一种用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构。


背景技术：

2.仿生草是采用人工材料仿照带状海生植物制成的。仿生草能随水流漂浮形成阻滞作用，使水流速度降低，避免水流对基床土体形成冲刷。随水流漂浮的泥沙，也会因仿生草的降速作用沉积下来，长时间后形成沉积，阻隔基床与水流，保护海底基床。仿生草虽然能起到减速促淤的作用，但其自身亦存在缺点，通常在仿生草的边缘位置，也会发生冲刷，这是由于仿生草的存在阻挡了水流，促使水流转向，部分水流加速，裹挟泥沙能力增强，造成海床面冲刷。
3.仿生草作为一种新型的减速促淤装置，可以用来进行海上构筑物的防冲刷保护。目前仿生草的应用领域集中在海上油气管线的保护，通过配置重力基座覆盖在管线上。经过多年工程验证，仿生草具有良好的冲刷防护效果。但目前为止仿生草还未成功应用于海上风电领域的基础防护。
4.由于基础的存在，基础附近的水流受到影响，水流速度变快，裹挟海床泥沙，长时间后造成冲刷。在桩基附近的水流流速是最快的，也是冲刷最容易发生的位置。传统的防护方法都是对海床面进行覆盖，实质上并未改变水流的流速分布情况，在长时间的水流冲击下，依然容易发生冲刷，包括防护装置的边缘和防护装置与基础之间的间隙都会受到冲刷，长时间冲刷积累下，导致防护失效。若使用减速促淤装置，例如仿生草，使用常规的铺设方式，还是不能在基础附近提供足够的保护，这是因为仿生草是一种柔性的减速促淤装置，能降低水流速度，如果没有根据基础附近的高速水流涡旋情况进行调整仿生草的高度和密度，还是无法实现一个好的保护效果。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，它能更好的应对桩基附近的复杂水流涡旋状态，且能实现更高效的防护以及更低的成本。
6.本实用新型的目的是这样实现的：一种用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，铺设在桩基的外围海床上并包括加密区仿生草结构、标准区仿生草结构和稀疏区仿生草结构，其中，
7.所述加密区仿生草结构的平面为圆环形，并同心地铺设在桩基的外围，且铺设宽度为桩基外径的0.5～2倍，该加密区仿生草结构包括基座和固定在基座上的仿生草垫，该仿生草垫包括基垫和植在基垫的上表面的仿生草叶片，仿生草叶片的长度为1.25l～2l，仿生草叶片的密度为1ρ～3ρ；
8.所述标准区仿生草结构的平面也为圆环形，并同心地铺设在加密区仿生草结构的外围，且铺设宽度为桩基外径的0.5～2倍；该标准区仿生草结构包括基座和固定在基座上
的仿生草垫，该仿生草垫包括基垫和植在基垫的上表面的仿生草叶片，仿生草叶片的长度为l，仿生草叶片的密度为ρ；
9.所述稀疏区仿生草结构的平面也为圆环形，并同心地铺设在标准区仿生草结构的外围，且铺设宽度为桩基外径的0.5～2倍；该稀疏区仿生草结构包括基座和固定在基座上的仿生草垫，该仿生草垫包括基垫和植在基垫上的仿生草叶片，仿生草叶片的长度为0.25l～0.75l，仿生草叶片的密度为0.25ρ～1ρ；
10.所述基座采用混凝土基座、钢筋石笼、砂被或地锚。
11.上述的用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，其中，所述标准区仿生草结构中的混凝土基座或钢筋石笼的配重为t；所述加密区仿生草结构中的混凝土基座或钢筋石笼的重量为1.5t～2t；所述稀疏区仿生草结构中的混凝土基座或钢筋石笼的配重为0.4t～0.8t。
12.上述的用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，其中，所述标准区仿生草结构中的砂被每平米的填砂重量为q；所述加密区仿生草结构中的砂被每平米的填砂重量为1.5q～3q；所述稀疏区仿生草结构中的砂被每平米的填砂重量为0.4q～0.8q。
13.上述的用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，其中，所述地锚的布置间距不大于1.5m；所述标准区仿生草结构中的地锚的总拉力为f；所述加密区仿生草结构中的地锚的总拉力为1.5f～3f；稀疏区仿生草结构中的地锚的总拉力为0.4f～0.8f；f＝p
×
n，p为单个地锚的拉力，n为地锚的数量。
14.本实用新型的用于海上风电桩基的防冲刷仿生草结构具有以下特点：
15.1、通过在桩基的外围以三个防护区布置防冲刷的仿生草，即在加密区设置更密和更高的仿生草叶片，来迅速减弱桩基附近的水流，包括由于桩基阻挡所引起的下降水流，以及从标准区中流过来的横向水流，从而保护桩基附近的海床泥沙不被冲刷；而稀疏区仿生草结构的设置主要目的是对于水流进行一定降速的同时，又不因为阻挡效果太过明显而导致边缘冲刷的产生，从而保证防护措施的长期有效；这种布置方式可以更好的应对桩基附近的复杂水流涡旋状态；
16.2、根据各个防护区进行基座的配重或者地锚的布置数量，能降低固定仿生草所耗费的工作和费用，从而在相同面积的防护区布置之下，能实现更高效的防护以及更低的成本。
附图说明
17.图1是本实用新型的用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构的平面图；
18.图2是图1中的a-a向视图；
19.图3是本实用新型的一种实施例的平面图。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
