一种海上风电加固装置和加固方法

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，尤其是涉及一种海上风电加固装置和加固方法。

背景技术

风能作为一种清无害的可再生能源，日益受到人类重视。其中相对于陆地风能而言，海上风能资源不仅具有较高的风速，而且距离海岸线较远，不受噪音限值的影响，允许机组制造更为大型化。

海上风电基础是支撑整个海上风力机的关键所在，成本约占整个海上风电投资的20％至25％，对海上风电基础一般要求20年以上的使用寿命。但是，我国沿海海域海床表层组大多是由冲刷形成的淤泥质软土海床，覆盖层组上方为3-15m的淤泥层组，淤泥层组由淤泥和淤泥质粉质粘土构成，工程力学性质差。因此我国目前海上风电基础普遍选用多桩基础，通过增加桩入土深度来提高桩基的承载力，此举不但提高了基础工程造价，也增加了施工难度。

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海上风电加固装置。根据本发明实施例的海上风电加固装置具有稳定性好的优点。

本发明还提供了一种基于上述海上风电加固装置的海上风电基础加固方法。

根据本发明实施例的海上风电加固装置包括：吸力筒和立柱，所述吸力筒埋入海床中且其顶端面从海床中露出，所述立柱的底部与所述吸力筒相连；导管，所述导管的一部分贯穿所述吸力筒的顶部向下插入海床中，所述导管的位于所述吸力筒上方部分设有灌浆口，所述导管的插入所述海床中的部分设有注浆口，所述导管用于向所述海床内注入海床加固材料以加固所述桩基础附近的海床。

在一些实施例中，所述导管的所述注浆口为多个，至少一部分所述注浆口沿所述导管的长度方向间隔设置。

在一些实施例中，所述导管为多个，多个所述导管围绕所述桩基础间隔设置。

在一些实施例中，多个所述导管中的一部分在所述吸力筒的径向上间隔设置。

在一些实施例中，多个所述导管分为若干组，每组导管中包括若干所述导管，每组导管中的若干所述导管沿所述桩基础的周向间隔设置，若干组导管在所述吸力筒的径向上间隔设置。

在一些实施例中，每组导管中的所述导管伸入所述海床中的端部均位于同一水平面上且沿所述桩基础的周向间隔布置。

在一些实施例中，若干组导管对应多个具有不同相对高度的所述水平面。

在一些实施例中，在所述吸力筒的径向上间隔设置的若干所述导管中，远离所述立柱的一部分导管埋入所述海床中的深度大于靠近所述立柱的另一部分导管埋入所述海床中的深度。

根据本发明实施例的海上风电基础加固方法，所述加固方法利用上述任一实施例所述的加固装置进行加固，所述加固方法包括：

步骤1：在所述吸力筒的顶部开孔，将导管从所述吸力筒上方通过所述开孔从上向下贯穿所述吸力筒的顶部并插入海床中；

步骤2：通过所述导管向海床内注入水泥浆以加固海床。

在一些实施例中，所述加固方法还包括：

步骤3：水泥浆注入完毕后，向所述导管内注入空气或水以清洗所述导管内部通道；

步骤4：待海床软化时，重复步骤2。

附图说明

图1是根据本发明实施例的海上风电加固装置的上侧的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的海上风电加固装置的下侧的结构示意图。

图3是根据本发明实施例的海上风电加固装置的仰视图。

图4是图3中A-A处的剖视图。

图5是图1中导管的示意图。

附图标记：

立柱1；

吸力筒2；侧壁21；顶端面22；桩基础23；

导管3；灌浆口31；注浆口32。

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。

如图1至图5所示，根据本发明实施例的海上风电加固装置包括吸力筒2、立柱1和导管3。

吸力筒2埋入海床中且其顶端面22从海床中露出，立柱1的底部与吸力筒2相连；

具体地，吸力筒2是下端开口的中空状圆筒，吸力筒2包括侧壁21和顶端面22，侧壁21的下端伸入海床中，侧壁21的上端和顶端面22高于海床表面。立柱1沿上下方向延伸，立柱1的下端与顶端面22的中心相连。

导管3的一部分贯穿吸力筒2的顶部向下插入海床中，导管3的位于吸力筒2上方部分设有灌浆口31，导管3的插入海床中的部分设有注浆口32，导管3用于向海床内注入海床加固材料以加固桩基础23附近的海床。

