CN209568465U - 预制式仿生草防冲刷单元及防冲刷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于海上风电桩基底部的防冲刷治理，具体涉及一种预制式仿生草防冲刷单元及防冲刷系统。其中，该预制式仿生草防冲刷单元包括单元钢架、底垫、仿生草固定网和仿生草，仿生草固定在仿生草固定网上，底垫位于仿生草固定网下方且其为透水性基垫，底垫和仿生草固定网均固定在对应的单元钢架上，单元钢架的内周为圆弧面，同时涉及一种具备该防冲刷单元的防冲刷系统。与传统地毯式的仿生草铺设方式相比，本实用新型具有施工方便安全且效率高的优势，对于海底冲刷的治理见效快且作用年限长，能够达到保护海底平面长期不被冲刷的效果。

Description

预制式仿生草防冲刷单元及防冲刷系统

技术领域

本实用新型涉及一种预制式仿生草防冲刷单元及防冲刷系统，尤其适用于海上风电桩基底部的防冲刷治理。

背景技术

在海洋生物中，因波浪、水流的作用，经常会造成海底结构以及附近海床的泥沙运动(即人们通常所说的海底冲刷现象)。

根据海洋冲刷动力学分析，海底冲刷的形成主要是由于海洋结构物安装在海底之后，打破了原有水下流场的平衡，引起局部水流速度加快，使正常流动的水流形成一定的压力梯度并构成对海底的剪切力，导致冲刷现象的出现。同时海洋结构物的出现还改变了水流的方向使之产生湍流和漩涡，更加速了冲刷的作用。

目前，世界上常用的防冲刷处理方式有以下几种：

第一种：采用抛沙、抛石结合覆盖层(混凝土连锁排、沙土层等)的方式预防海底冲刷，其优点是，施工工艺简单、容易施工，无需停产，而且单次治理成本较低，但实际应用时，抛填准确性差，防护效果一般，而且存在着二次冲刷的弊端，因此会出现重复施工，后续性维护费用较高；

第二种：采用铺设砂被的方式预防海底冲刷，其优点是，施工工期短，可在较短时间内完成，也无需停产，同时初期见效快，但在实际处理过程中，必须使用大型吊装船舶进行施工，施工难度高，也存在着抛填准确性差以及二次冲刷的弊端，使用周期短，需要重复治理；

第三种：采用铺设仿生草的方式预防海底冲刷，通过仿生草能够自然贴合海底生态环境，相比前两种处理方式，具有抗环境变化能力强、防冲刷效果好且作用周期长的优势。通过在海上油田的海底输油管线上进行试验，在使用仿生草2个月后就能够起到淤泥沉积的效果，由此可见仿生草施工后能够快速生效，对于海底冲刷的治理效果十分明显，因此，自2007年开始，这种铺设仿生草的方式已经开始在海上油田领域全面铺开、推广使用。

但目前采用的仿生草采用地毯式安装方式，通常用地锚固定，在实际施工以及后期应用过程中也存在许多难题：

1、施工条件要求高，需专业水下施工人员进行施工，而且施工时受潮汐等自然水文影响严重，当海水能见度小于1米，海水流速大于1米/秒时，潜水员均无法在水下施工；

2、地锚水下施工速度慢，埋深较少，容易冲拔出来；

3、地毯式仿生草水下工作量大，施工工期长；

4、仿生草的底垫不能透水，在水流冲击作用下易被冲鼓，破坏仿生草底垫与海底平面的整体性与完整性而降低仿生草防冲刷性能。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足，提供一种预制式仿生草防冲刷单元及具备该防冲刷单元的防冲刷系统，施工方便安全且效率高，对于海底冲刷的治理见效快且作用年限长，能够达到保护海底平面长期不被冲刷的效果。

本实用新型所述的预制式仿生草防冲刷单元，包括单元钢架、底垫、仿生草固定网和仿生草，仿生草固定在仿生草固定网上，底垫位于仿生草固定网下方且其为透水性基垫，底垫和仿生草固定网均固定在对应的单元钢架上，单元钢架的内周为圆弧面。

本实用新型所述的预制式仿生草防冲刷系统，包括数个所述防冲刷单元，相邻防冲刷单元的单元钢架通过固定件固定连接，形成内周为圆环形的整体框架，并将数个防冲刷单元连接形成整体防冲刷系统。

本实用新型所述仿生草防冲刷单元采用预制框架式结构，仿生草、仿生草固定网安装成为一体后，将仿生草固定网固定到单元钢架上(如用螺栓固定)，组成一个完整的仿生草防冲刷单元，施工时，由海下作业人员将预制好的防冲刷单元送入海底，将相邻防冲刷单元连接后即可得到防冲刷系统。

