一种防冲刷结构及海上风电装置

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，具体涉及一种防冲刷结构及海上风电装置。

背景技术

在海洋环境中，波浪、潮汐、水流共同作用下，海床自然冲淤活跃，海上风电装置建成后桩基础周围极易出现自然冲刷与局部冲刷叠加形成的冲刷坑，导致桩基础承载能力下降、风机支撑结构自振频率下降、桩基础变形增大，威胁风机支撑结构的运行安全。马蹄涡是形成桩基础周围床面局部冲刷的主要原因。减弱马蹄涡对床面的影响是有效减小床面冲刷的有效措施之一。但是，已有的防冲刷措施功能少、稳定性差、防护效果欠佳。

因此，如何提高防冲刷结构的防冲刷效果，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种防冲刷结构及海上风电装置，以实现提高防冲刷结构的防冲刷效果。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种防冲刷结构，包括多个沿周向布置在桩基础周围的树状阻碍件；树状阻碍件包括主板和多个副板，其中主板沿径向延伸，多个副板呈角度的布置在主板的两个板面上，以形成树状结构；主板的一部分以及副板的一部分埋入泥面之下。

可选的，上述防冲刷结构中，多个副板与主板的板面的夹角范围为30°～60°，含端点值。

可选的，上述防冲刷结构中，位于主板的同一板面上的多个副板与主板的板面的夹角相同或不同。

可选的，上述防冲刷结构中，位于主板的同一板面上的多个副板与泥面垂直或者倾斜。

可选的，上述防冲刷结构中，位于主板的同一板面上的多个副板之间的距离相同或不同，且相邻的两个副板之间的垂直距离不小于0.5m。

可选的，上述防冲刷结构中，位于主板的同一板面上的多个副板的长度相同或不同，且副板的长度不小于0.5m。

可选的，上述防冲刷结构中，主板的长度不小于一倍桩基础直径D。

可选的，上述防冲刷结构中，主板的厚度不小于100mm，副板的厚度不小于50mm。

可选的，上述防冲刷结构中，树状阻碍件的高度不小于0.5D，树状阻碍件埋入深度不小于0.1D，其中，D表示桩基础的直径。

可选的，上述防冲刷结构中，树状阻碍件的第一端与桩基础的距离d1范围在0.5m～2m之间，含端点值；

树状阻碍件的长度d2不小于桩基础的直径D。

第二方面，本发明提供一种海上风电装置，包括桩基础和布置在桩基础周围的如上述任一项的防冲刷结构。

基于上述技术方案，该防冲刷结构布置于桩基础的周围的泥面处，可从不同方向对桩基础周围泥面进行防护；埋入泥面以下的部分可有效地阻碍泥沙往下游输运；位于泥面以上的部分可起到扰流的作用，可阻碍马蹄涡的形成和发展，并减缓近泥面处的流动速度。可见，本发明示例的防冲刷结构从上述多个角度提高防冲刷效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术所提供的用于海上风电桩基础的防冲刷结构的示意图；

图2为现有技术所提供的另一用于海上风电桩基础的防冲刷结构的示意图；

图3为本发明实施例所提供的用于海上风电桩基础的防冲刷结构的示意图；

图4为图3所示的防冲刷结构的俯视图；

图5为图3所示的防冲刷结构局部的俯视图；

图6为图3所示的防冲刷结构局部的侧视图；

图中，1-桩基础、2-防冲刷结构；21-第一树状阻碍件、22-第二树状阻碍件、23-第三树状阻碍件、24-第四树状阻碍件、25-第五树状阻碍件、26-第六树状阻碍件、27-第七树状阻碍件、28-第八树状阻碍件；211-主板、212-副板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由背景技术可知，马蹄涡是形成桩基础周围床面局部冲刷的主要原因。减弱马蹄涡对床面的影响是有效减小床面冲刷的有效措施之一。

目前，常见的防冲刷措施主要可分为主动防护和被动防护。主动防护措施的原理是消减来流强度，减小桩基础局部冲刷的马蹄涡强度，如图1所示，图1中展示了四种常见的主动防冲刷结构的示意图，其中，在桩基础外周设置护圈，如图1(a)；在水流方向的上游处设置牺牲桩，如图1(b)所示；在桩基础上开孔，以减小水流方向的阻力，如图1(c)所示；在易形成冲刷坑的部位设置石板，以提高此处的抗冲刷性能。被动防冲刷的结构的原理是在桩基础周围铺设加固层，如图2所示，图2展示了常见的被动防冲刷结构的示意图，其中图2(a)中加固层为抛石层，图2(b)中的加固层为剖视层加灌浆，通过上述加固层以提高桩基础周围泥沙的抗冲刷性能。

上述主动防护和被动防护中均是通过增加局部的强度来提高防冲刷性能的，虽然能够在一定程度上延长桩基础的使用寿命，但是，由于其防冲刷的性能单一，防冲刷的稳定性，以及效果欠佳。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种防冲刷结构，该防冲刷结构布置于桩基础的周围的泥面处，可从不同方向对桩基础周围泥面进行防护；埋入泥面以下的部分可有效地阻碍泥沙往下游输运；位于泥面以上的部分可起到扰流的作用，可阻碍马蹄涡的形成和发展，并减缓近泥面处的流动速度。可见，本发明示例的防冲刷结构从上述多个角度提高防冲刷效果。

