防冲刷装置、海上单桩风机基础及其安装方法与流程

1.本技术涉及海上风电工程技术领域，特别是涉及一种防冲刷装置、海上单桩基础及其安装方法。


背景技术：

2.单桩风机基础为海上风电工程领域中采用最广泛的一种基础形式。目前，在水深30m以内的风场中，多采用固定式单桩风机基础形式为主。但由于单桩风机基础的桩径通常设计很大，海流遇到桩柱的阻碍会发生绕流，使得海流在桩柱周围流速加大，容易在海床上形成冲刷坑，冲刷坑削弱了泥面附近的桩土对桩柱的包裹支撑作用，会对单桩基础的稳定性造成不利。因此实际施工中，为保证单桩风机基础的结构安全，工程上需采用防冲刷措施对其进行保护。
3.目前，工程上最常用的做法就是铺设重力式砂被，即利用起重船将不同大小的砂被平铺至海底，利用砂被压载防止桩柱周围的土体被波流掏蚀。但其缺点在于施工成本高，作业难度相对较大，尤其是重力式砂被在钢管桩根部位置的敷设工作很难达到设计要求，实际抗冲刷效果大打折扣；另一种常规做法就是抛石法，即利用抛石在桩基周围形成反滤层，防止表层土被掏蚀。但抛石容易伤及风机主体结构，并且抛石很难回收，影响环境，且抛石后期需进行维护，存在二次冲刷风险。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对放冲刷效果差，施工难度大、成本高的问题，提供一种防冲刷装置、海上单桩风机基础及其安装方法。
5.一方面，本技术提供一种防冲刷装置，用于安装在桩柱附近的扰流区内，所述防冲刷装置包括：
6.挡流内环，所述挡流内环用于装设在所述桩柱的外周；
7.挡流外环，所述挡流外环间隔套设于所述挡流内环的外周；以及，
8.隔离构件，所述隔离构件设置于所述挡流内环与所述挡流外环的间隔内，且所述隔离构件的内环侧与所述挡流内环连接，所述隔离构件的外环侧与所述挡流外环连接。
9.上述方案的防冲刷装置用于安装在桩柱附近的扰流区内，具体地是将挡流内环于挡流外环进行内外嵌套安装于海底海床上，然后将隔离构件连接于挡流内环和挡流外环之间的间隔内，如此一来，挡流外环首先能够朝向桩柱冲击的海流形成一定的挡流效果，减轻海流对桩柱以及桩柱附近桩土的直接冲刷，此外，由于隔离构件还能将海流与桩土进行阻隔，使得即便桩柱附件的海流发生扰流时，海流也无法对桩土形成冲刷影响，从而能防止形成冲刷坑，保证桩土对桩柱的包裹支撑作用，提升海上单桩风机基础的稳定性与安全性。且相较于现有技术的防冲刷结构而言，本技术的防冲刷装置具有结构简单，安装施工便捷，防冲刷效果好的优点。
10.下面对本技术的技术方案作进一步的说明：
11.在其中一个实施例中，所述挡流外环远离所述挡流内环的侧壁设有导流斜坡，所述导流斜坡由所述挡流外环的底部向顶部延伸并朝向所述挡流内环方向倾斜。
12.在其中一个实施例中，所述挡流外环还设有扰流孔隧，所述扰流孔隧的两端分别贯穿所述导流斜坡和所述挡流外环的顶部。
13.在其中一个实施例中，所述导流孔隧包括水平段、弧形转向段和竖直段，所述水平段通过所述弧形转向段与所述竖直段连通，所述水平段远离所述弧形转向段的开口端形成于所述导流斜坡上并设为进流口，所述竖直段远离所述弧形转向段的一端形成于所述挡流外环的顶部并设为排流口。
14.在其中一个实施例中，所述隔离构件包括至少一层隔离膜，至少一层所述隔离膜铺设于所述挡流外环与所述挡流内环之间。
15.在其中一个实施例中，所述隔离构件还包括至少一个加强肋，所述隔离膜设有安装槽，所述加强肋连接于所述安装槽内。
16.在其中一个实施例中，所述防冲刷装置还包括薄膜件，所述薄膜件设置于所述挡流内环的内环腔中；所述薄膜件采用褶皱结构。
17.另一方面，本技术还提供一种海上单桩风机基础，其包括：
18.桩柱；以及，
19.如上所述的防冲刷装置，所述桩柱从所述防冲刷装置的挡流内环的中部穿过并插入海底固定。
20.在其中一个实施例中，所述桩柱插入所述海底的底端设有锥面结构；和/或
21.所述桩柱的直径小于所述挡流内环的内环直径。
22.此外，本技术还提供一种建造上述权的海上单桩风机基础的安装方法，包括如下步骤：
