CN110593325A - 一种海上风电基础幕布防冲刷结构及防冲刷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电基础幕布防冲刷结构及防冲刷方法，包括布置在风电基础周围的防冲刷幕布，所述防冲刷幕布覆盖所述风电基础防护范围并嵌入至所述风电基础防护范围内的土体下；所述防冲刷幕布由若干块幕布单体组成，若干块所述幕布单体沿所述风电基础的周向依次排布，并且，相邻两块所述幕布单体之间、在所述幕布单体的边缘处相互搭接；每块所述幕布单体的内侧通过幕布张拉装置固定连接在所述风电基础上、外侧通过所述幕布张拉装置固定连接在简易桩上，所述简易桩固定在海床上。本发明施工简易、工程量小，在提高防冲刷效果的同时可显著降低防护成本，解决了现有海上风电基础防冲刷措施工程量大、施工难度高、经济性差的问题。

Description

一种海上风电基础幕布防冲刷结构及防冲刷方法

技术领域

本发明涉及海上风电基础技术，特别涉及一种海上风电基础幕布防冲刷结构及防冲刷方法。

背景技术

化石能源的日益消耗促使全球的能源结构逐渐转向可再生的清洁能源。风能是一种储量大、分布广的可再生能源，风力发电是技术最为成熟、可大规模开发的风能利用方式。海上风力发电因其风能密度大、风机利用小时数高、不占地等优势而得到广泛的应用。为优化能源消费结构，改善大气环境，我国积极推动可再生能源的发展。2017年我国海上风电装机容量达279万千瓦，我国能源局更是提出了2020年建成3000万千瓦的海上风电的发展目标。

水下基础的冲刷是海上风电建设中的重要工程问题。水下基础的防冲刷措施可分为主动防护和被动防护。被动防护是通过在基础防护范围内铺设块石或柔性材料等防护层以提高海床的抗冲刷能力，最常见的方法是在防护区内铺设石块防护层，类似的方法还有铺设混凝土块、沙袋、混凝土铰链排等。该措施的不足之处是，受地形、水流条件的影响，防护层的抛投质量难以保证，而且大型风电基础防护所需的材料量极大，施工成本高，经济性差。工程实践也表明，抛投料的沉降或复杂水流条件下防护层的失效风险较大。主动防护是通过减小防护区内的水流流速以达到防冲刷的目的，常见的方法有基础前导流板防护，献祭桩群防护等。该类措施同样存在工程量大、施工费用高的缺点，且难以适应流速、流向多变的海洋环境，无法实现水下基础的全面防护。

因此，为弥补现有水下基础防冲刷措施的不足，提高海上风电基础的防护效果，提出一种施工简易、工程量小、经济性好的海上风电基础防冲刷方法是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有海上风电基础防冲刷措施工程量大、施工难度高、经济性差的缺点，提供一种施工简易、工程量小的海上风电基础幕布防冲刷结构及防冲刷方法，在提高防冲刷效果的同时可显著降低防护成本。

本发明所采用的技术方案是：一种海上风电基础幕布防冲刷结构，包括布置在风电基础周围的防冲刷幕布，所述防冲刷幕布覆盖所述风电基础防护范围并嵌入至所述风电基础防护范围内的土体下；所述防冲刷幕布由若干块幕布单体组成，若干块所述幕布单体沿所述风电基础的周向依次排布，并且，相邻两块所述幕布单体之间、在所述幕布单体的边缘处相互搭接；每块所述幕布单体的内侧通过幕布张拉装置固定连接在所述风电基础上、外侧通过所述幕布张拉装置固定连接在简易桩上，所述简易桩固定在海床上。

