CN109372005B - 一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础 - Google Patents

一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础 Download PDF

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Abstract

一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础，通过在负压筒之间焊接环形连接舱形成整体环形结构，负压筒上部设有环形顶板和过渡段，过渡段上部连接导管架；设有的减流网由钢管框架和聚乙烯网组成，钢管框架与环形连接舱焊接，并与环形顶板浇筑在一起；设有由尼龙绳和废旧轮胎连接成网状结构的防冲网栅，其上设有人工鱼礁群均布压置于防冲网栅的上方。负压筒顶和环形连接舱上均设有抽负压开孔并穿过上方的环形顶板，用于连接抽负压设备。有益效果是：相比于目前的海上风机基础形式，降低海上风机基础和人工鱼礁的建设施工成本，提高海上风机基础的抗冲刷能力，减少海上风机对海洋环境的不利影响，提高海上风电场的生态效益。

Description

一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础
技术领域
本发明属于海上风力发电基础结构技术领域,特别是涉及一种具有鱼礁增殖功能和具备抗冲刷能力的负压多桶式联合基础。
背景技术
近年来，海上风电作为一种绿色清洁可再生能源发展迅速，开发前景十分广阔。海上风电具有年平均风速高、湍流度小、不占用土地资源、年利用小时高、距离用电中心近等显著优势。但由于海上环境复杂，与陆上风机相比，海上风机受到风浪流的联合作用，荷载情况更为复杂，而且海水对基础具有明显的冲刷与侵蚀作用，所以海上风电对基础要求较高，海上风电基础建造成本较高昂。
人工鱼礁是人为在海中设置的构造物，具有改善海域生态环境，为海洋生物营造良好的栖息环境，为鱼类、贝类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所，从而达到保护、增殖和提高渔获量等功能。根据目前国内外已投放的人工鱼礁的情况来看，人工鱼礁可进行近海海洋生物栖息地和渔场的修复，并且效果明显。
随着海上风电场的发展，海上风电场与海上渔场的争地矛盾将愈发凸显，实现海上风电场与海上渔场的联合定位、协调发展将是未来双方进一步发展的重要方式。而要想实现两者的联合开发定位，首先就要解决因风机基础的冲刷而导致的海水水体混浊问题，就目前的风机基础形式和防冲刷措施并不能解决冲刷起砂问题。
目前不管是对于风机基础还是人工鱼礁而言，其建设施工成本都较为高昂，是一项阻碍其发展的重要因素，降低其建设和施工成本是一个热点问题，此外，风机基础与人工鱼礁结构相结合的形式将有助于降低基建成本，提高经济效益与风电场生态效益。
发明内容
本发明旨在针对上述问题，提出一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础结构，相比于目前的海上风机基础形式，降低海上风机基础和人工鱼礁的建设施工成本，提高海上风机基础的抗冲刷能力，减少海上风机对海洋环境的不利影响，提高海上风电场的生态效益，为实现海上风电场与渔场联合定位开发提供一种风机基础形式。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础，包括负压筒、过渡段、环形顶板、环形连接舱、减流网、防冲网栅、人工鱼礁群、导管架，负压筒与环形顶板浇筑为一体从而固定连接，负压筒筒顶预留用于抽负压的开孔并通过钢管穿过环形顶板直至伸出过渡段以连接抽负压设备；过渡段为圆台状结构，其母线应根据受力计算结果选用圆弧或二次曲线，其下部与环形顶板浇筑为一体，上部预留钢管开孔，并通过法兰与导管架相连；环形连接舱为下方开口的圆弧形槽，与负压筒的筒壁外侧焊接相连，环形顶板上设有连接负压筒的抽负压开孔，用于连接抽负压设备；减流网由钢管框架和聚乙烯网组成，钢管框架与环形连接舱焊接，并与环形顶板浇筑在一起，聚乙烯网挂靠在钢管框架上；防冲网栅为网状结构，并挂靠在环形顶板内沿预制的挂钩上；人工鱼礁群均布压置于防冲网栅的上方；导管架为钢管焊接而成的钢架结构，以过渡段为着力点，其下方与过渡段通过法兰相连，上部通过法兰与塔筒相接，其中与过渡段之间相接的钢管同时作为抽负压的水气流通道。其中过渡段及环形顶板为预应力钢筋混凝土结构。
进一步的，环形顶板分为环形舱上部环形顶板和外伸环形顶板两部分，其中环形舱上部环形顶板下部与负压筒、环形连接舱组成的环形结构浇筑为一体，环形舱上部环形顶板留有用于抽负压的开孔，外伸环形顶板下部有楔形肋板以增强支撑。
进一步的，在两个相邻负压筒之间的环形连接舱中间部位通过焊接径向钢板来分舱，使每个环形连接舱内分为两个舱室，分开的两个舱室上方都设有抽负压开孔并穿过上方的环形顶板，用于连接抽负压设备。
进一步的，防冲网栅由尼龙绳和废旧轮胎连接成网状结构，其中废旧轮胎为主体，尼龙绳连接废旧轮胎，并挂靠在环形顶板内沿预制的挂钩上。
进一步的，人工鱼礁群为钢制鱼礁、混凝土鱼礁或其组合中的一种。
本发明的有益效果是：
