CN115142427B - 一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，步骤一：复测冲刷坑深度；步骤二：半潜起重船进场，放置附属组件、铺设土工布；步骤三：将导向机构水平放置在底座上，并间隔套接在钢管桩上；步骤四：将抛石机构吊运至投放位置；步骤五：自动解开尼龙绳，级配石经导引槽的竖直摆动抛填至填充层，在半潜起重船的DP动力定位系统驱动下，导向机构绕钢管桩水平转动，继续进行抛石作业；步骤六：穿引海缆，再继续抛填直至填满填充层；步骤七：将级配石抛填至填充层以及附属组件上形成反滤层；步骤八：将级配石抛填至反滤层上形成护面层；步骤九：将导向机构吊离钢管桩后，半潜起重船离场。本发明可将级配石有序铺设在桩基周围，提高施工效率。

Description

一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺

技术领域

本发明涉及海上风电基础技术领域，具体涉及一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺。

背景技术

海上风电因其具有风速高、有效发电小时数长、不占用陆地资源等优势，在近几年得到了迅速的发展。受桩基的阻碍以及洋流的速度梯度影响，在海上建设的桩基周围容易产生冲刷，进而带走桩基周围的泥沙，导致桩身承载力降低、基础倾斜，甚至会产生基础整体倒塌的严重后果。

为了改善海上风机基础桩基被冲刷的问题，目前常采用的防冲刷保护方式为抛石，但由于海上环境复杂，抛石的海上施工周期长，并且很难抛投到位，施工很难达到设计意图，严重影响防护效果；另外，当准备抛石时，一般需要工作人员站在环梁上人为解开尼龙绳进行抛石，费时费力，且不安全。因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，通过半潜起重船的DP动力定位系统、导向机构和抛石机构的配合使用，可将级配石有序铺设在钢管桩的桩基周围，避免级配石在抛填过程中随洋流漂散的现象发生，提高了施工效率，节约了施工成本。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：本发明的一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，其创新点在于包括以下步骤：

步骤一：复测钢管桩桩基处的冲刷坑深度；

步骤二：半潜起重船行进到施工位置后定位，将附属组件同轴心间隔套接放置在钢管桩上靠海床面处，并在冲刷坑深度方位内的钢管桩桩周以及附属组件表面铺设400g/m²规格的土工布进行保护；

所述附属组件包括底板和分隔板；在钢管桩上靠海床面处还同轴心间隔套接设有底板，所述底板为水平设置的圆环状结构，且其内径大于冲刷坑的覆盖范围，其外径为3~4倍的钢管桩靠海床面处的外径；在所述底板的外圆周面沿其圆周方向还开设有环状的倒角，所述倒角朝钢管桩的方向倾斜向上设置，并形成一缓冲面；在所述底板的上表面沿其圆周方向还均布间隔竖直设有数个分隔板，每一所述分隔板均为沿底板径向竖直设置的直角三角形结构，且其斜面分别朝远离钢管桩的方向倾斜向下设置，并将底板的上表面沿其圆周方向分割成数个用于抛填级配石的三角区域；在每一所述分隔板上中间位置还嵌入开设有腰型孔，每一所述腰型孔均垂直贯穿对应所述分隔板，且相邻三角区域之间分别通过对应腰型孔相互连通；

步骤三：在半潜起重船的上表面靠钢管桩一侧设有主吊机，且在半潜起重船靠主吊机的一侧面左右舷对称竖直间隔设有底座；通过半潜起重船的主吊机将导向机构水平放置在底座上，并确保导向机构同轴心间隔套接在钢管桩上对应位置；

所述导向机构包括第一环梁、调节组件、导引槽、固定件、基座和液压缸；所述第一环梁同轴心间隔套接在钢管桩上对应位置，且在其内圆周面沿其圆周方向铺设400g/m²规格的土工布进行保护，土工布采用卷帘形式进行铺设，并在其底部设有配重块；在所述第一环梁的下表面相对于第一环梁位置处还沿其圆周方向均布间隔水平设有数个调节组件，每一所述调节组件的调节端均朝远离桁架口方向水平设置，且所述第一环梁水平放置在每一所述调节组件的调节端上，通过调节组件水平放置在两个所述底座上，并通过调节组件确保其处于水平状态；在所述第一环梁的外圆周面外侧沿其圆周方向还依次间隔竖直设有数个导引槽，且每一所述导引槽的设置位置分别与所述附属组件的每一个三角区域相对应；每一所述导引槽均为与包覆级配石的网兜相匹配的圆管状结构，且其上端设置在所述第一环梁的上方，并分别与对应所述底座互不干涉设置；在每一所述导引槽上相对于第一环梁位置处还同轴心套接固定设有固定件，且在所述第一环梁的外圆周面相对于固定件位置处还依次间隔设有数个基座，每一所述固定件分别与对应所述基座竖直铰接，且通过固定件和基座的配合，每一所述导引槽分别沿第一环梁径向进行竖直摆动，并分别对对应底座不产生干涉；在每一所述导引槽的上端与所述第一环梁之间还分别倾斜设有液压缸，每一所述液压缸的尾部分别与所述第一环梁的上表面对应位置竖直铰接，且其活塞杆分别与对应所述导引槽的外圆周面对应位置竖直铰接，并驱动对应导引槽进行竖直摆动；