具体地，桩基础23是沿上下方向延伸的圆筒，桩基础23的轴心与吸力筒2的轴心重合，即桩基础23位于吸力筒2的中心。导管3是中空结构，导管3沿上下方向延伸，导管3贯穿顶端面22，即导管3的上端高于顶端面22、导管3的下端低于顶端面22。灌浆口31设置在顶端面22的上侧，注浆口32设置在顶端面22的下侧，灌浆口31和注浆口32之间连通。由此，从灌浆口31灌入的海床加固材料可以从注浆口32流入吸力筒2中。

在一些实施例中，导管3的注浆口32为多个，至少一部分注浆口32沿导管3的长度方向间隔设置。

具体地，导管3是沿上下方向延伸的圆管，导管3的长度方向即为竖直上下方向，即至少一部分注浆口32沿竖直上下方向间隔设置。由此，多个注浆口32一方面可以增加海床加固材料流出导管3的流量，另一方面均匀布置的注浆口32使海床加固材料更均匀地流入海床中。

在一些实施例中，导管3为多个，多个导管3围绕桩基础23间隔设置。

具体地，多个导管3绕桩基础23圆周间隔布置，在圆周方向上相邻的两个导管3之间的间隔都相等。由此，海床加固材料可以更均匀地流入桩基础23周围的海床中。

在一些实施例中，多个导管3中的一部分在吸力筒2的径向上间隔设置。

具体地，多个导管3的一部分沿径向间隔排列，沿着吸力筒2的径向排列有两个导管3。由此，在向桩基础23周围注入海床加固材料时，可以向不同的位置分别注入，这样增加了注入海床加固材料的效率。

在一些实施例中，多个导管3分为若干组，每组导管3中包括若干导管3，每组导管3中的若干导管3沿桩基础23的周向间隔设置，若干组导管3在吸力筒2的径向上间隔设置。

具体地，多个导管3分为内层组和外层组，内层组包括一部分导管3，外层组包括另一部分导管3。内层组的导管3和外层组的导管3都分别绕桩基础23圆周等间隔排列。内层组的导管3和外层组的导管3一一对应，内层组的导管3与其相对应的外层组的导管3沿径向布置，每个内层组的导管3与其相对应的外层组的导管3之间的距离都相等。由此，海床加固材料可以更均匀地流入桩基础23周围的海床中。

在一些实施例中，每组导管3中的导管3伸入海床中的端部均位于同一水平面上且沿桩基础23的周向间隔布置。

具体地，内层组的导管3下端的高度都相同，内层组的导管3都沿着桩基础23的圆周方向等间隔布置。外层组的导管3下端的高度都相同，外层组的导管3都沿着桩基础23的圆周方向等间隔布置。内层组的导管3下端的高度与外层组导管3下端的高度可以相同也可以不同。

在一些实施例中，若干组导管3对应多个具有不同相对高度的水平面。

需要说明的是，通过向不同的位置注入不同深度的海床加固材料，使加固后的区域中不同位置具有不同的力学特性。

在一些实施例中，在吸力筒2的径向上间隔设置的若干导管3中，远离立柱1的一部分导管3埋入海床中的深度大于靠近立柱1的另一部分导管3埋入海床中的深度。

具体地，外层组的导管3下端的高度低于内层组的导管3下端的高度。由此，桩基础23周围的海床固化后，外侧的土体刚度更大。

根据本发明实施例的海上风电基础加固方法，加固方法利用上述任一实施例的加固装置进行加固，加固方法包括：

步骤1：在吸力筒2的顶部开孔，将导管3从吸力筒2上方通过开孔从上向下贯穿吸力筒2的顶部并插入海床中；

具体地，吸力筒2上方通过开孔即为顶端面22上圆周等间距排列的沿上下方向延伸的圆孔。开孔分为内层和外层，内层的开孔和外层的开孔一一对应，每个内层的开孔与其对应的开孔之间的距离都相同。在插入导管3时，内层的导管3下端的高度高于外层导管3下端的高度。

步骤2：通过导管3向海床内注入水泥浆以加固海床。

具体地，从所有导管3上端的灌浆口31向导管3中加入水泥浆，水泥浆为海床加固材料。

在一些实施例中，加固方法还包括：

步骤3：水泥浆注入完毕后，向导管3内注入空气或水以清洗导管3内部通道；

具体地，从从所有导管3上端的灌浆口31向导管3中加入空气或水，这样可以把导管3中存留的水泥浆经过注浆口32冲出导管3，这样防止水泥浆凝固在导管3中从而阻塞导管3。

步骤4：待海床软化时，重复步骤2。

具体地，重复步骤2直至桩基础23周围的海床达到所需的力学条件。

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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，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，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。