进一步地，每块所述幕布单体的两侧边缘均配备有一对所述幕布张拉装置，其中一个所述幕布张拉装置用于将所述幕布单体的内侧固定连接在所述风电基础上，另一个所述幕布张拉装置用于将所述幕布单体的外侧固定连接在简易桩上；所述幕布张拉装置包括张拉孔、幕布张拉绳索和用于连接所述幕布单体的防脱挂钩，所述张拉孔固定在所述风电基础或所述简易桩上，所述幕布张拉绳索包括张拉绳和回收绳，所述张拉绳的末端穿过所述张拉孔后与所述回收绳的末端共同连接在所述防脱挂钩上，所述张拉绳和所述回收绳的首端在所述张拉绳张紧后系于所述风电基础上部的风机塔筒上，所述防脱挂钩在所述张拉绳张紧后卡在所述张拉孔上；当收紧所述张拉绳并释放所述回收绳时，能将所述幕布单体向所述张拉孔位置拉张，当收紧所述回收绳释放所述张拉绳时，能将所述幕布单体从水下提升。

其中，对于每一对所述幕布张拉装置，固定在所述风电基础上的所述张拉孔和固定在所述简易桩上的所述张拉孔位于同一径向方位。

其中，所述张拉孔为半圆环结构，所述张拉孔的孔径大于所述张拉绳的直径、小于所述防脱挂钩的大小。

其中，固定在所述简易桩上的所述张拉孔随所述简易桩埋入至所述海床内，埋入深度为1m～2m，使得所述幕布单体嵌入至所述风电基础防护范围内的土体下。

进一步地，每块所述幕布单体呈梯形形状，每块所述幕布单体包括幕布本体和设置在所述幕布本体四周边缘的加强绳，所述加强绳在所述幕布本体的四角形成用于连接所述幕布张拉装置的防脱挂钩的张拉绳环。

其中，所述幕布本体采用柔性材料制成。

进一步地，每块所述幕布单体的外侧边缘的中部设置有配重块，防止所述幕布单体的外侧边缘在水下因水流而扬起导致防护效果减弱。

进一步地，所述简易桩采用木桩、刚桩或混凝土桩的其中一种。

本发明所采用的另一技术方案是：一种海上风电基础幕布防冲刷方法，采用上述海上风电基础幕布防冲刷结构，包括以下步骤：

步骤1，在风电基础和简易桩上分别预制张拉孔，幕布张拉绳索预先穿入张拉孔；

步骤2，风电基础、简易桩连带幕布张拉绳索安装沉放到位；

步骤3，防冲刷幕布挂入幕布张拉绳索端部的防脱挂钩，幕布张拉绳索张紧使防冲刷幕布在水下张拉平铺，覆盖防护区域；

步骤4：幕布张拉绳索张紧后系于风机塔筒上的预制栓绳点。

本发明的有益效果是：

本发明一种海上风电基础幕布防冲刷结构及防冲刷方法，采用柔性幕布材料替代传统的石块、沙袋、混凝土块、混凝土铰链排等防护结构，显著降低防护工程的工程量；防冲刷幕布可全面地覆盖水下防护区域，且柔性幕布材料的变形能力强，能适应水下复杂的水流条件，全方位地防护风电基础；幕布的质量小，可有效避免因防护材料的沉降而造成的防护失效；幕布采用场外预制、现场安装的施工方法，大幅度提高现场施工效率；幕布的安装采用水上作业、水下张拉的方式，施工简易，且幕布的维护、更换、拆除十分方便。与现有的防护方法相比，这种海上风电基础幕布防冲刷方法不但能更好地防止水流冲刷风电基础，提升风电基础的防护效果，节省大量的防护材料，显著地降低防护成本，而且安装简易，施工高效，工程后期的维护、拆除等工作方便。

附图说明

图1：本发明海上风电基础幕布防冲刷结构示意图；

图2：为图1的正视图；

图3：本发明的幕布结构细节图；

图4：本发明的幕布搭接示意图；

图5：本发明的幕布张拉结构局部示意图(幕布张拉示意图)：

附图标注：1-风机塔筒；2-风电基础；3-简易桩；4-幕布单体；4.1-一号幕布单体；4.2-二号幕布单体；4.3-三号幕布单体；4.4-四号幕布单体；5-幕布张拉绳索；5.1-张拉绳；5.2-回收绳；6-张拉孔；7-栓绳点；8-幕布本体；9-加强绳；10-张拉绳环；11-配重块；12-防脱挂钩；

