CN215253036U - 一种具有生态功能的风电桩基护底结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有生态功能的风电桩基护底结构，属于桩基护底技术领域，其特征在于，至少包括：建立在海底的风电桩基；在所述风电桩基上浇筑有风电桩；在所述风电桩的顶部安装有风力发电设备；电缆线的一端与风力发电设备连接，所述电缆线的另一端穿过海底后与岸基设备连接；置于风电桩周边的块石；填充于块石缝隙间的级配石；覆盖于块石上表面的加固网；所述加固网通过套环与固定在海底的T型木桩相连；所述加固网的网孔口径小于块石和级配石的外径；所述加固网通过麻绳与级配石绑扎；固定于级配石上的大叶藻。本实用新型的技术方案既能防海浪对风电桩的冲刷，同时又具有生态环保的特点，即在防冲刷的同时，能够改善水质修复生态环境。

Description

一种具有生态功能的风电桩基护底结构

技术领域

本实用新型属于桩基护底技术领域，具体涉及一种具有生态功能的风电桩基护底结构。

背景技术

近年来，随着社会的不断进步，能源问题日益紧张，传统的煤炭石油天然气属于不可再生能源，为了实现可持续发展道路，人类不断探索新能源技术，其中，风能是新能源中的一种清洁能源，众所周知，海洋中存在大量的风能，为此，人类在海上建立了风力发电机，但是长期的实践发现：由于海水洋流的影响，海水会在桩周局部海域引发强劲的水流或高速旋转的旋涡，这些水流或旋涡具有极高的冲刷能力，从而在局部范围内形成冲刷坑，减弱桩基础承载力，危及桩基础。

关于海上风电桩基的防冲刷技术，国内外已经有不少学者做了大量的理论研究工作。现有公开技术有：(1)抛填法是目前采用最广泛的方法，主要有抛填砂袋、抛填石块等。施工中准备好砂包或级配碎石，按照设计的范围和厚度抛填至基础桩周围。抛填法具有取材范围广、船舶机械要求不高、施工时间短、施工方便的特点，但其施工精度差，流失量大，防护层成型效果差。(2)土工布法主要有砂被覆盖或连锁排覆盖，尤其是砂被法在国内早期的海上风电场应用实例较多，砂被或连锁排整体加工制作，通过吊架或敷设船整体安装铺设，海上施工周期相对较短，铺设位置及均匀性的控制相对较好，但是该方法会导致有风电桩基的地方寸草不生，破坏海底的生态。(3)仿生海草技术是基于海洋仿生学开发研制的海底防冲刷技术，其作用机理是：仿生海草锚固在海底需要防止冲刷的预定位置，海底水流流经这一片仿生海草时，由于海草的柔性粘滞阻尼作用，流速降低，使得水流中携带的泥沙在重力作用下不断沉积到仿生海草安装基垫上。但是某些海域由于海底流速较快，沙粒粒径较小，无法形成有效沉积覆盖的仿生草区域。(4)根据冲刷机理可知，桩周冲刷在初始阶段冲深发展很快，之后会趋于恒定，不同海域的水流和地质情况对冲深的发展速度和极限平衡冲深影响非常显著。工程实践中也有充分考虑冲刷余量，不进行基础防护的做法。预留冲刷长度在海上风电工程实际中应用较少，在桥墩、海洋平台支柱工程中有较多应用。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种具有生态功能的风电桩基护底结构。该具有生态功能的风电桩基护底结构能够减少海水的冲击力，同时对海水有净化的生态功能。

本实用新型的目的是提供一种具有生态功能的风电桩基护底结构，包括：

建立在海底的风电桩基(10)；在所述风电桩基(10)上浇筑有风电桩(4)；在所述风电桩(4)的顶部安装有风力发电设备；电缆线(7)的一端与风力发电设备连接，所述电缆线(7)的另一端穿过海底后与岸基设备连接；

置于风电桩(4)周边的块石(1)；

填充于块石(1)缝隙间的级配石(8)；

覆盖于块石(1)上表面的加固网；所述加固网通过套环(13)与固定在海底的T型木桩(14)相连；所述加固网的网孔口径小于块石(1)和级配石(8)的外径；所述加固网通过麻绳(11)与级配石(8)绑扎；

固定于级配石(8)上的大叶藻(2)。

进一步，所述加固网为PLA/麻纤维复合材料加固网(3)。

进一步，每块级配石(8)通过棉绳(12)绑扎至少一组大叶藻；每组大叶藻为2～3株。

进一步，所述大叶藻的密度范围是8～12株/m²，所述棉绳的直径为1～2mm。

进一步，所述级配石为卵石，所述卵石的质量范围是50～150g。

进一步，所述麻绳(11)的直径为2～3mm，长度为30～40cm。

进一步，所述加固网的网孔为正方形，正方形的边长取值范围为6～8cm。

进一步，所述块石的质量范围为：24.87～69.25kg；直径范围为：26～38cm。

进一步，所述电缆线(7)外设有电缆管(5)和弯曲限制器(6)。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

