CN111576470B - 一种海洋工程风机基础单桩冲刷防护结构及其冲刷深度折减量计算方法 - Google Patents

一种海洋工程风机基础单桩冲刷防护结构及其冲刷深度折减量计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海洋工程风机基础单桩冲刷防护结构及其冲刷深度折减量计算方法，其中该结构包括相互之间具有一定距离的外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层，所述外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层之间通过钢制珩架固定连接，所述外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层上设置有多个可透水圆形孔。本发明设计的冲刷防护结构及其冲刷深度折减量获取计算方法，可以在安全生产前提下，大幅减少风机单桩基础的设计深度，大大减少工程预算，并且对于风机单桩基础的在位稳定性提供了极大的保障。

Description

一种海洋工程风机基础单桩冲刷防护结构及其冲刷深度折减 量计算方法
技术领域
本发明涉及海上风电工程领域，尤其涉及一种海洋工程风机基础单桩冲刷防护结构及其冲刷深度折减量计算方法。
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。目前在水深30m以内的海上风电场，多采用固定式单桩基础的形式。单桩基础已然成为海上风电工程领域中最广泛应用的一种基础形式。海流遇到桩柱的阻碍后会发生绕流，使得海流在桩柱周围流速加快，从而容易在单桩基础的外周形成冲刷坑。设计和实施有效的冲刷防护措施，对于保证基础结构以及整体结构的稳定性有重要的作用。传统的抛石、沙包等防护措施，海上施工耗时较长，防护区域内抛投施工后的均匀性不易保证，其中，抛石施工也容易对基础结构造成损伤；沙包容易在施工过程中破损，且容易因包内沙料液化，造成冲刷防护失效。
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，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
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种海洋工程风机基础单桩的冲刷防护结构及其冲刷深度折减量计算方法，其中一种海洋工程风机基础单桩的冲刷防护结构的技术方包括：相互之间具有一定距离的外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层，所述外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层之间通过钢制珩架固定连接，所述外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层上设置有多个可透水圆形孔。
所述外层风机圆环透水结构和中层圆环透水层包括内侧钢筋网、外侧钢筋网所构成的圆环柱形区域；
所述内层圆环消能层包括多孔泡沫材料层、内侧钢筋网和外侧钢筋网，所述多孔泡沫材料层被内侧钢筋网和外侧钢筋网夹持固定。
一种冲刷防护结构的最终冲刷深度折减量计算方法，包括如下步骤：
根据局部冲刷预测理论，分析单柱局部冲刷最大冲刷深度的多重因素，涉及到冲刷防护结构的最终冲刷深度相关参数如下：其中S/Sref表示的冲刷防护之后的冲刷深度与无冲刷保护时风机基础的局部冲刷深度之间的比值即冲刷深度折减量，Sref是无冲刷保护时风机基础的局部冲刷深度，
S/Sref＝Ψ1(H/D)Ψ2(θ)Ψ3(P)
其中H/D为高宽比，θ代表流场条件、P代表冲刷保护结构的透水率，其中透水率P表示为外层风机圆环透水结构(1)、中层圆环透水层(2)和内层圆环消能层(3)的可透水圆形空面积总和与总截面面积的比值，分别表示为P1，P2，P3，当高宽比H/D在不同的阈值期间时Ψ1取值不同，当流场条件θ在不同的阈值期间时Ψ2取值不同，通过对结构透水率P进行限定获得Ψ3的取值。
进一步的，当高宽比H/D在不同的阈值期间时，从而对Ψ1进行赋值；
当H/D>2时，Ψ1＝1；
当2>H/D>0.7时，Ψ1＝0.75；
当0.7>H/D>0.4，Ψ1＝0.4；
当H/D＜0.4时，Ψ1＝0.12；
当流场条件θ在不同的阈值期间时，从而对Ψ2进行赋值：
当2.25≥θ/θcr>1时Ψ2＝1；当θ/θcr>2.25时，Ψ2＝2.8。
进一步的，通过对结构透水率P进行界定，取得该冲刷防护结构的最终冲刷深度的折减量：
Ψ3＝β(1-P)0.75