I-海床。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如附图1至图5所示，一种海上风电基础幕布防冲刷结构，包括布置在所述风电基础2周围的防冲刷幕布，所述防冲刷幕布覆盖所述风电基础2防护范围并嵌入至所述风电基础2防护范围内的土体下；所述防冲刷幕布由若干块幕布单体4组成，若干块所述幕布单体4沿所述风电基础2的周向依次排布，并且，相邻两块所述幕布单体4之间、在所述幕布单体4的边缘处相互搭接；每块所述幕布单体4的内侧通过幕布张拉装置固定连接在所述风电基础2上、外侧通过所述幕布张拉装置固定连接在简易桩3上，所述简易桩3固定在海床I上。

每块所述幕布单体4的两侧边缘均配备有一对所述幕布张拉装置，其中一个所述幕布张拉装置用于将所述幕布单体4的内侧固定连接在所述风电基础2上，另一个所述幕布张拉装置用于将所述幕布单体4的外侧固定连接在简易桩3上。如图5所示，所述幕布张拉装置包括张拉孔6、幕布张拉绳索5和防脱挂钩12。所述张拉孔6固定在所述风电基础2或所述简易桩3上，固定在所述简易桩3上的所述张拉孔6位于所述简易桩3桩体侧面，并随所述简易桩3埋入至所述海床I内，埋入深度为1m～2m，使得所述幕布单体4嵌入至所述风电基础2防护范围内的土体下；对于每一对所述幕布张拉装置，固定在所述风电基础2上的所述张拉孔6和固定在所述简易桩3上的所述张拉孔6位于同一径向方位；所述张拉孔6为半圆环结构，所述张拉孔6的孔径大于所述张拉绳5.1的直径、小于所述防脱挂钩12的大小。所述幕布张拉绳索5包括张拉绳5.1和回收绳5.2，所述张拉绳5.1的末端穿过所述张拉孔6后与所述回收绳5.2的末端共同连接在所述防脱挂钩12上，所述张拉绳5.1和所述回收绳5.2的首端在所述张拉绳5.1张紧后系于所述风电基础2上部的风机塔筒1上。所述防脱挂钩12用于连接所述幕布单体4的张拉绳环10，在所述张拉绳5.1张紧后卡在所述张拉孔6上。当收紧所述张拉绳5.1并释放所述回收绳5.2时，能将所述幕布单体4向所述张拉孔6位置拉张，当收紧所述回收绳5.2释放所述张拉绳5.1时，能将所述幕布单体4从水下提升，进行幕布单体4的维护、更换或拆除。

如图3所示，每块所述幕布单体4预制成呈梯形形状，每块所述幕布单体4包括幕布本体8和缝制在所述幕布本体8四周边缘的加强绳9，所述幕布本体8采用高强度土工布等柔性材料制成，所述加强绳9在所述幕布本体8的四角形成张拉绳环10，所述张拉绳环10在所述幕布单体4张拉时连接于所述幕布张拉装置的防脱挂钩12，实现所述幕布单体4的张拉。所述幕布单体4的数量及大小根据防护区域大小确定，所述幕布单体4数量一般为3～6块，各幕布单体4之间有适当的搭接区域。每块所述幕布单体4的外侧边缘的中部设置有配重块11，防止所述幕布单体4的外侧边缘在水下因水流而扬起导致防护效果减弱。

