CN114351752A - 一种可自适应海上风电桩基冲刷坑形貌的支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自适应海上风电桩基冲刷坑形貌的支撑装置，属于海洋工程技术领域。本发明的支撑装置包括初始限位结构和绕桩基设置的自适应伸缩装置；自适应伸缩装置包括自适应伸缩板和藻类附着网；所述自适应伸缩板的数量为两块，分为上自适应伸缩板和下自适应伸缩板，上自适应伸缩板的外边缘与下自适应伸缩板的外边缘之间用藻类附着网连接。通过自适应伸缩装置自适应各种桩基冲坑形貌，为桩基起到支撑承载作用，并通过藻类附着网进行固土，防止冲坑的进一步扩大，有效防止海上风电基础冲刷灾害发生，同时开展海洋经济作物的绿色养殖，清洁能源与安全水产品的同步高效产出，改善生态环境、增加经济收入，获得联合经济收益。

Description

一种可自适应海上风电桩基冲刷坑形貌的支撑装置

技术领域

本发明涉及一种可自适应海上风电桩基冲刷坑形貌的支撑装置，属于海洋工程技术领域。

背景技术

随着海洋可再生能源利用技术的飞速进步，我国海上风电建设项目蓬勃发展。风电桩基结构多处于水深30米以内的近海海域，风电场所处海域海床受潮汐、浪流冲蚀作用频繁。波流受桩基阻挡与压缩，形成下潜水流与马蹄漩涡，它们与海床面发生强烈的动力相互作用，增大了局部床面剪应力，使土颗粒滑移流失，造成了严重的冲刷灾害，桩基周围形成明显冲刷坑，导致基础埋深变浅，进而严重影响风电桩基结构的承载力以及整体结构的稳定性，带来极大安全隐患，为此针对冲刷灾害开展防护措施必不可少。

目前海上风电桩基冲刷坑防护主要采取以下两种方式：布砂防护与抛石修复方式。布砂防护，在潮汐、浪流长期冲刷作用下，布砂颗粒流失，使得布砂防护失去原有防护效果，需要对原有冲刷防护进行修复，且海浪情况复杂，水下施工难度，且难以适应海床冲刷变化；抛石防护通过对冲刷坑投放碎石，起到桩基承载的作用，桩基抛石防护下仍存在冲刷坑土颗粒流失现象，使冲刷坑进一步扩大，防护效果极易失效，且抛石施工前，需进行冲刷坑形貌勘探来确定投石数量，抛石量巨大，施工过程时极易破坏原有风电桩基，施工程量大且水下施工作业困难，通常适用于群桩、大型桩基的防护。

中国专利公开号CN 113175014A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。通过地基固化作用实现对原有冲刷坑的防护，并在防护后加上防冲刷保护结构防止冲刷。但固化土防护指利用注浆工艺，喷射水泥浆固化桩周海床，该方法为海底环境扰动大，污染严重，会破坏桩基周围海洋环境，毁坏原有桩基周围海洋生态，环境友好性极差。

中国专利公开号CN 110804957A公开了一种桥墩局部冲刷的防护方法，该防护方法通过检测桥墩冲刷坑深度确定加固深度，再进行抛石与注浆防护，加固原有桩基形成对原有基础的防护。水下检测冲刷坑形貌实施困难，且抛石与注浆方式对水体环境污染严重，环境友好性差。

