CN113482060B - 海洋工程结构物桩基础防冲刷装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种海洋工程结构物桩基础防冲刷装置，它包括竖直滑轨、水平滑轨、格栅板和调节机构，通过多个竖直滑轨组成圆形筒体，水平滑轨呈放射状布设于圆形筒体周围，格栅板位于水平滑轨上部环绕于圆形筒体周围呈圆锥形防冲刷体，圆锥形防冲刷体横截面较大的一端朝下，圆形筒体与单桩连接，单桩下端深入海床中，水平滑轨与单桩基础接触，圆锥形防冲刷体离圆形筒体上下端的高度可调，圆锥形防冲刷体的锥度可调，有效消耗和降低水体动能，减弱或分散单桩周围的马蹄涡和尾涡强度，让部分来沙直接通过格栅板，促进泥沙在格栅板后方沉降落淤，降低格栅板前后的趾冲，有效达到缓流促淤的防冲刷效果，施工周期短，成本低，不易伤及单桩表面，操作简单方便。

Description

海洋工程结构物桩基础防冲刷装置及方法

技术领域

本发明属于海洋基础防护技术领域，涉及一种海洋工程结构物桩基础防冲刷装置及方法。

背景技术

在海洋工程中，通常采用贯入至海底底床持力层的桩基础作为承载上部结构物荷载的基础，桩基础的安全稳定对海洋工程结构物的生产运行至关重要。在复杂的海洋环境中，波流共同作用在桩腿附近形成涡流，水体的运动裹挟起桩腿附近的泥沙，使得泥面冲刷，桩腿露出泥面。海床冲刷现象严重影响了桩基础的稳定性，底床刚度改变使得海洋工程结构物固有周期发生缓慢改变，加剧结构疲劳损伤，对平台长期安全生产产生不利影响，且实际冲刷往往比设计阶段预测的冲刷量严重。同样的现象也广泛存在设于浅海海域和岸边部署的港口码头基础、桥墩、海底管道等设施。故采用一定的、可靠地冲刷防护装置和方法对海洋结构物基础进行保护，对于海洋结构物的长期安全服役和降低运行维护压力有利无害。

现有的防护措施主要有水下抛石、铺设重力式砂被、地基灌浆加固等措施，但这些工程措施往往需要耗费大量材料，工期较长，成本高，施工时易损伤桩基表面防腐层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种海洋工程结构物桩基础防冲刷装置及方法，结构简单，采用多个竖直滑轨组成圆形筒体，水平滑轨呈放射状布设于圆形筒体周围，格栅板位于水平滑轨上部环绕于圆形筒体周围呈圆锥形防冲刷体，圆锥形防冲刷体横截面较大的一端朝下，圆形筒体与单桩连接，单桩下端深入海床中，水平滑轨与单桩基础接触，调节机构在单桩深入海床过程中沿竖直滑轨滑动调节圆锥形防冲刷体离圆形筒体上下端的高度，打桩前，调节机构沿水平滑轨滑动调节圆锥形防冲刷体的锥度，有效消耗和降低水体动能，减弱或分散单桩周围的马蹄涡和尾涡强度，让部分来沙直接通过格栅板，促进泥沙在格栅板后方沉降落淤，降低格栅板前后的趾冲，有效达到缓流促淤的防冲刷效果，施工周期短，成本低，不易伤及单桩表面，操作简单方便。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种海洋工程结构物桩基础防冲刷装置，它包括竖直滑轨、水平滑轨、格栅板和调节机构；多个所述的竖直滑轨沿竖直方向间隔布设成圆形筒体，多个水平滑轨呈放射状布设于圆形筒体周围，多个格栅板位于水平滑轨上部环绕于圆形筒体周围呈圆锥形防冲刷体，圆锥形防冲刷体横截面较大的一端朝下；调节机构沿竖直滑轨滑动调节圆锥形防冲刷体离圆形筒体上下端的高度，调节机构沿水平滑轨滑动调节圆锥形防冲刷体的锥度。