所述简易桩3采用木桩、刚桩、混凝土桩等形式，所述简易桩3的形式、大小根据实际环境和受力条件选取。

本实施例中，所述风电基础2为筒型基础，基础直径35m，高度15m，基础入土深度13m。所述风电基础2的顶部边缘每隔90°预制一对张拉孔6，用于分别连接相邻两块所述幕布单体4，每对所述张拉孔6间隔10°以保证相邻两块所述幕布单体4的充分搭接。所述简易桩3采用直径0.3m、长度3m的钢管桩，在距离桩顶1m位置预制一对张拉孔6，用于分别连接相邻两块所述幕布单体4。本实施例中共设置4个所述钢管桩，所述钢管桩与所述风电基础2上的张拉孔6位于同一径向方位，所述钢管桩距所述风电基础2中心75m。所述张拉绳5.1和所述回收绳5.2均采用高强度的迪尼玛绳。所述张拉孔6为半圆环钢制结构，焊接于所述钢管桩及所述风电基础2的指定位置，其孔径为10cm，可穿过一根所述张拉绳5.1，同时又可防止所述防脱挂钩12穿过。本实施例中共有16个张拉孔6，配套16根幕布张拉绳索5，将张拉绳5.1自下而上穿过张拉孔6后，风电基础2与钢管桩连带幕布张拉绳索5进行下沉安装。本实施例中共设四块所述幕布单体4，分别为一号幕布单体4.1、二号幕布单体4.2、三号幕布单体4.3和四号幕布单体4.4，为保证防冲刷幕布完全覆盖防护区域，相邻幕布单体之间有一定的搭接区域。所述幕布单体的搭接方式如图4所示，四块幕布单体按照一号幕布单体4.1、二号幕布单体4.2、三号幕布单体4.3、四号幕布单体4.4的顺序进行安装以保证相邻幕布单体间的充分搭接。

采用上述海上风电基础幕布防冲刷结构的防冲刷方法，包括以下步骤：

步骤1，在风电基础2和简易桩3上分别预制张拉孔6，幕布张拉绳索5预先穿入张拉孔6。

步骤2，风电基础2、简易桩3连带幕布张拉绳索5安装沉放到位。

步骤3，当风电基础2与简易桩3沉放安装到位后，即可安装防冲刷幕布。安装每块幕布单体4时，先收起回收绳5.2直至防脱挂钩12上升至水上工作面；然后，将幕布单体4的张拉绳环10挂入幕布张拉绳索5端部的防脱挂钩12，如图5所示；最后将幕布单体4沉放入水，收紧张拉绳5.1直至防脱挂钩12卡住张拉孔6。当幕布单体4四角的张拉绳5.1均张紧时，幕布单体4即可在水下张拉平铺，覆盖防护区域。

步骤4：幕布张拉绳索5张紧后系于风机塔筒1上的预制栓绳点7，完成一块幕布单体4的安装。由于简易桩3上的张拉孔6位于土下1m位置，因此简易桩3上的张拉绳5.1张紧时幕布单体4将嵌入土下，幕布单体4可更好的覆盖防护区域，防冲刷效果更好。