一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础因其属于宽浅型基础，不需要打桩，相比于单桩基础具有施工时间短，施工成本低的优点；因其环状构造与人工鱼礁群的压载，相比于同等承载力筒型基础具有建造费用低，材料利用率高，受力更合理，拖航难度小的优点；因其负压筒之间通过连接舱连接，相比于单纯负压筒与导管架结合的基础，其承载力可得到明显的提升；本发明相较于目前流行的海上风机基础形式具备建造成本、施工成本及承载能力上的优势。
受益于一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础的施工过程中人工鱼礁群压置于防冲网栅上与基础共同下沉的施工工艺，可解决大规模人工鱼礁群的沉放问题，并且由于防冲网栅所具备的承载能力和加固海床能力，可防止人工鱼礁出现下陷、被泥沙覆盖、受水流冲刷移动等问题，从而降低人工鱼礁的施工成本，并提高了人工鱼礁的使用寿命。
因海上风机基础的存在而对海床面产生冲刷的机理是由于水流流经基础后在基础后方形成漩涡从而对海床产生掏刷作用引起的，由于在环内设置了防冲网栅，覆盖了人工鱼礁群，从而强化加固了海床，并扰乱了原有水流流态，又通过设置减流网，使流经基础的水流流速变缓，综合以上，本发明可实现较好的防冲刷效果。
附图说明
图1一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础立面图(未附鱼礁)；
图2一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础俯视图(未附鱼礁)。
图3一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础示意图(未附鱼礁)
图4一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础示意图(附鱼礁)
图中1、负压筒；2、过渡段；3、环形顶板；4、环形连接舱；5、减流网；6、防冲网栅；7、人工鱼礁群；8、导管架；9、抽负压开孔；10、水气流通道。
具体实施方式
参见附图1-4，本发明一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础，主要由负压筒1、过渡段2、环形顶板3、环形连接舱4、减流网5、防冲网栅6、人工鱼礁群7、导管架8构成。其中，负压筒1为经过防腐处理的钢制筒，筒顶预留用于抽负压的开孔并通过钢管穿过筒顶上部的环形顶板3直至伸出过渡段2以连接抽负压设备；过渡段2为母线为圆弧的圆台状预应力钢筋混凝土结构，其母线应根据受力计算结果选用圆弧或二次曲线，下部与环形顶板3浇筑为一体，上部中心处预留钢管开孔，并通过法兰与导管架8相连；环形顶板3为预应力钢筋混凝土结构，可分为环形舱上部环形顶板和外伸环形顶板两部分，其中环形舱上部环形顶板的下部与负压筒1、环形连接舱4组成的环形结构浇筑为一体，并留有用于抽负压的抽负压开孔9，环形舱上部环形顶板向外周延伸形成外伸环形顶板，外伸环形顶板下部有楔形肋板以增强支撑；环形连接舱4为下方开口经防腐处理的钢制圆弧形槽，该圆弧形槽的两侧边与负压筒1的筒壁外侧焊接相连，所有负压筒1经过环形连接舱4焊接相连为一体后，整体形成环形结构。在两个相邻负压筒1之间的环形连接舱4中间部位通过焊接径向钢板来分舱，使每个环形连接舱4内分为两个舱室，分开的两个舱室上方都设有抽负压开孔9并穿过上方的环形顶板3，用于连接抽负压设备；减流网5由钢管框架和聚乙烯网组成，钢管框架与环形连接舱4焊接，并与环形顶板3浇筑在一起，经过过渡段2时与过渡段2通过预埋浇筑的螺栓连接件进行螺栓连接，以避免穿过过渡段2，聚乙烯网挂靠在钢管框架上，其层数可视海流情况而定；防冲网栅6由尼龙绳和废旧轮胎连接成网状结构，其中废旧轮胎为主体，尼龙绳穿过废旧轮胎挂靠在环形顶板3内沿预制的挂钩上，其中轮胎布置方式可为纵横布置或环向布置；人工鱼礁群7由钢制鱼礁、混凝土鱼礁及其他材料鱼礁组合而成，均布压置于防冲网栅6的上方；导管架8为钢管焊接而成的钢架结构，以过渡段2为着力点，其下方与过渡段2通过法兰相连，上部通过法兰与风机塔筒相接，其中与过渡段2之间相接的钢管同时作为抽负压的水气流通道10。
该实施例中：负压筒1高为10m，外径6m，侧壁壁厚0.035m，筒顶壁厚0.05m，负压开孔直径为0.5m；过渡段2下部外径6m，上部外径为3m，高为5m，壁厚0.4m；环形顶板3内径为37m，外径为47m，板厚0.8m；环形连接舱4内径为37m，外径为43m，侧壁壁厚为加0.035m，舱顶壁厚0.04m，分舱隔板壁厚0.04m；减流网5直径为40m，高3.5m，钢管架钢管直径为0.15m，壁厚为0.003m，所挂聚乙烯网网目孔隙率为60％；防冲网栅6所用轮胎直径大小不一，但轮胎宽度应达到0.3m，所用尼龙绳直径为0.1m；人工鱼礁群7中所用人工鱼礁高度应介于1.5-3m，最大单体体积应小于30m3；导管架8主杆直径为2.8m，壁厚0.025m，腹杆直径为1.4m，壁厚0.015m，主杆倾斜率为23.5°，高35m。
本发明的施工过程：(1)负压筒1、过渡段2、环形顶板3、环形连接舱4、减流网5、防冲网栅6、人工鱼礁群7、导管架8标准化、一体化生产，并将负压筒1、过渡段2、环形顶板3、环形连接舱4、减流网5、防冲网栅6在陆上安装预制为一体；(2)将预制成型的结构拖航至沉放地点，将人工鱼礁7和导管架8由船载运至沉放地点；(3)将人工鱼礁群7吊放至防冲网栅6上；(4)将导管架8与过渡段2相连接；(5)安装抽气管道，进行沉放工作，在结构自重作用下结构下缘进入海床后，抽负压以至环形基础侧壁完全插入海床，再经对不同舱室抽负压调平基础后，安装完成。