步骤四：半潜起重船的主吊机将抛石机构吊运至投放位置，使每一个网兜包覆的级配石分别与导向机构的对应导引槽上端相对应；

步骤五：自动解绳组件解开尼龙绳，级配石经导引槽的竖直摆动有序抛填至填充层，然后在半潜起重船的DP动力定位系统驱动下，半潜起重船带动导向机构绕钢管桩水平转动，继续进行抛石作业，确保级配石有序均匀填满填充层的底部，并预留海缆穿引的位置；

步骤六：通过电缆J型管穿引海缆，并确保附属组件对海缆穿引不产生干涉，穿引完毕后，再重复上述步骤五的动作继续进行抛石作业，直至填满填充层；

步骤七：重复上述步骤四和五的动作，将级配石有序均匀抛填至填充层以及附属组件上，并形成放坡系数为1:3的反滤层；

步骤八：重复上述步骤四和五的动作，将包裹有网兜的级配石有序均匀抛填至反滤层上，并形成放坡系数为1:3的护面层；

步骤九：主吊机将导向机构吊离钢管桩后，半潜起重船离场。

优选的，在上述步骤一中，采用多波束扫测仪器进行复测，且多波束扫测仪器采用的型号为ReasonT50；在工前海底扫测，得出抛石所需石料的数量；施工时，多波束扫测仪器安装在底座上，且其发射端伸进海水里，并将数据传送至半潜起重船的机房里，进而实时监测抛石量。

优选的，在上述步骤三中，每一所述底座均为直角三角状的桁架结构，且两个所述底座之间形成大于钢管桩直径的桁架口，进而使得半潜起重船通过其桁架口间隔插接在钢管桩处，确保导向机构同轴心间隔套接在钢管桩上。

优选的，每一所述调节组件均包括外壳、横向气缸、纵向气缸、上滑轨、下滑轨、电磁铁、支撑块、第一旋转支架和第二旋转支架；每一所述外壳均沿钢管桩径向水平设置，且在其下表面两端还竖直间隔设有第一旋转支架和第二旋转支架；每一所述第一旋转支架均设置在靠近桁架口一侧，且其下端分别与对应所述底座的上表面对应位置垂直固定连接，每一所述第一旋转支架的上端分别与对应所述外壳的下表面对应位置竖直铰接；每一所述第二旋转支架均设置在远离桁架口一侧，且其下端分别与对应所述底座的上表面对应位置竖直铰接，每一所述第二旋转支架的上端分别与对应所述外壳的下表面对应位置抵紧贴合，并分别对对应所述外壳进行水平支撑；每一所述外壳的转动方向以及每一所述第二旋转支架的转动方向均为沿钢管桩径向进行竖直转动，且在每一所述外壳内还同轴心套接设有横向气缸，每一所述横向气缸的活动端分别朝远离桁架口的方向垂直延伸出对应所述外壳，并分别与对应所述支撑块同轴心固定连接；在每一所述横向气缸的活动端上下两侧还分别沿其长度方向水平贴合设有上滑轨和下滑轨，且每一所述横向气缸的活动端分别通过上滑轨和下滑轨与对应所述外壳水平滑动连接，并分别对对应所述支撑块进行竖直方向稳定加强；在每一所述支撑块的上表面还水平贴合设有电磁铁，且第一环梁水平放置在所有所述电磁铁上，并通过横向气缸的调节来适配不同规格的第一环梁；在每一所述外壳的下表面靠第二旋转支架一侧还竖直设有纵向气缸，每一所述纵向气缸分别与对应所述第二旋转支架紧靠设置，且其固定端分别与对应所述底座的上表面对应位置垂直固定连接，每一所述纵向气缸的活动端分别竖直向上设置，并分别与对应所述外壳的下表面对应位置抵紧贴合；通过纵向气缸和第二旋转支架的配合使用，对第一环梁的水平状态进行调节。

优选的，在上述步骤四中，抛填至填充层内的级配石公称直径为150mm，且抛石机构包括第二环梁、第一吊耳、缆绳、尼龙绳、吊扣、网兜、自动解绳组件；所述第二环梁为水平设置的环形框架结构，且其内径大于钢管桩的外径；在所述第二环梁的上表面偏外侧呈矩形还竖直对称设有四个第一吊耳，且半潜式起重船的主吊钩通过缆绳分别与对应所述第一吊耳连接，将第二环梁同轴心间隔悬吊在钢管桩上方，并在半潜式起重船的主吊机驱动下沿钢管桩做竖直上下往复运动；在第二环梁的下表面沿其圆周方向还依次间隔设有数个自动解绳组件，每一所述自动解绳组件的设置位置均与对应所述导引槽的设置位置相对应，且相邻所述自动解绳组件的解绳动作彼此间互不影响；在第二环梁的正下方相对于自动解绳组件位置处还分别悬挂设有用于包覆级配石的网兜；每一所述尼龙绳的一端分别固定连接在对应所述自动解绳组件上，且其另一端分别向下依次穿过对应所述网兜上的吊扣，再分别向上套接在对应所述自动解绳组件的解绳端上；通过自动解绳组件的解绳端解绳后，尼龙绳的另一端自动脱离对应自动解绳组件，进而将网兜中的级配石抛至对应导引槽内进行抛石作业。