(1)本实用新型通过在基桩周围设置块石和级配石，减少了海水对桩基的直接冲刷，对基桩起到第一层保护；同时，通过在级配石上捆绑大叶藻，实现刚柔互补，进一步减少了海水对桩基的直接冲刷。

(2)大叶藻通过自身发达的根和茎，缓冲减弱水流的同时，并可以实现固定的可靠性；

(3)大叶藻作为一种兼具营养价值和药用价值的可食用海草，养殖后又能够带来不菲的经济收益；

(4)大叶藻加速悬浮物质的下沉，可有效改善水质和净化水体，与桩基护底的有机结合，不仅能防冲刷，还能为已建的海上风电工程提供一种经济有效的生态修复手段，为海洋动物提供栖息地和育幼场，形成海洋牧场与海上风电融合发展；

(5)PLA/麻纤维复合材料加固网、麻绳和棉绳均为可降解材料，一段时间之后大叶藻扎根成活，PLA/麻纤维复合材料加固网、麻绳和棉绳均会被降解，从而大叶藻替代PLA/麻纤维复合材料加固网配合防冲刷。

本专利结构合理，既能防冲刷又生态环保，尤其适用需要养殖海产品的海域，不仅能够改善水质，而且还能为鱼类和其他海洋生物提供食物、栖息地和育幼场，从而达到修复生态的功效。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例中桩基护底结构示意图；

图2是本实用新型优选实例中桩基护底结构的局部断面分层布置图；

图3是本实用新型优选实例中挂有大叶藻的PLA/麻纤维复合材料加固网；

1、块石，2、大叶藻，3、PLA/麻纤维复合材料加固网，4、风电桩，5、电缆管，6、弯曲限制器，7、电缆线，8、级配石，9、海底泥沙，10、风电桩基，11、麻绳，12、棉绳，13、套环，14、T型木桩

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图3，一种具有生态功能的风电桩基护底结构，包括：

建立在海底(海床)的风电桩基10，风电桩基10一般为钢筋混凝土，或者是防腐蚀的金属材质；在所述风电桩基10上浇筑有风电桩4；在所述风电桩4的顶部安装有风力发电设备；电缆线7的一端与风力发电设备连接，所述电缆线7的另一端穿过海底后与岸基设备连接；由于海洋中的情况比较复杂，为此，本实用新型在电缆线7外设有电缆管5和弯曲限制器6。

置于风电桩4周边的块石1；块石1防护范围应至少为2倍基础宽度。

填充于块石1缝隙间的级配石8；

覆盖于块石1上表面的加固网；所述加固网通过套环13与固定在海底的T型木桩14相连；所述加固网的网孔口径小于块石1和级配石8的外径；所述加固网通过麻绳11与级配石8绑扎；在本优选实施例中，所述加固网为PLA/麻纤维复合材料加固网3；

固定于级配石8上的大叶藻2。

每块级配石8通过棉绳12绑扎至少一组大叶藻；每组大叶藻为2～3株。

上述优选实施例的施工流程包括：

步骤S1：选择合适的海底区域，对海底区域进行整理，在海底建立风电桩基10，在风电桩基10上建立风电桩4，在风电桩4周边抛入块石1防护；风电桩4上安装风力发电设备，电缆线7的一端与风力发电设备连接，另一端通过海底与岸基设备连接；电缆线7的主体部分位于海底泥沙9内，所述电缆线7外设有电缆管5和弯曲限制器6。

步骤S2：在块石1上覆盖挂有大叶藻2和级配石8的PLA/麻纤维复合材料加固网3；

步骤S3：PLA/麻纤维复合材料加固网3通过套环13与在海底的T型木桩14相连。

与水深相比，底流速对块石1稳定性的影响更大，是主要的影响因素。所述海域底流速V的取值范围为：0.94～2.12m/s；块石1质量的取值范围为：24.87～69.25kg；直径的取值范围为：26～38cm；风电桩基宽度的取值范围为15～20m；块石1的防护范围为：30～40m。

在步骤S2中，级配石8通过麻绳11挂在PLA/麻纤维复合材料加固网3上，大叶藻2通过棉绳12绑在级配石8上。麻绳11和棉绳12为易降解材料，经过3～4周就会断裂，大叶藻2与PLA/麻纤维复合材料加固网3分离，有利于大叶藻3在海底扎根。

在步骤S2中，取2～3株(茎枝)大叶藻2，以地下茎与叶鞘的节点将其对齐，叶鞘与叶片共保留20cm，超过部分用剪刀剪去，如此形成一个移植单元，将每一个移植单元用棉绳12在其分生组织以下部分与级配石8绑扎，绑扎方法为：棉绳12绕着级配石8和大叶藻植株2缠绕4～5圈，最后通过棉绳结系紧，同时需要避免绑扎过紧，棉绳的直径为1～2mm。为了让大叶藻的成活率控制在85％以上，大叶藻的地下茎应尽量摆放至水平状态，移植时间选在6-9月份，种植密度为8～12株/m²。

