CN113700047A - 一种海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，属于海洋风电技术领域。本海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，包括环绕设置于单桩基础外周的回填碎石层，所述回填碎石层包括位于海床表面上方的锥形堆石层和位于海床表面下方的入土堆石层，所述锥形堆石层表面包覆有缓冲层。本海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置防护效果好，结构稳定耐用，同时还结合海洋牧场技术，提高了养殖产出，提高了经济效益，集约用海，提高资源利用效率，从而降低建设和运维的成本。
Description
技术领域
本发明属于海洋风电技术领域，特别涉及一种海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置。
背景技术
在海上风电工程技术领域，大直径单桩基础因其具有结构形式简单、制作方便、施工效率高等优点而被广泛应用于海上风电工程中。单桩基础在运行过程中，需要承受浪、流等环境因素。海流流经单桩基础时，会在单桩基础周围形成涡结构，旋涡会带走单桩基础周围的海床土体，进而在单桩基础周围形成冲刷坑。冲刷坑的存在会直接影响单桩基础的承载力，如果冲刷坑过大，会造成单桩基础倒塌等问题。
为防止单桩基础周围冲刷坑过大，在单桩基础施工后，工程上通常会立刻在单桩基础周围铺设砂被或抛填石料等材料作为冲刷防护措施。经检索，如中国专利文献公开了一种水域应急救援指挥系统【申请号：CN202022001284.X；公开号：CN213773502U】。该冲刷防护层铺设于海上风电机组桩周边，包括袋装砂滤层和抛石防护层；所述袋装砂滤层铺设于风电机组所在海床以下1.0m～1.5m基面上；所述抛石防护层铺设于袋装砂滤层之上；所述抛石防护层由块石和灌浆构成；所述灌浆填充于块石之间的空隙；所述灌浆的材料为粘胶短纤维及硅酸盐水泥。上述技术方案虽然能够在一定程度上对海洋风力发电单桩基础起到冲刷防护作用，但是需要经常性的后期维护，如被水力搬运走的石块，要潜水员下水，人工地把石块搬回到指定的防冲刷位置并重新修葺。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，其所要解决的技术问题是如何使防护装置更稳定可靠。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，包括环绕设置于单桩基础外周的回填碎石层，所述回填碎石层包括位于海床表面上方的锥形堆石层和位于海床表面下方的入土堆石层，所述锥形堆石层表面包覆有缓冲层。
在上述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置中，所述缓冲层的厚度自下而上逐渐减少，所述缓冲层底部的厚度为0.2-0.4米，所述缓冲层顶部的厚度为0.1-0.2米。
在上述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置中，所述缓冲层采用胶凝材料通过灌浆方式填充并胶结于所述锥形堆石层外周。
在上述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置中，所述缓冲层的顶部设有上支撑圈，所述缓冲层底部的外周设有下支撑圈，所述上支撑圈和所述下支撑圈之间通过多个均匀布置的支撑筋连接构成圆台状支撑架，所述圆台状支撑架的不同高度上均可拆卸的连接有一圈养殖绳，所述养殖绳用于养殖带状海生经济作物。
在上述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置中，所述养殖绳被等间距的设置在所述圆台状支撑架上，构成所述圆台状支撑架的各支撑筋上均等间距的设有多个挂钩，相应高度的养殖绳上设有与所述挂钩位置对应的挂环或者环状绳结。
在上述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置中，所述下支撑圈上还设置有围绕所述缓冲层的养殖网箱，所述养殖网箱和所述养殖绳之间构成用于养殖鱼苗的养殖空间。
在上述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置中，所述下支撑圈底部的内圈处设有斜面，所述斜面与海床表面形成夹角，所述缓冲层的底部的外端延伸至所述夹角内。
在上述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置中，所述锥形堆石层的外侧面6为反弧面，所述缓冲层的形状与所述反弧面相匹配。
与现有技术相比，本海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置具有以下优点：实现了海洋风力发电和海洋牧场的结合，利用海生经济作物构筑第一道冲刷防护墙，缓解了海流对缓冲层的冲刷压力，提高了其使用寿命和稳定性；利用缓冲层将回填碎石层包裹，避免碎石被海流冲刷散落，结构稳定性更好，缓冲层还能够将海流的泥沙堆积在其底部，进一步加固缓冲层的稳定性，同时还为海生经济作物提供生长养分，反过来更进一步加强了海生经济作物对海流的阻挡作用；实现了鱼类和海生经济作物混养共生的模式，减少饲料投喂，节省了成本的同时还增加了养殖产量；同时也对海洋环境做出了有益的贡献。
附图说明
图1是实施例一的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置的结构示意图。
图2是实施例一的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置安装在海床上的示意图。
图3是实施例一的养殖绳固定结构示意图。
图4是实施例二的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置的结构示意图。
图中，1、单桩基础；2、回填碎石层；3、锥形堆石层；4、入土堆石层；5、缓冲层；6、外侧面；7、上支撑圈；8、下支撑圈；9、支撑筋；10、养殖绳；11、挂钩；12、挂环；13、养殖网箱；14、养殖空间；15、海床。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一：