所述竖直滑轨为工字型材，一侧的腿宽大于另一侧的腿宽，较宽的腿为弧形结构，凹进的内弧面构成圆形筒体。

所述水平滑轨为工字型材，一侧的腿宽大于另一侧的腿宽，较窄的腿上侧面设置多个轴向布设的锁定孔。

所述格栅板为等腰梯形结构的弧板，下底边宽度大于上底边宽度，位于上底边和下底边之间设置至少一个贯穿的滑槽孔。

所述格栅板上设置多个格栅孔；格栅孔为按孔隙率分布的圆形孔、矩形孔或异形孔。

所述调节机构包括竖直滑动座、水平滑动座、支撑臂和锁定销，竖直滑动座与竖直滑轨滑动配合且与水平滑轨连接，水平滑动座与水平滑轨滑动配合；所述竖直滑轨的下端设置限位块阻挡竖直滑动座下滑。

所述支撑臂一端与靠近圆形筒体的一个水平滑动座铰接，支撑臂的另一端与格栅板的滑槽孔滑动配合。

所述格栅板与远离圆形筒体的另一个水平滑动座铰接，锁定销穿过水平滑动座与水平滑轨上的锁定孔配合。

所述水平滑轨上的两个水平滑动座其中一个锁定，另一个沿水平滑轨滑动调整格栅板的倾角。

如上所述的海洋工程结构物桩基础防冲刷装置的防冲刷方法，它包括如下步骤：

S1，安装竖直滑轨，将多个竖直滑轨沿单桩轴向焊接于单桩外壁，竖直滑轨等间距布设成圆形筒体结构；

S2，安装水平滑轨，将与水平滑轨连接的竖直滑动座从竖直滑轨上端插入与其滑动配合，由限位块阻挡竖直滑动座下滑；依次完成其余水平滑轨的安装，多个格栅板形成圆锥形防冲刷体；此步骤中，位于水平滑轨上的水平滑动座被锁定销锁定；

S3，锥度调整，锁定水平滑轨上的一个水平滑动座，解除该水平滑轨上的另一个水平滑动座，推动其沿水平滑轨滑动调整格栅板的倾角；依次完成其余格栅板的倾角调整，使圆锥形防冲刷体的锥度达到设定锥度；

S4，打桩，采用桩机将单桩打入海床，竖直滑轨的部分没入单桩基础中；此过程中，水平滑轨的下侧面与单桩基础接触，随着单桩不断向下深入，竖直滑动座沿竖直滑轨向上滑动，圆锥形防冲刷体随之向竖直滑轨上端靠近；当单桩深度达到设定深度时，桩机停止；

S5，防冲刷，来流在圆锥形防冲刷体阻挡作用下沉降落淤，降低趾冲；

S5-1，来流通过格栅板时，部分水流穿过格栅板上的格栅孔流出，部分水流沿圆锥形防冲刷体向上抬升；

S5-2，抬升的水流与上层水体紊流混合，消耗和降低水体动能，减弱或分散单桩周围的马蹄涡和尾涡强度；

S5-3，水流中的部分来沙直接穿过格栅板上的格栅孔后，流速降低逐渐沉降于圆锥形防冲刷体内部，形成内部淤积层；水中的部分来沙被格栅板阻挡，沿格栅板滑落至圆锥形防冲刷体外部，形成外部淤积层；在格栅板前后形成的内部和外部淤积层，降低格栅板前后的趾冲，达到缓流促淤的防冲刷效果。

本发明的有益效果主要体现于：

通过该装置设置的竖直滑轨与单桩连接固定，与水平滑轨连接的竖直滑动座与竖直滑轨滑动配合，在打桩过程中，水平滑轨与单桩基础接触，自适应向竖直滑轨上端靠近。

通过在该装置的水平滑轨上设置两个滑动配合的水平滑动座，锁定销穿过水平滑动座与水平滑轨上的锁定孔配合锁定，当其中一个水平滑动座锁定时，推动另一个水平滑动座调节圆锥形防冲刷体的锥度，适应不同的海流。

通过该装置的格栅板阻挡来流，向上抬升与上侧水体紊流混合，消耗和降低水体动能，并减弱或分散单桩周围的马蹄涡和尾涡强度。

通过该装置的格栅板的格栅孔阻挡来流中的来沙，使其沉降落淤在圆锥形防冲刷体内外，降低格栅板前后的趾冲，有效达到缓流促淤的防冲刷效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的主视示意图。