23.确定机位坐标，以防冲刷装置的中心作为参考点，吊装所述防冲刷装置；
24.待所述防冲刷装置安装好后，复测所述防冲刷装置的中心坐标，并将该复测的中心坐标作为初始坐标来当作桩柱的定位基准；
25.吊装桩柱，使所述桩柱从内环中心穿过并插入海底，进行打桩作业。
附图说明
26.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
27.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
28.图1为本技术一实施例所述的海上单桩风机基础的结构示意图。
29.图2为图1中a处的局部放大结构图。
30.图3为图1的俯视结构图。
31.图4为本技术中海上单桩风机基础的安装方法的步骤流程图。
32.附图标记说明：
33.100、海上单桩风机基础；10、防冲刷装置；11、挡流内环；12、挡流外环；121、导流斜坡；122、扰流孔隧；122a、水平段；122b、弧形转向段；122c、竖直段；13、隔离构件；131、隔离膜；132、加强肋；20、桩柱；30、薄膜件。
具体实施方式
34.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
35.在本技术的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
36.此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
37.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
38.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
39.需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本技术所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
40.参阅图1和图3，为本技术一实施例展示的海上单桩风机基础100，其包括桩柱20以及防冲刷装置10。桩柱20具体可以是钢管桩，安装时钢管桩的下端打入海底以下实现安装固定，桩柱20位于海面上方的上端用于安装风机及其相关设备，使得风机能借助风能进行发电作业。
41.容易理解的，为了避免受到海水腐蚀而影响使用寿命和结构安全，钢管桩的外管壁需涂刷耐酸碱的防腐涂层材料。
42.本实施例中，防冲刷装置10用于安装在桩柱20附近的扰流区内。因为桩柱20的桩径通常很大，会对海流造成阻挡而导致海流在桩柱20的周围流速加大形成扰流，桩柱20外周附近的海床上的桩土容易被海流冲刷带走而形成冲刷坑，导致桩柱20根部的裸露部分增大，对桩柱20安装稳定性造成不利影响。针对于此，本方案提出一种能抑制和减轻海流对桩柱20冲刷影响的防冲刷装置10。
43.示例性地，防冲刷装置10包括挡流内环11、挡流外环12以及隔离构件13。
44.挡流内环11用于装设在桩柱20的外周；挡流外环12间隔套设于挡流内环11的外周；隔离构件13设置于挡流内环11与挡流外环12的间隔内，且隔离构件13的内环侧与挡流内环11连接，隔离构件13的外环侧与挡流外环12连接。桩柱20从防冲刷装置10的挡流内环11的中部穿过并插入海底固定。
45.可选地，挡流内环11和挡流外环12可采用混凝土、金属等其中的任意一种材质。例如，本实施例中挡流内环11和挡流外环12均采用混凝土材质，结构强度高，耐酸碱腐蚀能力强，对海流的冲击具有优良的阻挡效果。