发明内容

为解决现有冲刷坑防护中防护效果维持时间短、适应性差、水下施工困难、环境友好性差的问题，本发明提供一种可自适应海上风电桩基冲刷坑形貌的支撑装置，通过自适应伸缩装置自适应各种桩基冲坑形貌，对桩基起到支撑承载作用，并通过藻类附着网进行固土，防止冲坑的进一步扩大，有效防止海上风电基础冲刷灾害发生，同时开展海洋经济作物的绿色养殖，清洁能源与安全水产品的同步高效产出，改善生态环境、增加经济收入，获得联合经济收益。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种可自适应海上风电桩基冲刷坑形貌的支撑装置，包括两个以上自适应伸缩装置；所述自适应伸缩装置包括自适应伸缩板和藻类附着网；所述自适应伸缩板分为上自适应伸缩板和下自适应伸缩板，上自适应伸缩板的外边缘与下自适应伸缩板的外边缘之间用藻类附着网连接；所述自适应伸缩板包括支撑内板、支撑外板、伸缩杆和弹簧；所述支撑外板具有一空腔，空腔开口位于支撑外板的内边缘；所述支撑内板套设在支撑外板的空腔内，支撑内板的外边缘靠近支撑外板的外边缘；所述伸缩杆设置在空腔内，伸缩杆的一端与支撑外板的外边缘连接、另一端与支撑内板的外边缘连接；所述弹簧套设于伸缩杆；支撑内板的内边缘与桩基连接。

本发明的支撑装置使用时设置在冲刷坑内、自适应伸缩装置绕桩基设置，其自适应伸缩板作为自适应伸缩装置的主体框架，起到主要承载作用。整个支撑装置投放冲刷坑前，处于预紧压缩状态，当支撑装置中的下自适应伸缩板接触到冲刷坑底部时，弹簧预紧力释放，弹簧与伸缩杆进行自由伸长，推动自适应伸缩板沿圆周方向向外伸展至自适应伸缩的外边缘抵至冲刷坑内壁，从而适应冲刷坑不同位置的形貌、适应冲刷坑形态。自适应伸缩板为冲刷坑与桩基之间提供支撑，加强桩基整体承载力。所述藻类附着网上部通过缠绕的方式，连接在上自适应伸缩板通孔处与下自适应伸缩板外侧，并且在编织绳端通过固定环固定。藻类附着网采取采用两股3厘米宽尼龙绳与5厘米宽橡胶条编织而成，并在外侧缠绕藻类植物，随自适应伸缩板伸缩抵至冲刷坑内侧，覆盖冲刷坑的内侧面与冲刷坑内部密切贴合，外侧缠绕藻类植物一方面起到网箱养殖产物养料供给作用，另一方面起到防止土颗粒滑移流失进行固土的作用，既保证网状防护结构刚性强度，又具有复原的一定弹性强度。

所述自适应伸缩装置设置于桩基的相同/不同高度，沿桩基多层分布。可以是每一高度位置设置一个自适应伸缩装置；也可以是同一高度位置设置两个以上自适应伸缩装置；位于同一高度位置的两个以上自适应伸缩装置形成一层；以适应冲刷坑内侧面的不同形貌。为了使自适应伸缩板的外边缘能充分与冲刷坑内侧面接触，可以尽可能多的设置自适应伸缩装置；使自适应伸缩装置分布于不同高度。单个自适应伸缩装置置于冲刷坑中，自适应冲刷坑形态，依据冲刷坑的形态，自适应调整自适应伸缩装置状态，做到最大程度的契合冲刷坑形态，为桩基提供足够的承载力，有效防止桩基整体倾事件的发生。自适应伸缩装置分层设置，能在加大承载力的同时便于不同养殖产物养殖，形成海洋小型生态系统。

沿桩基自上而下投影时，上下相邻的自适应伸缩装置的投影不完全重合，部分重叠。是为了自适应伸缩板的外边缘能与冲刷坑内侧面尽可能多的接触，使冲刷坑内侧上的受力点尽可能的均匀，从而有利于加强对冲刷坑内侧面的支撑。

为了方便自适应伸缩装置的投放，所述支撑装置还可以包括提升结构，提升结构与自适应伸缩装置固定连接、与桩基滑动连接；所述滑动是指沿桩基上下滑动；以使自适应伸缩装置能沿桩基上下滑动。

所述提升结构包括导轨槽和导轨块，导轨块沿导轨槽滑动；导轨槽沿桩基轴向设置、与桩基之间固定连接，导轨块与自适应伸缩装置固定连接。通过导轨槽和导轨块的设置，可以使自适应伸缩装置沿桩基表面垂直上下滑动，方便自适应伸缩装置的投放、更换。