图3为图2的俯视示意图。

图中：竖直滑轨1，水平滑轨2，锁定孔21，格栅板3，滑槽孔31，调节机构4，竖直滑动座41，水平滑动座42，支撑臂43，锁定销44。

具体实施方式

如图1~图3中，一种海洋工程结构物桩基础防冲刷装置，它包括竖直滑轨1、水平滑轨2、格栅板3和调节机构4；多个所述的竖直滑轨1沿竖直方向间隔布设成圆形筒体，多个水平滑轨2呈放射状布设于圆形筒体周围，多个格栅板3位于水平滑轨2上部环绕于圆形筒体周围呈圆锥形防冲刷体，圆锥形防冲刷体横截面较大的一端朝下；调节机构4沿竖直滑轨1滑动调节圆锥形防冲刷体离圆形筒体上下端的高度，调节机构4沿水平滑轨2滑动调节圆锥形防冲刷体的锥度。通过多个竖直滑轨1组成圆形筒体与与单桩连接，单桩下端深入海床中，水平滑轨2与单桩基础接触，调节机构4在单桩深入海床过程中沿竖直滑轨1滑动调节圆锥形防冲刷体离圆形筒体上下端的高度，打桩前，调节机构4沿水平滑轨2滑动调节圆锥形防冲刷体的锥度，当来流冲刷节圆锥形防冲刷体时，有效消耗和降低水体动能，减弱或分散单桩周围的马蹄涡和尾涡强度，让部分来沙直接通过格栅板，促进泥沙在格栅板后方沉降落淤，降低格栅板前后的趾冲，有效达到缓流促淤的防冲刷效果，施工周期短，成本低，不易伤及单桩表面，操作简单方便。

优选的方案中，所述竖直滑轨1为工字型材，一侧的腿宽大于另一侧的腿宽，较宽的腿为弧形结构，凹进的内弧面构成圆形筒体。结构简单，采用工字型材结构的竖直滑轨1强度高，该工字型材的内弧面与单桩外壁接触，焊接后进一步提高了整体结构强度。

优选的方案中，所述水平滑轨2为工字型材，一侧的腿宽大于另一侧的腿宽，较窄的腿上侧面设置多个轴向布设的锁定孔21。结构简单，采用工字型材结构的水平滑轨2，其中一侧较宽的腿朝下与单桩基础接触，接触面积大，承载能力好，锁定孔21沿较窄的腿轴向布设，用于与锁定销44配合锁定水平滑动座42。

优选的方案中，所述格栅板3为等腰梯形结构的弧板，下底边宽度大于上底边宽度，位于上底边和下底边之间设置至少一个贯穿的滑槽孔31。结构简单，使用时，多个格栅板3组成圆锥形防冲刷体，圆锥形防冲刷体底部的横截面大于上端的横截面，用于阻挡来流并形成内外淤积层。

优选的方案中，所述格栅板3上设置多个格栅孔；格栅孔为按孔隙率分布的圆形孔、矩形孔或异形孔。结构简单，使用时，格栅板3上的格栅孔采用单一孔或者多个不同孔相互间隔混合布设，用于通过一部分沙粒使其进入圆锥形防冲刷体内，并阻挡一部分沙粒使其滑落于圆锥形防冲刷体外。

优选地，位于格栅板3上的孔隙率介于0.3~0.5，有利于减小潮波流速，促进板后泥沙沉降淤积。

优选的方案中，所述调节机构4包括竖直滑动座41、水平滑动座42、支撑臂43和锁定销44，竖直滑动座41与竖直滑轨1滑动配合且与水平滑轨2连接，水平滑动座42与水平滑轨2滑动配合；所述竖直滑轨1的下端设置限位块阻挡竖直滑动座41下滑。结构简单，使用时，竖直滑动座41沿竖直滑轨1滑动调节圆锥形防冲刷体离圆形筒体上下端的高度，水平滑动座42沿水平滑轨2滑动调节圆锥形防冲刷体的锥度，使其适应不同的洋流，适应性好。

