【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及海洋風電，具體涉及一種海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置及施工方法。
技術介紹
1、海上風電因其風速高、風能資源豐富、風向穩定、亂流強度低等顯著特點，成為全球清潔能源發展的重要方向。與陸上風電相比，海上風電具備更高的發電效率，還能有效避免占用陸地資源，對生態環境的影響相對較小。隨著深遠海開發技術的不斷突破，海上風電的應用領域進一步擴大，為能源結構轉型和綠色低碳經濟發展注入了強勁動力，展現出廣闊的發展前景。
2、然而，海上風電場的建設會改變樁基周圍的海洋流體動力環境，導致松軟沉積土逐漸被洋流沖走，形成沖刷坑。沖刷坑受多因素影響，動態過程復雜。當洋流經過樁基礎時，迎流面流速因阻擋作用顯著增加，導致床面剪切力超過土體抗剪強度，產生初始沖刷。隨著時間推移，沖刷坑逐漸加深，并向周邊擴展，盡管沖刷強度逐步減弱，但回填的泥沙較松散，易受后續洋流的二次沖刷作用。沖刷坑的形成不僅削弱樁基礎的嵌固作用，降低承載能力，還可能引發更廣泛的海洋地質災害，嚴重威脅風電設施的安全運行。針對這些問題，目前廣泛應用的樁基沖刷災害治理方法是定向拋石，通過將塊石或卵石等天然石料投放于樁基周圍的沖刷坑內，形成保護層結構以減緩進一步沖刷。
3、公開號為cn113700047a?的專利公開了一種海洋風力發電單樁基礎沖刷防護裝置，該裝置包括環繞設置于單樁基礎外周的回填碎石層，由位于海床表面上方的錐形堆石層和位于海床表面下方的入土堆石層組成，且錐形堆石層表面包覆有緩沖層。圍繞緩沖層的養殖網箱和養殖繩之間構成用于養殖魚苗的養殖空間。>
4、公開號為cn118375188a?的專利公開了海上風電樁基用防沖刷裝置及其施工方法，能夠在保證較低經濟成本及施工難度的前提下，具有較好的防沖刷效果，能夠實現海上風電樁基沖刷的有效防護，且結構穩定性較好，不易流失產生二次沖刷。
5、現有技術方案雖然能夠在一定程度上對海洋風力發電單樁基礎起到沖刷防護作用，尤其是二次沖刷防護，但側重點是針對沖刷的防護，無法對已經發生的沖刷災害進行有效治理，且結構材料制作成本高。施工過程需要單獨的水下安裝程序，施工技術復雜，難于精確控制機構安裝的位置，整體尺寸較小，防護效果有限。此外，已有的專利技術裝置高于海床面一定高度，結構孔隙較大，容易進一步改變基礎附近的流場分布，造成潛在的基礎二次沖刷。
6、因此，研發更高效、穩定、可靠的防護方案，對提升海上風電樁基礎的安全性和長期穩定性具有重要意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置及施工方法，以解決現有拋石防護方案存在的拋石易流失產生二次沖刷的問題。
2、本專利技術解決上述技術問題的技術方案如下：
3、一種海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置，其包括：海上風電樁基礎以及套設在其上的沖刷防護組件，海上風電樁基礎的外圍存在沖蝕坑，沖蝕坑與沖刷防護組件之間鋪設底層土體填充層，沖刷防護組件的頂部依次鋪設基礎防護層和加固防護層；沖刷防護組件為網格屏柵結構。
4、作為優選，沖刷防護組件包括第一屏柵部和第二屏柵部，第一屏柵部和第二屏柵部通過多個連接螺栓進行組裝。
5、作為優選，沖刷防護組件包括多個彼此交叉形成十字形的塑料板，所述塑料板之間形成孔隙，孔隙上間隔設有泥沙泵送孔。
6、作為優選，沖刷防護組件的中部開設環形抱箍，沖刷防護組件通過環形抱箍套設在海上風電樁基礎的外側。
7、作為優選，沖刷防護組件上設有呈十字形的加強筋。
8、一種海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置的施工方法，包括以下步驟：
