CN114059547A - 一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上风电基础防护技术领域，具体涉及一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置及其使用方法。包括浮潜体单元；所述浮潜体单元包括箱体、短管；部分浮潜体单元上设置有对接口；若干浮潜体单元通过连接单元首尾连接组成浮潜体环，不同直径大小的浮潜体环之间通过固定卡座连接固定，形成浮潜体联排；所述固定卡座包括两侧的弹簧夹具与中间的固定套环，固定套环两侧设置有限位孔；固定套环中设置有出料管。本发明具有组装简便、可反复利用，使用方法可操作性强等优点。

Description

一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及海上风电基础防护技术领域，尤其涉及一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置及其使用方法。

背景技术

能源是向自然界提供能量转化的物质。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。清洁能源是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，它包括核能和可再生能源。可再生能源是理想的能源，可以不受能源短缺的影响，但也受自然条件的影响，如需要有水力、风力、太阳能能源。据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦。世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带。其中，海上风力发电具有资源丰富、发电利用小时高、不占地和适宜大规模开发的特点，是全球风电发展的最新前沿。

目前，海上风力发电行业也已在国内迅速发展起来，单桩基础结构简单、施工快捷，国内外已建的海上风电场中约70％均采用了单桩基础。为节约成本，海上风电工程往往采用较大功率的风电机组，上部风机荷载较大，加上我国沿海海域浅表层多为新近沉积土，容易冲刷，若不采取保护措施，基础周围容易出现较大的冲刷坑，深度最深可达到 5- 10m。

现有的防冲刷措施主要分为被动防护和主动防护。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，其中最常见的方法是在防护区内铺设石块防护层，还有铺设混凝土块、沙袋、混凝土铰链排等类似的方法。上述措施的不足之处是，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，牺牲桩群防护等。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。

申请号为CN202021908081.2的中国实用新型专利申请公开了一种桩基防护结构，包括：桩基，适于插置在海床上；固化土层，与桩基接触地填充在桩基周围的冲刷坑内；此实用新型提供的桩基防护结构，使用固化土层填充至冲刷坑内，固化土层可以很好的与桩基外壁贴合，不会对桩基外壁造成划伤的损害，同时固化土层也可以对桩基周围进行加固，并防止桩基周围再次产生冲刷坑，保证桩基工作的稳定性。其缺点是固化土层在施工过程中，未固化前，易发生流失。

申请号为CN202110578101.7的中国发明专利申请公开了一种水下基础结构的冲刷坑的修复结构，包括冲刷坑地基固化结构、冲刷坑回填固化结构和防冲刷保护固化结构。冲刷坑地基固化结构为打入冲刷坑的底面内和冲刷坑的外围海床内的多根固化土桩；冲刷坑地基固化结构与水下基础结构之间通过固化剂连接；冲刷坑回填固化结构为吹填在冲刷坑内的固化土，冲刷坑回填固化结构的顶标高为海床面标高；防冲刷保护固化结构为吹填在冲刷坑回填固化结构的顶面上的固化土，防冲刷保护固化结构的顶面高出冲刷坑的顶面80cm，底面外缘至冲刷坑的边缘距离为0 .5倍的冲刷坑直径。其同样不能保证固化材料在固化前易发生流失问题。

本申请试图针对现有技术中海上风电基础冲刷灾害治理存在的防护效果差、施工难度大、成本高、极易失效等弊端，提出新的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置及其使用方法，能够解决现有技术中海上风电基础冲刷治理存在的防护效果差、施工难度大、成本高、极易失效等问题。

一方面，为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置，包括浮潜体单元；所述浮潜体单元包括箱体、短管，所述箱体为中空结构，在所述箱体左右两侧分别设置有所述短管；部分浮潜体单元上设置有对接口；若干浮潜体单元通过连接单元首尾连接组成浮潜体环，不同直径大小的浮潜体环之间通过固定卡座连接固定，形成浮潜体联排；所述固定卡座包括两侧的弹簧夹具与中间的固定套环，固定套环两侧设置有限位孔；固定套环中设置有硬质的出料管。

优选的，所述对接口具有内螺纹；所述对接口用于与输水输气管管体一端的连接端头螺纹连接。

优选的，浮潜体单元底部设置有监控设备，便于观察冲刷坑的填充情况。

优选的，所述连接单元包括连接管、法兰盘，连接单元的连接管与所述短管连接，两个连接单元的法兰盘通过螺栓、螺母密封对接。

优选的，所述弹簧夹具包括第一弹簧、套管、伸缩臂，所述伸缩臂位于套管内，所述伸缩臂的一端通过第一弹簧与固定套环连接，所述伸缩臂的另一端垂直设置有第一夹腿；所述套管的一端与固定套环固定连接，套管的另一端垂直设置有第二夹腿；所述第一夹腿和第二夹腿能够夹住浮潜体单元，使相邻的浮潜体环连接固定。