21.请参阅图1和图2，本实用新型的用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，铺设在桩基100的外围海床上并包括加密区仿生草结构10、标准区仿生草结构20和稀疏区仿生草结构30，其中，
22.加密区仿生草结构10的平面为圆环形，并同心地铺设在桩基100的外围，且加密区仿生草结构10的铺设宽度为桩基外径的0.5～2倍，该加密区仿生草结构30包括基座1a和固定在基座1a上的仿生草垫1b，该仿生草垫1b包括基垫11和植在基垫11的上表面的仿生草叶片12，仿生草叶片12的长度为1.25l～2l，仿生草叶片12的密度为1ρ～3ρ；基座1a采用混凝土基座、钢筋石笼、砂被或地锚；若基座1a采用混凝土基座或钢筋石笼，则配置的重量为1.5t～2t；若基座1a采用砂被，则砂被每平米的填砂重量为1.5q～3q；若基座1a采用地锚，则地锚的布置间距不大于1.5m，地锚的总拉力为1.5f～3f；f＝p
×
n，p为单个地锚的拉力，n为地锚的数量；
23.标准区仿生草结构20的平面也为圆环形，并同心地铺设在加密区仿生草结构10的外围，该标准区仿生草结构20的铺设宽度为桩基外径的0.5～2倍；该标准区仿生草结构20包括基座1a和固定在基座1a上的仿生草垫1b，该仿生草垫1b包括基垫11和植在基垫11的上表面的仿生草叶片12，仿生草叶片12的长度为l，仿生草叶片12的密度为ρ；基座1a采用混凝土基座、钢筋石笼、砂被或地锚；若基座1a采用混凝土基座或钢筋石笼，则配置的重量为t；若基座1a采用砂被，砂被每平米的填砂重量为q；若基座1a采用地锚，则地锚的布置间距不大于1.5m，地锚的总拉力为f；f＝p
×
n，p为单个地锚的拉力，n为地锚的数量；
24.稀疏区仿生草结构30的平面也为圆环形，并同心地铺设在标准区仿生草结构20的外围，该稀疏区仿生草结构30的铺设宽度为桩基外径的0.5～2倍；该稀疏区仿生草结构30包括基座1a和固定在基座1a上的仿生草垫1b，该仿生草垫1b包括基垫11和植在基垫11上的仿生草叶片12，仿生草叶片12的长度为0.25l～0.75l，仿生草叶片12的密度为0.25ρ～1ρ；基座1a采用混凝土基座、钢筋石笼、砂被或地锚；若基座1a采用混凝土基座或钢筋石笼，则配置的重量为1.5t～2t；若基座1a采用砂被，砂被每平米的填砂重量为0.4q～0.8q；若基座1a采用地锚，则地锚的布置间距不大于1.5m，地锚的总拉力为0.4f～0.8f；f＝p
×
n，p为单个地锚的拉力，n为地锚的数量.
25.f＝p
×
n，p为单个地锚的拉力，n为地锚的数量。
26.本实用新型的用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，在施工时包括以下步骤：
27.步骤一，先确定基座1a的种类，再确定加密区仿生草结构10、标准区仿生草结构20和稀疏区仿生草结构30的宽度；
28.本实施例中，基座1a采用砂被；桩基100的外径为8m；加密区仿生草结构10的铺设宽度为4m；标准区仿生草结构20的铺设宽度为8m；稀疏区仿生草结构30的铺设宽度为4m；
29.步骤二，确定仿生草叶片12的长度和密度，确定仿生草垫1b和砂被的尺寸
30.本实例中，标准区仿生草结构20中的仿生草叶片12的长度为1.25m，仿生草叶片12的密度为500根/平方米；加密区仿生草结构10中的仿生草叶片12的长度为2m，仿生草叶片12的密度为1000根/平方米；稀疏区仿生草结构30中的仿生草叶片12的长度为0.5m，仿生草叶片12的密度为300根/平方米；
31.仿生草垫1b为圆环形，径向宽度为4m；砂被1b与仿生草垫1b的形状也为圆环形，径向宽度也为4m；本实例中，加密区仿生草结构10由两片内径为8m的半圆环形仿生草拼装而成；标准区仿生草结构20中由四片半环形仿生草拼装而成，其中两片半环形仿生草的内径为16m，拼成一个内部整圆环仿生草，另外两片半环形仿生草的内径为24m，拼成一个外部整圆环仿生草；稀疏区仿生草结构30中由两片内径为32m的半圆环形仿生草拼装而成(见图
3)；
32.步骤三，确定砂被填充砂的重量
33.根据仿生草叶片12的长度和密度，以及桩基100附近区域的流速分布，计算加密区仿生草结构10、标准区仿生草结构20和稀疏区仿生草结构30中每平方米仿生草所需要的锚定力换算成砂被填充砂的重量：标准区仿生草结构20中的砂被填充砂的重量为每平方米100kg；加密区仿生草结构10中的砂被填充砂的重量为每平方米150kg，稀疏区仿生草结构30中的砂被填充砂的重量为每平方米75kg；
34.步骤四，制作仿生草垫和砂被
35.每片仿生草垫及每片砂被均在工厂制作，两者的尺寸必须一一对应，因为两者需要在施工现场使用专门的连接方法连接在一起，所以在工厂制作环节需要在砂被和仿生草垫上加工好连接节点；
36.步骤五，现场施工
37.砂被按照计算的砂填充量进行填充，填充好以后将仿生草垫固定在砂被上，采用专用连接机构对两者进行连接；连接牢固后，通过吊架将第一片加密区仿生草结构吊放，确保仿生草的内沿贴紧桩基的外壁，水下情况由船上探测设备监控，保证吊放位置的准确；第一片加密区仿生草结构吊放完成后，开始吊放第二片加密区仿生草结构，两片加密区仿生草结构的位置应尽量对接整齐，对接缝的宽度应符合要求；每吊放两片，对接形成整圆环后，更换更大尺寸的吊架，与下一环即将施工的仿生草的尺寸相匹配，按照步骤，完成所有仿生草的铺设；
38.步骤六，检查和验收
39.检查施工情况，确保所有仿生草的位置正确，避免出现过大的对接缝或者叠放从而造成悬空。
40.以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。