为了方便投放，所述支撑装置还包括初始限位结构，所述初始限位结构用于使弹簧处于预紧压缩状态；所述初始限位结构包括限位板和限位插条；所述限位板，一端设置有通孔、另一端固定于支撑内板的上表面，设置有通孔的一端位于支撑外板上方；支撑外板的上表面开有与通孔对应的限位槽，限位插板穿过通孔插在限位槽里，限位插板的顶端连接拉绳。初始限位结构通过限位板和限位插条将支撑内板和支撑外板固定在一起，使得二者无法发生相对运动，从而使弹簧位于压紧状态。当自适应伸缩装置放置到预定位置时，拉动拉绳使限位插从限位槽中拔出，限位槽不再对支撑外板有作用力、限制作用，支撑外板则在弹簧弹力的推动下沿弹簧轴向向外移动。

所述支撑内板和支撑外板设有通孔；与冲刷坑坑底接触的自适应伸缩板采用重质材料制成。在自适应伸缩板上均匀布置通孔，便于藻类养殖网缠绕连接与养殖产物有机养殖。与冲刷坑坑底接触的自适应伸缩板起到预压板的作用，进行桩基冲刷坑底部的预平整，进而稳固整个装置，大大提高装置整体稳定性。

所述支撑外板，其外边缘和内边缘均为圆弧状，其外边缘和内边缘弧度一致、凹凸方向一致；所述空腔的形状与支撑外板的形状相同；所述支撑内板的形状与支撑外板的形状相同。支撑内板和支撑外板两侧边延长线相交，可以使支撑内板和支撑外板分别形成扇形。采用该形状的支撑外板能有利于支撑外板与冲刷坑内侧面接触、提高自适应伸缩装置对冲刷坑的支撑作用。

本发明的有益效果是：

本发明利用现有的水产生物养殖技术，通过放置自适应伸缩装置进行桩基承载支撑防护，同时进行海底水产作物的养殖，大大提高了经济效益，降低了桩基防护运营的成本。本发明与传统桩基冲刷坑修复技术相比，一方面，采取主动防护的方式，采用自适应伸缩装置，通过自适应伸缩装置中弹簧的伸缩使自适应伸缩装置中的自适应伸缩板最大程度上适应并贴合冲刷坑形状，并且通过设置在桩基和冲刷坑之间的自适应伸缩板实现对冲刷坑内壁支撑，进而承载桩基。另一方面该发明同时通过采取藻类附着网进行固土，增强冲刷坑土颗粒粒间粘结力，增强沙土固结力，养殖网箱内部进行水产作物养殖，做到经济收益的同时，进一步提高桩基承载力，做到生态友好性，兼顾海底环境问题，解决桩基因冲刷导致的承载力下降的问题，在防治冲刷的同时兼得水产收益。