9、s1：組裝并套設沖刷防護裝置，具體為，將預制好的沖刷防護組件的第一屏柵部和第二屏柵部的兩部分通過環形抱箍套設于海上風電樁基礎的外側，并利用連接螺栓將兩部分連接成一個完整的環形結構，所述沖刷防護裝置在重力作用下沿樁基礎下沉至海床面且部分嵌入海床土體；
10、s2：泵送填充底層土體，具體為，通過沖刷防護裝置上設置的泵送孔，將級配良好的砂土泵送至沖刷防護裝置與海上風電樁基礎之間的沖蝕坑內，直至砂土充滿整個沖蝕坑，形成底層土體填充層；
11、s3：鋪設基礎防護層，具體為，在沖刷防護裝置的上表面及底層土體填充層的上部，均勻鋪設一層小粒徑碎石，形成碎石覆蓋的基礎防護層，所述碎石的粒徑大于底層土體填充層的砂土粒徑；
12、s4：構筑加固防護層，具體為，在基礎防護層的上部，進一步均勻鋪設一層大塊石，形成塊石配重的加固防護層，所述塊石的粒徑大于基礎防護層碎石的粒徑。
13、作為優選，沖刷防護裝置為具有一定剛度的三維立體塑料網格屏柵，包括塑料板、孔隙、環形抱箍、泵送孔和加強筋，所述加強筋連接環形抱箍和塑料板形成網格狀結構。
14、作為優選，在步驟s1中，所述沖刷防護裝置的外部直徑為海上風電樁基礎樁體結構直徑的2～3倍，且沖刷防護裝置的整體厚度根據風電樁基礎所要安裝位置處的海床土質和洋流速度來定。
15、作為優選，在步驟s2中，所述砂土的粒徑需滿足相應的水下泵送要求，以確保其能夠通過泵送工藝對樁基底部沖蝕坑進行快速填充。
16、作為優選，在步驟s3中，所述基礎防護層為環形鋪設，其半徑大于沖刷防護裝置的外部尺寸，且為緩坡堆積體，靠近風電樁基礎處的最大鋪設厚度為0.5～1.5m。
17、作為優選，在步驟s4中，所述加固防護層同樣為緩坡堆積體，靠近風電樁基礎處的最大鋪設厚度為0.5～1.5m，且與海上風電樁基礎的軸線之間的夾角范圍為30～70°。
18、本專利技術具有以下有益效果：
19、高效利用沖刷防護裝置：通過在樁基礎上套上沖刷防護裝置，該裝置在重力作用下自然下滑并緊密貼合在沖蝕坑上，從而有效隔絕水流對樁基礎的直接沖刷。這一設計不僅簡化了安裝過程，還確保了防護裝置與樁基礎之間的緊密接觸，提高了防護效果。
20、分層加固結構增強穩定性：首先，通過泵送方式將沖蝕坑內填充級配良好的砂土，為樁基礎提供均勻的支撐。接著，在沖刷防護裝置的上表面覆蓋較大粒徑碎石，形成穩固的基礎防護層。這一層碎石不僅能夠抵抗水流的沖刷，還能通過其顆粒間的嵌鎖作用，進一步提高整體結構的穩定性。最后，在基礎防護層上拋投塊石，形成配重層，進一步增強了結構的抗沖刷能力。
21、降低施工成本與難度：本技術方案所采用的沖刷防護裝置易于施工，且拋石材料易于獲得，從而大幅降低了施工成本和難度。同時，分層加固結構的設計也簡化了施工流程，提高了施工效率。
22、提升結構整體穩定性與可靠度：通過形成顆粒級配分明的分層加固結構，該技術方案不僅有效降低了海上風電樁基礎周圍土體沖刷破壞的風險，還增強了結構的整體穩定性和可靠度。這一結構能夠抵御強烈的水流沖刷，避免因材料流失而導致的二次沖刷問題。
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1.一種海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置，其特征在于，包括：海上風電樁基礎（5）以及套設在其上的沖刷防護組件（2），所述海上風電樁基礎（5）的外圍存在沖蝕坑，沖蝕坑與沖刷防護組件（2）之間鋪設底層土體填充層（1），所述沖刷防護組件（2）的頂部依次鋪設基礎防護層（3）和加固防護層（4）；所述沖刷防護組件（2）為網格屏柵結構；所述沖刷防護組件（2）包括多個彼此交叉形成十字形的塑料板（6），所述塑料板（6）之間形成孔隙（7），所述孔隙（7）上間隔設有泥沙泵送孔（9）。
2.根據權利要求1所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置，其特征在于，所述沖刷防護組件（2）包括第一屏柵部和第二屏柵部，所述第一屏柵部和第二屏柵部通過多個連接螺栓（11）進行組裝。
