CN109295919A - 一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的防波堤及布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的防波堤及布置方法，属于近海工程技术领域。其特征在于：包括角标、上迎浪体、下迎浪体、支梁、锚索和沉块；其中上迎浪体、下迎浪体依托浮体悬浮于水面；角标为依托自身浮力悬浮于水面的中空结构构件，并能与上迎浪体、下迎浪体的迎浪端连接，共同构成防波堤迎浪方向的顶角；支梁为长度可调的刚性构件，固定在上迎浪体、下迎浪体的中间位置，与上迎浪体和下迎浪体相互支承形成A型结构；上迎浪体、下迎浪体及角标通过锚索与置于海底的沉块连接锚泊于海床，以确定定位位置。本发明结构简单，拆装方便，整体性结构可靠性强，消浪作用显著且兼顾波浪能转化，能降低工程能源供应成本，适合各类工况。

Description

一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的防波堤及布置方法

技术领域

本发明涉及一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的防波堤及布置方法，属于近海工程技术领域。

背景技术

在海岸及近海工程中，防波堤是一种为削减波浪作用效果而修建于近海区域的水工建筑物，其主要功能是阻断波浪传播、防御波浪对港域的侵袭，维护港池水面平稳，以保证船舶在港内安全停靠、系泊和正常进行货物装卸作业及上下旅客。防波堤按照结构型式可分为斜坡式、直墙式、透空式、浮式、压气式等。近年来，兼有发电功能的防波堤、供人休闲观光的亲水型防波堤等新型防波堤结构型式也得到了相应发展。

在近海环境进行无遮蔽的海上施工活动往往需要良好的波浪条件以满足泊稳需求，例如在进行跨海桥梁的修护，堆石斜坡式防坡堤的修筑等抢险、抢修行动中，经常遭遇恶劣的波浪环境，严重影响海上作业活动的开展进行。故需采取相应措施如布置应急型防波堤以在特定海域削减波浪作用效果，在恶劣的海况环境中为海上无掩护区域作业提供良好的泊稳条件。同时，海上施工行动中大多还需外部持续的能量供应以便抢险抢修工作的顺利开展进行，但在海况环境中，实现清洁、高效且成本低廉的能量供应往往十分困难，现有海上施工中大多需运送专业的发电设备和燃料以维持能源供应，但这种传统的供能方式人力成本和经济成本均较高。

在已公开的涉及海况环境抢险抢修的相关研究资料中，鲜有用于为海况环境下应急抢险工作提供良好波浪掩护条件，同时兼顾波浪能转化利用功能来为海上作业供能的技术方案。因此，有必要寻求可快速、临时性建造、拆卸方便快捷，并可显著削减波浪作用效果并为特定海域提供良好泊稳条件，同时能充分利用海域的波浪条件将波浪能予以转化利用的技术方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的防波堤及布置方法。

技术方案如下：

一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的防波堤，包括角标、上迎浪体、下迎浪体、支梁、锚索和沉块；其中上迎浪体、下迎浪体依托浮体悬浮于水面；角标为依托自身浮力悬浮于水面的中空结构构件，并能与上迎浪体、下迎浪体的迎浪端连接，共同构成防波堤迎浪方向的顶角；支梁为长度可调的刚性构件，固定在上迎浪体、下迎浪体的中间位置，与上迎浪体和下迎浪体相互支承形成A型结构；上迎浪体、下迎浪体及角标通过锚索与置于海底的沉块连接锚泊于海床，以确定定位位置。

进一步地，上迎浪体、下迎浪体均由浮体、若干个波能管道和空气透平组成；浮体为长条状圆筒，下端与多个顺序排列的波能管道连接；波能管道底端以一定倾斜角度向迎浪方向倾斜，与水体间形成用于水柱振荡运动的气室结构，采用振荡水柱波浪能转化原理实现波浪能的转化利用；浮体内部每间隔若一定距离设置一个用于能量转化的空气透平，浮体未连接波能管道的空隙区域布置有用于降低波浪浮托力的竖直通孔。

更进一步地，空气透平采用威尔士透平，向外与外界大气连通，向内与若干个临近的波能管道连接，连接的波能管道共用此空气透平。

一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的防波堤的布置方法，采用上述防波提并采用如下步骤：

步骤S1：根据所需掩护的水域波浪条件和面积大小确定波浪主要来向、所需防波堤迎浪体长度、防波堤V形夹角大小、支梁长度和锚泊系统尺寸参数，并根据工况条件选择合适阻尼的空气透平；

步骤S2：将步骤S1确定长度的浮体、波能管道和空气透平组成迎浪体，并将其同角标一起浮运拖放至预定海域，布置与角标相连接的锚索及沉块以确定角标的位置；使上迎浪体、下迎浪体张开至设计角度并根据波浪方向调整朝向；用角标连接上迎浪体、下迎浪体并将夹角固定锁死；布置与上迎浪体和下迎浪体相连接的锚索及沉块，以确定上迎浪体和下迎浪体的位置；

