CN114606985B - 一种海上风电单桩基础的防冲刷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，防冲刷装置套设于钢管桩外部，包括外环架、可伸缩套管以及土工布，套设于钢管桩外部，外环架内部设置有进液管道，进液管道上方入口通过高压水管与高压泵连通，高压泵设置于水体外部，可伸缩套管一端与外环架下方的进液管道底部出口密封连通，可伸缩套管包括伸缩头管、伸缩尾管以及水密软管，伸缩头管外端与进液管道底部出口连接，伸缩头管与伸缩尾管通过水密软管伸缩连接固定，土工布内侧与相邻伸缩头管固定连接，土工布外侧与相邻伸缩尾管固定连接，土工布上固定卡接有数个均匀分布的仿生草组件。本发明的优点在于能够实现对海上风电单桩基础四周的防冲刷以及冲刷消能作用。

Description

一种海上风电单桩基础的防冲刷装置

技术领域

本发明涉及海上桩基防护技术领域，特别涉及一种海上风电单桩基础的防冲刷装置。

背景技术

海上风电单桩基础通常由单根大直径钢管构成，下部深入土中，提供承载力；中部浸于水中，承受波浪、海流、潮汐、海生物生长等长期海洋环境作用；上部通过法兰与风力发电机塔筒相连。作为结构最为简单的一种海上风机基础型式，单桩基础是目前海上风电的主导基础结构型式。

单桩基础沉桩后，潮流和波浪引起的水体粒子的运动形态会受到显著的影响。在单桩基础的向流处前方会形成一个马蹄涡，在单桩基础的背流处后方会形成涡流卡门涡街，在单桩基础的两侧流线会收缩。这种局部流态的改变，会增加水流对底床的剪切应力，从而使水流挟沙能力的提高。如果底床是易受侵蚀的，那么在单桩基础局部会形成冲刷坑，进而影响结构的稳定性。

针对上述海上风电单桩基础容易受冲刷破坏的问题，现行工程中采用较多的是护底减冲防护措施，主要是利用抛石、砂袋、砂被等为主的防护层对桩基周边冲刷影响区域进行压盖防护，并不能有效隔离桩周水流，难以取得可靠的冲刷防护效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，实现对海上风电单桩基础四周的防冲刷以及冲刷消能作用。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，所述防冲刷装置套设于钢管桩外部，其特征在于，包括外环架、可伸缩套管以及土工布，所述外环架整体为圆柱形，套设于钢管桩外部，所述外环架内部为中空结构，所述外环架内部设置有进液管道，所述进液管道上方入口通过高压水管与高压泵连通，所述高压泵设置于水体外部，所述可伸缩套管一端与外环架下方的进液管道底部出口密封连通，所述可伸缩套管包括伸缩头管、伸缩尾管以及水密软管，所述伸缩头管外端与进液管道底部出口活动连接，所述伸缩头管与伸缩尾管通过水密软管伸缩连接固定，所述土工布整体为等边梯形设置，所述土工布内侧与相邻伸缩头管固定连接，所述土工布外侧与相邻伸缩尾管固定连接，所述土工布上固定卡接有数个均匀分布的仿生草组件；

所述伸缩头管外端与进液管道底部出口处通过铰点限位装置活动连接，且伸缩头管与进液管道之间角度可活动设置；

所述伸缩头管为中空结构，所述伸缩头管内部与进液管道连通，所述伸缩尾管内端外壁与伸缩头管内部契合匹配，所述水密软管设置于伸缩尾管内端与伸缩头管内部之间；

所述水密软管外部还设置有一金属波纹管，所述水密软管外端还设置有一压力安全阀，所述压力安全阀连通水密软管内部空间以及金属波纹管与水密软管之间内部，所述金属波纹管底部设置有数个均匀分布的通孔。

优选的，所述进液管道底部向下垂直延伸设置有固化剂注射装置，所述固化剂注射装置整体为一中空倒置圆锥形结构，所述固化剂注射装置顶部与进液管道连通，所述固化剂注射装置的锥面上分布有数个垂直于锥面的压力喷头，所述压力喷头外端为尖头状。

优选的，所述钢管桩外端还设置有一挡环，所述挡环内侧与钢管桩外端固定焊接，所述挡环外径大于固化剂注射装置底部外径。

优选的，所述外环架上方设置有多个均匀分布吊孔，所述吊孔与外部起吊装置吊装连接。

优选的，所述伸缩尾管外端固定连接有一导流罩，所述导流罩内部安装有配重块，所述导流罩外部为圆弧流线型。

优选的，所述仿生草组件包括上安装座、下安装座、卡座以及仿生海草，所述土工布上设置有安装孔，所述下安装座贯穿安装孔与上安装座固定连接，所述上安装座顶部设置有一消能座，所述消能座顶部设置有数个开口，所述消能座外侧贯穿设置有数个消能孔，所述卡座为两端高中部低的结构，所述卡座中部卡设于开口处，所述卡座底部与消能座内部通过弹簧连接，所述卡座顶部与仿生海草固定连接。

