本發(fā)明涉及一種防沖刷裝置及施工方法，尤其涉及一種海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置及施工方法。

背景技術(shù)：

1、海上風(fēng)電是指在海洋中建設(shè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，通過(guò)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電。與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電具有風(fēng)力資源豐富、土地占用少、噪音和視覺(jué)污染低等優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在建設(shè)和維護(hù)成本高、技術(shù)難度大和電力傳輸困難的挑戰(zhàn)。海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)是海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用的基礎(chǔ)類型之一，特別是在相對(duì)較淺的水域。這種基礎(chǔ)形式因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、成本相對(duì)較低而被廣泛應(yīng)用。

2、目前，海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)由于波浪和潮流的作用，基礎(chǔ)周圍的泥沙會(huì)發(fā)生沖刷并形成沖刷坑，沖刷坑會(huì)顯著減小樁基礎(chǔ)的嵌固深度，嚴(yán)重影響樁基礎(chǔ)的工作性能和安全運(yùn)行。目前采用的海上風(fēng)電樁基的防沖刷裝置，大多為拋石、沙被等塊條狀拋物，由于其散體顆粒之前缺乏有效連接，因此易受到洋流搬運(yùn)作用影響，防沖刷作用隨著有效拋物的減少而逐漸弱化，需要定期補(bǔ)充拋物，造成維護(hù)成本居高不下。而現(xiàn)有技術(shù)中涉及將拋物通過(guò)鏈網(wǎng)等材料進(jìn)行連接的，也存在拋物重量大，體積大，易變形，施工困難等現(xiàn)象而較難推廣應(yīng)用。

3、因此急需一種防沖刷效果好、輕量化、易施工、成本低、水平剛度大的新型防沖刷裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種防沖刷效果好、輕量化、易施工、成本低、水平剛度大的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置；

2、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置的施工方法。

3、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置，包括用于套設(shè)在單樁基礎(chǔ)外圍上的固定鎖鏈網(wǎng)，所述固定鎖鏈網(wǎng)包括相互嵌套的內(nèi)鎖鏈圈和外鎖鏈圈，內(nèi)鎖鏈圈和外鎖鏈圈之間通過(guò)鎖鏈連接，多條鎖鏈沿內(nèi)鎖鏈圈和外鎖鏈圈的周向間隔設(shè)置；相鄰兩條鎖鏈之間的區(qū)域構(gòu)成鱗甲單元；所述鱗甲單元包括若干防沖刷鱗片和尾部嵌固鱗片，若干防沖刷鱗片經(jīng)左右錯(cuò)位連接、并由內(nèi)鎖鏈圈向外鎖鏈圈方向連接以形成防沖刷鱗片整體；臨近外鎖鏈圈的防沖刷鱗片與外鎖鏈圈之間通過(guò)尾部嵌固鱗片連接；若干防沖刷鱗片與尾部嵌固鱗片共同形成形似動(dòng)物鱗甲的鱗甲單元。

4、其中，所述防沖刷鱗片為三折狀，包括第一前折板、第一中間折板和第一后折板；所述第一前折板設(shè)有用于使防沖刷鱗片與內(nèi)鎖鏈圈之間、若干防沖刷鱗片前后之間連接的第一孔洞，第一后折板設(shè)有用于使若干防沖刷鱗片前后之間、防沖刷鱗片與尾部嵌固鱗片之間連接的第二孔洞，第一中間折板開設(shè)有用于使若干防沖刷鱗片之間左右連接的第一溝槽。

5、其中，尾部嵌固鱗片為倒u字形三折狀，包括第二前折板、第二中間折板和第二后折板；第二前折板設(shè)有用于使防沖刷鱗片與尾部嵌固鱗片連接的第三孔洞，第二后折板設(shè)有用于使尾部嵌固鱗片與外鎖鏈圈連接的第四孔洞，第二中間折板開設(shè)有用于使若干尾部嵌固鱗片進(jìn)行左右連接的第二溝槽。

6、其中，所述內(nèi)鎖鏈圈與防沖刷鱗片之間、相鄰防沖刷鱗片之間、防沖刷鱗片與尾部嵌固鱗片之間、尾部嵌固鱗片與外鎖鏈圈之間、鎖鏈與鱗甲單元中位于邊緣的防沖刷鱗片之間分別通過(guò)連接卡扣連接，用于使各鱗甲單元連接成固定鎖鏈網(wǎng)；上述的連接為柔性連接，使得該結(jié)構(gòu)具有一定變形能力，能在樁身周圍部分砂土流失而形成凹陷的情況下自適應(yīng)凹陷表層，固定樁周土防止表面砂土流失和形成沖刷坑。