其中P的取值范围为：0＜P＜1，其中β为冲刷防护措施安全系数，根据实际工程要求取值。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种海洋工程风机基础单桩的冲刷防护结构及其冲刷深度折减计算方法，采用低高宽比与高透水的特性对基础单桩周边的海床进行防冲刷保护，通过以上两种特性大幅减少海流对基础单桩周围的冲刷，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。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明海洋工程风机基础单桩的冲刷防护结构示意图；
图2为本发明冲刷深度折减计算方法的实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种海洋工程风机基础单桩的冲刷防护结构，具体的说就是一种能够借助该结构较小的高宽比及透水特性减小海流在桩柱周围流速，并进一步减小单桩基础外周形成的冲刷坑。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，该冲刷防护结构具体方案包括：相互之间具有一定距离的外层风机圆环透水结构1、中层圆环透水层2和内层圆环消能层3，其直径分别为5倍，3倍，和2倍的风机基础单桩直径，所述外层风机圆环透水结构1、中层圆环透水层2和内层圆环消能层3之间通过钢制珩架固定连接，在外层风机圆环透水结构1、中层圆环透水层2和内层圆环消能层3上设置有多个可透水圆形孔4；透水圆形孔的直径为0.1倍的风机基础单桩直径，数量可根据实际工况进行调整；其中外层风机圆环透水结构1和中层圆环透水层2包括内侧钢筋网、外侧钢筋网所构成的圆环柱形区域；其中内层圆环消能层3包括多孔泡沫材料层、内侧钢筋网和外侧钢筋网，所述多孔泡沫材料层被内侧钢筋网和外侧钢筋网夹持固定。
一种冲刷防护结构的最终冲刷深度折减计算方法，包括如下步骤：
根据局部冲刷预测理论，分析单柱局部冲刷最大冲刷深度的多重因素，涉及到冲刷防护结构的最终冲刷深度计算表达式如下：其中S/Sref表示的冲刷防护之后的冲刷深度与无冲刷保护时风机基础的局部冲刷深度之间的比值即冲刷深度折减计算量，Sref是无冲刷保护时风机基础的局部冲刷深度，
S/Sref＝Ψ1(H/D)Ψ2(θ)Ψ3(P)
其中H/D为冲刷防护圆环透水结构的结构特征参数、即高宽比；θ代表流场条件，反应相应区域的洋流速度和所处海床泥沙特征的共同影响；P代表冲刷保护结构透水率，通过圆环保护结构上的可透水圆形孔改变结构迎流面的流场结构，达到减少局部冲刷深度的效果，其中透水率P表示为外层风机圆环透水结构1、中层圆环透水层2和内层圆环消能层3的可透水圆形孔总面积与圆环透水结构展开面面积(A＝h×πD)的比值，分别表示为P1，P2，P3。当高宽比H/D在不同的阈值期间时Ψ1取值不同，当流场条件θ在不同的阈值期间时Ψ2取值不同，通过对结构透水率P进行限定获得Ψ3的取值。通过对上述三个参数进行取值，可带入局部冲刷预测理论最大冲刷深度预测计算公式中，得到冲刷防护结构相对于无防护结构的最大冲刷深度比值。
进一步的，当高宽比H/D在不同的阈值期间时，从而对Ψ1进行赋值；
当H/D>2时，Ψ1＝1；
当2>H/D>0.7时，Ψ1＝0.75；
当0.7>H/D>0.4，Ψ1＝0.4；
当H/D＜0.4时，Ψ1＝0.12；
当流场条件θ在不同的阈值期间时，从而对Ψ2进行赋值：
当2.25≥θ/θcr>1时Ψ2＝1；当θ/θcr>2.25时，Ψ2＝2.8。
进一步的，对结构透水率P进行界定，首先取得外层，中层和内层圆环透水层的名义透水率
P＝0.5P1+0.3P2+0.2P3，即对P进行加权求和。
取得该冲刷防护结构的最终冲刷深度的折减量：
Ψ3＝β(1-P)0.75
其中P的取值范围为：0＜P＜1，其中β为冲刷防护措施安全系数，取值根据实际工程要求，在0.5718-4.78543之间取值。
如图2所示，S/Sref表示的冲刷防护之后的冲刷深度与无冲刷保护时风机基础的局部冲刷深度之间的比值，数值越小意味着冲刷防护效果越好，随着结构透水率P的增长，最大冲刷深度大幅度降低。同时随着高宽比H/D增大，冲刷防护效果也在进一步增大。选择合适的结构透水率P和高宽比H/D，对于结构的冲刷防护效果至关重要。
根据本发明设计的冲刷防护结构及其冲刷深度折减量获取计算方法，可以在安全生产前提下，大幅减少风机单桩基础的设计深度，大大减少工程预算，并且对于风机单桩基础的在位稳定性提供了极大的保障。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种海洋工程风机基础单桩冲刷防护结构的最终冲刷深度折减量计算方法，其特征在于：该海洋工程风机基础单桩冲刷防护结构包括：相互之间具有一定距离的外层风机圆环透水结构(1)、中层圆环透水层(2)和内层圆环消能层(3)，所述外层风机圆环透水结构(1)、中层圆环透水层(2)和内层圆环消能层(3)之间通过钢制珩架固定连接，所述外层风机圆环透水结构(1)、中层圆环透水层(2)和内层圆环消能层(3)上设置有多个可透水圆形孔(4)；