优选的，所述消能座内部填充有多孔海绵。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明通过高压泵往装置内部打入固化剂，通过固化剂压力将装置整体进行展开，在水下不采用机械以及电机情况下 实现装置的整体展开以及固化剂的注入，即整体装置能够实现小型化。

本发明通过吊装的方式即能将装置整体安装于风电单桩外侧，并通过挡环对装置底部进行限位，只需一次吊装即可完成，安装简单，减少前期的准备工作。

本发明通过土工布覆盖桩体底部附近，再在土工布上安装仿生草组件，在通过高压泵打入固化剂，固化剂能够对风电单桩底部以及四周进行淤泥固化，三者结合实现对桩基周边的高效防冲刷。

本发明能够实现对桩体底部实现即时以及长时间的防冲刷，效果明显且施工安全可靠，结构整体性更高，经济性好。

附图说明

图1是本发明的中外环架、可伸缩套管与钢管桩之间的结构示意图；

图2是本发明整体展开的结构图；

图3是本发明中仿生草组件与土工布的连接机构示意图；

图4是本发明中伸缩尾管的结构示意图。

其中：1-钢管桩；2-外环架；3-土工布；4-吊孔，5-进液管道；6-伸缩头管；7-伸缩尾管；8-水密软管；9-仿生草组件；10-固化剂注射装置；11-压力喷头；12-挡环；13-金属波纹管；14-压力安全阀；15-上安装座；16-下安装座；17-卡座；18-仿生海草；19-消能座；20-消能孔；21-多孔海绵；22-弹簧；23-铰点限位装置；24-导流罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。

如图1至4所述的一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，防冲刷装置套设于钢管桩1外部，包括外环架2、可伸缩套管以及土工布3，外环架2整体为圆柱形，套设于钢管桩1外部，外环架2内部为中空结构，外环架2上方设置有多个均匀分布吊孔4，吊孔4与外部起吊装置吊装连接，即通过吊装的方式即能将装置整体安装于钢管桩1外侧，只需一次吊装即可完成，安装简单，减少前期的准备工作。

外环架2内部设置有进液管道5，进液管道5上方入口通过高压水管与高压泵连通，高压泵设置于水体外部，可伸缩套管一端与外环架2下方的进液管道5底部出口密封连通，可伸缩套管数量可根据实际情况进行预设，即后续展开效果不止图2这一种情况，可伸缩套管包括伸缩头管6、伸缩尾管7以及水密软管8，伸缩头管6外端与进液管道5底部出口连接，伸缩头管6与伸缩尾管7通过水密软管8伸缩连接固定，伸缩头管6外端与进液管道5底部出口处通过铰点限位装置23活动连接，通过释放铰点限位装置，能够实现伸缩头管6与进液管道5之间角度可活动调节，从而实现在海底复杂地形下的展开，适应多样的海底环境。

土工布3整体为等边梯形设置，土工布3内侧与相邻伸缩头管6固定连接，土工布3外侧与相邻伸缩尾管7固定连接，土工布3上固定卡接有数个均匀分布的仿生草组件9。

进液管道5底部向下垂直延伸设置有固化剂注射装置10，固化剂注射装置10整体为一中空倒置圆锥形结构，固化剂注射装置10顶部与进液管道5连通，固化剂注射装置10的锥面上分布有数个垂直于锥面的压力喷头11，压力喷头11外端为尖头状，压力喷头11通过预设压力值，在固化剂注射装置10内部达到一定压力值后能够将内部的固化剂通过压力喷头11喷入至四周淤泥内部，它的工作机理是通过固化剂与淤泥中水分接触，产生一系列的水化、水解反应，生成水化产物和胶凝物质。这些胶凝物质凝结、包裹淤泥中的细小颗粒，使之团粒化，形成一个由水化胶凝物为主的骨架结构。并通过激发剂激发淤泥中次生矿物的活性，促进、稳定反应进程，从而在淤泥中形成硅酸盐类高强度架构，具备一定的结构强度。固化胶凝的成分生长，理论上历百年而不衰，在固化土形成后相当长的一段时间内控制强度稳定持续增长，寿命预测可达50~100年。