7、其中，所述內(nèi)鎖鏈圈和外鎖鏈圈均為多邊形；所述鱗甲單元的頂邊與內(nèi)鎖鏈圈邊長(zhǎng)相近，底邊與外鎖鏈圈的邊長(zhǎng)相近。

8、其中，所述鱗甲單元為梯形結(jié)構(gòu)；優(yōu)選為等腰梯形結(jié)構(gòu)。

9、其中，內(nèi)鎖鏈圈的內(nèi)接圓直徑為單樁截面直徑，外鎖鏈圈的內(nèi)接圓直徑為～倍單樁截面直徑。

10、其中，防沖刷鱗片、尾部嵌固鱗片均為鋼材料，厚度為6～8mm，折板角度為10°～30°。

11、其中，每條鎖鏈與外鎖鏈圈之間通過(guò)吊裝環(huán)連接。

12、上述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置的施工方法，包括以下步驟：

13、(a)將若干鎖鏈分別與外鎖鏈圈鏈接，其中一條鎖鏈應(yīng)與相鄰鎖鏈一端的內(nèi)鎖鏈圈、外鎖鏈圈斷開，形成預(yù)留開口，以便于套設(shè)在單樁基礎(chǔ)外圍；將若干防沖刷鱗片、尾部嵌固鱗片分別拼接成鱗甲單元；運(yùn)送至待安裝點(diǎn)；

14、(b)將鱗甲單元分別與鎖鏈鏈接以形成固定鎖鏈網(wǎng)，使固定鎖鏈網(wǎng)的預(yù)留開口兩側(cè)圍住單樁基礎(chǔ)；

15、(c)將預(yù)留開口鏈接閉合，形成完整裝置，將裝置吊起，并緩慢釋放至海底，完成安裝。

16、其中，對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生較大沖刷坑的既有基礎(chǔ)，先填充沖刷坑，再安裝該裝置。

17、有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，取得如下顯著效果：

18、(1)防沖刷效果好：鱗片相互連接串聯(lián)形成在豎向上具有一定柔性，在水平方向上具有足夠剛度的防沖刷層，這種各向異性的剛度特征保證了該裝置既能適應(yīng)海底起伏地表，又能牢固吸附在海底，不受洋流影響，現(xiàn)有技術(shù)相比無(wú)需設(shè)置防滑鉚釘，防沖刷效果更高。

19、(2)誘導(dǎo)沉積保護(hù)：鱗片特有的z形外表可以消耗水流中的動(dòng)能，降低水流流速，同時(shí)鱗片中部設(shè)置的兩道溝槽增加了水流流動(dòng)路徑，誘導(dǎo)水流中的不溶物在溝槽內(nèi)形成堆積，堆積體覆蓋鱗片強(qiáng)化裝置的防沖刷效果。能使得水流中帶來(lái)的泥沙進(jìn)入該結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使得水流中的部分泥沙在結(jié)構(gòu)內(nèi)部沉積于原有土層表面，起到加固原有土層的作用。

20、(3)適應(yīng)不規(guī)則地形并抑制已有沖刷坑發(fā)展：該結(jié)構(gòu)的鋼板鱗片之間通過(guò)鏈接卡扣相互連接，并非固定連接方式連接，且鱗甲整體與固定鎖鏈也通過(guò)鏈接卡扣連接，使得結(jié)構(gòu)像動(dòng)物鱗片一樣具有一定變形協(xié)調(diào)能力，能貼合覆蓋基礎(chǔ)周圍起伏不定的地表和已有的小型沖刷坑，防止沖刷坑繼續(xù)擴(kuò)大。

21、(4)制造及運(yùn)維成本低：裝置由小尺寸鱗片組裝而成，可依托陸上工廠大規(guī)模批量預(yù)制，卡扣和鎖鏈均使用當(dāng)前成熟工藝，并且通過(guò)鱗片鉆孔等方法降低鋼材消耗，制造成本較低。相比于拋石、沙袋等傳統(tǒng)方法，該裝置重量輕，體積小，布設(shè)方便，運(yùn)輸成本低，且可重復(fù)使用。