优选的，每一所述自动解绳组件均包括固定板、L形板、锁板、第二吊耳、第一销轴、第二销轴、电动推杆和连接板；在所述第二环梁的下表面相对于自动解绳组件位置处还分别竖直间隔对称平行设有两个固定板，且每一所述固定板的上端分别与所述第二环梁的下表面垂直焊接固定；在每相邻两个所述固定板之间的中间偏上位置一侧还水平设有锁板，每一所述锁板的一端分别通过第一销轴与对应两个所述固定板竖直铰接，且在其另一端上表面与所述第二环梁的下表面之间还分别竖直倾斜设有电动推杆，每一所述电动推杆的尾部分别与所述第二环梁的下表面对应位置竖直铰接，且其伸缩端分别与对应所述锁板的上表面竖直铰接，在电动推杆的驱动下，每一所述锁板分别绕对应两个所述固定板做竖直方向转动；在每一所述锁板的下表面中间位置还垂直嵌入开设有与L形板相匹配的限位槽，且每一所述限位槽分别竖直向上垂直贯穿对应所述锁板；在每相邻两个所述固定板之间的中间偏下位置一侧还竖直设有L形板，每一所述L形板分别与对应所述锁板设于同一侧，且其转动方向均与对应所述锁板的转动方向相一致；每一所述L形板的短边一端分别通过第二销轴与对应两个所述固定板竖直铰接，且其长边一端分别竖直向上卡接在对应所述锁板的限位槽内，并分别通过对应锁板进行向下转动的限制；在每相邻两个所述固定板远离锁板的一侧面偏上位置还竖直固定设有连接板，且在每一所述连接板远离固定板的一侧面还垂直固定设有第二吊耳；每一所述尼龙绳的一端分别与对应所述第二吊耳固定连接，且其另一端分别向下依次穿过对应所述网兜上的吊扣，再分别向上套接在对应所述L形板的短边上；电动推杆驱动对应锁板向上转动，将L形板的长边一端从对应锁板的限位槽内脱离，L形板向下转动，并将尼龙绳的另一端从对应L形板上脱离，再随着第二环梁的上升从对应网兜的吊扣中脱离，进而进行抛石作业。

优选的，在上述步骤七中，抛填至反滤层内的级配石公称直径为150mm，且所述反滤层厚度为300~800mm，所述反滤层的抛填区域为填充层上侧以及每一个三角区域内。

优选的，在上述步骤八中，抛填至护面层内的级配石公称直径为250~440mm，且所述护面层厚度大于所述反滤层的厚度；抛填至护面层内的级配石采用聚丙烯网兜包覆，且其随级配石一起抛填至护面层内。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过半潜起重船的DP动力定位系统、导向机构和抛石机构的配合使用，可将级配石有序铺设在钢管桩的桩基周围，避免级配石在抛填过程中随洋流漂散的现象发生，提高了施工效率，节约了施工成本；

（2）本发明通过遏止钢管桩靠海床面处洋流或潮汐的流速来避免钢管桩受到涡流冲刷，从而保证了钢管桩的承载力和风机运行的可靠性；

（3）本发明通过设置附属组件，可将级配石有序铺设在对应三角区内，从而避免级配石随着洋流或潮汐日积月累作用而破坏的现象发生，无需级配石的补充投放，降低了维护成本；

（4）本发明通过设置调节组件，提高了第一环梁的定位效果，从而大大提升了施工质量；

（5）本发明通过设置自动解绳组件，实现了级配石的自动投放，无需配备专门的操作人员来解绳，提高了投放效率，降低了抛填成本，安全系数高。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的施工状态示意图。

图2为本发明施工作业前的冲刷坑示意图。

图3为图1中附属组件的放置示意图。

图4为图1中抛填填充层的示意图。

图5为图1中穿引海缆的示意图。

图6为图1中抛填反滤层的示意图。

图7为图1中抛填护面层的示意图。

图8为图1中导向机构的结构示意图。

图9为图8为调节组件的结构示意图。

图10为图1中抛石机构的结构示意图。

图11为图10中自动解绳组件的结构示意图。

其中，1-半潜起重船；2-钢管桩；3-导向机构；4-抛石机构；5-填充层；6-反滤层；7-海缆；8-护面层；9-底板；10-分隔板；11-腰型孔；12-底座；31-第一环梁；32-调节组件；33-导引槽；34-固定件；35-基座；36-液压缸；321-外壳；322-横向气缸；323-上滑轨；324-下滑轨；325-电磁铁；326-支撑块；327-纵向气缸；328-第一旋转支架；329-第二旋转支架；41-第二环梁；42-第一吊耳；43-缆绳；44-尼龙绳；45-吊扣；46-网兜；47-自动解绳组件；471-固定板；472-L形板；473-锁板；474-第二吊耳；475-第一销轴；475-第二销轴；477-电动推杆；478-连接板。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，如图1~11所示，包括以下步骤：

步骤一：复测钢管桩2桩基处的冲刷坑深度；

在上述步骤中，采用多波束扫测仪器进行复测，且多波束扫测仪器采用的型号为ReasonT50；在工前海底扫测，得出抛石所需石料的数量；施工时，多波束扫测仪器安装在底座上，且其发射端伸进海水里，并将数据传送至半潜起重船的机房里，进而实时监测抛石量。