步骤S3：将步骤S1确定长度的支梁两端与上迎浪体和下迎浪体中间位置牢固连接锁死后形成A型结构的防波堤，至此防波堤能投入工程应用，以实现消浪和波浪能转化功能；

步骤S4：当工程作业活动结束，需要拆除回收防波堤时，先将支梁从上迎浪体和下迎浪体中间位置拆除，断开上迎浪体和下迎浪体与锚索及沉块的连接，将角标与上迎浪体和下迎浪分离，断开角标与锚索及沉块的连接，将上迎浪体、下迎浪体、角标一同浮运至其他区域，完成防波堤的拆除回收。

有益效果：

1)本发明作为一种为无遮蔽的海上施工等作业活动提供波浪条件掩护的临时性防波堤结构，组成构件均为预制结构，结构简单，实际投入使用时可快速、临时性建造并投入使用，拆卸过程方便快捷，可充分重复使用。

2)采用A型防波堤结构和波浪能转化构件设计，采用改变波浪传播方向、波浪力做功、波列干涉消能以及反射消能和紊动消能等方式削减波浪对掩护区的作用效果，显著降低防波堤掩护区波高，作为临时性消浪结构可以在短时间内为后方区域提供良好的防浪掩护。同时A型防波堤结构迎浪体间夹角及迎浪体长度可调节，可结合不同工程特点提供不同类型的波浪掩护，适用工况广泛。

3)兼顾波浪能转化利用功能，利用振荡水柱波浪能转化利用原理、采用阵列波能管道设计提供规模化突出、可靠性强、持续性强的波浪能转化输出，实现清洁、高效且成本低廉的能量供应，可显著降低相关施工所需的能源供应成本，可推广性显著。

4)采用A型结构设计使部分波浪波向改变，降低防波堤堤体在波浪作用下的直接受力，结构构件受力和锚泊系统受力与传统浮式结构直受波浪作用相比均显著降低，结构受力合理，结构强度要求较低，锚泊系统设计要求降低，整体性结构可靠性强，材料及工程成本可显著降低，与现有临时性消浪结构相比，具有较长的生存周期，可适应相对时间较长的海上作业泊稳需求，易于推广使用。

附图说明

图1是防波堤的整体结构俯视图；

图2是防波堤的侧向示意图；

图3是迎浪体结构断面示意图；

其中：1为沉块，2为锚索，3为角标，4为上迎浪体，5为支梁，6为下迎浪体，7为掩护区，8为浮体，9为波能管道，10为通孔，11为空气透平。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

如图1所示一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的防波堤，包括角标3、上迎浪体4、下迎浪体6、支梁5、锚索2和沉块1；其中上迎浪体4、下迎浪体6依托浮体8悬浮于水面；角标3为依托自身浮力悬浮于水面的中空结构构件，并能与上迎浪体4、下迎浪体6的迎浪端连接，共同构成防波堤迎浪方向的顶角；支梁5为长度可调的刚性构件，固定在上迎浪体4、下迎浪体6的中间位置，与上迎浪体4和下迎浪体6相互支承形成A型结构；上迎浪体4、下迎浪体6及角标3通过锚索2与置于海底的沉块1连接锚泊于海床，以确定定位位置。

如图2和图3所示上迎浪体4、下迎浪体6均由浮体8、若干个波能管道9和空气透平11组成；浮体为长条状圆筒，下端与多个顺序排列的波能管道9连接；波能管道9底端以一定倾斜角度向迎浪方向倾斜，与水体间形成用于水柱振荡运动的气室结构，采用振荡水柱波浪能转化原理实现波浪能的转化利用；浮体8内部每间隔若一定距离设置一个用于能量转化的空气透平11，浮体8未连接波能管道9的空隙区域布置有用于降低波浪浮托力的竖直通孔10。

空气透平11采用威尔士透平，向外与外界大气连通，向内与若干个临近的波能管道9连接，连接的波能管道9共用此空气透平11。

一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的防波堤的布置方法，采用上述防波提并采用如下步骤：

步骤S1：根据所需掩护的水域波浪条件和面积大小确定波浪主要来向、所需防波堤迎浪体长度、防波堤V形夹角大小、支梁长度和锚泊系统尺寸参数，并根据工况条件选择合适阻尼的空气透平；

步骤S2：将步骤S1确定长度的浮体、波能管道和空气透平组成迎浪体，并将其同角标一起浮运拖放至预定海域，布置与角标相连接的锚索及沉块以确定角标的位置；使上迎浪体、下迎浪体张开至设计角度并根据波浪方向调整朝向；用角标连接上迎浪体、下迎浪体并将夹角固定锁死；布置与上迎浪体和下迎浪体相连接的锚索及沉块，以确定上迎浪体和下迎浪体的位置；

步骤S3：将步骤S1确定长度的支梁两端与上迎浪体和下迎浪体中间位置牢固连接锁死后形成A型结构的防波堤，至此防波堤能投入工程应用，以实现消浪和波浪能转化功能；

步骤S4：当工程作业活动结束，需要拆除回收防波堤时，先将支梁从上迎浪体和下迎浪体中间位置拆除，断开上迎浪体和下迎浪体与锚索及沉块的连接，将角标与上迎浪体和下迎浪分离，断开角标与锚索及沉块的连接，将上迎浪体、下迎浪体、角标一同浮运至其他区域，完成防波堤的拆除回收。