技術(shù)特征：

1.一種海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置，其特征在于，包括用于套設(shè)在單樁基礎(chǔ)外圍上的固定鎖鏈網(wǎng)(1)，所述固定鎖鏈網(wǎng)1包括相互嵌套的內(nèi)鎖鏈圈(101)和外鎖鏈圈(103)，內(nèi)鎖鏈圈(101)和外鎖鏈圈(103)之間通過(guò)鎖鏈(102)連接，多條鎖鏈(102)沿內(nèi)鎖鏈圈(101)和外鎖鏈圈(103)的周向間隔設(shè)置；相鄰兩條鎖鏈(102)之間的區(qū)域構(gòu)成鱗甲單元(6)；所述鱗甲單元(6)包括若干防沖刷鱗片(2)和尾部嵌固鱗片(3)，若干防沖刷鱗片(2)經(jīng)左右錯(cuò)位連接、并由內(nèi)鎖鏈圈(101)向外鎖鏈圈(103)方向連接以形成防沖刷鱗片整體；臨近外鎖鏈圈(103)的防沖刷鱗片(2)與外鎖鏈圈(103)之間通過(guò)尾部嵌固鱗片(3)連接；若干防沖刷鱗片(2)與尾部嵌固鱗片(3)共同形成形似動(dòng)物鱗甲的鱗甲單元(6)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置，其特征在于，所述防沖刷鱗片(2)為三折狀，包括第一前折板、第一中間折板和第一后折板；所述第一前折板設(shè)有用于使防沖刷鱗片與內(nèi)鎖鏈圈(101)之間、若干防沖刷鱗片前后之間連接的第一孔洞(201)，第一后折板設(shè)有用于使若干防沖刷鱗片前后之間、防沖刷鱗片與尾部嵌固鱗片(3)之間連接的第二孔洞(203)，第一中間折板開設(shè)有用于使若干防沖刷鱗片之間左右連接的第一溝槽(202)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置，其特征在于，所述尾部嵌固鱗片(3)為倒u字形三折狀，包括第二前折板、第二中間折板和第二后折板；第二前折板設(shè)有用于使防沖刷鱗片(2)與尾部嵌固鱗片(3)連接的第三孔洞(301)，第二后折板設(shè)有用于使尾部嵌固鱗片(3)與外鎖鏈圈(103)連接的第四孔洞(303)，第二中間折板開設(shè)有用于使若干尾部嵌固鱗片(3)進(jìn)行左右連接的第二溝槽(302)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置，其特征在于，所述內(nèi)鎖鏈圈(101)與防沖刷鱗片(2)之間、相鄰防沖刷鱗片(2)之間、防沖刷鱗片(2)與尾部嵌固鱗片(3)之間、尾部嵌固鱗片(3)與外鎖鏈圈(103)之間、鎖鏈(102)與鱗甲單元(6)中位于邊緣的防沖刷鱗片(2)之間分別通過(guò)連接卡扣(4)連接，用于使各鱗甲單元(6)連接成固定鎖鏈網(wǎng)(1)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置，其特征在于，所述內(nèi)鎖鏈圈(101)和外鎖鏈圈(103)均為多邊形；所述鱗甲單元(6)的頂邊與內(nèi)鎖鏈圈(101)的邊長(zhǎng)相近，底邊與外鎖鏈圈(103)的邊長(zhǎng)相近。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置，其特征在于，所述鱗甲單元(6)為梯形結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置，其特征在于，所述內(nèi)鎖鏈圈(101)的內(nèi)接圓直徑為單樁截面直徑，所述外鎖鏈圈(103)的內(nèi)接圓直徑為3～6倍單樁截面直徑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置，其特征在于，所述防沖刷鱗片(2)、尾部嵌固鱗片(3)均為鋼材料，厚度為6～8mm，折板角度為10°～30°。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置，其特征在于，所述鎖鏈(102)與外鎖鏈圈(103)之間通過(guò)吊裝環(huán)(5)鏈接。

10.一種權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置的施工方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)鱗片仿生防沖刷裝置及施工方法，該仿生防沖刷裝置包括固定鎖鏈網(wǎng)，固定鎖鏈網(wǎng)包括相互嵌套的內(nèi)鎖鏈圈和外鎖鏈圈，兩者通過(guò)鎖鏈連接，多條鎖鏈沿內(nèi)鎖鏈圈和外鎖鏈圈的周向間隔設(shè)置；相鄰兩條鎖鏈之間的區(qū)域構(gòu)成鱗甲單元；鱗甲單元包括若干防沖刷鱗片和尾部嵌固鱗片，若干防沖刷鱗片經(jīng)左右錯(cuò)位連接、并由內(nèi)鎖鏈圈向外鎖鏈圈方向連接以形成防沖刷鱗片整體；臨近外鎖鏈圈的防沖刷鱗片與外鎖鏈圈之間通過(guò)尾部嵌固鱗片連接；若干防沖刷鱗片與尾部嵌固鱗片共同形成形似動(dòng)物鱗甲的鱗甲單元。本發(fā)明防沖刷鱗片之間、鱗甲單元與固定鎖鏈網(wǎng)之間的連接，使得該結(jié)構(gòu)具有變形能力，能固定樁周土防止表面砂土流失和形成沖刷坑。

技術(shù)研發(fā)人員：劉廳,李忠偉,戴國(guó)亮,朱文波,陳智偉,歐陽(yáng)浩然,羅力偉,柳鴻博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10