与传统仿生草的铺设方式及实际应用过程相比，本实用新型具有以下优势：

1、防冲刷单元中，仿生草与仿生草固定网的固定连接以及底垫、仿生草与单元钢架的连接都可以在车间内预制完成，施工时，将预制好的防冲刷单元运输至海上风电桩基位置，由海下作业人员直接带入海底，在此过程中，钢结构的自重使防冲刷单元下沉，不存在仿生草被冲跑或冲变形的可能，作业人员容易操作；同时，只需将各防冲刷单元围绕在桩基的外周并通过固定件将各防冲刷单元连接为一体即可，无需铺设仿生草，大大减少了海下工作量，操作相对比较简单，提高了施工速度。

2、仿生草固定网下方的底垫具有透水性，能够使冲到底垫下的水流通过底垫透出，防止仿生草固定网被水流鼓起，同时还能将水中含有的泥沙沉积在底垫下方，形成沉淤，达到保护海底平面不被冲刷的效果。

优选的，单元钢架上设置安全锁扣挂孔。施工时，将海下作业人员所佩戴的安全锁扣挂钩扣入安全锁扣挂孔中，能够保证作业人员在海水流速大于1米/秒情况下依然可以正常工作，同时也提高了作业人员海下工作时的安全性。

优选的，单元钢架上设有加强筋，增强单元钢架的结构强度。

优选的，单元钢架外包覆有防腐蚀层，防腐蚀层的材质可采用塑料树脂等，因海水腐蚀性较强，将单元钢架全部采用塑料树脂做包覆式防腐处理后，能够大幅度提高单元钢架在海水中的使用年限。

优选的，仿生草与仿生草固定网连接后，在仿生草上方安装一层保护网，以免仿生草的草叶在安装或者运输过程中受破坏。

优选的，透水性基垫为透水布，如市售的高强度土工透水布等。

优选的，每根仿生草结构相同，均具有三片草叶；三片草叶的根部高度相同、叶片长度不同。这样，当草叶在水中激漂浮起后会形成三个不同的高度，越靠近海底平面仿生草的密度越大，在仿生草草叶的阻力作用下，使海水流速从上到下逐级减慢，海水的流速越慢，水流对海底的冲刷力就越小，水中的泥沙沉淀效果就越好，通过这种方式达到保护海底平面的最佳效果。

优选的，增设抱箍，抱箍设置在整体框架的内周，并与整体框架固定连接。施工时，将整体钢架与抱箍连接，并将抱箍的两片抱箍片从左右两侧套装在桩基外周，之后通过锁紧件将两片抱箍片固定连接在一起，将桩基抱住，从而提高防冲刷系统与桩基之间的紧密性，并进一步增强防冲刷单元的安装牢固性。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：

1、防冲刷单元在陆地上预制，施工时，直接由海下作业人员将防冲刷单元带入海底，在此过程中，钢结构的自重使防冲刷单元下沉，不存在仿生草被冲跑或冲变形的可能，作业人员容易操作；同时，只需将各防冲刷单元围绕在桩基的外周并通过固定件将各防冲刷单元连接为一体即可，大大减少了海下工作量，操作相对比较简单，提高了施工速度。

2、仿生草固定网下方的底垫具有透水性，能够使冲到底垫下的水流通过底垫透出，防止仿生草固定网被水流鼓起，同时还能将水中含有的泥沙沉积在底垫下方，形成沉淤，达到保护海底平面不被冲刷的效果。

3、通过本防冲刷系统能够对海底冲刷进行及时快速治理，且作用年限长，综合性价比与其他常用治理海底冲刷的方法提高了3-5倍。

附图说明

图1是防冲刷系统的整体框架的结构示意图；

图2是防冲刷单元的单元钢架的结构示意图；

图3是防冲刷单元的截面图；

图4是抱箍的结构示意图。

图中：1、单元钢架；2、安全锁扣挂孔；3、加强筋；4、圆弧面；5、螺栓；6、仿生草；7、仿生草固定网；8、保护网；9、底垫；10、抱箍片；11、锁紧件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：

如图1～图4所示，本实用新型所述的预制式仿生草防冲刷系统包括8个所述防冲刷单元，每个防冲刷单元包括单元钢架1、底垫9、仿生草固定网7和仿生草6，仿生草6固定在仿生草固定网7上，底垫9位于仿生草固定网7下方且其为透水性基垫，底垫9和仿生草固定网7均固定在对应的单元钢架1上；仿生草6与仿生草固定网7连接后，在仿生草6上方安装一层保护网8。单元钢架1的内周为圆弧面4(本实施例中单元钢架1的形状为扇形)，相邻防冲刷单元的单元钢架1通过固定件固定连接，形成内周为圆环形的整体框架，同时将各防冲刷单元连接形成整体防冲刷系统，将该系统装配在桩基的圆周上时，整体框架圆环形面与圆柱形桩基贴合，实现全面防冲刷；整体框架的内周设有抱箍10，抱箍10与整体框架固定连接，施工时，将整体钢架与抱箍连接，并将抱箍的两片抱箍片10从左右两侧套装在桩基外周，之后通过锁紧件11将两片抱箍片10固定连接在一起，将桩基抱住，从而提高防冲刷系统与桩基之间的紧密性，并进一步增强防冲刷单元的安装牢固性。