Claims (4)

1.一种与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础装置，包括负压筒（1）、过渡段（2）、环形顶板（3）、环形连接舱（4）、减流网（5）、防冲网栅（6）、人工鱼礁群（7）、导管架（8），其特征是：负压筒（1）与环形顶板（3）浇筑为一体从而固定连接，负压筒（1）筒顶预留用于抽负压的开孔并通过钢管穿过环形顶板（3）直至伸出过渡段（2）以连接抽负压设备；过渡段（2）为圆台状结构，其母线应根据受力计算结果选用圆弧或二次曲线，其下部与环形顶板（3）浇筑为一体，上部预留钢管开孔，并通过法兰与导管架（8）相连；环形连接舱（4）为下方开口的圆弧形槽，与负压筒（1）的筒壁外侧焊接相连，环形顶板（3）上设有连接负压筒（1）的抽负压开孔（9），用于连接抽负压设备；减流网（5）由钢管框架和聚乙烯网组成，钢管框架与环形连接舱（4）焊接，并与环形顶板（3）浇筑在一起，聚乙烯网挂靠在钢管框架上；防冲网栅（6）为网状结构，并挂靠在环形顶板（3）内沿预制的挂钩上；人工鱼礁群（7）均布压置于防冲网栅（6）的上方；导管架（8）为钢管焊接而成的钢架结构，以过渡段（2）为着力点，其下方与过渡段（2）通过法兰相连，上部通过法兰与塔筒相接，其中与过渡段（2）之间相接的钢管同时作为抽负压的水气流通道；
过渡段（2）及环形顶板（3）为预应力钢筋混凝土结构；
环形顶板（3）分为环形舱上部环形顶板和外伸环形顶板两部分，其中环形舱上部环形顶板下部与负压筒（1）、环形连接舱（4）组成的环形结构浇筑为一体，环形舱上部环形顶板留有用于抽负压的开孔，外伸环形顶板下部有楔形肋板以增强支撑；
在两个相邻负压筒（1）之间的环形连接舱（4）中间部位通过焊接径向钢板来分舱，使每个环形连接舱（4）内分为两个舱室，分开的两个舱室上方都设有抽负压开孔（9）并穿过上方的环形顶板（3），用于连接抽负压设备。
2.根据权利要求1所述的与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础装置，其特征是：聚乙烯网挂靠在钢管框架上，其层数可视海流情况而定。
3.根据权利要求1所述的与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础装置，其特征是：防冲网栅（6）由尼龙绳和废旧轮胎连接成网状结构，其中废旧轮胎为主体，尼龙绳连接废旧轮胎，并挂靠在环形顶板（3）内沿预制的挂钩上。
4.根据权利要求1所述的与人工鱼礁结合的抗冲刷负压多桶联合式海上风机基础装置，其特征是：人工鱼礁群（7）为钢制鱼礁、混凝土鱼礁或其组合中的一种。
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