一种用于海上风电的变径单桩

技术领域

本发明涉及海上风电桩基技术领域，尤其涉及一种用于海上风电的变径单桩。

背景技术

与传统化石燃料相比，风能使用清洁，成本较低，具有开发范围广、安全、能源永不耗竭等优势。相比于陆上风电，海上风电具有风速大、湍流度低、不占耕地等优势。目前，海上风电基础多采用单桩基础，其设计简单，安装工艺成熟。

相关技术中，单桩的施工过程由于桩锤的振动，会产生噪声，影响海洋生物的生存环境，破坏海洋生态系统平衡。并且，施工过程中桩体所受阻力较大，影响施工效率。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种用于海上风电的变径单桩，以解决施工过程中的噪声问题和阻力问题。

本发明实施例的用于海上风电的变径单桩包括：桩体和气幕发生组件，所述桩体包括依次相连的第一段、第二段和第三段，所述第一段的直径小于所述第三段的直径，所述第二段的直径沿所述桩体的轴向且在从所述第一段朝所述第三段的方向上逐渐增大，所述第一段、所述第二段以及所述第三段的靠近所述第二段的部分用于插入海底，所述气幕发生组件与所述桩体相连，所述气幕发生组件用于在所述桩体的周向产生气幕，所述气幕发生组件包括多个第一管和多个第二管，所述第一管沿所述桩体外周壁的延伸方向延伸，多个所述第一管环绕所述桩体间隔分布，所述第一管的管壁上设有多个第一孔，所述第一孔朝远离所述桩体的方向延伸，以使所述第一管产生的气幕朝远离所述桩体的方向发散，多个所述第一孔沿所述第一管的延伸方向间隔分布，所述第二管环绕所述桩体，所述第二管的管壁上设有多个第二孔，所述第二孔朝靠近海面的方向延伸，以使所述第二管产生的气幕朝靠近海面的方向发散。

本发明实施例的用于海上风电的变径单桩，通过第一孔和第二孔喷出的气泡构成围绕桩体的气幕，以起到降噪的作用。并且，桩体周围的气幕可减弱桩体与泥土之间的相互作用，从而实现减阻的效果，提高施工效率。

在一些实施例中，所述第一管与所述第二管相连，以便所述第一管和所述第二管通过同一气源供气。

在一些实施例中，所述第一管和所述第二管均与所述桩体间隔开，所述第一管和/或所述第二管与所述桩体之间设有连接件，以使所述第一管和所述第二管通过所述连接件与所述桩体相连。

在一些实施例中，任一所述第二管和所述桩体之间的距离与所述第一管和所述桩体之间的距离相同。

在一些实施例中，所述第二管环绕所述第二段，多个所述第二管包括最上层第二管和位于所述最上层第二管下方的其余层第二管，所述最上层第二管位于所述第二段和所述第三段的连接处，所述最上层第二管上的第二孔的延伸方向与所述第二段的轴向平行，所述其余层第二管上的第二孔的延伸方向与所述第二段的轴向之间具有夹角。

在一些实施例中，所述第一孔的直径与所述第二孔的直径相同，所述第一孔的直径为1mm～2mm。

在一些实施例中，所述第一孔的中心轴线的延长线与所述桩体的外壁面垂直，所述第一管上的任意两个相邻的所述第一孔之间的距离为50mm～100mm。

在一些实施例中，所述第二管上的任意两个相邻的所述第二孔之间的距离为30mm～50mm。

在一些实施例中，所述第二管包括相连的弧形段和锥形段，所述弧形段位于所述锥形段的上方，所述锥形段的横截面积在从所述第三段朝所述第一段的方向上逐渐缩小。

在一些实施例中，任意两个相邻的所述第一管之间设有导向板，所述导向板邻近所述第三段的远离所述第二段的一端，所述导向板上设有导向槽，所述导向槽沿所述第三段的轴向延伸，所述导向槽内用于装配抱桩器的滑轮。

附图说明

图1是本发明实施例的用于海上风电的变径单桩的结构示意图。

图2是本发明实施例的用于海上风电的变径单桩的气幕发生组件的结构示意图。

图3是图2中A部分的放大示意图。

图4是本发明实施例的用于海上风电的变径单桩的第一剖视示意图。

图5是图4中B部分的放大示意图。

图6是图4中C部分的放大示意图。

图7是本发明实施例的用于海上风电的变径单桩的导向板的结构示意图。

图8是本发明实施例的用于海上风电的变径单桩的第二剖视示意图。

附图标记：

抱桩器100、滑轮200、海面300、海底400、

桩体1、第一段11、第二段12、第三段13、

气幕发生组件2、第一管21、第一孔201、第二管22、第二孔202、弧形段221、锥形段222、

导向板3、导向槽301。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图描述本发明实施例的用于海上风电的变径单桩。