钢管桩1外端还设置有一挡环12，挡环12内侧与钢管桩1外端固定焊接，挡环12外径大于固化剂注射装置10底部外径，挡环12对装置底部进行限位，安装更加方便。

伸缩头管6为中空结构，伸缩头管6内部与进液管道5连通，伸缩尾管7内端外壁与伸缩头管6内部契合匹配，水密软管8设置于伸缩尾管7内端与伸缩头管6内部之间，水密软管8外部还设置有一金属波纹管13，水密软管8外端还设置有一压力安全阀14，压力安全阀14能够在压力过大的情况下将内部固化剂释放，压力安全阀14连通水密软管8内部空间以及金属波纹管13与水密软管8之间内部，金属波纹管13底部设置有数个均匀分布的通孔，释放后的固化剂通过通孔进入金属波纹管13底下的淤泥内部，增加结构强度，防止水流冲刷，水密软管8能够在未注射固化剂情况下，实现折叠收纳，金属波纹管13则能够实现一定长度的伸缩，在吊装前，水密软管8与金属波纹管13能够收纳在伸缩头管6内部，体积能够设计的更小，安装也更加简单方便。

伸缩尾管7外端固定连接有一导流罩24，所述导流罩24内部安装有配重块，所述导流罩24外部为圆弧流线型，导流罩24设计为圆弧流线型，实现水流经过后形成动力学下压力，实现伸缩尾管7外端的稳定，同时通过配重块加大伸缩尾管7外端重量，防冲刷能力更强。

仿生草组件9包括上安装座15、下安装座16、卡座17以及仿生海草18，土工布3上设置有安装孔，下安装座16贯穿安装孔与上安装座15固定连接，可通过螺纹或者内部卡接固定，上安装座15顶部设置有一消能座19，消能座19顶部设置有数个开口，消能座19外侧贯穿设置有数个消能孔20，卡座17为两端高中部低的结构，卡座17中部卡设于开口处，卡座17底部与消能座19内部通过弹簧22连接，卡座17顶部与仿生海草18固定连接，消能座19内部填充有多孔海绵21，消能座16内部消能孔20以及仿生海草18能够抵消或者减弱大部分海底水流的冲刷，内部多孔海绵21也能实现良好的消能作用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，所述防冲刷装置套设于钢管桩外部，其特征在于，包括外环架、可伸缩套管以及土工布，所述外环架整体为圆柱形，套设于钢管桩外部，所述外环架内部为中空结构，所述外环架内部设置有进液管道，所述进液管道上方入口通过高压水管与高压泵连通，所述高压泵设置于水体外部，所述可伸缩套管一端与外环架下方的进液管道底部出口密封连通，所述可伸缩套管包括伸缩头管、伸缩尾管以及水密软管，所述伸缩头管外端与进液管道底部出口活动连接，所述伸缩头管与伸缩尾管通过水密软管伸缩连接固定，所述土工布整体为等边梯形设置，所述土工布内侧与相邻伸缩头管固定连接，所述土工布外侧与相邻伸缩尾管固定连接，所述土工布上固定卡接有数个均匀分布的仿生草组件；

所述伸缩头管外端与进液管道底部出口处通过铰点限位装置活动连接，且伸缩头管与进液管道之间角度可活动设置；

所述伸缩头管为中空结构，所述伸缩头管内部与进液管道连通，所述伸缩尾管内端外壁与伸缩头管内部契合匹配，所述水密软管设置于伸缩尾管内端与伸缩头管内部之间；

所述水密软管外部还设置有一金属波纹管，所述水密软管外端还设置有一压力安全阀，所述压力安全阀连通水密软管内部空间以及金属波纹管与水密软管之间内部，所述金属波纹管底部设置有数个均匀分布的通孔。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，其特征在于：所述进液管道底部向下垂直延伸设置有固化剂注射装置，所述固化剂注射装置整体为一中空倒置圆锥形结构，所述固化剂注射装置顶部与进液管道连通，所述固化剂注射装置的锥面上分布有数个垂直于锥面的压力喷头，所述压力喷头外端为尖头状。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，其特征在于：所述钢管桩外端还设置有一挡环，所述挡环内侧与钢管桩外端固定焊接，所述挡环外径大于固化剂注射装置底部外径。

4.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，其特征在于：所述外环架上方设置有多个均匀分布吊孔，所述吊孔与外部起吊装置吊装连接。

5.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，其特征在于：所述伸缩尾管外端固定连接有一导流罩，所述导流罩内部安装有配重块，所述导流罩外部为圆弧流线型。

6.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，其特征在于：所述仿生草组件包括上安装座、下安装座、卡座以及仿生海草，所述土工布上设置有安装孔，所述下安装座贯穿安装孔与上安装座固定连接，所述上安装座顶部设置有一消能座，所述消能座顶部设置有数个开口，所述消能座外侧贯穿设置有数个消能孔，所述卡座为两端高中部低的结构，所述卡座中部卡设于开口处，所述卡座底部与消能座内部通过弹簧连接，所述卡座顶部与仿生海草固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种海上风电单桩基础的防冲刷装置，其特征在于：所述消能座内部填充有多孔海绵。

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