如图1-图3所示，本海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置包括环绕设置于单桩基础1外周的回填碎石层2，回填碎石层2包括位于海床15表面上方的锥形堆石层3和位于海床15表面下方的入土堆石层4，锥形堆石层3表面包覆有缓冲层5。
缓冲层5采用胶凝材料通过灌浆方式填充并胶结于锥形堆石层3外周。采用灌浆方式，缓冲层5的整体性好，不容易损坏，在灌浆过程中适当施加一定的压力，例如0.5-1.5MPa，以提高灌浆效果，使胶结的缓冲层5更加紧实耐用。胶凝材料为水硬性胶凝材料，包括硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。
缓冲层5的厚度自下而上逐渐减少，缓冲层5底部的厚度为0.2-0.4米，缓冲层5顶部的厚度为0.1-0.2米。优选的，缓冲层5顶部厚度设计为0.1米，底部厚度设计为0.3米，不仅防护效果优异，而且用料省，结构强度稳定。
锥形堆石层3的外侧面6为反弧面，缓冲层5的形状与反弧面相匹配。反弧面结构可以改变水流的流向以改变水流流速，达到消耗部分波流的动能的作用；同时防止了水流垂直冲击单桩基础1，因而防止了水流动能变为压能，在桩前形成冲刷。
缓冲层5的顶部设有上支撑圈7，缓冲层5底部的外周设有下支撑圈8，下支撑圈8底部的内圈处设有斜面，斜面与海床15表面形成夹角，缓冲层5的底部的外端延伸至夹角内。这样下支撑圈8和缓冲层5结合更紧密，结构稳定性更好。
上支撑圈7和下支撑圈8之间通过多个均匀布置的支撑筋9连接构成圆台状支撑架，圆台状支撑架的不同高度上均可拆卸的连接有一圈养殖绳10，养殖绳10用于养殖带状海生经济作物，养殖绳10被等间距的设置在圆台状支撑架上。具体地说，构成圆台状支撑架的各支撑筋9上均等间距的设有多个挂钩11，相应高度的养殖绳10上设有与挂钩11位置对应的挂环12或者环状绳结，本实施例中以挂环12为例。养殖绳10的材料聚乙烯或者聚丙烯材料，各养殖绳10的间距可以根据养殖对象、海洋环境等做适应性调整。带状海生经济作物可以为海带、海草等，随着这些海生经济作物的生长，能够形成植物防冲刷网，以进一步提高防护效果。
实施例二：
如图4所示，本发明实施例二提供的又一种基于物联网的海洋救援系统，该系统在上述实施例一系统结构基础上，进行改进：在下支撑圈8上还设置有围绕缓冲层5的养殖网箱13，养殖网箱13和养殖绳10之间构成用于养殖鱼苗的养殖空间14。这样海生经济作物和鱼类实现混养，不仅减少饲料投喂，鱼类粪便又能滋养海生经济作物，有助于海洋牧场的长期稳定运营，并补偿风电场建设过程中对该海域环境与资源的损害。
本发明的使用原理如下：养殖网上的海生经济作物构筑了第一道抗冲刷防线，当海流携带泥沙经过养殖网时，海生经济作物能够对海流产生扰动作用，从而使泥沙沉积，少量海流穿过海生经济作物构建的围墙后冲击缓冲层5，在缓冲层5反弧面的作用下，冲击力减少，泥沙沉积并停留在缓冲层5底部，特别是堆积在下支撑圈8上，不仅对下支撑圈8起到固定作用，同时对养殖绳10上的海生经济作物的生长也有一定促进作用，反过来海生经济作物的生长能进一步抵靠海流冲刷，降低海流对缓冲层5的冲击，延长了缓冲层5的使用寿命；当进一步设置了养殖网箱13时，更是实现了鱼类与海生经济作物混养的目的，两者相互促进，实现海洋风力发电和海洋牧场共生，集约用海，提高资源利用效率，从而降低建设和运维的成本，提高工程开发的社会效益和经济效益。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，包括环绕设置于单桩基础(1)外周的回填碎石层(2)，其特征在于，所述回填碎石层(2)包括位于海床(15)表面上方的锥形堆石层(3)和位于海床(15)表面下方的入土堆石层(4)，所述锥形堆石层(3)表面包覆有缓冲层(5)。
2.根据权利要求1所述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，其特征在于，所述缓冲层(5)的厚度自下而上逐渐减少。
3.根据权利要求2所述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，其特征在于，所述缓冲层(5)底部的厚度为0.2-0.4米，所述缓冲层(5)顶部的厚度为0.1-0.2米。
4.根据权利要求1或2或3所述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，其特征在于，所述缓冲层(5)采用胶凝材料通过灌浆方式填充并胶结于所述锥形堆石层(3)外周。
5.根据权利要求1或2或3所述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，其特征在于，所述缓冲层(5)的顶部设有上支撑圈(7)，所述缓冲层(5)底部的外周设有下支撑圈(8)，所述上支撑圈(7)和所述下支撑圈(8)之间通过多个均匀布置的支撑筋(9)连接构成圆台状支撑架，所述圆台状支撑架的不同高度上均可拆卸的连接有一圈养殖绳(10)，所述养殖绳(10)用于养殖带状海生经济作物。
6.根据权利要求5所述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，其特征在于，所述养殖绳(10)被等间距的设置在所述圆台状支撑架上，构成所述圆台状支撑架的各支撑筋(9)上均等间距的设有多个挂钩(11)，相应高度的养殖绳(10)上设有与所述挂钩(11)位置对应的挂环(12)或者环状绳结。
7.根据权利要求5所述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，其特征在于，所述下支撑圈(8)上还设置有围绕所述缓冲层(5)的养殖网箱(13)，所述养殖网箱(13)和所述养殖绳(10)之间构成用于养殖鱼苗的养殖空间(14)。
8.根据权利要求5所述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，其特征在于，所述下支撑圈(8)底部的内圈处设有斜面，所述斜面与海床表面形成夹角，所述缓冲层(5)的底部的外端延伸至所述夹角内。
9.根据权利要求1或2或3所述的海洋风力发电单桩基础冲刷防护装置，其特征在于，所述锥形堆石层(3)的外侧面(6)为反弧面，所述缓冲层(5)的形状与所述反弧面相匹配。
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