46.综上，实施本实施例技术方案将具有如下有益效果：上述方案的防冲刷装置10用于安装在桩柱20附近的扰流区内，具体地是将挡流内环11于挡流外环12进行内外嵌套安装于海底海床上，然后将隔离构件13连接于挡流内环11和挡流外环12之间的间隔内，如此一来，挡流外环12首先能够朝向桩柱20冲击的海流形成一定的挡流效果，减轻海流对桩柱20以及桩柱20附近桩土的直接冲刷，此外，由于隔离构件13还能将海流与桩土进行阻隔，使得即便桩柱20附件的海流发生扰流时，海流也无法对桩土形成冲刷影响，从而能防止形成冲刷坑，保证桩土对桩柱20的包裹支撑作用，提升海上单桩风机基础100的稳定性与安全性。且相较于现有技术的防冲刷结构而言，本技术的防冲刷装置10具有结构简单，安装施工便捷，防冲刷效果好的优点。
47.如图3所示，在上述实施例的基础上，桩柱20的直径小于挡流内环11的内环直径。例如优选桩柱20的直径小于挡流内环11的内环直径1m，从而能有效弥补桩柱20吊装时水平晃动、吊装机械作业误差等造成的径向对位施工误差。
48.此外，在另一些实施例中，挡流外环12远离挡流内环11的侧壁设有导流斜坡121，导流斜坡121由挡流外环12的底部向顶部延伸并朝向挡流内环11方向倾斜。因而海流沿水平方向朝向桩柱20流动时，会受到导流斜坡121的阻挡和导向，海流进而会沿着导流斜坡121从水平流向逐渐转变为向上流动，从而达到避免海流直接冲击桩柱20而在桩柱20附近形成扰流，导致对桩土形成冲刷。
49.进一步地，挡流外环12还设有扰流孔隧122，扰流孔隧122的两端分别贯穿导流斜坡121和挡流外环12的顶部。设置的扰流孔隧122能允许水平流动的海流从扰流孔隧122内流通经过，减小海流对挡流外环12的直接冲击损坏。
50.请继续参阅图1和图2，具体而言，导流孔隧包括水平段122a、弧形转向段122b和竖直段122c，水平段122a通过弧形转向段122b与竖直段122c连通，水平段122a远离弧形转向段122b的开口端形成于导流斜坡121上并设为进流口，竖直段122c远离弧形转向段122b的一端形成于挡流外环12的顶部并设为排流口。实际工作时，海流会从水平段122a流入并沿
着弧形转向段122b转弯流入竖直段122c，最终从排流口排出至挡流外环12的上方，形成竖直向上流动的海流与水平流动的海流相互冲击的扰流效果，干扰挡流外环12上方的流场，减轻海流对桩柱20及其附近桩土的冲刷。
51.较佳地，挡流外环12的外周缘还设置有柔性裙边结构，柔性裙边结构能防止海流对挡流外环12进行掏刷，保护挡流外环12结构安全和使用寿命。
52.在上述任一实施例的基础上，隔离构件13包括至少一层隔离膜131，至少一层隔离膜131铺设于挡流外环12与挡流内环11之间。隔离膜131不仅能很好的将海流与桩柱20周围的桩土隔离，防止扰流状态下的海流对桩土造成冲刷，并且隔离膜131具有造价低，安装使用便捷，防冲击能力强的优点。
53.请继续参阅图3，进一步地，隔离构件13还包括至少一个加强肋132，隔离膜131设有安装槽，加强肋132连接于安装槽内。设置加强肋132不仅能使隔离构件13获得更高的结构强度，同时加强肋132能充当吊装点，方便对隔离构件13进行吊装作业。
54.具体地，本实施例中隔离膜131具有多个，且呈扇形结构，加强肋132也为多个，多个隔离膜131在圆周方向上间隔排布，每相邻两个隔离膜131之间安装有一个加强肋132。从而有助于保证隔离构件13各个部位的强度一致，并提供更多个吊装点，降低吊装难度。
55.在又一些实施例中，防冲刷装置10还包括薄膜件30，薄膜件30设置于挡流内环11的内环腔中；薄膜件30采用褶皱结构。薄膜件30的强度较低，且由于挡流内环11的内环直径大于桩柱20的直径，使得桩柱20能在自身重力下比较容易的刺破并穿过薄膜件30而插入海底以下，与此同时薄膜件30的剩余环形部分仍能将桩柱20与挡流内环11之间的环形间距遮盖，形成对海流彻底地阻挡。而薄膜件30较佳的采用褶皱结构，能满足局部变形的要求，且容易被桩柱20切割顶破。
56.进一步地，桩柱20插入海底的底端设有锥面结构。也即桩柱20的底端能形成锥形结构，从而更容易顶破薄膜件30。
57.请继续参阅图4，此外，本技术还提供一种建造上述权的海上单桩风机基础100的安装方法，包括如下步骤：
