CN108842808B - 一种外海风机基础单桩的冲刷防护结构 - Google Patents

一种外海风机基础单桩的冲刷防护结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上风电基础单桩的冲刷防护结构，包括底层砂被、第二层砂被、第三层砂被、顶层砂被和若干砂袋；底层砂被、第二层砂被、第三层砂被和顶层砂被的上表面均设有内层；底层砂被呈圆环形且内径与基础单桩的底部外径适配，外径比内径大5m；第二层砂被也呈圆环形且内径与基础单桩的底部外径适配，外径比内径大10m；第三层砂被呈矩形并由两块小矩形砂被构成；两块小矩形砂被的相对侧的中部均设有一个圆腰形的缺口,使两块小矩形砂被在合抱到基础单桩的底部后在中央形成圆孔；顶层砂被与第二层砂被的形状和规格均相同；砂袋沿基础单桩抛填在顶层砂被上。本发明的冲刷防护结构，能更好的保护基础单桩周边海床的稳定。

Description

一种外海风机基础单桩的冲刷防护结构
技术领域
本发明涉及一种外海风机基础单桩的冲刷防护结构。
背景技术
海上风电是一个技术复杂程度较高的领域，加之海上风电环境的复杂性使得其技术难度进一步提高。从其环境来讲，海上风电的环境影响因素主要是指风、浪、流等气象水文条件因素。在风电场建成后，浪、流等水动力作用会对风机基础单桩产生严重的局部冲刷，从而影响风机基础单桩的稳定性。为了提高海上风电场的防冲刷能力进而提高其结构稳定性，就需要对海上风电场进行防冲刷防护处理。
常见的防冲刷防护处理，就是必须要做到先对基础单桩进行固定，即将基础单桩插入海床内一定深度待其牢固后再进行后续施工处理。在等待期间，由于以淤泥、粉质砂土等为主的海床地质条件的海床土壤易液化，海底的浪、流会在基础单桩的周围冲刷形成底坑，影响了基础单桩的稳定性。为了对上述冲刷问题进行补救，现有技术则采用铺设较厚的以石块为主的防护层才能够将局部冲刷形成的底坑填平，抛石的工程量较大。在抛石过程中，碎石对基础单桩的防腐层破坏程度较严重。并且，由于局部冲刷的不确定性导致铺设的防冲刷材料厚度及形状无法预料，通常与施工前进行的仿真计算有较大差异，导致单管桩实际受力情况不可控制，影响了风电机组的支撑稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种外海风机基础单桩的冲刷防护结构，它能更好的保护基础单桩周边海床的稳定，保障上部风电机组的长期安全运行，同时还能保护基础单桩外壁的防腐涂层及海底电缆的安全。
本发明的目的是这样实现的：一种海上风电基础单桩的冲刷防护结构，铺设在底部外径d为6.7m～7.3 m的基础单桩周围的海床面上，海底电缆的外端埋于海床面以下，靠近基础单桩时弯曲90°弧形后向上与基础单桩上方的风电机组电气连接；其特征在于，所述冲刷防护结构包括底层砂被、第二层砂被、第三层砂被、顶层砂被和若干砂袋；
所述底层砂被的上表面、第二层砂被的上表面、第三层砂被的上表面和顶层砂被的上表面均设有内层；
所述底层砂被呈圆环形且内径d1与基础单桩的底部外径d适配，底层砂被的外径D1= d1+5m；
所述第二层砂被也呈圆环形并铺设在底层砂被上，第二层砂被的内径d2与基础单桩的底部外径d适配，第二层砂被的外径D2=d2+10m；
所述第三层砂被呈长×宽为36m×30m的矩形并铺设在第二层砂被上，第三层砂被由两块形状和尺寸均相同的小矩形砂被构成；两块小矩形砂被的相对侧的中部均设有一个圆腰形的缺口,使两块小矩形砂被在合抱到基础单桩的底部后在中央形成的圆孔直径d3与基础单桩的底部外径d适配；在铺设第三层砂被时，两块小矩形砂被的搭接宽度为4m；
所述顶层砂被也呈圆环形并铺设在第三层砂被上，顶层砂被的内径d4与基础单桩的底部外径d适配，顶层砂被的外径D4= d4+10m；
