CN114032845B - 一种带消能网的混凝土软体排防冲刷装置及其施工方法 - Google Patents

一种带消能网的混凝土软体排防冲刷装置及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带消能网的混凝土软体排防冲刷装置，包括铺设在桩基周围的软体排，所述软体排的主体是由横成行竖成列的矩形混凝土块体连接而成的，在所述软体排的周边是由半球形混凝土块体连接而成的，相邻的两个所述矩形混凝土块体之间、相邻的两个所述半球形混凝土块体之间以及所述半球形混凝土块体与邻接的所述矩形混凝土块体之间均通过连接绳连接，所述矩形混凝土块体和所述半球形混凝土块体四周均设有所述连接绳，在所述矩形混凝土块体的顶部固接有沿其长度方向延伸的消能网；在所述软体排与桩基之间的空隙处压填有砂袋。本发明还公开了一种上述防冲刷装置的施工方法。本发明可有效削弱或抑制水流的冲刷，保护海上风电基础，防护效果显著。

Description

一种带消能网的混凝土软体排防冲刷装置及其施工方法
技术领域
本发明涉及防冲刷装置及其施工方法，特别是一种带消能网的混凝土软体排防冲刷装置及其施工方法。
背景技术
风能是可再生清洁能源，海上风电对风能的利用率高且对人类的生产和生活影响小，适合沿海城市的建设和发展。沿海地区完全可以通过利用海上资源，实现“电从身边来”，走出一条绿色可持续的发展之路，而海上风电电机是核心设备。由于海上环境复杂，桩基基础承受风、浪、流等荷载的影响，桩基周围往往会形成冲刷坑，甚至会削弱桩基的水平承载力，增大桩基腐蚀发生的机会，缩短桩基服役寿命，给风机基础带来巨大危害，威胁到海上风电的正常运维。
为了解决上述问题，需要采用必要的防冲刷措施。目前常用的技术有三种，一是抛石防护，其特点是施工便捷、工期短，但竣工后形成的抗冲刷保护层整体稳定性较差；二是砂被防护，其特点是可规模化施工且成本较低，但施工精准度难以把握且其耐久性有待考验；三是淤泥固化技术，通过固化剂改变淤泥的性质以达到固化效果，但可能会危害底栖海洋生物，破坏海洋环境。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种带消能网的混凝土软体排防冲刷装置及其施工方法，可有效削弱或抑制水流的冲刷，保护海上风电基础，防护效果显著。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是：一种带消能网的混凝土软体排防冲刷装置，包括铺设在桩基周围的软体排，所述软体排的主体是由横成行竖成列的矩形混凝土块体连接而成的，在所述软体排的周边是由半球形混凝土块体连接而成的，相邻的两个所述矩形混凝土块体之间、相邻的两个所述半球形混凝土块体之间以及所述半球形混凝土块体与邻接的所述矩形混凝土块体之间均通过连接绳连接，在所述矩形混凝土块体的顶部固接有沿其长度方向延伸的消能网；在所述软体排与桩基之间的空隙处压填有砂袋。
所述消能网设有框架和网体，所述网体是采用加筋三维土工网垫制成的，所述加筋三维土工网垫是由六边形双绞合钢丝网热粘聚丙烯复合而成的。
所述框架预埋在所述矩形混凝土块体内。
相邻两个所述矩形混凝土块体上的消能网垂直设置。
所述矩形混凝土块体和所述半球形混凝土块体四周均设有所述连接绳，且每侧设置两根。
所述连接绳预埋在所述矩形混凝土块体或所述半球形混凝土块体中。所述连接绳是采用抗老化丙纶绳制成的。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的另一个技术方案是：一种上述防冲刷装置的施工方法，包括以下步骤：
1)将软体排划分成三种类型的单元，边部单元、角部单元和中部单元；
2)在陆地完成软体排所有单元的预制；
3)通过船舶运输至风机现场；
