一种海上风电单桩基础防冲刷套筒的制作方法

本发明涉及一种海上风电单桩基础防冲刷套筒，特别涉及一种利用反弧段套筒的反弧形结构保护桩周土体并降低水流流速的海上桩基防冲刷装置，属于海洋工程技术领域。

背景技术：

能源是现代社会发展的核心资源，随着传统能源的日益耗尽，新型能源的发展迫在眉睫。其中风电能作为一种清洁的可再生新型能源，被越来越广泛的以风力发电的形式运用在现代社会发展中，截止2009年底，全球累计装机容量已经达到了1.59亿千瓦，2009年全年新增装机容量超过3千万千瓦，涨幅31.9％。而我国截止到2012年底，已建成海上风电项目共计389.6MW。

在海上风电场建设的迅速发展中，桩基以其结构简单、施工便捷、承载性能优越的特点得到了广泛的运用。不同于陆地上的桩基结构，海上工程环境极其复杂，以淤泥、粉质沙土等为主的海床地质条件的海床土壤易液化，海底的波、流会在单桩基础的周围产生严重的局部冲刷，从而形成底坑，影响单桩基础的稳定性。

针对上述海上桩基容易受冲刷破坏的问题，现行工程中采用较多的是护底减冲防护措施，护底减冲防护措施主要利用以抛石、砂袋为主的防护层对桩基周边冲刷影响区域进行防护，以达到折减最大冲刷深度从而保证桩基稳定的效果。以上所述相关冲刷防护措施的技术比较成熟，具有大量的工程实例，但该桩基冲刷防护措施体现的防护原理是利用防护层对桩基周边土体进行保护以抵抗水流冲刷，不能达到减缓波流流速从而从根本上控制桩基冲刷的效果。

因此，为解决海上桩基冲刷问题及克服现有桩基冲刷防护措施的不足，本发明提出一种利用反弧段套筒的反弧形结构保护桩周土体并降低水流流速的海上桩基防冲刷装置。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种海上风电单桩基础防冲刷套筒。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种海上风电单桩基础防冲刷套筒，包括反弧段套筒、入土段套筒、第一环形加强肋和第二环形加强肋，反弧段套筒呈喇叭状，较大开口朝下，反弧段套筒的下端与入土段套筒通过焊接连接，入土段套筒为空心圆柱体，在反弧段套筒的内部设置有第一环形加强肋和第二环形加强肋，所述反弧段套筒的下沿的内径与入土段套筒的内径相等。

所述反弧段上沿的切线与桩基轴向平行。

所述反弧段下沿的切线与入土段套筒轴向的较大夹角在120°-150°之间。

所述的反弧段套筒的上沿的内径略大于所防护桩基的外径，所述的反弧段套筒的上沿的直径为1-9米。

所述的反弧段套筒的下沿的直径与入土段套筒的直径相等，具体尺寸通过综合考虑所保护桩基的尺寸、工程的等级以及桩基面临的冲刷强度等因素而定，直径为6-50米。

所述的反弧段套筒的高度由反弧段的的弧长及弧度确定，高度为5-30米。

所述的入土段套筒的高度为1-5米。

所述的反弧段套筒和入土段套筒具有相同的壁厚，壁厚为0.1-0.3米。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：海上风电单桩基础防冲刷套筒直接覆盖桩周土体，直接防护桩周土体被水流冲刷；本发明通过反弧段套筒的弧形结构对水流方向及流速进行调整，通过减少桩基受冲刷的能量来降低桩周土体被冲刷程度；本发明的结构简单，可实现陆上预制；本发明安装步骤简单，在桩基安装完成后，直接将该防冲刷套筒套在桩头，利用自重沉入土体，方便施工，可以大大节省桩基冲刷防护的施工成本。

附图说明

图1为海上风电单桩基础防冲刷套筒的平面布置图。

图2为海上风电单桩基础防冲刷套筒的立体图。

图3为海上风电单桩基础防冲刷套筒的局部立体图。

其中，1为反弧段套筒，2为入土段套筒，3为第一环形加强肋，4为第二环形加强肋，5为单桩，6为海床，a为反弧段套筒的上沿，b为反弧段套筒与入土段套筒的连接点。

具体实施方式

下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图中所示，一种海上风电单桩基础防冲刷套筒，包括反弧段套筒、入土段套筒、第一环形加强肋和第二环形加强肋，反弧段套筒呈喇叭状，较大开口朝下，反弧段套筒的下端与入土段套筒通过焊接连接，入土段套筒为空心圆柱体，在反弧段套筒的内部设置有第一环形加强肋和第二环形加强肋，所述反弧段套筒的下沿的内径与入土段套筒的内径相等。

所述的反弧段套筒的上沿的内径大于所防护桩基的外径。

所述反弧段下沿的切线与入土段套筒轴向的较大夹角应控制在120°-150°之间，以便反弧段套筒所承受荷载的竖向分量能够通过入土段套筒传递至地基，并达到降低波、流在海床面的流速的作用。

一种海上风电单桩基础防冲刷套筒，主要由反弧段套筒、入土段套筒以及两道环形加强肋构成，如图3(海上风电单桩基础防冲刷套筒的局部立体图)所示。所述反弧段套筒与入土段套筒采用焊接连接，所述两道环形加强肋焊接在反弧段套筒的内部以加强其结构稳定性。

所述实例的桩基直径为2m，桩基周边冲刷影响区域的直径为16m。本发明套筒防冲刷控制的范围由入土段套筒的直径确定，本实施例选用套筒的直径为16m。则反弧段套筒b的界面的直径为16m，防护段套筒a截面的直径略大于桩基直径以方便安装，本实施例中的直径为2.2m。反弧段套筒的高度由反弧段的的弧长及弧度确定，该实例中反弧段套筒a点的切向方向与桩轴向平行，b点的切线与入土段套筒轴向的较大夹角等于125°，从而得到反弧段套筒的高度为13m。反弧段套筒内的两道环形加强肋的大小及位置由整个套筒的结构稳定确定，所述实例中第一环形加强肋布置在距离反弧段套筒a截面5m处的套筒内壁处，第二道环形加强肋布置在距离第一环形加强肋竖直高度5m处。入土段套筒的高度由整个套筒的结构及桩基潜在冲刷深度确定，所述实例取入土段套筒的高度为2m。套筒的壁厚统一为0.2m。

所述实例的整体结构如图2(海上风电单桩基础防冲刷套筒的立体图)所示，局部结构如图3(海上风电单桩基础防冲刷套筒的局部立体图)所示，图中所示的反弧段套筒结构是保证桩基防冲刷的关键。桩前缘的冲刷坑是水流流速在桩前的动能变为压能，形成压力差，使水流垂直向下，从而在桩前形成漩涡淘刷形成的。反弧段套筒的反弧形结构可以改变水流的流向以改变水流流速，达到消耗部分波流的动能的作用；同时防止了水流垂直冲击桩基，因而防止了水流动能变为压能，在桩前形成冲刷；套筒直接覆盖桩周土体，直接保护桩周土体免受水流冲刷。

以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。