所述外层风机圆环透水结构(1)和中层圆环透水层(2)包括内侧钢筋网、外侧钢筋网所构成的圆环柱形区域；
所述内层圆环消能层(3)包括多孔泡沫材料层、内侧钢筋网和外侧钢筋网，所述多孔泡沫材料层被内侧钢筋网和外侧钢筋网夹持固定；
所述冲刷防护结构的最终冲刷深度折减量计算方法，包括如下步骤：
根据局部冲刷预测理论，分析单柱局部冲刷最大冲刷深度的多重因素，涉及到冲刷防护结构的最终冲刷深度相关参数如下：其中S/Sref表示的冲刷防护之后的冲刷深度与无冲刷保护时风机基础的局部冲刷深度之间的比值即冲刷深度折减计算量，Sref是无冲刷保护时风机基础的局部冲刷深度，
S/Sref＝Ψ1(H/D)Ψ2(θ)Ψ3(P)
其中H/D为高宽比，θ代表流场条件、P代表冲刷保护结构的透水率，其中透水率P表示为外层风机圆环透水结构(1)、中层圆环透水层(2)和内层圆环消能层(3)的可透水圆形空面积总和与总截面面积的比值，分别表示为P1，P2，P3，当高宽比H/D在不同的阈值期间时Ψ1取值不同，当流场条件θ在不同的阈值期间时Ψ2取值不同，通过对结构透水率P进行限定获得Ψ3的取值；
当高宽比H/D在不同的阈值期间时，从而对Ψ1进行赋值；
当H/D>2时，Ψ1＝1；
当2>H/D>0.7时，Ψ1＝0.75；
当0.7>H/D>0.4，Ψ1＝0.4；
当H/D＜0.4时，Ψ1＝0.12；
当流场条件θ在不同的阈值期间时，从而对Ψ2进行赋值：
当2.25≥θ/θcr>1时Ψ2＝1；当θ/θcr>2.25时，Ψ2＝2.8。
2.根据权利要求1所述的冲刷防护结构的最终冲刷深度折减量计算方法，其特征在于：
对结构透水率P进行界定，取得该冲刷防护结构的最终冲刷深度的折减量：
Ψ3＝β(1-P)0.75
其中P的取值范围为：0＜P＜1，其中β为冲刷防护措施安全系数，根据实际工程要求取值。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112681233B (zh) * 2020-12-28 2022-02-15 湖南工程学院 用于海上风电桩基的振荡式防冲刷装置
CN113062345B (zh) * 2021-03-27 2021-11-23 华北电力大学 一种带防冲刷孔的水下桩基础冲刷防护装置
CN113833032B (zh) * 2021-09-16 2022-08-23 华能(浙江)能源开发有限公司清洁能源分公司 海上风电复合防冲刷装置
CN113718861A (zh) * 2021-09-16 2021-11-30 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 海上风电防冲刷复合装置
CN113789817B (zh) * 2021-11-16 2022-02-08 中国海洋大学 基于多级破涡装置的扰流式海工基础综合冲刷防护装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201080606Y (zh) * 2007-07-12 2008-07-02 陆见华 一种中空塑料t形桩
ES2358032B1 (es) * 2008-12-17 2011-12-30 Manuel Torres Martínez Base de cimentación para el montaje de aerogeneradores en lecho acuático y método de fabricación de dicha cimentación.
KR101384165B1 (ko) * 2012-05-02 2014-04-10 한국해양과학기술원 해상풍력 기초의 세굴방지용 캡
CN204849811U (zh) * 2015-05-31 2015-12-09 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 用于沿海潮间带的风力发电机基础防冲刷结构
CN108104065B (zh) * 2017-12-27 2023-03-03 浙江大学 一种减弱水流冲刷作用的海上风机单桩基础保护装置
CN110056013B (zh) * 2018-04-19 2020-10-23 湖南工程学院 一种海上风电桩基基础的防冲刷装置
CN110397062A (zh) * 2019-07-15 2019-11-01 河北工业大学 一种海上风电机组加强复合式单桩基础及施工方法

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