附图说明

图1为本发明实施例公开的支撑装置的单层结构示意图；

图2为本发明实施例公开的支撑装置的结构正视示意图；

图3为本发明实施例公开的支撑装置中单个自适应伸缩装置的示意图；

图4为本发明实施例公开的提升结构细节示意图；

图5为本发明实施例公开的支撑装置启动前后效果图；

图6为本发明实施例公开的自适应伸缩板启动前细节示意图；

图7为本发明实施例公开的自适应伸缩板启动前剖面细节示意图；

图8为本发明实施例公开的自适应伸缩板启动后细节示意图；

图9为本发明装实施例公开的自适应伸缩板启动后剖面细节示意图；

其中：1桩基；2水面；3提升结构；31导轨槽；32导轨块；4自适应伸缩板；41支撑内板；411、限位板；412限位插条；42支撑外板；43通孔；44弹簧；45伸缩杆；451卡扣结构；5藻类附着网；6预压重板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-9所示，一种可自适应海上风电桩基冲刷坑形貌的支撑装置，设置在冲刷坑内，包括绕桩基1设置的自适应伸缩装置；自适应伸缩装置包括自适应伸缩板4和藻类附着网5；自适应伸缩板4的数量为两块，分为上自适应伸缩板4和下自适应伸缩板4，上自适应伸缩板4的外边缘与下自适应伸缩板4的外边缘之间用藻类附着网5连接；自适应伸缩板4包括支撑内板41、支撑外板42、伸缩杆45和弹簧44；支撑外板42具有一空腔，空腔开口位于支撑外板42的内边缘；支撑内板41套设在支撑外板42的空腔内，支撑内板41的外边缘靠近支撑外板42的外边缘；伸缩杆45设置在空腔内，伸缩杆45的一端与支撑外板42的外边缘连接、另一端与支撑内板41的外边缘连接；弹簧44套设于伸缩杆45；支撑内板41的内边缘与桩基1连接。

其中，自适应伸缩板4保证整个装置所需承载力，采用高强度耐腐蚀钢板材料。伸缩杆45可以是由外管和内管/内杆套设而成。伸缩杆45的尺寸根据自适应伸缩板4的尺寸和所需弹簧44的尺寸而定；而所需弹簧44的尺寸由支撑装置对弹簧44的支撑力要求而定。伸缩杆45与支撑外板42、支撑内板41的连接，可以是固定连接。伸缩杆45上还可以设置卡扣结构451，当自适应伸缩外板抵至冲刷坑内壁时，伸缩杆45中卡扣结构451弹出，防止伸缩杆45的回弹，限制伸缩杆45的径向位移。所述支撑外板42，外边缘和内边缘均为圆弧状，外边缘和内边缘弧度一致、凹凸方向一致；所述空腔的形状与支撑外板42的形状相同；所述支撑内板41的形状与支撑外板42的形状相同。支撑内板41和支撑外板42两侧边延长线相交，可以使支撑内板41和支撑外板42分别形成扇形。支撑内板41和支撑外板42设有通孔43；与冲刷坑接触的自适应伸缩板4采用重质材料制成，作为预压重板6。藻类附着网5上部通过缠绕的方式，连接在自适应伸缩板4外边缘，并且在编织绳端通过固定环固定。藻类附着网5采用两股3厘米宽尼龙绳与5厘米宽橡胶条编织而成。

作为一种具体实施方案，所述自适应伸缩装置设置于桩基1的相同/不同高度，沿桩基1多层分布；也就是说，桩基1的同一高度可以设置两个以上自适应伸缩装置，而桩基1的至少两个高度位置设置有自适应伸缩装置。位于同一高度位置的两个以上自适应伸缩装置形成一层。当自适应伸缩装置设置于桩基1的相同高度时，自适应伸缩装置可以为3-6个，绕桩基1均匀分布，大体形成一圆环形状；此时，自适应伸缩装置的上自适应伸缩板4与下自适应伸缩板4之间的距离为冲刷坑的高度。

作为一种具体实施方案，当自适应伸缩装置设置于桩基1的不同高度时，上下相邻的自适应伸缩装置交错设置；沿桩基1自上而下投影时，上下相邻的自适应伸缩装置的投影不完全重合，部分重叠。

作为一种具体实施方案，还可以包括提升结构3，提升结构3与自适应伸缩装置固定连接、与桩基1滑动连接；滑动是指沿桩基1上下滑动；以使自适应伸缩装置能沿桩基1上下滑动。具体的，提升结构3包括导轨槽31和导轨块32，导轨块32沿导轨槽31滑动；导轨槽31沿桩基1轴向设置、与桩基1之间固定连接，导轨块32与自适应伸缩装置固定连接。其中，导轨槽31的数量为两条以上，每一导轨槽31可以与多个导轨块32连接，如果多个导轨块32分别连接不同的自适应伸缩装置，此时多个导轨块32之间通过连接杆连接；一个导轨块32与一个自适应伸缩装置连接，一个导轨块32与两个以上自适应伸缩装置连接。当一个导轨槽31设置有其中，导轨槽31的底端所处的高度，即自适应伸缩装置所要放置的高度。