步骤二：半潜起重船1行进到施工位置后定位，将附属组件同轴心间隔套接放置在钢管桩2上靠海床面处，并在冲刷坑深度方位内的钢管桩2桩周以及附属组件表面铺设400g/m²规格的土工布进行保护；

在上述步骤中，附属组件包括底板9和分隔板10；如图1~7所示，在钢管桩2上靠海床面处还同轴心间隔套接设有底板9，底板9为水平设置的圆环状结构，且其内径大于冲刷坑的覆盖范围，其外径为3~4倍的钢管桩2靠海床面处的外径；在底板9的外圆周面沿其圆周方向还开设有环状的倒角，倒角朝钢管桩2的方向倾斜向上设置，并形成一缓冲面；在底板9的上表面沿其圆周方向还均布间隔竖直设有数个分隔板10，每一个分隔板10均为沿底板9径向竖直设置的直角三角形结构，且其斜面分别朝远离钢管桩2的方向倾斜向下设置，并将底板9的上表面沿其圆周方向分割成数个用于抛填级配石的三角区域；在每一个分隔板10上中间位置还嵌入开设有腰型孔11，每一个腰型孔11均垂直贯穿对应分隔板10，且相邻三角区域之间分别通过对应腰型孔11相互连通。

步骤三：通过半潜起重船1的主吊机将导向机构3水平放置在底座12上，并确保导向机构3同轴心间隔套接在钢管桩2上对应位置；

在上述步骤中，在半潜起重船1的上表面靠钢管桩2一侧设有主吊机，且在半潜起重船1靠主吊机的一侧面左右舷对称竖直间隔设有底座12，每一个底座12均为直角三角状的桁架结构，且两个底座12之间形成大于钢管桩2直径的桁架口，进而使得半潜起重船1通过其桁架口间隔插接在钢管桩2处，确保导向机构3同轴心间隔套接在钢管桩2上。

其中，导向机构3包括第一环梁31、调节组件32、导引槽33、固定件34、基座35和液压缸36；如图1、图8所示，第一环梁31同轴心间隔套接在钢管桩2上对应位置，且在其内圆周面沿其圆周方向铺设400g/m²规格的土工布进行保护，该土工布采用卷帘形式进行铺设，并在其底部设有配重块；在第一环梁31的下表面相对于第一环梁31位置处还沿其圆周方向均布间隔水平设有数个调节组件32，每一个调节组件32的调节端均朝远离桁架口方向水平设置，且第一环梁31水平放置在每一个调节组件32的调节端上，通过调节组件32水平放置在两个底座12上，并通过调节组件32确保其处于水平状态；在第一环梁31的外圆周面外侧沿其圆周方向还依次间隔竖直设有数个导引槽33，且每一个导引槽33的设置位置分别与附属组件的每一个三角区域相对应；每一个导引槽33均为与包覆级配石的网兜46相匹配的圆管状结构，且其上端设置在第一环梁31的上方，并分别与对应底座12互不干涉设置；在每一个导引槽33上相对于第一环梁31位置处还同轴心套接固定设有固定件34，且在第一环梁31的外圆周面相对于固定件34位置处还依次间隔设有数个基座35，每一个固定件34分别与对应基座35竖直铰接，且通过固定件34和基座35的配合，每一个导引槽33分别沿第一环梁31径向进行竖直摆动，并分别对对应底座12不产生干涉；在每一个导引槽33的上端与第一环梁31之间还分别倾斜设有液压缸36，每一个液压缸36的尾部分别与第一环梁31的上表面对应位置竖直铰接，且其活塞杆分别与对应导引槽33的外圆周面对应位置竖直铰接，并驱动对应导引槽33进行竖直摆动。本发明因半潜起重船1的DP动力定位系统可使得导向机构3随半潜起重船1绕钢管桩2进行水平转动，所以需确保第一环梁31的内径大于钢管桩2外径，进而确保在导向机构3水平转动过程中对钢管桩2不产生碰撞。

如图9所示，每一个调节组件32均包括外壳321、横向气缸322、纵向气缸327、上滑轨323、下滑轨324、电磁铁325、支撑块326、第一旋转支架328和第二旋转支架329；每一个外壳321均沿钢管桩2径向水平设置，且在其下表面两端还竖直间隔设有第一旋转支架328和第二旋转支架329；每一个第一旋转支架328均设置在靠近桁架口一侧，且其下端分别与对应底座12的上表面对应位置垂直固定连接，每一个第一旋转支架328的上端分别与对应外壳321的下表面对应位置竖直铰接；每一个第二旋转支架329均设置在远离桁架口一侧，且其下端分别与对应底座12的上表面对应位置竖直铰接，每一个第二旋转支架329的上端分别与对应外壳321的下表面对应位置抵紧贴合，并分别对对应外壳321进行水平支撑；每一个外壳321的转动方向以及每一个第二旋转支架329的转动方向均为沿钢管桩2径向进行竖直转动，且在每一个外壳321内还同轴心套接设有横向气缸322，每一个横向气缸322的活动端分别朝远离桁架口的方向垂直延伸出对应外壳321，并分别与对应支撑块326同轴心固定连接；在每一个横向气缸322的活动端上下两侧还分别沿其长度方向水平贴合设有上滑轨323和下滑轨324，且每一个横向气缸322的活动端分别通过上滑轨323和下滑轨324与对应外壳321水平滑动连接，并分别对对应支撑块326进行竖直方向稳定加强；在每一个支撑块326的上表面还水平贴合设有电磁铁325，且第一环梁31水平放置在所有电磁铁325上，并通过横向气缸322的调节来适配不同规格的第一环梁31；在每一个外壳321的下表面靠第二旋转支架329一侧还竖直设有纵向气缸327，每一个纵向气缸327分别与对应第二旋转支架329紧靠设置，且其固定端分别与对应底座12的上表面对应位置垂直固定连接，每一个纵向气缸327的活动端分别竖直向上设置，并分别与对应外壳321的下表面对应位置抵紧贴合；本发明通过纵向气缸327和第二旋转支架329的配合使用，对第一环梁31的水平状态进行调节。