参见图3至图4，图3为本发明实施例所提供的用于海上风电桩基础1的防冲刷结构2的示意图；图4为图3所示的防冲刷结构2的俯视图。

图示的防冲刷结构2包括多个沿周向布置在桩基础1周围的树状阻碍件。多个树状阻碍件有部分埋入泥面之下，有部分露出泥面之上。多个树状阻碍件的设置可从不同方向对桩基础1周围泥面进行防护；埋入泥面以下的部分可有效地阻碍泥沙往下游输运；位于泥面以上的部分可起到扰流的作用，可阻碍马蹄涡的形成和发展，并减缓近泥面处的流动速度。可见，本发明示例的防冲刷结构2从上述多个角度提高防冲刷效果。

图4中的树状阻碍件为八个，按照顺时针方向依次为第一树状阻碍件21、第二树状阻碍件22、第三树状阻碍件23、第四树状阻碍件24、第五树状阻碍件25、第六树状阻碍件26、第七树状阻碍件27和第八树状阻碍件28。上述八个树状阻碍件从八个方向布置在桩基础1周围，相当于从八个方向提高防冲刷效果。

进一步的，八个树状阻碍件均匀布置在桩基础1周围，呈圆周分布。图示中树状阻碍件的数量为八个，本发明一些示例中，树状阻碍件的还可以是其他数量个，例如四个、五个、六个、七个、九个等，其整体数量不少于四个。

需要说明的是，树状阻碍件具有长度，树状阻碍件靠近桩基础1一端为第一端，远离桩基础1的一端为第二端，树状阻碍件沿桩基础1的径向R延伸布置。树状阻碍件的高度与桩基础1的高度相对应，并对应高度方向Z。

图中，D表示桩基础1的直径，d1表示树状阻碍件的第一端与桩基础1的距离；d2表示树状阻碍件的长度。

为了达到最优的防冲刷效果，一些示例中，d1范围在0.5m～2m之间，含端点值。

为了进一步的达到最优的防冲刷效果，一些示例中，d2不小于D。

进一步的，树状阻碍件的高度不小于0.5D。再进一步的，树状阻碍件埋入深度不小于0.1D。

需要说明的是，上述树状阻碍件可采用钢结构(但要做好防腐措施)或混凝土浇灌成型。

为了更清楚的理解树状阻碍件的结构，请参见图5和图6，图5反应的是树状阻碍件在泥面投影；图6反应的是垂于泥面的投影。图示中仅以第一树状阻碍件21为示例进行说明，其他的树状阻碍件跟第一树状阻碍件21的结构相同，只是布置方向存在差异。

图示中，第一树状阻碍件21包括主板211和多个副板212，其中主板211沿径向R延伸，多个副板212呈角度的布置在主板211的两个板面上，以形成树状结构。在应用至防冲刷结构2中，主板211的一部分以及副板212的一部分埋入泥面之下。

为方便描述，主板211的两个板面定义为第一板面和第二板面，第一板面和第二板面相对布置，图5中位于左侧的为第一板面，位于右侧的为第二板面。

图5(a)中，位于第一板面的多个副板212与第一板面的夹角相同，该夹角的范围：30°～60°，含端点值。位于第二板面的多个副板212与第二板面的夹角相同，该夹角的范围：30°～60°，含端点值。

图5(b)中，位于第一板面的多个副板212与第一板面的夹角不同，该夹角的范围：30～60°，含端点值。每间隔一个副板212，副板212相对于第一板面的倾斜方向相同。图示中，自上而下，第一个副板212、第三个副板212和第五个副板212与第一板面的倾斜方向一致(均朝上)；自上而下，第二个副板212、第四个副板212和第六个副板212与第一板面的倾斜方向一致(均朝下)。位于第二板面的多个副板212与第二板面的夹角不同，该夹角的范围：30～60°，含端点值。每间隔一个副板212，副板212相对于第二板面的倾斜方向相同。图示中，自上而下，第一个副板212、第三个副板212和第五个副板212与第二板面的倾斜方向一致(均朝上)；自上而下，第二个副板212、第四个副板212和第六个副板212与第二板面的倾斜方向一致(均朝下)。

图6中，为多个副板212在主板211的第一板面的情况。

图6(a)中，位于第一板面的多个副板212均与泥面垂直。

图6(b)中，位于第一板面的多个副板212相对于泥面倾斜，其倾斜方向朝向左侧。

图6(c)中，位于第一板面的多个副板212相对于泥面倾斜，其倾斜方向朝向右侧。

图6(d)中，位于第一板面的多个副板212相对于泥面倾斜，其中，朝向左侧倾斜的副板212以及朝向右侧倾斜的副板212间隔布置。

需要说明的是，布置在主板211同一个板面上的多个副板212可均匀排布；还可沿着靠近桩基础1的方向，由密到疏或由疏到密的方式排布。相邻的两个副板212之间的垂直距离不小于0.5m。

布置在主板211同一个板面上的多个副板212的长度相同或者不同。并在长度不同的情况下，沿着靠近桩基础1的方向，有长到短、由短到长或者长短间隔的方式排布。

本发明一些示例中，为了提高第一树状阻碍件21的强度，主板211的长度不小于一倍桩基础1直径D。进一步的，副板212的长度不小于0.5m。

本发明一些示例中，为了提高第一树状阻碍件21的强度，主板211的厚度不小于100mm，副板212的厚度不小于50mm。

本发明示例还公开了一种海上风电装置，包括桩基础1和布置在桩基础1周围的如上所描述的防冲刷结构2。由于上述防冲刷结构2具有以上有益效果，包括该防冲刷结构2的海上风电装置具有相应的效果，此处不再赘述。

需要说明的是，上述桩基础1可为单桩基础1或者群桩基础1，只要面临被冲刷的桩基础1均可应用上述结构的防冲刷结构2。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。