技术特征：
1.一种用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，铺设在桩基的外围海床上并包括加密区仿生草结构、标准区仿生草结构和稀疏区仿生草结构，其特征在于，所述加密区仿生草结构的平面为圆环形，并同心地铺设在桩基的外围，且铺设宽度为桩基外径的0.5～2倍，该加密区仿生草结构包括基座和固定在基座上的仿生草垫，该仿生草垫包括基垫和植在基垫的上表面的仿生草叶片，仿生草叶片的长度为1.25l～2l，仿生草叶片的密度为1ρ～3ρ；所述标准区仿生草结构的平面也为圆环形，并同心地铺设在加密区仿生草结构的外围，且铺设宽度为桩基外径的0.5～2倍；该标准区仿生草结构包括基座和固定在基座上的仿生草垫，该仿生草垫包括基垫和植在基垫的上表面的仿生草叶片，仿生草叶片的长度为l，仿生草叶片的密度为ρ；所述稀疏区仿生草结构的平面也为圆环形，并同心地铺设在标准区仿生草结构的外围，且铺设宽度为桩基外径的0.5～2倍；该稀疏区仿生草结构包括基座和固定在基座上的仿生草垫，该仿生草垫包括基垫和植在基垫上的仿生草叶片，仿生草叶片的长度为0.25l～0.75l，仿生草叶片的密度为0.25ρ～1ρ；所述基座采用混凝土基座、钢筋石笼、砂被或地锚。2.根据权利要求1所述的用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，其特征在于，所述标准区仿生草结构中的混凝土基座或钢筋石笼的配重为t；所述加密区仿生草结构中的混凝土基座或钢筋石笼的重量为1.5t～2t；所述稀疏区仿生草结构中的混凝土基座或钢筋石笼的配重为0.4t～0.8t。3.根据权利要求1所述的用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，其特征在于，所述标准区仿生草结构中的砂被每平米的填砂重量为q；所述加密区仿生草结构中的砂被每平米的填砂重量为1.5q～3q；所述稀疏区仿生草结构中的砂被每平米的填砂重量为0.4q～0.8q。4.根据权利要求1所述的用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，其特征在于，所述地锚的布置间距不大于1.5m；所述标准区仿生草结构中的地锚的总拉力为f；所述加密区仿生草结构中的地锚的总拉力为1.5f～3f；稀疏区仿生草结构中的地锚的总拉力为0.4f～0.8f；f＝p
×
n，p为单个地锚的拉力，n为地锚的数量。

技术总结
本实用新型公开了一种用于海上风电基础的防冲刷仿生草结构，包括自内而外依次铺设在桩基的外围海床上的加密区仿生草结构、标准区仿生草结构和稀疏区仿生草结构。加密区仿生草结构包括基座和固定在基座上的仿生草垫，仿生草垫中的仿生草叶片的长度为1.25L～2L，密度为1ρ～3ρ；标准区仿生草结构包括基座和固定在基座上的仿生草垫，仿生草垫中的仿生草叶片的长度为L，密度为ρ；稀疏区仿生草结构包括基座和固定在基座上的仿生草垫，仿生草垫中的仿生草叶片的长度为0.25L～0.75L，密度为0.25ρ～1ρ。基座采用混凝土基座、钢筋石笼、砂被或地锚。本实用新型能更好的应对桩基附近的复杂水流涡旋状态，能实现更高效的防护。能实现更高效的防护。能实现更高效的防护。


技术研发人员：张百阁 刘璐 徐锁林
受保护的技术使用者：中交第三航务工程局有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/9