本发明因配合半潜起重船1使用，其DP动力定位系统可使得导向机构3随半潜起重船1绕钢管桩2进行水平转动，所以只需实现导引槽33沿钢管桩2径向进行竖直摆动即可，若配合其它带开口的驳船时，需实现导引槽33沿垂直于钢管桩2径向也能够竖直摆动才行。

步骤四：半潜起重船1的主吊机将抛石机构4吊运至投放位置，使每一个网兜46包覆的级配石分别与导向机构3的对应导引槽33上端相对应；

在上述步骤中，抛石机构4包括第二环梁41、第一吊耳42、缆绳43、尼龙绳44、吊扣45、网兜46、自动解绳组件47；如图1、图10所示，第二环梁41为水平设置的环形框架结构，且其内径大于钢管桩2的外径；在第二环梁41的上表面偏外侧呈矩形还竖直对称设有四个第一吊耳42，且半潜式起重船的主吊钩通过缆绳43分别与对应第一吊耳42连接，将第二环梁41同轴心间隔悬吊在钢管桩2上方，并在半潜式起重船的主吊机驱动下沿钢管桩2做竖直上下往复运动；在第二环梁41的下表面沿其圆周方向还依次间隔设有数个自动解绳组件47，每一个自动解绳组件47的设置位置均与对应导引槽33的设置位置相对应，且相邻自动解绳组件47的解绳动作彼此间互不影响；在第二环梁41的正下方相对于自动解绳组件47位置处还分别悬挂设有用于包覆级配石的网兜46；每一个尼龙绳44的一端分别固定连接在对应自动解绳组件47上，且其另一端分别向下依次穿过对应网兜46上的吊扣45，再分别向上套接在对应自动解绳组件47的解绳端上；本发明通过自动解绳组件47的解绳端解绳后，尼龙绳44的另一端自动脱离对应自动解绳组件47，进而将网兜46中的级配石抛至对应导引槽33内进行抛石作业。

如图10、图11所示，每一个自动解绳组件47均包括固定板471、L形板472、锁板473、第二吊耳474、第一销轴475、第二销轴476、电动推杆477和连接板478；在第二环梁41的下表面相对于自动解绳组件47位置处还分别竖直间隔对称平行设有两个固定板471，且每一个固定板471的上端分别与第二环梁41的下表面垂直焊接固定；在每相邻两个固定板471之间的中间偏上位置一侧还水平设有锁板473，每一个锁板473的一端分别通过第一销轴475与对应两个固定板471竖直铰接，且在其另一端上表面与第二环梁41的下表面之间还分别竖直倾斜设有电动推杆477，每一个电动推杆477的尾部分别与第二环梁41的下表面对应位置竖直铰接，且其伸缩端分别与对应锁板473的上表面竖直铰接，在电动推杆477的驱动下，每一个锁板473分别绕对应两个固定板471做竖直方向转动；在每一个锁板473的下表面中间位置还垂直嵌入开设有与L形板472相匹配的限位槽，且每一个限位槽分别竖直向上垂直贯穿对应锁板473；在每相邻两个固定板471之间的中间偏下位置一侧还竖直设有L形板472，每一个L形板472分别与对应锁板473设于同一侧，且其转动方向均与对应锁板473的转动方向相一致；每一个L形板472的短边一端分别通过第二销轴476与对应两个固定板471竖直铰接，且其长边一端分别竖直向上卡接在对应锁板473的限位槽内，并分别通过对应锁板473进行向下转动的限制；在每相邻两个固定板471远离锁板473的一侧面偏上位置还竖直固定设有连接板478，且在每一个连接板478远离固定板471的一侧面还垂直固定设有第二吊耳474；每一个尼龙绳44的一端分别与对应第二吊耳474固定连接，且其另一端分别向下依次穿过对应网兜46上的吊扣45，再分别向上套接在对应L形板472的短边上；本发明电动推杆477驱动对应锁板473向上转动，将L形板472的长边一端从对应锁板473的限位槽内脱离，L形板472向下转动，并将尼龙绳44的另一端从对应L形板472上脱离，再随着第二环梁41的上升从对应网兜46的吊扣45中脱离，进而进行抛石作业。