所述砂袋沿基础单桩抛填在所述顶层砂被上。
上述的海上风机基础单桩的冲刷防护结构，其中，所述底层砂被和顶层砂被均设置内圆端加筋带、外圆端加筋带并经多根均布的射线向加筋带分隔成多个扇环形隔舱，每个扇环形隔仓上均交叉地设置两根斜加筋带；每个扇环形隔舱的上表面中央均设置一充砂口，每个充砂口的两侧对称地设置一排水口；由内圆端加筋带、外圆端加筋带、射线向加筋带和斜加筋带构成的节点上设置拉环。
上述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其中，所述顶层砂被的内圆端还设置砂被裙带，砂被裙带的顶部和中部各自设置一根加筋带和一根束紧绳。
上述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其中，所述第二层砂被设置内圆端加筋带和外圆端加筋带并经环中加筋带隔成内、外环舱，又经多根均布的射线向加筋带将内、外环舱分隔成多个扇环形隔舱，每个扇环形隔仓上均交叉地设置两根斜加筋带；每个扇环形隔舱的上表面中央均设置一充砂口，每个充砂口的两侧对称地设置一排水口；由内圆端加筋带、环中加筋带、外圆端加筋带、射线向加筋带和斜加筋带构成的节点上设置拉环。
上述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其中，每块所述小矩形砂被经纵向加筋带和横向加筋带分隔成多个矩形隔仓，每个矩形隔仓上均交叉地设置两根斜加筋带，形成米字形加筋带结构；每个矩形隔仓的上表面中央均设置一充砂口，每个充砂口的两侧对称地设置一排水口；由纵向加筋带、横向加筋带和斜加筋带构成的节点上设置拉环。
上述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其中，所述底层砂被的袋体、第二层砂被的袋体、第三层砂被的袋体和顶层砂被的袋体和砂袋的袋体均采用400g/m2涤纶长丝机织土工模袋；所述底层砂被的上表面的内层、第二层砂被的上表面的内层、第三层砂被的上表面的内层和顶层砂被的上表面的内层均采用聚酯长丝无纺土工布。
上述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其中，所述底层砂被、第二层砂被、第三层砂被和顶层砂被和砂袋内充填的砂料均为渗透系数不小于10-3cm/s的细砂或中粗砂，粒径0.2 mm～0.63mm，中值粒径大于0.50 mm,颗粒含量不小于95%。
上述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其中，所述砂袋的长×宽×厚为1m×0.4m×0.2m，砂袋的充砂饱满度为70%～80%。
上述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其中，靠近所述基础单桩的海底电缆段位于所述第三层砂被的上表面。
上述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其中，所述底层砂被、第二层砂被和顶层砂被均在厚度方向间隔一致地设置长度为0.4m的拉筋，使充填厚度为0.45m；所述第三层砂被在厚度方向间隔一致地设置长度为0.2m的拉筋，使充填厚度为0.25m。
本发明的外海风机基础单桩的冲刷防护结构，采用四层砂被对基础单桩周边的海床进行防冲刷保护，即采用三层圆环形砂被和一层大面积的矩形砂被相结合的防护结构。由于圆环形砂被与基础单桩的外形及海底形态贴合，因此铺设牢固，能有效保护海床的土壤免遭海浪、海流的冲刷，而矩形砂被能加大保护范围的，不仅解决了基础单桩周边海床稳定性的问题，同时保障了上部风电机组的长期安全运行，而且由于砂被、砂袋的保护，使基础单桩的外壁的防腐涂层可免遭抛石的刮伤，同时也保护了海底电缆的安全。