优选的方案中，所述支撑臂43一端与靠近圆形筒体的一个水平滑动座42铰接，支撑臂43的另一端与格栅板3的滑槽孔31滑动配合。结构简单，使用时，在圆锥形防冲刷体的锥度调节过程中，支撑臂43的两端分别与水平滑动座42和格栅板3处于活动状态，有利于灵活调节圆锥形防冲刷体的锥度。

优选的方案中，所述格栅板3与远离圆形筒体的另一个水平滑动座42铰接，锁定销44穿过水平滑动座42与水平滑轨2上的锁定孔21配合。结构简单，使用时，采用锁定销44穿过水平滑动座42与水平滑轨2上的锁定孔21配合，锁定水平滑动座42，操作简单方便。

优选的方案中，所述水平滑轨2上的两个水平滑动座42其中一个锁定，另一个沿水平滑轨2滑动调整格栅板3的倾角。结构简单，使用时，在圆锥形防冲刷体的锥度调节过程中，其中一个水平滑动座42被锁定，另一个水平滑动座42处于活动状态，推动活动的水平滑动座42沿水平滑轨2滑动调节格栅板3的倾角，依次调节所有格栅板3的倾角达到调节圆锥形防冲刷体的锥度。

优选地，格栅板3与来流之间的夹角为30°~75°，有利于沉沙形成淤积。

优选的方案中，如上所述的海洋工程结构物桩基础防冲刷装置的防冲刷方法，它包括如下步骤：

S1，安装竖直滑轨，将多个竖直滑轨1沿单桩轴向焊接于单桩外壁，竖直滑轨1等间距布设成圆形筒体结构；

S2，安装水平滑轨，将与水平滑轨2连接的竖直滑动座41从竖直滑轨1上端插入与其滑动配合，由限位块阻挡竖直滑动座41下滑；依次完成其余水平滑轨2的安装，多个格栅板3形成圆锥形防冲刷体；此步骤中，位于水平滑轨2上的水平滑动座42被锁定销44锁定；

S3，锥度调整，锁定水平滑轨2上的一个水平滑动座42，解除该水平滑轨2上的另一个水平滑动座42，推动其沿水平滑轨2滑动调整格栅板3的倾角；依次完成其余格栅板3的倾角调整，使圆锥形防冲刷体的锥度达到设定锥度；

S4，打桩，采用桩机将单桩打入海床，竖直滑轨1的部分没入单桩基础中；此过程中，水平滑轨2的下侧面与单桩基础接触，随着单桩不断向下深入，竖直滑动座41沿竖直滑轨1向上滑动，圆锥形防冲刷体随之向竖直滑轨1上端靠近；当单桩深度达到设定深度时，桩机停止；

S5，防冲刷，来流在圆锥形防冲刷体阻挡作用下沉降落淤，降低趾冲；

S5-1，来流通过格栅板3时，部分水流穿过格栅板3上的格栅孔流出，部分水流沿圆锥形防冲刷体向上抬升；

S5-2，抬升的水流与上层水体紊流混合，消耗和降低水体动能，减弱或分散单桩周围的马蹄涡和尾涡强度；

S5-3，水流中的部分来沙直接穿过格栅板3上的格栅孔后，流速降低逐渐沉降于圆锥形防冲刷体内部，形成内部淤积层；水中的部分来沙被格栅板3阻挡，沿格栅板3滑落至圆锥形防冲刷体外部，形成外部淤积层；在格栅板3前后形成的内部和外部淤积层，降低格栅板3前后的趾冲，达到缓流促淤的防冲刷效果。该方法耗材少，施工周期短，不会损伤单桩表面的防腐层，通用性好，有利于节省成本。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种海洋工程结构物桩基础防冲刷装置，其特征是：它包括竖直滑轨（1）、水平滑轨（2）、格栅板（3）和调节机构（4）；多个所述的竖直滑轨（1）沿竖直方向间隔布设成圆形筒体，多个水平滑轨（2）呈放射状布设于圆形筒体周围，多个格栅板（3）位于水平滑轨（2）上部环绕于圆形筒体周围呈圆锥形防冲刷体，圆锥形防冲刷体横截面较大的一端朝下；调节机构（4）沿竖直滑轨（1）滑动调节圆锥形防冲刷体离圆形筒体上下端的高度，调节机构（4）沿水平滑轨（2）滑动调节圆锥形防冲刷体的锥度；