本发明抛石层由填充层、反滤层与护面层组成；其中，填充层石料用于冲刷坑的填埋，反滤层高出海底约0.4m，护面层高出反滤层顶部约1m；填充层、反滤层是指铺设的粒径沿水流方向由细到粗的级配砂砾层；反滤层是由2~4层颗粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的，顺着水流的方向颗粒逐渐增大，任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙；同一层的颗粒也不能产生相对移动；护面层是在反滤层上面的部位，堆筑大块石借以保证桩身身安全的加强防护层。

步骤五：自动解绳组件47解开尼龙绳44，级配石经导引槽33的竖直摆动有序抛填至填充层5，然后在半潜起重船1的DP动力定位系统驱动下，半潜起重船1带动导向机构3绕钢管桩2水平转动，继续进行抛石作业，确保级配石有序均匀填满填充层5的底部，并预留海缆7穿引的位置；

在上述步骤中，抛填至填充层内的级配石公称直径为150mm，且其采用普通网兜进行包覆；在进行填充层抛石作业过程中，只需在尼龙绳44的另一端分别向下依次穿过对应普通网兜上的吊扣45时，与靠第二吊耳474一侧的吊扣45进行固定连接，便可确保改普通网兜不会仍悬挂在自动解绳组件47上，而又不影响抛石作业。

在上述步骤中，通过液压缸36、基座35以及固定件34的配合使用，导引槽33可沿钢管桩2径向进行竖直摆动，其抛填的级配石也是沿钢管桩径向进行抛填的；然后在半潜起重船1的DP动力定位系统驱动下，半潜起重船1带动导向机构3绕钢管桩2水平转动一定角度，便可继续通过导向机构3和抛石机构4的配合进行抛石作业，从而实现级配石有序均匀填满填充层5、反滤层6或护面层8。

步骤六：通过电缆J型管穿引海缆7，并确保附属组件对海缆7穿引不产生干涉，穿引完毕后，再重复上述步骤五的动作继续进行抛石作业，直至填满填充层5；

在上述步骤中，填充层5的抛石作业是先抛填一部分，确保海缆7穿引完毕后，再将其填满。

步骤七：重复上述步骤四和五的动作，将级配石有序均匀抛填至填充层5以及附属组件上，并形成放坡系数为1:3的反滤层6；

在上述步骤中，抛填至反滤层6内的级配石公称直径为150mm，且其采用普通网兜进行包覆；反滤层6厚度为300~800mm，且其抛填区域为填充层上侧以及每一个三角区域内；在进行反滤层6抛石作业过程中，只需在尼龙绳44的另一端分别向下依次穿过对应普通网兜上的吊扣45时，与靠第二吊耳474一侧的吊扣45进行固定连接，便可确保改普通网兜不会仍悬挂在自动解绳组件47上，而又不影响抛石作业。

步骤八：重复上述步骤四和五的动作，将包裹有网兜46的级配石有序均匀抛填至反滤层6上，并形成放坡系数为1:3的护面层8；

在上述步骤中，抛填至护面层8内的级配石公称直径为250~440mm，且护面层8厚度大于反滤层6的厚度；抛填至护面层8内的级配石采用聚丙烯网兜包覆，且一般在钢管桩2的桩周3m内的护面层8采用聚丙烯网兜包覆级配石一起进行抛填，而护面层8的其他区域只需用级配石进行抛填即可。

步骤九：主吊机将导向机构3吊离钢管桩2后，半潜起重船1离场。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过半潜起重船1的DP动力定位系统、导向机构3和抛石机构4的配合使用，可将级配石有序铺设在钢管桩2的桩基周围，避免级配石在抛填过程中随洋流漂散的现象发生，提高了施工效率，节约了施工成本；

（2）本发明通过遏止钢管桩2靠海床面处洋流或潮汐的流速来避免钢管桩2受到涡流冲刷，从而保证了钢管桩2的承载力和风机运行的可靠性；

（3）本发明通过设置附属组件，可将级配石有序铺设在对应三角区内，从而避免级配石随着洋流或潮汐日积月累作用而破坏的现象发生，无需级配石的补充投放，降低了维护成本；

（4）本发明通过设置调节组件32，提高了第一环梁31的定位效果，从而大大提升了施工质量；

（5）本发明通过设置自动解绳组件47，实现了级配石的自动投放，无需配备专门的操作人员来解绳，提高了投放效率，降低了抛填成本，安全系数高。

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。

Claims (8)

1.一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：复测钢管桩桩基处的冲刷坑深度；

步骤二：半潜起重船行进到施工位置后定位，将附属组件同轴心间隔套接放置在钢管桩上靠海床面处，并在冲刷坑深度方位内的钢管桩桩周以及附属组件表面铺设400g/m²规格的土工布进行保护；

所述附属组件包括底板和分隔板；在钢管桩上靠海床面处还同轴心间隔套接设有底板，所述底板为水平设置的圆环状结构，且其内径大于冲刷坑的覆盖范围，其外径为3~4倍的钢管桩靠海床面处的外径；在所述底板的外圆周面沿其圆周方向还开设有环状的倒角，所述倒角朝钢管桩的方向倾斜向上设置，并形成一缓冲面；在所述底板的上表面沿其圆周方向还均布间隔竖直设有数个分隔板，每一所述分隔板均为沿底板径向竖直设置的直角三角形结构，且其斜面分别朝远离钢管桩的方向倾斜向下设置，并将底板的上表面沿其圆周方向分割成数个用于抛填级配石的三角区域；在每一所述分隔板上中间位置还嵌入开设有腰型孔，每一所述腰型孔均垂直贯穿对应所述分隔板，且相邻三角区域之间分别通过对应腰型孔相互连通；