3.根據權利要求1所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置，其特征在于，所述沖刷防護組件（2）的中部開設環形抱箍（8），所述沖刷防護組件（2）通過環形抱箍（8）套設在海上風電樁基礎（5）的外側。
4.根據權利要求1所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置，其特征在于，所述沖刷防護組件（2）上設有
5.一種權利要求1-4任一項所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置的施工方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護方法，其特征在于，在步驟S1中，所述沖刷防護裝置的外部直徑為海上風電樁基礎（5）樁體結構直徑的2～3倍，且沖刷防護裝置的整體厚度根據風電樁基礎所要安裝位置處的海床土質和洋流速度決定。
7.根據權利要求5所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護方法，其特征在于，在步驟S2中，所述砂土的粒徑需滿足相應的水下泵送要求，以確保其能夠通過泵送工藝對樁基底部沖蝕坑進行快速填充。
8.根據權利要求5所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護方法，其特征在于，在步驟S3中，所述基礎防護層（3）為環形鋪設，其半徑大于沖刷防護裝置的外部尺寸，且為緩坡堆積體，靠近風電樁基礎處的最大鋪設厚度為0.5～1.5m。
9.根據權利要求5所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護方法，其特征在于，在步驟S4中，所述加固防護層（4）同樣為緩坡堆積體，靠近風電樁基礎處的最大鋪設厚度為0.5～1.5m，且與海上風電樁基礎（5）的軸線之間的夾角范圍為30～70°。
...【技術特征摘要】
1.一種海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置，其特征在于，包括：海上風電樁基礎（5）以及套設在其上的沖刷防護組件（2），所述海上風電樁基礎（5）的外圍存在沖蝕坑，沖蝕坑與沖刷防護組件（2）之間鋪設底層土體填充層（1），所述沖刷防護組件（2）的頂部依次鋪設基礎防護層（3）和加固防護層（4）；所述沖刷防護組件（2）為網格屏柵結構；所述沖刷防護組件（2）包括多個彼此交叉形成十字形的塑料板（6），所述塑料板（6）之間形成孔隙（7），所述孔隙（7）上間隔設有泥沙泵送孔（9）。
2.根據權利要求1所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置，其特征在于，所述沖刷防護組件（2）包括第一屏柵部和第二屏柵部，所述第一屏柵部和第二屏柵部通過多個連接螺栓（11）進行組裝。
3.根據權利要求1所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置，其特征在于，所述沖刷防護組件（2）的中部開設環形抱箍（8），所述沖刷防護組件（2）通過環形抱箍（8）套設在海上風電樁基礎（5）的外側。
4.根據權利要求1所述的海上風電樁基礎沖刷災害治理與防護裝置，其特征在于，所述沖刷防護組件（2）上設有呈十字形的加強筋（10）。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：趙濤，孫翔，
申請(專利權)人：中國科學院武漢巖土力學研究所，
類型：發明
國別省市：
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