如图1至图8所示，本发明实施例的用于海上风电的变径单桩包括：桩体1和气幕发生组件2。

桩体1包括第一段11、第二段12和第三段13，第一段11、第二段12和第三段13沿从下到上的方向依次设置，第一段11的上端与第二段12的下端相连，第二段12的上端与第三段13的下端相连。第一段11的直径小于第三段13的直径，第二段12的直径沿从下到上的方向逐渐增大。

可以理解的是，在打桩过程中，桩体1贯穿抱桩器100的抱桩孔，抱桩孔内的多个滑轮200与桩体1的第三段13的外周壁滑动接触。待桩体1沉入海底400后，桩体1的第一段11的下端与海底400接触，在桩锤的敲击作用下，桩体1逐渐插入海底400的泥层中。打桩完成后，如图8所示，桩体1的第一段11、第二段12以及第三段13的靠近第二段12的部分插入海底400的泥层中。

由此，相较于直筒型桩，本发明实施例的用于海上风电的变径单桩，不仅便于沉桩作业，还减小了桩体1建造的成本。

气幕发生组件2与桩体1相连，气幕发生组件2用于在桩体1的周向产生气幕。可以理解的是，在施工过程中由于桩锤敲击桩体1造成的振动，会产生噪声，影响海洋生物的生存环境。因此，通过在桩体1上设置气幕发生组件2，从而在桩体1的周围产生气幕，通过气幕对声波进行反射，进而起到降噪的作用。

可选地，如图1至图8所示，气幕发生组件2包括多个第一管21和多个第二管22，第一管21和第二管22均用于产生水下气幕，水下气幕由持续喷出气泡构成。

第一管21为竖管，第一管21沿桩体1外周壁的延伸方向延伸，也即是第一管21与桩体1的外周壁平行，从而确保第一管21与桩体1之间结构上的紧凑性。多个第一管21环绕桩体1的周向间隔分布，以确保多个第一管21分布的均匀性。

第一管21的管壁上设有多个第一孔201，例如，利用钻机在第一管21的管壁上进行钻孔，以形成用于通气的第一孔201。第一孔201朝远离桩体1的方向延伸，也即是第一孔201的延伸方向与桩体1的轴向之间具有夹角，以使第一管21产生的气幕朝远离桩体1的方向发散。多个第一孔201沿第一管21的延伸方向间隔分布，从而产生均匀分布的气幕。

第二管22为环形管，第二管22环绕桩体1，第二管22的管壁上设有多个第二孔202，第二孔202朝靠近海面300的方向延伸，也即是，第二孔202竖直向上延伸或倾斜向上延伸，以使第二管22产生的气幕朝靠近海面300的方向发散。

需要理解的是，本发明实施例的用于海上风电的变径单桩，在打桩过程中，可利用空压机向第一管21和第二管22中打入高压气体，从而通过第一孔201和第二孔202喷出的气泡构成围绕桩体1的气幕，以起到降噪的作用。并且，桩体1周围的气幕可减弱桩体1与泥土之间的相互作用，从而实现减阻的效果，提高施工效率。

在一些实施例中，如图1至图3所示，第一管21与第二管22相连，以使第一管21的管腔与第二管22的管腔连通，从而便于第一管21和第二管22通过同一气源供气。

例如，第一管21的上端位于海面300以上，第一管21的上端具有进气口(图中未示出)，将第一管21的进气口与空压机连通，利用空压机向第一管21内打入高压气体，高压气体通过第一管21扩散至第二管22内。

由此，不仅便于气幕发生组件2与气源相连，还降低施工成本，仅需一个气源即可实现对第一管21和第二管22的供气。

在一些实施例中，如图5和图6所示，第一管21和第二管22均与桩体1间隔开，第一管21和/或第二管22与桩体1之间设有连接件(图中未示出)，以使第一管21和第二管22通过连接件与桩体1相连。

可以理解的是，连接件为柱形件或板形件，在桩体1制造过程中，在桩体1上预留连接件，然后连接件焊接在第一管21和第二管22的连接处，从而将气幕发生组件2安装在桩体1上。

并且，由于第一管21和第二管22均与桩体1的外周壁间隔开，预留操作空间，便于打桩完成后，对连接件进行切割，以拆除气幕发生组件2。

进一步地，如图5和图6所示，任一第二管22和桩体1之间的距离与第一管21和桩体1之间的距离相同，从而确保气幕发生组件2与桩体1之间结构的紧凑性。

在一些实施例中，如图1至图8所示，第二管22环绕桩体1的第二段12。多个第二管22包括最上层第二管和位于最上层第二管下方的其余层第二管，最上层第二管位于第二段12和第三段13的连接处。