4)在桩基周围铺设软体排的区域铺设碎石找平海底面；
5)采用铺排船铺设软体排；
6)在桩基与软体排之间的空隙处压填砂袋。
本发明具有的优点和积极效果是：1)采用连接绳将混凝土块体连接成软体排，并在构成软体排主体的矩形混凝土块体上设置消能网，并且消能网结构不需要额外锚定，而是在混凝土浇筑过程中直接嵌入，有利于减少施工费用。2)通过物理模型试验证明，本发明可以消能减流、促进泥沙淤积，削弱或抑制水流对风机基础周围的冲刷。3)本发明适用于海上风电单桩基础的防冲刷，可有效保护海上风电基础，防护效果显著，施工安装方便，具有很强的实用性和适用性，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的整体平面结构示意图；
图2为本发明的单桩及砂袋示意图；
图3为本发明的软体排边部单元结构示意图；
图4为本发明的软体排角部单元结构示意图；
图5为本发明的软体排中部单元结构示意图；
图6为本发明的矩形混凝土块体的俯视图；
图7为图6的侧剖图；
图8为本发明的半球形混凝土块体的俯视图；
图9为本发明的大比尺波浪水槽试验效果照片；
图10为本发明的小比尺波浪水槽试验效果照片。
图中：1、桩基；2、砂袋；3、半球形混凝土块体；4、矩形混凝土块体；5、连接绳；6、消能网。
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：
请参阅图1～图8，一种带消能网的混凝土软体排防冲刷装置，包括铺设在桩基1周围的软体排，所述软体排的主体是由横成行竖成列的矩形混凝土块体4连接而成的，在所述软体排的周边是由半球形混凝土块体3连接而成的，相邻的两个所述矩形混凝土块体4之间、相邻的两个所述半球形混凝土块体3之间以及所述半球形混凝土块体3与邻接的所述矩形混凝土块体4之间均通过连接绳5连接，在所述矩形混凝土块体4的顶部固接有沿其长度方向延伸的消能网6；在所述软体排与桩基1之间的空隙处压填有砂袋2，可防止泥沙溢出，保证防护效果。上述防冲刷装置能够有效降低桩基周围海流的流速，并促进桩基周围的泥沙淤积，能够解决波流对桩基带来的冲刷危害问题。
在本实施例中，所述消能网6设有框架和网体，所述网体是采用加筋三维土工网垫制成的，所述加筋三维土工网垫是由六边形双绞合钢丝网热粘聚丙烯复合而成的。消能网6结构特点鲜明，不仅可以减缓桩基周围海流的流速，还可以使海流中携带的部分泥沙通过消能网时发生碰撞沉降，有利于泥沙淤积，提高防冲刷的效果。所述框架预埋在所述矩形混凝土块体4内，有利于减少施工费用。半球形混凝土块体3不设置消能网。所述矩形混凝土块体4上的消能网6可以横竖随机摆放，也可以使软体排上相邻两个所述矩形混凝土块体4上的消能网6垂直设置，垂直设置可以进一步提高消能减流和泥沙淤积效果。所述连接绳5预埋在所述矩形混凝土块体4或所述半球形混凝土块体3中，并且每侧设置两根所述连接绳5，居中对称设置，便于块体间可靠连接。所述连接绳5采用预埋结构，所述连接绳5预埋在所述矩形混凝土块体4和所述半球形混凝土块体3中，施工简单，连接可靠。所述连接绳5是采用抗老化丙纶绳制成的，耐久性好。
更加具体的结构，上述防冲刷装置最外围是半球形混凝土块体3，半径为425mm，重0.17t-0.2t。内部是矩形混凝土块体4，长、宽均为800mm，高为200mm，重0.2t-0.3t。所述连接绳5直径为16mm，并浇筑固定在矩形混凝土块体侧面中心位置处，各混凝土块体之间间距为150mm-200mm。所述网体采用的加筋三维土工网垫，其中钢丝网规格采用M8-2.7，镀高尔凡覆聚酰胺有机涂层。
上述防冲刷装置的施工方法，包括以下步骤：
1)将软体排划分成三种类型的单元，边部单元、角部单元和中部单元；
2)在陆地完成软体排所有单元的预制；