本实施例中：

单元钢架1上设置安全锁扣挂孔2，施工时，将海下作业人员所佩戴的安全锁扣挂钩扣入安全锁扣挂孔2中，能够保证作业人员在海水流速大于1米/秒情况下依然可以正常工作，同时也提高了作业人员海下工作时的安全性。

单元钢架1上设有加强筋3，增强单元钢架1的结构强度。

单元钢架1外包覆有防腐蚀层，防腐蚀层的材质可采用塑料树脂等，因海水腐蚀性较强，将单元钢架1全部采用塑料树脂做包覆式防腐处理后，能够大幅度提高单元钢架1在海水中的使用年限。

每根仿生草6结构相同，均具有三片草叶；三片草叶的根部高度相同、叶片长度不同，一根仿生草6上的三片草叶的叶片长度分别为1250mm、950mm、650mm。这样，当草叶在水中激漂浮起后会形成三个不同的高度，越靠近海底平面仿生草6的密度越大，在仿生草6草叶的阻力作用下，使海水流速从上到下逐级减慢，海水的流速越慢，水流对海底的冲刷力就越小，水中的泥沙沉淀效果就越好，通过这种方式达到保护海底平面的最佳效果。

本实施例中，仿生草6的草叶材质与常规仿生草的材质相同，为具有抗强紫外线、抗老化、耐酸、耐碱能力的高分子材料；仿生草固定网7可采用环保且无污染的聚乙烯材料制成网格状；透水性基垫为透水布，如市售的高强度土工透水布等。

本实施例中，防冲刷单元采用预制框架式结构，仿生草6、仿生草固定网7、保护网8安装成为一体后，将仿生草固定网7用螺栓5固定到单元钢架1上，组成一个完整的仿生草防冲刷单元，施工时，由海下作业人员将预制好的防冲刷单元送入海底，将相邻防冲刷单元连接后即可得到防冲刷系统。

与传统地毯式的仿生草铺设方式(采用地锚固定安装在海底)相比，本防冲刷系统具有以下优势：

(1)防冲刷单元中，仿生草6与仿生草固定网7的固定连接以及底垫9、仿生草6与单元钢架1的连接都可以在车间内预制完成，施工时，将预制好的防冲刷单元运输至海上风电桩基位置，由海下作业人员直接带入海底，在此过程中，钢结构的自重使防冲刷单元下沉，不存在仿生草6被冲跑或冲变形的可能，而且施工过程受潮汐和海况因素影响较小，作业人员容易操作；同时，只需将各防冲刷单元围绕在桩基的外周并通过固定件将各防冲刷单元连接为一体即可，无需铺设仿生草6，大大减少了海下工作量，操作相对比较简单，提高了施工速度，增加了施工效率，施工费用减少了50％左右。

(2)仿生草固定网7下方的底垫9具有透水性，能够使冲到底垫9下的水流通过底垫9透出，防止仿生草固定网7被水流鼓起或冲出，同时还能将水中含有的泥沙沉积在底垫9下方，形成沉淤，达到保护海底平面不被冲刷的效果。

(3)通过本防冲刷系统能够对海底冲刷进行及时快速治理，且作用年限长，综合性价比与其他常用治理海底冲刷的方法提高了3-5倍。

Claims (9)

1.一种预制式仿生草防冲刷单元，其特征在于：包括单元钢架(1)、底垫(9)、仿生草固定网(7)和仿生草(6)，仿生草(6)固定在仿生草固定网(7)上，底垫(9)位于仿生草固定网(7)下方且其为透水性基垫，底垫(9)和仿生草固定网(7)均固定在对应的单元钢架(1)上，单元钢架(1)的内周为圆弧面(4)。

2.根据权利要求1所述的预制式仿生草防冲刷单元，其特征在于：单元钢架(1)上设置安全锁扣挂孔(2)。

3.根据权利要求1或2所述的预制式仿生草防冲刷单元，其特征在于：单元钢架(1)上设有加强筋(3)。

4.根据权利要求1或2所述的预制式仿生草防冲刷单元，其特征在于：单元钢架(1)外包覆有防腐蚀层。

5.根据权利要求1或2所述的预制式仿生草防冲刷单元，其特征在于：透水性基垫为透水布。

6.根据权利要求1所述的预制式仿生草防冲刷单元，其特征在于：每根仿生草(6)结构相同，均具有三片草叶；三片草叶的根部高度相同、叶片长度不同。

7.根据权利要求1或6所述的预制式仿生草防冲刷单元，其特征在于：仿生草(6)与仿生草固定网(7)连接后，在仿生草(6)上方安装一层保护网(8)。

8.一种防冲刷系统，其特征在于：包括数个如权利要求1～7中任一所述的防冲刷单元，相邻防冲刷单元的单元钢架(1)通过固定件固定连接，形成内周为圆环形的整体框架，并将数个防冲刷单元连接形成整体防冲刷系统。

9.根据权利要求8所述的防冲刷系统，其特征在于：增设抱箍，抱箍设置在整体框架的内周，并与整体框架固定连接。