附图说明
图1是本发明的外海风机基础单桩的冲刷防护结构的平面图；
图2是图1中的A-A向剖面图；
图3是本发明的外海风机基础单桩的冲刷防护结构中的底层砂被的平面图；
图4是本发明的外海风机基础单桩的冲刷防护结构中的第二层砂被的平面图；
图5是本发明的外海风机基础单桩的冲刷防护结构中的第三层砂被的平面图；
图6是图5中的B-B向剖面图；
图7是本发明的外海风机基础单桩的冲刷防护结构中的顶层砂被的平面图；
图8是图7中的C-C向剖面图；
图9是图8中的D-D向剖面图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1至图9，本发明的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，铺设在底部外径d为6.7m～7.3 m的基础单桩100周围的海床面上并包括底层砂被1、第二层砂被2、第三层砂被3、顶层砂被4和若干砂袋5。
底层砂被1、第二层砂被2、第三层砂被3和顶层砂被4的上表面均设置内层；底层砂被1的袋体、第二层砂被2的袋体、第三层砂被3的袋体和顶层砂被4的袋体均采用400g/m2涤纶长丝机织土工模袋；底层砂被1的上表面的内层、第二层砂被2的上表面的内层、第三层砂被3的上表面的内层和顶层砂被4的上表面的内层均采用聚酯长丝无纺土工布；底层砂被1、第二层砂被2、第三层砂被3和顶层砂被4内充填的砂料均为渗透系数不小于10-3cm/s的细砂或中粗砂，粒径0.2 mm～0.63mm，中值粒径大于0.50 mm,颗粒含量不小于95%。
底层砂被1、第二层砂被2和顶层砂被4均在厚度方向间隔一致地设置长度为0.4m的拉筋，使厚度为0.45m；第三层砂被3在厚度方向间隔一致地设置长度为0.2m的拉筋，使厚度为0.25m。
底层砂被1呈圆环形且内径d1与基础单桩100的底部外径d适配，底层砂被1的外径D1= d1+5m；底层砂被1设置内圆端加筋带11、外圆端加筋带12并经多根均布的射线向加筋带13分隔成十八个扇环形隔舱10，每个扇环形隔仓10上均交叉地设置两根斜加筋带14；每个扇环形隔舱的上表面中央均设置一充砂口15，每个充砂口15的两侧对称地设置一排水口16；由内圆端加筋带11、外圆端加筋带12、射线向加筋带13和斜加筋带14构成的节点上通过400mm×200mm的付布170设置Φ200mm的拉环17，供起吊时用。内圆端加筋带11、外圆端加筋带12和射线向加筋带13均采用宽度为70mm的丙纶带。
第二层砂被2也呈圆环形并铺设在底层砂被1上，第二层砂被2的内径d2与基础单桩100的底部外径d适配，第二层砂被2的外径D2= d2+10m；第二层砂被2设置内圆端加筋带21和外圆端加筋带23并经环中加筋带22隔成内、外环舱，又经多根均布的射线向加筋带24将内环舱分隔成十八个扇环形隔舱20a，并将外环舱分隔成十八个扇环形隔舱20b，每个扇环形隔仓20a上设有交叉地设置两根斜加筋带25a，每个扇环形隔仓20b上交叉地设置两根斜加筋带25b；每个扇环形隔舱20a、20b的上表面中央设有充砂口26，每个充砂口26的两侧对称地设有排水口27；由内圆端加筋带21、环中加筋带22、外圆端加筋带23、射线向加筋带24和斜加筋带25a、25b构成的节点上通过400mm×200mm的付布28a和400mm×400mm的付布28b设置Φ200mm的拉环28，供起吊时用。内圆端加筋带21、环中加筋带22、外圆端加筋带22和射线向加筋带24均采用宽度为70mm的丙纶带。