3)通过船舶运输至风机现场；
4)在桩基1周围铺设软体排的区域铺设碎石找平海底面；
5)采用铺排船铺设软体排，软体排各结构单元和各混凝土单元按阵列排布，位于同一行的各块体采用连接绳连接，位于同一列的各块体也通过连接绳连接，并交织形成网状结构，该网状排体结构稳定性好，施工简便，可操作性强。
6)在桩基1与软体排之间的空隙处压填砂袋2。
请参见图9～图10，上述装置的防护效果，主要采用物理模型试验，包括大比尺波浪水槽试验和小比尺波浪水槽试验，大比尺波浪水槽尺度为456m×5m×12m，模型几何比尺为1:14；小比尺波浪水槽试验厅长70m，宽3m，拟建模型试验段长4m，宽2m，模型几何比尺为1：23.33。
根据水槽试验现象照片得出结论：在水流和不规则波浪的作用下，所述软体排结构整体平面稳定，无破损，表明软体排稳定性良好；桩基1附近并未发生软体排塌陷现象，且软体排表面有部分泥沙落淤，表明消能网能消能减流、促进泥沙落淤。综合来看，所述带消能网的混凝土软体排防冲刷装置起到良好的桩基冲刷防护效果。
本发明适用于海上风电单桩基础的防冲刷，相较传统的混凝土软体排而言，增加了消能网结构，降低了桩基周围的水流流速，还有利于泥沙淤积，增强了抗冲刷的效果。消能网不需额外设置锚定或预制件，直接与混凝土块体浇筑为一体，不仅提高了消能网抵抗浪流等荷载的稳定性，还可节约工时、降低施工成本。软体排陆地预制，制作方便，有利于保证质量和效率。
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的情况下，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 (8)

1.一种带消能网的混凝土软体排防冲刷装置，其特征在于，包括铺设在桩基周围的软体排，所述软体排的主体是由横成行竖成列的矩形混凝土块体连接而成的，在所述软体排的周边是由半球形混凝土块体连接而成的，
相邻的两个所述矩形混凝土块体之间、相邻的两个所述半球形混凝土块体之间以及所述半球形混凝土块体与邻接的所述矩形混凝土块体之间均通过连接绳连接，
在所述矩形混凝土块体的顶部固接有沿其长度方向延伸的消能网，所述消能网设有框架和网体；
在所述软体排与桩基之间的空隙处压填有砂袋。
2.根据权利要求1所述的带消能网的混凝土软体排防冲刷装置，其特征在于，所述网体是采用加筋三维土工网垫制成的，所述加筋三维土工网垫是由六边形双绞合钢丝网热粘聚丙烯复合而成的。
3.根据权利要求2所述的带消能网的混凝土软体排防冲刷装置，其特征在于，所述框架预埋在所述矩形混凝土块体内。
4.根据权利要求1所述的带消能网的混凝土软体排防冲刷装置，其特征在于，相邻两个所述矩形混凝土块体上的消能网垂直设置。
5.根据权利要求1所述的带消能网的混凝土软体排防冲刷装置，其特征在于，所述矩形混凝土块体和所述半球形混凝土块体四周均设有所述连接绳，且每侧设置两根。
6.根据权利要求5所述的带消能网的混凝土软体排防冲刷装置，其特征在于，所述连接绳预埋在所述矩形混凝土块体或所述半球形混凝土块体中。
7.根据权利要求6所述的带消能网的混凝土软体排防冲刷装置，其特征在于，所述连接绳是采用抗老化丙纶绳制成的。
8.一种如权利要求1所述防冲刷装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将软体排划分成三种类型的单元，边部单元、角部单元和中部单元；
2)在陆地完成软体排所有单元的预制；
3)通过船舶运输至风机现场；
4)在桩基周围铺设软体排的区域铺设碎石找平海底面；
5)采用铺排船铺设软体排；
6)在桩基与软体排之间的空隙处压填砂袋。
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