[发明专利]一种海洋工程风机基础单桩冲刷防护结构及其冲刷深度折减量计算方法

说明书

本发明公开了一种海洋工程风机基础单桩冲刷防护结构及其冲刷深度折减量计算方法，其中该结构包括相互之间具有一定距离的外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层，所述外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层之间通过钢制珩架固定连接，所述外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层上设置有多个可透水圆形孔。本发明设计的冲刷防护结构及其冲刷深度折减量获取计算方法，可以在安全生产前提下，大幅减少风机单桩基础的设计深度，大大减少工程预算，并且对于风机单桩基础的在位稳定性提供了极大的保障。

技术领域

本发明涉及海上风电工程领域，尤其涉及一种海洋工程风机基础单桩冲刷防护结构及其冲刷深度折减量计算方法。

背景技术

海上风电是一个技术复杂程度较高的领域，加之海上风电环境的复杂性使得其技术难度进一步提高。从其环境来讲，海上风电的环境影响因素主要是指风、浪、流等气象水文条件因素。目前在水深30m以内的海上风电场，多采用固定式单桩基础的形式。单桩基础已然成为海上风电工程领域中最广泛应用的一种基础形式。海流遇到桩柱的阻碍后会发生绕流，使得海流在桩柱周围流速加快，从而容易在单桩基础的外周形成冲刷坑。设计和实施有效的冲刷防护措施，对于保证基础结构以及整体结构的稳定性有重要的作用。传统的抛石、沙包等防护措施，海上施工耗时较长，防护区域内抛投施工后的均匀性不易保证，其中，抛石施工也容易对基础结构造成损伤；沙包容易在施工过程中破损，且容易因包内沙料液化，造成冲刷防护失效。

现有技术则采用铺设较厚的以石块为主的防护层才能够将局部冲刷形成的底坑填平，抛石的工程量较大。在抛石过程中，碎石对基础单桩的防腐层破坏程度较严重。并且，由于局部冲刷的不确定性导致铺设的防冲刷材料厚度及形状无法预料，导致单管桩实际受力情况不可控制，影响了风电机组的支撑稳定性。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种海洋工程风机基础单桩的冲刷防护结构及其冲刷深度折减量计算方法，其中一种海洋工程风机基础单桩的冲刷防护结构的技术方包括：相互之间具有一定距离的外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层，所述外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层之间通过钢制珩架固定连接，所述外层风机圆环透水结构、中层圆环透水层和内层圆环消能层上设置有多个可透水圆形孔。

所述外层风机圆环透水结构和中层圆环透水层包括内侧钢筋网、外侧钢筋网所构成的圆环柱形区域；

所述内层圆环消能层包括多孔泡沫材料层、内侧钢筋网和外侧钢筋网，所述多孔泡沫材料层被内侧钢筋网和外侧钢筋网夹持固定。

一种冲刷防护结构的最终冲刷深度折减量计算方法，包括如下步骤：

根据局部冲刷预测理论，分析单柱局部冲刷最大冲刷深度的多重因素，涉及到冲刷防护结构的最终冲刷深度相关参数如下：其中S/S_ref表示的冲刷防护之后的冲刷深度与无冲刷保护时风机基础的局部冲刷深度之间的比值即冲刷深度折减量，S_ref是无冲刷保护时风机基础的局部冲刷深度，

S/S_ref＝Ψ₁(H/D)Ψ₂(θ)Ψ₃(P)

其中H/D为高宽比，θ代表流场条件、P代表冲刷保护结构的透水率，其中透水率P表示为外层风机圆环透水结构(1)、中层圆环透水层(2)和内层圆环消能层(3)的可透水圆形空面积总和与总截面面积的比值，分别表示为P₁，P₂，P₃，当高宽比H/D在不同的阈值期间时Ψ₁取值不同，当流场条件θ在不同的阈值期间时Ψ₂取值不同，通过对结构透水率P进行限定获得Ψ₃的取值。

进一步的，当高宽比H/D在不同的阈值期间时，从而对Ψ₁进行赋值；