第三层砂被3呈长×宽为36m×30m的矩形并铺设在第二层砂被2上，第三层砂被3由两块形状和尺寸均相同的小矩形砂被3’构成；两块小矩形砂被3’的相对侧的中部均设有一个圆腰形的缺口，使两块小矩形砂被3’ 在合抱到基础单桩100的底部后在中央形成的圆孔直径d3与基础单桩100的底部外径d适配；铺设时，两块小矩形砂被3’的搭接宽度为4m；每块小矩形砂被3’经纵向加筋带31和横向加筋带32分隔成一百九十二个矩形隔仓30，每个矩形隔仓30上面交叉地设置两根斜加筋带33，形成米字形加筋带结构；每个矩形隔仓30的上表面中央均设置一充砂口34，每个充砂口34的两侧对称地设置一排水口35；由纵向加筋带31、横向加筋带32和斜加筋带33构成的节点上通过400mm×400mm的付布36a、400mm×200mm的付布36b、200mm×200mm的付布36c设置Φ200mm的拉环36，供起吊时用。纵向加筋带31、横向加筋带32和斜加筋带33均采用宽度为70mm的丙纶带。
顶层砂被4也呈圆环形并铺设在第三层砂被3上，顶层砂被4的内径d4与基础单桩100的底部外径d适配，顶层砂被4的外径D4= d4+10m；顶层砂被4设置内圆端加筋带41、外圆端加筋带42并经多根均布的射线向加筋带43分隔成十八个扇环形隔舱40，每个扇环形隔仓40上均交叉地设置两根斜加筋带44；每个扇环形隔舱的上表面中央均设置一充砂口45，每个充砂口45的两侧对称地设置一排水口46；由内圆端加筋带41、外圆端加筋带12、射线向加筋带43和斜加筋带44构成的节点上通过400mm×200mm的付布470设置Φ200mm的拉环47，供起吊时用；顶层砂被4的内圆端还设置一高度为200mm的砂被裙带48，砂被裙带48的顶部和中部各自设置一根加筋带480和一根束紧绳49。内圆端加筋带41、外圆端加筋带42和射线向加筋带43均采用宽度为70mm的丙纶带。
砂袋5沿基础单桩100抛填在顶层砂被4上；每个砂袋5的长×宽×厚为1m×0.4m×0.2m，砂袋5采用400g/m2涤纶长丝机织土工模袋；砂袋5内充填的砂料均为渗透系数不小于10-3cm/s的细砂或中粗砂，粒径0.2 mm～0.63mm，中值粒径大于0.50 mm,颗粒含量不小于95%，充砂饱满度为70%～80%。
海底电缆200的外端埋于海床面以下2m，靠近基础单桩100段穿设在位于第三层砂被3的上表面的弯曲限制器201中，再通过J型电缆保护管202弯曲90°弧形后向上与基础单桩100上方的风电机组电气连接。
本发明的海上风电基础单桩的冲刷防护结构在铺设施工时，四层砂被均在专业工厂缝制，装船运至施工现场，对砂被的充砂口进行现场充填灌砂。灌砂采用机械配合人工完成，砂被充砂并排水完毕后，人工将充砂口和排水口扎紧。先插打好标志杆标注砂被的铺设位置，接着依次将底层砂被1和第二层砂被2套设在基础单桩100的底部。铺设第三层砂被3时，先将左边的一块小矩形砂被3’的缺口嵌合在基础单桩100的底部，再将右边的一块小矩形砂被3’的缺口嵌合在基础单桩100的底部，并将右边的一块小矩形砂被3’搭接部覆盖在左边的一块小矩形砂被3’的搭接部上；再将顶层砂被4套设在基础单桩100的底部，然后在水下通过两根束紧绳49将砂被裙带48绑扎在基础单桩100上，最后在顶层砂被4定位后将砂袋5填抛在基础单桩100的周围以压住砂被裙带48，再束紧砂被裙带48。
四层砂被均采用专用的排架吊具进行起吊和铺设作业，砂被起吊的空中姿态通过系在吊具上的缆风绳进行控制。砂袋5采用网兜下料，潜水员协助水下卸料，确保对基础单桩100周围的冲刷坑的有效填充。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种海上风电基础单桩的冲刷防护结构，铺设在底部外径d为6.7m～7.3m的基础单桩周围的海床面上，海底电缆的外端埋于海床面以下，靠近基础单桩时弯曲90°弧形后向上与基础单桩上方的风电机组电气连接；其特征在于，所述冲刷防护结构包括底层砂被、第二层砂被、第三层砂被、顶层砂被和若干砂袋；