换言之，多个第二管22中位于最上层的第二管22为最上层第二管，其余的位于最上层第二管下方的第二管22为其余层第二管，且其余层第二管具有从上到下间隔分布的多个。

最上层第二管上的第二孔202的延伸方向与第二段12的轴向平行，其余层第二管上的第二孔202的延伸方向与第二段12的轴向之间具有夹角。

可以理解的是，最上层第二管形成的气幕竖直向上发散，从而起到围绕桩体1的第三段13的作用，以起到降噪的效果。其余层第二管形成的气幕平行于桩体1的第二段12的外周壁倾斜向上发散，从而起到围绕桩体1的第二段12的作用，以起到降噪以及减阻的效果。

由于，在打桩过程中，桩体1的第二段12沉入海底400的泥层中。因此，将桩体1的第二段12上环绕多根第二管22，以提高桩体1下沉过程中的减阻效果。

具体地，如图5所示，最上层第二管上的第二孔202的中心轴线沿上下方向设置，如图6所示，其余层第二管上的第二孔202的中心轴线倾斜设置，且倾斜角度与桩体1的第二段12的外壁面的倾角相同。

具体地，如图1至图6所示，第一管21的上端与桩体1的第三段13的上端平齐，第一管21的下端与桩体1的第段的下端平齐。位于最上层的第二管22环绕桩体1的第二段12和第三段13的连接处，位于最下层的第二管22环绕桩体1的第一段11和第二段12的连接处，其余的第二管22环绕桩体1的第二段12且沿上下方向间隔分布。也即是，多个第二管22的内径在从下到上的方向上依次增大。

在一些实施例中，第一孔201的直径与第二孔202的直径相同，第一孔201的直径和第二孔202的直径均为1mm～2mm。例如，第一孔201的直径和第二孔202的直径为1mm、1.5mm或2mm，优选地，第一孔201的直径和第二孔202的直径为1.5mm。

在一些实施例中，如图5和图6所示，第一孔201的中心轴线的延长线与桩体1的外壁面垂直。也即是，第一管21的环绕桩体1的第三段13的部分上的第一孔201的中心轴线垂直于桩体1的第三段13竖直的外壁面，第一管21的环绕桩体1的第二段12的部分上的第一孔201的中心轴线垂直于桩体1的第二段12倾斜的外壁面。

可选地，第一管21上的任意两个相邻的第一孔201之间的距离为50mm～100mm。例如，第一管21上的任意两个相邻的第一孔201之间的距离为50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm，优选地，第一管21上的任意两个相邻的第一孔201之间的距离为50mm。

在一些实施例中，第二管22上的任意两个相邻的第二孔202之间的距离为30mm～50mm。例如，第二管22上的任意两个相邻的第二孔202之间的距离为30mm、35mm、40mm、45mm或50mm，优选地，第二管22上的任意两个相邻的第二孔202之间的距离为50mm。

由于，多个第二管22的内径在从下到上的方向上依次增大，第二管22上的任意两个相邻的第二孔202之间的距离为定值，因此，多个第二管22上的第二孔202的数量在从下到上的方向上依次增多。

在一些实施例中，如图5和图6所示，第二管22包括相连的弧形段221和锥形段222，弧形段221位于锥形段222的上方，锥形段222的横截面积在从上到下的方向上逐渐缩小。

可以理解的是，第二管22的下半部分呈倒锥形，以起到减阻的作用，便于第二管22沉入海底400的泥层中。并且，在桩体1下沉过程中，第二管22具有扰动泥层的效果，进一步地提高减阻的效果。

具体地，如图5和图6所示，第二管22的上半部分为弧形段221，第二孔202设在弧形段221上。第二管22的下半部分为锥形段222，且第二管22的锥形段222竖直向下。

在一些实施例中，如图1至图8所示，任意两个相邻的第一管21之间设有导向板3，导向板3呈弧形，导向板3邻近桩体1的第三段13的上端。导向板3上设有导向槽301，导向槽301沿第三段13的轴向延伸，以将第三板分割为两部分。

可以理解的是，在打桩过程中，抱桩器100的滑轮200位于导向槽301内，从而在滑轮200和导向槽301的配合作用下，以便于桩体1竖直向下进行沉桩。并且，避免桩体1旋转使滑轮200磕碰第一管21，导致第一管21弯折损坏的问题，从而影响第一管21内的通气效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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。在本发明的描述中，“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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”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。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。