步骤三：在半潜起重船的上表面靠钢管桩一侧设有主吊机，且在半潜起重船靠主吊机的一侧面左右舷对称竖直间隔设有底座；通过半潜起重船的主吊机将导向机构水平放置在底座上，并确保导向机构同轴心间隔套接在钢管桩上对应位置；

所述导向机构包括第一环梁、调节组件、导引槽、固定件、基座和液压缸；所述第一环梁同轴心间隔套接在钢管桩上对应位置，且在其内圆周面沿其圆周方向铺设400g/m²规格的土工布进行保护，土工布采用卷帘形式进行铺设，并在其底部设有配重块；在所述第一环梁的下表面相对于第一环梁位置处还沿其圆周方向均布间隔水平设有数个调节组件，每一所述调节组件的调节端均朝远离桁架口方向水平设置，且所述第一环梁水平放置在每一所述调节组件的调节端上，通过调节组件水平放置在两个所述底座上，并通过调节组件确保其处于水平状态；在所述第一环梁的外圆周面外侧沿其圆周方向还依次间隔竖直设有数个导引槽，且每一所述导引槽的设置位置分别与所述附属组件的每一个三角区域相对应；每一所述导引槽均为与包覆级配石的网兜相匹配的圆管状结构，且其上端设置在所述第一环梁的上方，并分别与对应所述底座互不干涉设置；在每一所述导引槽上相对于第一环梁位置处还同轴心套接固定设有固定件，且在所述第一环梁的外圆周面相对于固定件位置处还依次间隔设有数个基座，每一所述固定件分别与对应所述基座竖直铰接，且通过固定件和基座的配合，每一所述导引槽分别沿第一环梁径向进行竖直摆动，并分别对对应底座不产生干涉；在每一所述导引槽的上端与所述第一环梁之间还分别倾斜设有液压缸，每一所述液压缸的尾部分别与所述第一环梁的上表面对应位置竖直铰接，且其活塞杆分别与对应所述导引槽的外圆周面对应位置竖直铰接，并驱动对应导引槽进行竖直摆动；

步骤四：半潜起重船的主吊机将抛石机构吊运至投放位置，使每一个网兜包覆的级配石分别与导向机构的对应导引槽上端相对应；

步骤五：自动解绳组件解开尼龙绳，级配石经导引槽的竖直摆动有序抛填至填充层，然后在半潜起重船的DP动力定位系统驱动下，半潜起重船带动导向机构绕钢管桩水平转动，继续进行抛石作业，确保级配石有序均匀填满填充层的底部，并预留海缆穿引的位置；

步骤六：通过电缆J型管穿引海缆，并确保附属组件对海缆穿引不产生干涉，穿引完毕后，再重复上述步骤五的动作继续进行抛石作业，直至填满填充层；

步骤七：重复上述步骤四和五的动作，将级配石有序均匀抛填至填充层以及附属组件上，并形成放坡系数为1:3的反滤层；

步骤八：重复上述步骤四和五的动作，将包裹有网兜的级配石有序均匀抛填至反滤层上，并形成放坡系数为1:3的护面层；

步骤九：主吊机将导向机构吊离钢管桩后，半潜起重船离场。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，其特征在于：在上述步骤一中，采用多波束扫测仪器进行复测，且多波束扫测仪器采用的型号为ReasonT50；在工前海底扫测，得出抛石所需石料的数量；施工时，多波束扫测仪器安装在底座上，且其发射端伸进海水里，并将数据传送至半潜起重船的机房里，进而实时监测抛石量。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，其特征在于：在上述步骤三中，每一所述底座均为直角三角状的桁架结构，且两个所述底座之间形成大于钢管桩直径的桁架口，进而使得半潜起重船通过其桁架口间隔插接在钢管桩处，确保导向机构同轴心间隔套接在钢管桩上。

4.根据权利要求3所述的一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，其特征在于：每一所述调节组件均包括外壳、横向气缸、纵向气缸、上滑轨、下滑轨、电磁铁、支撑块、第一旋转支架和第二旋转支架；每一所述外壳均沿钢管桩径向水平设置，且在其下表面两端还竖直间隔设有第一旋转支架和第二旋转支架；每一所述第一旋转支架均设置在靠近桁架口一侧，且其下端分别与对应所述底座的上表面对应位置垂直固定连接，每一所述第一旋转支架的上端分别与对应所述外壳的下表面对应位置竖直铰接；每一所述第二旋转支架均设置在远离桁架口一侧，且其下端分别与对应所述底座的上表面对应位置竖直铰接，每一所述第二旋转支架的上端分别与对应所述外壳的下表面对应位置抵紧贴合，并分别对对应所述外壳进行水平支撑；每一所述外壳的转动方向以及每一所述第二旋转支架的转动方向均为沿钢管桩径向进行竖直转动，且在每一所述外壳内还同轴心套接设有横向气缸，每一所述横向气缸的活动端分别朝远离桁架口的方向垂直延伸出对应所述外壳，并分别与对应所述支撑块同轴心固定连接；在每一所述横向气缸的活动端上下两侧还分别沿其长度方向水平贴合设有上滑轨和下滑轨，且每一所述横向气缸的活动端分别通过上滑轨和下滑轨与对应所述外壳水平滑动连接，并分别对对应所述支撑块进行竖直方向稳定加强；在每一所述支撑块的上表面还水平贴合设有电磁铁，且第一环梁水平放置在所有所述电磁铁上，并通过横向气缸的调节来适配不同规格的第一环梁；在每一所述外壳的下表面靠第二旋转支架一侧还竖直设有纵向气缸，每一所述纵向气缸分别与对应所述第二旋转支架紧靠设置，且其固定端分别与对应所述底座的上表面对应位置垂直固定连接，每一所述纵向气缸的活动端分别竖直向上设置，并分别与对应所述外壳的下表面对应位置抵紧贴合；通过纵向气缸和第二旋转支架的配合使用，对第一环梁的水平状态进行调节。