所述底层砂被的上表面、第二层砂被的上表面、第三层砂被的上表面和顶层砂被的上表面均设有内层；
所述底层砂被呈圆环形且内径d1与基础单桩的底部外径d适配，底层砂被的外径D1＝d1+5m；
所述第二层砂被也呈圆环形并铺设在底层砂被上，第二层砂被的内径d2与基础单桩的底部外径d适配，第二层砂被的外径D2＝d2+10m；
所述第三层砂被呈长×宽为36m×30m的矩形并铺设在第二层砂被上，第三层砂被由两块形状和尺寸均相同的小矩形砂被构成；两块小矩形砂被的相对侧的中部均设有一个圆腰形的缺口,使两块小矩形砂被在合抱到基础单桩的底部后在中央形成的圆孔直径d3与基础单桩的底部外径d适配；在铺设第三层砂被时，两块小矩形砂被的搭接宽度为4m；
所述顶层砂被也呈圆环形并铺设在第三层砂被上，顶层砂被的内径d4与基础单桩的底部外径d适配，顶层砂被的外径D4＝d4+10m；
所述底层砂被和顶层砂被均设置内圆端加筋带、外圆端加筋带并经多根均布的射线向加筋带分隔成多个扇环形隔舱，每个扇环形隔仓上均交叉地设置两根斜加筋带；每个扇环形隔舱的上表面中央均设置一充砂口，每个充砂口的两侧对称地设置一排水口；由内圆端加筋带、外圆端加筋带、射线向加筋带和斜加筋带构成的节点上设置拉环；
所述顶层砂被的内圆端还设置砂被裙带，砂被裙带的顶部和中部各自设置一根加筋带和一根束紧绳；
所述底层砂被的袋体、第二层砂被的袋体、第三层砂被的袋体和顶层砂被的袋体和砂袋的袋体均采用400g/m2涤纶长丝机织土工模袋；所述底层砂被的上表面的内层、第二层砂被的上表面的内层、第三层砂被的上表面的内层和顶层砂被的上表面的内层均采用聚酯长丝无纺土工布；
所述底层砂被、第二层砂被、第三层砂被和顶层砂被和砂袋内充填的砂料均为渗透系数不小于10-3cm/s的细砂或中粗砂，粒径0.2mm～0.63mm，中值粒径大于0.50mm，颗粒含量不小于95％；
所述底层砂被、第二层砂被和顶层砂被均在厚度方向间隔一致地设置长度为0.4m的拉筋，使充填厚度为0.45m；所述第三层砂被在厚度方向间隔一致地设置长度为0.2m的拉筋，使充填厚度为0.25m；
所述砂袋沿基础单桩抛填在所述顶层砂被上；每个砂袋的长×宽×厚为1m×0.4m×0.2m，砂袋的充砂饱满度为70％～80％。
2.根据权利要求1所述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其特征在于，所述第二层砂被设置内圆端加筋带和外圆端加筋带并经环中加筋带隔成内、外环舱，又经多根均布的射线向加筋带将内、外环舱分隔成多个扇环形隔舱，每个扇环形隔仓上均交叉地设置两根斜加筋带；每个扇环形隔舱的上表面中央均设置一充砂口，每个充砂口的两侧对称地设置一排水口；由内圆端加筋带、环中加筋带、外圆端加筋带、射线向加筋带和斜加筋带构成的节点上设置拉环。
3.根据权利要求1所述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其特征在于，每块所述小矩形砂被经纵向加筋带和横向加筋带分隔成多个矩形隔仓，每个矩形隔仓上均交叉地设置两根斜加筋带，形成米字形加筋带结构；每个矩形隔仓的上表面中央均设置一充砂口，每个充砂口的两侧对称地设置一排水口；由纵向加筋带、横向加筋带和斜加筋带构成的节点上设置拉环。
4.根据权利要求1所述的海上风电基础单桩的冲刷防护结构，其特征在于，靠近所述基础单桩的海底电缆段位于所述第三层砂被的上表面。
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