58.s100：确定机位坐标，以防冲刷装置10的中心作为参考点，吊装防冲刷装置10。
59.s200：待防冲刷装置10安装好后，复测防冲刷装置10的中心坐标，并将该复测的中心坐标作为初始坐标来当作桩柱20的定位基准。
60.s300：吊装桩柱20，使桩柱20从内环中心穿过并插入海底，进行打桩作业。
61.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
62.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种防冲刷装置，用于安装在桩柱附近的扰流区内，其特征在于，所述防冲刷装置包括：挡流内环，所述挡流内环用于装设在所述桩柱的外周；挡流外环，所述挡流外环间隔套设于所述挡流内环的外周；以及，隔离构件，所述隔离构件设置于所述挡流内环与所述挡流外环的间隔内，且所述隔离构件的内环侧与所述挡流内环连接，所述隔离构件的外环侧与所述挡流外环连接。2.根据权利要求1所述的防冲刷装置，其特征在于，所述挡流外环远离所述挡流内环的侧壁设有导流斜坡，所述导流斜坡由所述挡流外环的底部向顶部延伸并朝向所述挡流内环方向倾斜。3.根据权利要求2所述的防冲刷装置，其特征在于，所述挡流外环还设有扰流孔隧，所述扰流孔隧的两端分别贯穿所述导流斜坡和所述挡流外环的顶部。4.根据权利要求3所述的防冲刷装置，其特征在于，所述导流孔隧包括水平段、弧形转向段和竖直段，所述水平段通过所述弧形转向段与所述竖直段连通，所述水平段远离所述弧形转向段的开口端形成于所述导流斜坡上并设为进流口，所述竖直段远离所述弧形转向段的一端形成于所述挡流外环的顶部并设为排流口。5.根据权利要求1所述的防冲刷装置，其特征在于，所述隔离构件包括至少一层隔离膜，至少一层所述隔离膜铺设于所述挡流外环与所述挡流内环之间。6.根据权利要求5所述的防冲刷装置，其特征在于，所述隔离构件还包括至少一个加强肋，所述隔离膜设有安装槽，所述加强肋连接于所述安装槽内。7.根据权利要求1所述的防冲刷装置，其特征在于，所述防冲刷装置还包括薄膜件，所述薄膜件设置于所述挡流内环的内环腔中；所述薄膜件采用褶皱结构。8.一种海上单桩风机基础，其特征在于，包括：桩柱；以及，如权利要求1至7任一项所述的防冲刷装置，所述桩柱从所述防冲刷装置的挡流内环的中部穿过并插入海底固定。9.根据权利要求8所述的海上单桩风机基础，其特征在于，所述桩柱插入所述海底的底端设有锥面结构；和/或所述桩柱的直径小于所述挡流内环的内环直径。10.一种建造上述权利要求8或9所述的海上单桩风机基础的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：确定机位坐标，以防冲刷装置的中心作为参考点，吊装所述防冲刷装置；待所述防冲刷装置安装好后，复测所述防冲刷装置的中心坐标，并将该复测的中心坐标作为初始坐标来当作桩柱的定位基准；吊装桩柱，使所述桩柱从内环中心穿过并插入海底，进行打桩作业。

技术总结
本申请涉及一种防冲刷装置、海上单桩风机基础及其安装方法。所述防冲刷装置包括：挡流内环，所述挡流内环用于装设在所述桩柱的外周；挡流外环，所述挡流外环间隔套设于所述挡流内环的外周；以及隔离构件，所述隔离构件设置于所述挡流内环与所述挡流外环的间隔内，且所述隔离构件的内环侧与所述挡流内环连接，所述隔离构件的外环侧与所述挡流外环连接。由于隔离构件还能将海流与桩土进行阻隔，使得即便桩柱附件的海流发生扰流时，海流也无法对桩土形成冲刷影响，从而能防止形成冲刷坑，保证桩土对桩柱的包裹支撑作用，提升海上单桩风机基础的稳定性与安全性。本申请的防冲刷装置具有结构简单，安装施工便捷，防冲刷效果好的优点。防冲刷效果好的优点。防冲刷效果好的优点。


技术研发人员：郑灿 王洪庆 王金玺 汤东升 任灏 马兆荣 刘东华 黄俊辉 李小磊 周冰 范永春
受保护的技术使用者：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/14