作为一种具体实施方案，如图4所示，提升结构3还包括卡扣限位结构。具体的，卡扣限位结构包括设置于导轨槽31的卡扣槽和设置于导轨块32的限位卡扣，限位卡扣上连接拉绳，当自适应伸缩装置放置到合适的位置时，拉动拉绳使限位卡扣打开，限位卡扣插入卡扣槽，以防止自适应伸缩装向上滑动滑动。

作为一种具体实施方案，如图6所示，还包括所述初始限位结构以使弹簧44位于压紧状态。具体的，初始限位结构包括限位板411和限位插条412；限位板411的一端设置有通孔43、另一端固定于支撑内板41的上表面，限位板411设置有通孔43的一端位于支撑外板42上方；支撑外板42的上表面开有与通孔43对应的限位槽，限位插板穿过通孔43插在限位槽里，限位插板的顶端连接拉绳。初始限位结构通过限位板411和限位插条412将支撑内板41和支撑外板42固定在一起，使得二者无法发生相对运动，从而使弹簧44位于压紧状态。当自适应伸缩装置放置到预定位置时，拉动拉绳使限位插从限位槽中拔出，限位槽不再对支撑外板42有作用力、限制作用，支撑外板42则在弹簧44弹力的推动下沿弹簧44轴向向外移动。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种可自适应海上风电桩基冲刷坑形貌的支撑装置，其特征在于，

包括两个以上自适应伸缩装置；

所述自适应伸缩装置包括自适应伸缩板和藻类附着网；

所述自适应伸缩板分为上自适应伸缩板和下自适应伸缩板，上自适应伸缩板的外边缘与下自适应伸缩板的外边缘之间用藻类附着网连接；

所述自适应伸缩板包括支撑内板、支撑外板、伸缩杆和弹簧；所述支撑外板具有一空腔，空腔开口位于支撑外板的内边缘；所述支撑内板套设在支撑外板的空腔内，支撑内板的外边缘靠近支撑外板的外边缘；所述伸缩杆设置在空腔内，伸缩杆的一端与支撑外板的外边缘连接、另一端与支撑内板的外边缘连接；所述弹簧套设于伸缩杆；

所述支撑内板的内边缘与桩基连接。

2.根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，所述自适应伸缩装置的数量为三个以上，设置于桩基的相同/不同高度。

3.根据权利要求2所述的支撑装置，其特征在于，桩基同一高度位置设置两个以上自适应伸缩装置。

4.根据权利要求3所述的支撑装置，其特征在于，沿桩基自上而下投影时，上下相邻的自适应伸缩装置的投影部分重叠。

5.根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，还包括提升结构；所述提升结构与自适应伸缩装置固定连接、与桩基滑动连接；所述滑动是指沿桩基上下滑动。

6.根据权利要求5所述的支撑装置，其特征在于，所述提升结构包括导轨槽和导轨块；导轨块沿导轨槽滑动，导轨槽沿桩基轴向设置、与桩基之间固定连接，导轨块与自适应伸缩装置固定连接。

7.根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，还包括初始限位结构，用于使弹簧处于压缩状态。

8.根据权利要求7所述的支撑装置，其特征在于，所述初始限位结构包括限位板和限位插条；所述限位板，一端设置有通孔、另一端固定于支撑内板的上表面，设置有通孔的一端位于支撑外板上方；支撑外板的上表面开有与通孔对应的限位槽，限位插板穿过通孔插在限位槽里，限位插板的顶端连接拉绳。

9.根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，支撑内板和支撑外板设有通孔；与冲刷坑接触的自适应伸缩板采用重质材料制成。

10.根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，所述支撑外板，外边缘和内边缘均为圆弧状，外边缘和内边缘弧度一致、凹凸方向一致；所述空腔的形状与支撑外板的形状相同；所述支撑内板的形状与支撑外板的形状相同。

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