优选的，所述第一夹腿和第二夹腿底端向内弯折，利于提供更好的夹持力。

优选的，所述出料管包括连接部、出料部上下两部分，所述连接部前后侧壁分别焊接有两个竖向L型钢板，两个竖向L型钢板构成滑槽，滑槽上下端均焊接有限位板；所述出料部的侧壁设置有辅助出料口、支撑架。

优选的，所述固定套环与所述出料管之间设置有弹簧滑块，所述弹簧滑块包括伸缩块、滑块主体、夹片、内螺纹开孔、第二弹簧，所述伸缩块、夹片、第二弹簧均为两个，所述伸缩块、夹片、第二弹簧依次固定连接在所述滑块主体的上下空腔内。

另一方面，本发明还提供一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置的使用方法，包括以下步骤：

A、测量海上风电单桩基础在海洋基础上形成的冲刷坑的大小，计算需要的材料多少，完成施工准备；用施工船将物资运送至作业地点；

B、围绕海上风电桩将浮潜体单元依次组装成若干不同直径的浮潜体环；

C、将若干浮潜体环通过固定卡座连接固定，组成浮潜体联排；

D、将输水输气管的连接端头与浮潜体单元上的对接口固定连接；输水输气管至少为两根，构成循环回路；将出料管设置在固定卡座的固定套环中；将输料管与出料管连接固定；

E、通过输水输气管向浮潜体联排内注入高浓度盐水，同时使气体排出，实现浮潜体联排整体下潜至冲刷坑坑口；

F、通过输料管、出料管向冲刷坑内部填注填充材料；当冲刷坑基本填满后停止输送填充材料；再填注自流平混凝土，对冲刷坑及内部填充材料进行封顶覆盖；

G、在自流平混凝土达到初凝并具备一定抗冲性后，通过输水输气管向浮潜体联排内注入空气，并使高浓度盐水排出，实现浮潜体联排整体上浮。

优选的，所述填充材料为海砂、淤泥、废旧渔网纤维组成的加筋混合土料。

本发明的特点和有益效果是：

1.本发明利用形成的浮潜体联排结构覆盖待治理的冲刷坑，避免填充材料与自流平混凝土被桩周浪流冲走，无需开展任何复杂、高成本的止水防浪工程便可全天候施工。

2.本发明的海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置组装简便、可反复利用，使用方法可操作性强。

3.填充材料采用海砂、淤泥、废旧渔网纤维，均为滨海易得材料，价格低廉、环保无污染。

4.将自流平混凝土应用于冲刷灾害的治理上，大幅度提高海床表层的抗冲刷特性，可实现冲刷灾害的长治久安。

附图说明

图1为本发明使用时整体布置图；

图2为浮潜体联排俯视图；

图3为浮潜体单元结构示意图；

图4为连接单元结构示意图；

图5为输水输气管结构示意图；

图6为固定卡座俯视图；

图7为固定卡座侧视截面图；

图8为出料管结构示意图；

图9为出料管滑槽结构示意图；

图10为弹簧滑块结构示意图；

图11为弹簧滑块结构剖面图。

附图标记列表：1、输水输气管；11、管体；12、连接端头；2、浮潜体单元；21、对接口；22、箱体；23、短管；24、监控设备；3、出料管；31、限位板；32、L型钢板；33、连接部；34、出料部；35、支撑架；4、输料管；5、海洋基础；61、伸缩块；62、滑块主体；63、夹片；64、内螺纹开孔；65、第二弹簧；7、固定卡座；71、第一弹簧；72、套管；73、伸缩臂；74、固定套环；75、限位孔；76、第一夹腿；77、第二夹腿；8、海上风电桩；9、连接单元；91、连接管；92、法兰盘；93、螺栓；94、螺母。

