[发明专利]基于多级破涡装置的扰流式海工基础综合冲刷防护装置

说明书

本发明属于海洋工程桩基冲刷防护领域，公开了一种基于多级破涡装置的扰流式海工基础综合冲刷防护装置，包括设于桩基主体周围的棱台状破涡装置和生物固土被动防护装置，棱台状破涡装置包括水平棱台状破涡装置和垂向棱台状破涡装置，两棱台状破涡装置在桩基主体外围交错设置，棱台状破涡装置的四周均匀设置有漩涡消能孔；每两个垂向棱台状破涡装置之间均通过多组环形管腔道连通，波浪式造波器提供环形流场气体进行消能；波浪式造气装置安装于水平棱台状破涡装置上部并与垂向棱台状破涡装置的漩涡消能孔连通；水平棱台状破涡装置经弹性件连接生物固土被动防护装置。本发明能够减少冲刷对桩基本身的损害，提高防护效果，解决二次冲刷问题。

技术领域

本发明涉及一种海洋工程桩基冲刷防护装置，尤其是一种基于多级破涡装置的扰流式海工基础综合冲刷防护装置。

背景技术

随着全球经济的快速发展，能源需求与日俱增，由于石油、煤、天然气等化石能源的不断消耗，以及它们所带来的的环境污染问题，人们越来越追求无污染，可持续获取的新能源。风能作为一种蕴藏丰富、分布广泛、清洁而可再生的能源自然受到广泛重视，几乎适用于世界各地，是最重要的替代能源之一。人们最早在陆地上通过风机将风能转化成电能储存起来，然而相比于陆地风机，海上风机以它独特的优势正快速发展着。在碳中和背景下，海上风电作为新能源中最成熟、最具潜力的能源将在未来有广阔的市场需求。

当今较为成熟的近海海上风场多为桩基式基础海上风机。风机基础用于支撑塔架和塔头，为施工作业提供平台。海上风机桩基式基础对风机的安全至关重要，其结构具有重心高、承受的水平力和倾覆弯矩较大等特点，在设计过程中需充分考虑离岸距离、海床质条件、海上风浪以及海冰等外部环境的影响。在海流的影响下，桩基基础周围会产生漩涡和激流，导致其周围泥沙被冲蚀，进而出现冲刷坑，桩基周围泥沙冲刷主要有两个原因引起，一为海流引发的海底切应力，二为由于桩基引发的漩涡脱落，漩涡裹挟泥沙，引发泥沙冲刷。冲刷坑的出现，一方面，桩基埋深减少，影响桩基的稳性，另一方面裹挟泥沙的水流会对桩基本身产生冲刷侵蚀，引发桩基表面磨损，进而诱发桩基倾覆。

现阶段桩基冲刷防护问题多为单方面整治方案，主要为主动防护与被动方法两种。主动防护是指减少冲刷原动力、减少水流对基础海床冲刷的防护方法，被动防护是指从海床和基础入手，提高基础周围的地基材料的途径来提高抗冲刷能力的抗冲刷方法。常用的主动防护方法有防护圈、减冲桩等，但他们存在二次冲刷及冲刷失效等问题，如防护圈不能完全阻挡桩周的二次冲刷，减冲桩会随其周围冲刷的发展而失效。被动式防护方式有，如沙袋、沙被抛投防护方法，抛石及石笼防护方法，混凝土、灌浆连锁排防护方法。被动式防护方法整体成本较低，但是该类方法均存在损伤海缆的风险。此外，抛石或者沙袋方法施工时需要保证一定的精度，施工时需要水下机器人或潜水员协助。沙袋沙被、灌浆、固化土等方法的防护期限短，需要定期检查施工。总结以上方法，现有主动防护效果只是在过程中减缓水流、降低漩涡本身强度，从而达到防护目的，无法根源上解决圆柱绕流产生漩涡的问题。被动式防护存在二次冲刷、底部掏蚀、损害电缆等问题，无法做到长期的有效保护，也无法从根源上解决问题。现实中，海流、漩涡是多向变化的，现有方法针对波浪、往复流等复杂海域的工况考虑较少，存在防护期限缩短，安装难度增加等情况。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于多级破涡装置的扰流式海工基础综合冲刷防护装置，通过减少水流强度、改变绕流水流方向及采用生物固沙坐底的方法，降低泥沙输移发生概率及输移距离，有效减少冲刷问题对桩基本身的损害，提高防护效果，解决无冲刷防护装置二次冲刷问题，适用性广，综合性强、便于运维。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：