5.根据权利要求3所述的一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，其特征在于：在上述步骤四中，抛填至填充层内的级配石公称直径为150mm，且抛石机构包括第二环梁、第一吊耳、缆绳、尼龙绳、吊扣、网兜、自动解绳组件；所述第二环梁为水平设置的环形框架结构，且其内径大于钢管桩的外径；在所述第二环梁的上表面偏外侧呈矩形还竖直对称设有四个第一吊耳，且半潜式起重船的主吊钩通过缆绳分别与对应所述第一吊耳连接，将第二环梁同轴心间隔悬吊在钢管桩上方，并在半潜式起重船的主吊机驱动下沿钢管桩做竖直上下往复运动；在第二环梁的下表面沿其圆周方向还依次间隔设有数个自动解绳组件，每一所述自动解绳组件的设置位置均与对应所述导引槽的设置位置相对应，且相邻所述自动解绳组件的解绳动作彼此间互不影响；在第二环梁的正下方相对于自动解绳组件位置处还分别悬挂设有用于包覆级配石的网兜；每一所述尼龙绳的一端分别固定连接在对应所述自动解绳组件上，且其另一端分别向下依次穿过对应所述网兜上的吊扣，再分别向上套接在对应所述自动解绳组件的解绳端上；通过自动解绳组件的解绳端解绳后，尼龙绳的另一端自动脱离对应自动解绳组件，进而将网兜中的级配石抛至对应导引槽内进行抛石作业。

6.根据权利要求5所述的一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，其特征在于：每一所述自动解绳组件均包括固定板、L形板、锁板、第二吊耳、第一销轴、第二销轴、电动推杆和连接板；在所述第二环梁的下表面相对于自动解绳组件位置处还分别竖直间隔对称平行设有两个固定板，且每一所述固定板的上端分别与所述第二环梁的下表面垂直焊接固定；在每相邻两个所述固定板之间的中间偏上位置一侧还水平设有锁板，每一所述锁板的一端分别通过第一销轴与对应两个所述固定板竖直铰接，且在其另一端上表面与所述第二环梁的下表面之间还分别竖直倾斜设有电动推杆，每一所述电动推杆的尾部分别与所述第二环梁的下表面对应位置竖直铰接，且其伸缩端分别与对应所述锁板的上表面竖直铰接，在电动推杆的驱动下，每一所述锁板分别绕对应两个所述固定板做竖直方向转动；在每一所述锁板的下表面中间位置还垂直嵌入开设有与L形板相匹配的限位槽，且每一所述限位槽分别竖直向上垂直贯穿对应所述锁板；在每相邻两个所述固定板之间的中间偏下位置一侧还竖直设有L形板，每一所述L形板分别与对应所述锁板设于同一侧，且其转动方向均与对应所述锁板的转动方向相一致；每一所述L形板的短边一端分别通过第二销轴与对应两个所述固定板竖直铰接，且其长边一端分别竖直向上卡接在对应所述锁板的限位槽内，并分别通过对应锁板进行向下转动的限制；在每相邻两个所述固定板远离锁板的一侧面偏上位置还竖直固定设有连接板，且在每一所述连接板远离固定板的一侧面还垂直固定设有第二吊耳；每一所述尼龙绳的一端分别与对应所述第二吊耳固定连接，且其另一端分别向下依次穿过对应所述网兜上的吊扣，再分别向上套接在对应所述L形板的短边上；电动推杆驱动对应锁板向上转动，将L形板的长边一端从对应锁板的限位槽内脱离，L形板向下转动，并将尼龙绳的另一端从对应L形板上脱离，再随着第二环梁的上升从对应网兜的吊扣中脱离，进而进行抛石作业。

7.根据权利要求6所述的一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，其特征在于：在上述步骤七中，抛填至反滤层内的级配石公称直径为150mm，且所述反滤层厚度为300~800mm，所述反滤层的抛填区域为填充层上侧以及每一个三角区域内。

8.根据权利要求7所述的一种海上风电基础用的抛石防冲刷施工工艺，其特征在于：在上述步骤八中，抛填至护面层内的级配石公称直径为250~440mm，且所述护面层厚度大于所述反滤层的厚度；抛填至护面层内的级配石采用聚丙烯网兜包覆，且其随级配石一起抛填至护面层内。

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