[发明专利]海上风电单桩基础防冲刷装置及方法

说明书

一种海上风电单桩基础防冲刷装置及方法，它包括射流泵、排水管路、排水单元和桁架，通过在单桩侧面设置射流泵，多个排水单元分布于单桩四周的防冲刷区域，桁架与排水单元连接，排水管路的支管与排水单元连接，主管与射流泵连接，排水单元的镂空段位于底床泥面以下，护帽紧贴底床泥面隔绝上方水体，底床土体孔隙水通过排水单元和支管汇入主管并沿主管从射流泵进水端排出至出水端外，底床土体孔隙水排出量大于渗入量从而产生固结。克服了原海上风电单桩基础防护施工周期长，施工时抛投伤及基础，成本高的问题，加速底床土层固结，抑制冲刷现象的发生，提高了海上风电单桩基础的安全性能，具有结构简单，稳定性好，成本低，操作简单方便的特点。

技术领域

本发明属于海上风电基础技术领域，涉及一种海上风电单桩基础防冲刷装置及方法。

背景技术

随着海上风电场的快速发展扩张，钢管桩基础具有单桩承载力高、沉桩工艺相对简单、排土量小及良好的抗弯能力等特点，成为了海上风电的重要基础形式之一。

由于钢管桩基础的修建改变了海床地貌及流场、流速等原始水文条件，波浪、潮流等遇到桩柱的阻碍发生绕流，在钢管桩周围海流流速加快，局部范围内海底床面剪应力增大，超过床沙起动剪应力时产生冲刷，冲刷坑的发展会导致桩基础裸露出海床，减弱海床对风机结构的持力作用，给基础的稳定性和海上风电机组的安全运行带来严重挑战。目前海上风电场多建设在水深数米至数十米的海洋中，而在对多个海上风电场的工程监测中，发现粘性海床和非粘性海床均存在不同程度的冲刷现象，局部冲刷深度可达数米甚至超过十米。为保证单桩基础的结构稳定，在海上风电建设运维中需对基础进行防冲刷保护。

现有的防护措施还包括对桩周一定范围内进行水下抛石形成反滤层、铺设重力式砂被压载床面表层土体防止土体被波流掏蚀、通过灌浆加固基础周围土体强度等方法。但这些工程措施往往需要耗费大量材料，工期较长，成本高，施工时易损伤桩基表面防腐层。有观测表明抛石及重力式砂被等方法工后依然存在二次冲刷问题，防护效果不及预期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种海上风电单桩基础防冲刷装置及方法，装置结构简单，采用在单桩侧面设置射流泵，多个排水单元分布于单桩四周的防冲刷区域，桁架与排水单元连接，排水管路的支管与排水单元连接，主管与射流泵连接，排水单元的镂空段位于底床泥面下部，护帽紧贴底床泥面隔绝上方水体，孔隙水沿主管从射流泵进水端排出至出水端外，底床土体孔隙水排出量大于渗入量，加速底床土层固结，抑制冲刷现象的发生，提高海上风电单桩基础的安全性能，稳定性好，成本低，操作简单方便。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种海上风电单桩基础防冲刷装置，它包括射流泵、排水管路、排水单元和桁架；所述排水管路的主管与射流泵连接，支管与主管连接，多个支管分别与多个排水单元连接，多个排水单元以射流泵为中心分布于射流泵四周，桁架与排水单元连接；支管将排水单元内的水引入主管后由射流泵排出。

所述排水管路包括与主管连接多个支管，排水单元的分布形式发生变化时，主管延伸靠近排水单元。

所述排水单元包括与中空柱体连接的护帽，出水口位于护帽上部一侧与中空柱体连通，位于护帽下部的中空柱体为镂空段。

所述中空柱体的镂空段包覆土工布，位于土工布外包覆钢丝网。

所述护帽为锥形结构，截面较大的锥底朝下。

所述桁架为矩形的框架结构，多个桁架位于H型结构的主管各端，多个排水单元位于桁架下部与其竖直连接。

所述桁架为三角型的框架结构，多个桁架分布于矩形结构的主管各侧，多个排水单元位于桁架下部与其顶点竖直连接。

所述桁架为圆环形的框架结构，位于下侧多个均匀分布的排水单元与其竖直连接，圆环形结构的主管位于桁架的内侧或外侧。

所述桁架外侧设置多个排水单元呈圆环形状布设。