具体实施方式

为使本发明能更有效地达到既定目的和作用，下面结合附图对本发明的结构、特征和具体实施方式作进一步的阐述。详细说明如下：

如图1-11所示，一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置，包括浮潜体单元2，所述浮潜体单元2包括箱体22、短管23，所述箱体22为橡胶材质的中空结构，内部为空腔。在所述箱体22左右两侧分别设置有所述短管23。若干浮潜体单元2通过连接单元9首尾连接组成浮潜体环。所述连接单元9包括连接管91、法兰盘92，连接单元9的连接管91与所述短管23连接，两个连接单元9的法兰盘92通过螺栓93、螺母94密封对接。部分浮潜体单元2上设置有对接口21，所述对接口21具有内螺纹。所述对接口21与输水输气管1管体11一端的连接端头12螺纹连接。

浮潜体单元2底部还可以设置有监控设备24，便于观察冲刷坑的填充情况。

不同直径大小的浮潜体环之间通过固定卡座7连接固定，形成浮潜体联排。

所述固定卡座7包括包括两侧的弹簧夹具与中间的固定套环74，固定套环两侧设置有限位孔75。所述的弹簧夹具包括第一弹簧71、套管72、伸缩臂73，所述伸缩臂73位于套管内，所述伸缩臂73的一端通过第一弹簧71与固定套环连接，所述伸缩臂73的另一端垂直设置有第一夹腿76。所述套管72的一端与固定套环74固定连接，套管72的另一端垂直设置有第二夹腿77。所述第一夹腿76和第二夹腿77能够夹住浮潜体单元2，使相邻的浮潜体环连接固定。所述第一夹腿76和第二夹腿77底端向内弯折，利于提供更好的夹持力。

固定套环74中设置有出料管3，出料管3由硬质材料构成，可以是钢、铁、铝等金属。所述出料管3包括连接部33、出料部34上下两部分，所述连接部33前后侧壁分别焊接有两个竖向L型钢板32，两个竖向L型钢板32构成滑槽，滑槽上下端均焊接有限位板31；所述出料部34的侧壁设置有辅助出料口、支撑架35。

所述固定套环74与所述出料管3之间设置有弹簧滑块，所述弹簧滑块包括伸缩块61、滑块主体62、夹片63、内螺纹开孔64、第二弹簧65，所述伸缩块61、夹片63、第二弹簧65均为两个，所述伸缩块61、夹片63、第二弹簧65依次固定连接在所述滑块主体62的上下空腔内。使用时，将所述弹簧滑块竖直置于滑槽内部，夹紧夹片63，压缩弹簧，伸缩块61收缩，再将弹簧滑块旋转90°，使之水平，松开夹片63，伸缩块61弹开，将其置于滑槽内部。再将所述内螺纹开孔64与固定套环74的限位孔75对齐，通过螺钉连接固定，使得出料管3可沿滑槽上下滑动且不至脱落。使用时，可以根据冲刷坑的深度滑动调节出料管的位置。

使用时，包括以下步骤：

A、测量海上风电单桩基础在海洋基础5上形成的冲刷坑的大小，计算需要的材料多少，包括一定数量的浮潜体单元2、连接单元9等部件，以及相应的填充材料等，完成施工准备；用施工船将物资运送至作业地点；

B、围绕海上风电桩8将浮潜体单元2依次组装成若干不同直径的浮潜体环；

C、将若干浮潜体环通过固定卡座7连接固定，组成浮潜体联排；

D、将输水输气管1的连接端头12与浮潜体单元2上的对接口21固定连接；输水输气管1至少为两根，构成循环回路；将出料管3设置在固定卡座7的固定套环74中；将输料管4与出料管3连接固定；

E、通过输水输气管1向浮潜体联排内注入高浓度盐水，同时使气体排出，实现浮潜体联排整体下潜至冲刷坑坑口；

F、通过输料管4、出料管3向冲刷坑内部填注填充材料；通过监控设备24观察冲刷坑的填充情况，当冲刷坑基本填满后停止输送填充材料；所述的填充材料优选为海砂、淤泥、废旧渔网纤维组成的加筋混合土料，方便就地取材；再填注自流平混凝土，对冲刷坑及内部填充材料进行封顶覆盖；

G、在自流平混凝土达到初凝并具备一定抗冲性后，通过输水输气管1向浮潜体联排内注入空气，并使高浓度盐水排出，实现浮潜体联排整体上浮。

拆除浮潜体联排后，可以依次完成下一处冲刷坑的修复工作。

本发明利用形成的浮潜体联排结构覆盖待治理的冲刷坑，避免填充材料与自流平混凝土被桩周浪流冲走，无需开展任何复杂、高成本的止水防浪工程便可全天候施工。设备组装简便、可反复利用，使用方法可操作性强。填充材料采用海砂、淤泥、废旧渔网纤维，均为滨海易得材料，价格低廉、环保无污染。将自流平混凝土应用于冲刷灾害的治理上，大幅度提高海床表层的抗冲刷特性，可实现冲刷灾害的长治久安。