步骤5，按上述步骤将多块幕布单体4依次进行安装，并保证相邻幕布单体4间的充分搭接，完成防冲刷幕布的安装。

当需要维护、更换或拆除幕布单体4时，仅需收起回收绳5.2并释放张拉绳5.1，即可将幕布单体4提升至水上工作面进行后续操作。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上风电基础幕布防冲刷结构，其特征在于，包括布置在风电基础(2)周围的防冲刷幕布，所述防冲刷幕布覆盖所述风电基础(2)防护范围并嵌入至所述风电基础(2)防护范围内的土体下；所述防冲刷幕布由若干块幕布单体(4)组成，若干块所述幕布单体(4)沿所述风电基础(2)的周向依次排布，并且，相邻两块所述幕布单体(4)之间、在所述幕布单体(4)的边缘处相互搭接；每块所述幕布单体(4)的内侧通过幕布张拉装置固定连接在所述风电基础(2)上、外侧通过所述幕布张拉装置固定连接在简易桩(3)上，所述简易桩(3)固定在海床(I)上。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电基础幕布防冲刷结构，其特征在于，每块所述幕布单体(4)的两侧边缘均配备有一对所述幕布张拉装置，其中一个所述幕布张拉装置用于将所述幕布单体(4)的内侧固定连接在所述风电基础(2)上，另一个所述幕布张拉装置用于将所述幕布单体(4)的外侧固定连接在简易桩(3)上；所述幕布张拉装置包括张拉孔(6)、幕布张拉绳索(5)和用于连接所述幕布单体(4)的防脱挂钩(12)，所述张拉孔(6)固定在所述风电基础(2)或所述简易桩(3)上，所述幕布张拉绳索(5)包括张拉绳(5.1)和回收绳(5.2)，所述张拉绳(5.1)的末端穿过所述张拉孔(6)后与所述回收绳(5.2)的末端共同连接在所述防脱挂钩(12)上，所述张拉绳(5.1)和所述回收绳(5.2)的首端在所述张拉绳(5.1)张紧后系于所述风电基础(2)上部的风机塔筒(1)上，所述防脱挂钩(12)在所述张拉绳(5.1)张紧后卡在所述张拉孔(6)上；当收紧所述张拉绳(5.1)并释放所述回收绳(5.2)时，能将所述幕布单体(4)向所述张拉孔(6)位置拉张，当收紧所述回收绳(5.2)释放所述张拉绳(5.1)时，能将所述幕布单体(4)从水下提升。

3.根据权利要求2所述的一种海上风电基础幕布防冲刷结构，其特征在于，对于每一对所述幕布张拉装置，固定在所述风电基础(2)上的所述张拉孔(6)和固定在所述简易桩(3)上的所述张拉孔(6)位于同一径向方位。

4.根据权利要求2所述的一种海上风电基础幕布防冲刷结构，其特征在于，所述张拉孔(6)为半圆环结构，所述张拉孔(6)的孔径大于所述张拉绳(5.1)的直径、小于所述防脱挂钩(12)的大小。

5.根据权利要求2所述的一种海上风电基础幕布防冲刷结构，其特征在于，固定在所述简易桩(3)上的所述张拉孔(6)随所述简易桩(3)埋入至所述海床(I)内，埋入深度为1m～2m，使得所述幕布单体(4)嵌入至所述风电基础(2)防护范围内的土体下。

6.根据权利要求1所述的一种海上风电基础幕布防冲刷结构，其特征在于，每块所述幕布单体(4)呈梯形形状，每块所述幕布单体(4)包括幕布本体(8)和设置在所述幕布本体(8)四周边缘的加强绳(9)，所述加强绳(9)在所述幕布本体(8)的四角形成用于连接所述幕布张拉装置的防脱挂钩(12)的张拉绳环(10)。

7.根据权利要求6所述的一种海上风电基础幕布防冲刷结构，其特征在于，所述幕布本体(8)采用柔性材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种海上风电基础幕布防冲刷结构，其特征在于，每块所述幕布单体(4)的外侧边缘的中部设置有配重块(11)，防止所述幕布单体(4)的外侧边缘在水下因水流而扬起导致防护效果减弱。

9.根据权利要求1所述的一种海上风电基础幕布防冲刷结构，其特征在于，所述简易桩(3)采用木桩、刚桩或混凝土桩的其中一种。

10.一种海上风电基础幕布防冲刷方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任意一项所述的海上风电基础幕布防冲刷结构，包括以下步骤：

步骤1，在风电基础(2)和简易桩(3)上分别预制张拉孔(6)，幕布张拉绳索(5)预先穿入张拉孔(6)；

步骤2，风电基础(2)、简易桩(3)连带幕布张拉绳索(5)安装沉放到位；

步骤3，防冲刷幕布挂入幕布张拉绳索(5)端部的防脱挂钩(12)，幕布张拉绳索(5)张紧使防冲刷幕布在水下张拉平铺，覆盖防护区域；

步骤4：幕布张拉绳索(5)张紧后系于风机塔筒(1)上的预制栓绳点(7)。