在于，所述压重物用土工织物包裹砂土或水泥形成。

5.根据权利要求1所述的一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置，其特征在于，连接板和挡板均采用聚丙烯塑料。

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