以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置，其特征在于，包括浮潜体单元（2）；所述浮潜体单元（2）包括箱体（22）、短管（23），所述箱体（22）为中空结构，在所述箱体（22）左右两侧分别设置有所述短管（23）；部分浮潜体单元（2）上设置有对接口（21），所述对接口（21）用于与输水输气管（1）对接；若干浮潜体单元（2）通过连接单元（9）首尾连接组成浮潜体环，不同直径大小的浮潜体环之间通过固定卡座（7）连接固定，形成浮潜体联排；所述固定卡座（7）包括两侧的弹簧夹具与中间的固定套环（74），固定套环（74）两侧设置有限位孔（75）；固定套环（74）中设置有硬质的出料管（3）。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置，其特征在于，所述对接口（21）具有内螺纹；所述对接口（21）与输水输气管（1）管体（11）一端的连接端头（12）螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置，其特征在于，所述浮潜体单元（2）底部设置有监控设备（24）。

4.根据权利要求1-2任一项所述的一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置，其特征在于，所述连接单元（9）包括连接管（91）、法兰盘（92），连接单元（9）的连接管（91）与所述短管（23）连接，两个连接单元（9）的法兰盘（92）通过螺栓（93）、螺母（94）密封对接。

5.根据权利要求1-2任一项所述的一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置，其特征在于，所述弹簧夹具包括第一弹簧（71）、套管（72）、伸缩臂（73），所述伸缩臂（73）位于套管内，所述伸缩臂（73）的一端通过第一弹簧（71）与固定套环连接，所述伸缩臂（73）的另一端垂直设置有第一夹腿（76）；所述套管（72）的一端与固定套环（74）固定连接，套管（72）的另一端垂直设置有第二夹腿（77）；所述第一夹腿（76）和第二夹腿（77）能够夹住浮潜体单元（2），使相邻的浮潜体环连接固定。

6.根据权利要求5所述的一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置，其特征在于，所述第一夹腿（76）和第二夹腿（77）底端向内弯折。

7.根据权利要求1-2任一项所述的一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置，其特征在于，所述出料管（3）包括连接部（33）、出料部（34）上下两部分，所述连接部（33）前后侧壁分别焊接有两个竖向L型钢板（32），两个竖向L型钢板（32）构成滑槽，滑槽上下端均焊接有限位板（31）；所述出料部（34）的侧壁设置有辅助出料口、支撑架（35）。

8.根据权利要求7所述的一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置，其特征在于，所述固定套环（74）与所述出料管（3）之间设置有弹簧滑块，所述弹簧滑块包括伸缩块（61）、滑块主体（62）、夹片（63）、内螺纹开孔（64）、第二弹簧（65），所述伸缩块（61）、夹片（63）、第二弹簧（65）均为两个，所述伸缩块（61）、夹片（63）、第二弹簧（65）依次固定连接在所述滑块主体（62）的上下空腔内。

9.一种海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、测量海上风电单桩基础在海洋基础（5）上形成的冲刷坑的大小，计算需要的材料多少，完成施工准备；用施工船将物资运送至作业地点；

B、围绕海上风电桩（8）将浮潜体单元（2）依次组装成若干不同直径的浮潜体环；

C、将若干浮潜体环通过固定卡座（7）连接固定，组成浮潜体联排；

D、将输水输气管（1）的连接端头（12）与浮潜体单元（2）上的对接口（21）固定连接；输水输气管（1）至少为两根，构成循环回路；将出料管（3）设置在固定卡座（7）的固定套环（74）中；将输料管（4）与出料管（3）连接固定；

E、通过输水输气管（1）向浮潜体联排内注入高浓度盐水，同时使气体排出，实现浮潜体联排整体下潜至冲刷坑坑口；

F、通过输料管（4）、出料管（3）向冲刷坑内部填注填充材料；当冲刷坑基本填满后停止输送填充材料；再填注自流平混凝土，对冲刷坑及内部填充材料进行封顶覆盖；

G、在自流平混凝土达到初凝并具备一定抗冲性后，通过输水输气管（1）向浮潜体联排内注入空气，并使高浓度盐水排出，实现浮潜体联排整体上浮。

10.一种根据权利要求9所述的海上风电单桩基础冲刷坑的修复装置的使用方法，其特征在于，所述填充材料为海砂、淤泥、废旧渔网纤维组成的加筋混合土料。

Images