所需锚泊系统设计需结合工程区域波浪条件决定；上迎浪体、下迎浪体所需锚索及沉块数量及相关设计要求需结合迎浪体长度及迎浪体定位需求予以确定，锚泊系统设计均采用平行型松弛式锚泊方式锚泊基。

当本发明的防波堤布置完成后，形成可掩护特定掩护区的结构，波浪自外海传播作用至防波堤，此时防波堤对掩护区波浪的削减作用主要来自于入射波波向改变、波列干涉消能以及波浪力做功；波浪在与防波堤作用时，由于防波堤堤体尖端朝向波浪来向，对波浪起了导向性作用，故部分波浪在上、下迎浪体作用下使得原有波浪传播方向发生改变，减少了作用于掩护区的波浪，故可显著降低掩护区波高；当波浪作用至迎浪体下部波能管道之间间隙时，还将发生波列干涉消能、反射消能和紊动消能，波能将被进一步衰减。

同时在波浪传播至防波堤上、下迎浪体处时，迎浪体下的波能管道中的水面在波浪作用下发生振荡，即波能管道中的水面会出现周期性升降，推动波能管道与水面间所形成的气室内气体周期性通过空气透平流入、流出，在气流周期性往复运动过程中推动空气透平运动，进而带动发电机发电，实现波浪能转变为电能的能量转移转化过程，进一步削减了入射波浪能量。

因此本发明的防波堤不但提升防波堤自身削减波浪作用、维护掩护区域泊稳条件，还能规模化将波浪能转化利用，在实际海况环境中持续对外供应能量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的防波堤，其特征在于：包括角标(3)、上迎浪体(4)、下迎浪体(6)、支梁(5)、锚索(2)和沉块(1)；其中上迎浪体(4)、下迎浪体(6)依托浮体(8)悬浮于水面；角标(3)为依托自身浮力悬浮于水面的中空结构构件，并能与上迎浪体(4)、下迎浪体(6)的迎浪端连接，共同构成防波堤迎浪方向的顶角；支梁(5)为长度可调的刚性构件，固定在上迎浪体(4)、下迎浪体(6)的中间位置，与上迎浪体(4)和下迎浪体(6)相互支承形成A型结构；上迎浪体(4)、下迎浪体(6)及角标(3)通过锚索(2)与置于海底的沉块(1)连接锚泊于海床，以确定定位位置。

2.如权利要求1所述的防波堤，其特征在于：所述的上迎浪体(4)、下迎浪体(6)均由浮体(8)、若干个波能管道(9)和空气透平(11)组成；浮体为长条状圆筒，下端与多个顺序排列的波能管道(9)连接；波能管道(9)底端以一定倾斜角度向迎浪方向倾斜，与水体间形成用于水柱振荡运动的气室结构，采用振荡水柱波浪能转化原理实现波浪能的转化利用；浮体(8)内部每间隔若一定距离设置一个用于能量转化的空气透平(11)，浮体(8)未连接波能管道(9)的空隙区域布置有用于降低波浪浮托力的竖直通孔(10)。

3.如权利要求2所述的防波堤，其特征在于：所述的空气透平(11)采用威尔士透平，向外与外界大气连通，向内与若干个临近的波能管道(9)连接，连接的波能管道(9)共用此空气透平(11)。

4.一种用于应急抢险并兼顾波浪供能的布置方法，其特征在于：采用如权利要求1至3所述的防波堤并使用如下步骤进行布置：

步骤S1：根据所需掩护的水域波浪条件和面积大小确定波浪主要来向、所需防波堤迎浪体长度、防波堤V形夹角大小、支梁长度和锚泊系统尺寸参数，并根据工况条件选择合适阻尼的空气透平；

步骤S2：将步骤S1确定长度的浮体、波能管道和空气透平组成迎浪体，并将其同角标一起浮运拖放至预定海域，布置与角标相连接的锚索及沉块以确定角标的位置；使上迎浪体、下迎浪体张开至设计角度并根据波浪方向调整朝向；用角标连接上迎浪体、下迎浪体并将夹角固定锁死；布置与上迎浪体和下迎浪体相连接的锚索及沉块，以确定上迎浪体和下迎浪体的位置；

步骤S3：将步骤S1确定长度的支梁两端与上迎浪体和下迎浪体中间位置牢固连接锁死后形成A型结构的防波堤，至此防波堤能投入工程应用，以实现消浪和波浪能转化功能；

步骤S4：当工程作业活动结束，需要拆除回收防波堤时，先将支梁从上迎浪体和下迎浪体中间位置拆除，断开上迎浪体和下迎浪体与锚索及沉块的连接，将角标与上迎浪体和下迎浪分离，断开角标与锚索及沉块的连接，将上迎浪体、下迎浪体、角标一同浮运至其他区域，完成防波堤的拆除回收。