所述级配石8为了适合移植法，其形状一定要适合绑扎，将移植单元结实地系绑在一个50～150g的级配石上，级配石最好为卵石，大叶藻进入块石缝隙中有利于固定位置，有效减弱水动力对其的影响。

所述PLA/麻纤维复合材料加固网3通过麻绳11与级配石8相连，麻绳11与级配石8的绑扎方法为：先让麻绳11准备两个十字活结，然后将级配石8放入十字活结中，最后系紧十字活结，此方法绑石非常牢固，级配石不会在下沉的过程中脱落。麻绳的直径为2～3mm，长度为30～40cm(要保证大叶藻能够接触到海底的泥沙)。

所述PLA/麻纤维复合材料加固网3铺设范围应为2倍的基础宽度，为了提高块石1和级配石8在海底的稳定性，PLA/麻纤维复合材料加固网网孔设计成正方形结构，网孔的边长根据块石的大小、大叶藻植株的叶片宽度以及级配石的粒径大小确定，网孔边长的取值范围为6～8cm。正方形网格的适应性非常强，当底流速发生较大变化，内部的石头会调整方向，从而稳定抛入的块石。PLA/麻纤维复合材料加固网材料强度很高，韧性也非常好。设计成网状结构，不仅能有效提升其自身强度，而且能提高块石和植株的抗冲刷能力。

在步骤S3中，风电桩基施工结束后，将T型木桩14打入海底，然后将PLA/麻纤维复合材料加固网铺设在块石之上，并通过四个套环13套入T型木桩从而实现位置固定。T型木桩设在块石防护范围之外1～2m处。

本方法在实施时，PLA/麻纤维复合材料加固网3是通过套环13与T型木桩14相连，PLA/麻纤维复合材料加固网具有双组分均绿色、可降解、可再生的性能，经过6～12个月后就可以降解。绑扎的棉绳12和麻绳11经过3～4个月之后也会降解，实现大叶藻2与PLA/麻纤维复合材料加固网3的分离，最后扎根的大叶藻2代替PLA/麻纤维复合材料加固网3，与护底块石一起实现防冲刷的功能。

海上风电在实际工程中被广泛应用，为本专利的成果转化和推广提供了应用基础。

实验测试：海上风电在福建一带，符合大叶藻2必须养殖在适宜的海域中的条件，给大叶藻2的生长提供了不可或缺的生长基础。

最后将利用生态型桩基护底的研究成果应用于工程实例，并与现有防冲刷措施的防冲刷效果进行对比分析，用以检验本专利的实用性。在得出一套完整的技术参数后，即可在此基础上优化布置方式用以养殖海产品的海域。因此，本专利有着广泛的应用前景。

本专利结构合理，缓冲减弱水流并可以固定底质，防冲刷效果好。大叶藻作为一种兼具营养价值和药用价值的可食用海草，养殖后又能够带来不菲的经济收益。大叶藻通过加速悬浮颗粒物的沉降净化水质，特别适合发展水产养殖的海域种植，从而促进海洋牧场与海上风电融合发展。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种具有生态功能的风电桩基护底结构，其特征在于，至少包括：

建立在海底的风电桩基(10)；在所述风电桩基(10)上浇筑有风电桩(4)；在所述风电桩(4)的顶部安装有风力发电设备；电缆线(7)的一端与风力发电设备连接，所述电缆线(7)的另一端穿过海底后与岸基设备连接；

置于风电桩(4)周边的块石(1)；

填充于块石(1)缝隙间的级配石(8)；

覆盖于块石(1)上表面的加固网；所述加固网通过套环(13)与固定在海底的T型木桩(14)相连；所述加固网的网孔口径小于块石(1)和级配石(8)的外径；所述加固网通过麻绳(11)与级配石(8)绑扎；

固定于级配石(8)上的大叶藻(2)。

2.根据权利要求1所述具有生态功能的风电桩基护底结构，其特征在于，所述加固网为PLA/麻纤维复合材料加固网(3)。

3.根据权利要求1所述具有生态功能的风电桩基护底结构，其特征在于，每块级配石(8)通过棉绳(12)绑扎至少一组大叶藻；每组大叶藻为2～3株。

4.根据权利要求3所述具有生态功能的风电桩基护底结构，其特征在于，所述大叶藻的密度范围是8～12株/m²，所述棉绳的直径为1～2mm。

5.根据权利要求1所述具有生态功能的风电桩基护底结构，其特征在于，所述级配石为卵石，所述卵石的质量范围是50～150g。

6.根据权利要求1所述具有生态功能的风电桩基护底结构，其特征在于，所述麻绳(11)的直径为2～3mm，长度为30～40cm。

7.根据权利要求1所述具有生态功能的风电桩基护底结构，其特征在于，所述加固网的网孔为正方形，正方形的边长取值范围为6～8cm。

8.根据权利要求1所述具有生态功能的风电桩基护底结构，其特征在于，所述块石的质量范围为：24.87～69.25kg；直径范围为：26～38cm。

9.根据权利要求1所述具有生态功能的风电桩基护底结构，其特征在于，所述电缆线(7)外设有电缆管(5)和弯曲限制器(6)。

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