水平滑轨（2）为工字型材，一侧的腿宽大于另一侧的腿宽，较窄的腿上侧面设置多个轴向布设的锁定孔（21）；

调节机构（4）包括竖直滑动座（41）、水平滑动座（42）、支撑臂（43）和锁定销（44），竖直滑动座（41）与竖直滑轨（1）滑动配合且与水平滑轨（2）连接，水平滑动座（42）与水平滑轨（2）滑动配合；所述竖直滑轨（1）的下端设置限位块阻挡竖直滑动座（41）下滑；

格栅板（3）与远离圆形筒体的另一个水平滑动座（42）铰接，锁定销（44）穿过水平滑动座（42）与水平滑轨（2）上的锁定孔（21）配合；

水平滑轨（2）上的两个水平滑动座（42）其中一个锁定，另一个沿水平滑轨（2）滑动调整格栅板（3）的倾角；

其防冲刷方法它包括如下步骤：

S1，安装竖直滑轨，将多个竖直滑轨（1）沿单桩轴向焊接于单桩外壁，竖直滑轨（1）等间距布设成圆形筒体结构；

S2，安装水平滑轨，将与水平滑轨（2）连接的竖直滑动座（41）从竖直滑轨（1）上端插入与其滑动配合，由限位块阻挡竖直滑动座（41）下滑；依次完成其余水平滑轨（2）的安装，多个格栅板（3）形成圆锥形防冲刷体；此步骤中，位于水平滑轨（2）上的水平滑动座（42）被锁定销（44）锁定；

S3，锥度调整，锁定水平滑轨（2）上的一个水平滑动座（42），解除该水平滑轨（2）上的另一个水平滑动座（42），推动其沿水平滑轨（2）滑动调整格栅板（3）的倾角；依次完成其余格栅板（3）的倾角调整，使圆锥形防冲刷体的锥度达到设定锥度；

S4，打桩，采用桩机将单桩打入海床，竖直滑轨（1）的部分没入单桩基础中；此过程中，水平滑轨（2）的下侧面与单桩基础接触，随着单桩不断向下深入，竖直滑动座（41）沿竖直滑轨（1）向上滑动，圆锥形防冲刷体随之向竖直滑轨（1）上端靠近；当单桩深度达到设定深度时，桩机停止；

S5，防冲刷，来流在圆锥形防冲刷体阻挡作用下沉降落淤，降低趾冲；

S5-1，来流通过格栅板（3）时，部分水流穿过格栅板（3）上的格栅孔流出，部分水流沿圆锥形防冲刷体向上抬升；

S5-2，抬升的水流与上层水体紊流混合，消耗和降低水体动能，减弱或分散单桩周围的马蹄涡和尾涡强度；

S5-3，水流中的部分来沙直接穿过格栅板（3）上的格栅孔后，流速降低逐渐沉降于圆锥形防冲刷体内部，形成内部淤积层；水中的部分来沙被格栅板（3）阻挡，沿格栅板（3）滑落至圆锥形防冲刷体外部，形成外部淤积层；在格栅板（3）前后形成的内部和外部淤积层，降低格栅板（3）前后的趾冲，达到缓流促淤的防冲刷效果。

2.根据权利要求1所述的海洋工程结构物桩基础防冲刷装置，其特征是：所述竖直滑轨（1）为工字型材，一侧的腿宽大于另一侧的腿宽，较宽的腿为弧形结构，凹进的内弧面构成圆形筒体。

3.根据权利要求1所述的海洋工程结构物桩基础防冲刷装置，其特征是：所述格栅板（3）为等腰梯形结构的弧板，下底边宽度大于上底边宽度，位于上底边和下底边之间设置至少一个贯穿的滑槽孔（31）。

4.根据权利要求1所述的海洋工程结构物桩基础防冲刷装置，其特征是：所述格栅板（3）上设置多个格栅孔；格栅孔为按孔隙率分布的圆形孔、矩形孔或异形孔。

5.根据权利要求1所述的海洋工程结构物桩基础防冲刷装置，其特征是：所述支撑臂（43）一端与靠近圆形筒体的一个水平滑动座（42）铰接，支撑臂（43）的另一端与格栅板（3）的滑槽孔（31）滑动配合。

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