海工基础的硬壳底栖生物防冲刷结构及施工方法与流程

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种海工基础的硬壳底栖生物防冲刷结构及施工方法。

背景技术：

海工基础在海洋中服役时，在波浪、水流等水动力作用下，海工基础周围的泥沙常常发生迁移，进而形成冲刷坑。冲刷坑的形成，减少了海洋基础与周围海床的接触深度，降低了海工基础的承载力与稳定性，严重时，将会导致海工基础发生倾覆，进而造成重大经济损失。

现有基础周围的冲刷防护多为被动防护，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防护手段。常用的被动防护形式主要为抛石防护。传统的抛石防护因其操作简单，成本较低，有较长的应用历史。但是单一的抛石防护在水下环境难以精准定位并进行铺设，且铺设工程量大、后期维护费用高、经济性差；当沙床出现较大冲刷坑时，抛石会失去防护作用，整体性较差。其他一些被动防护如牺牲桩则是通过在基础周围形成人工防护层来抵抗水流冲刷，防护耐久性较差，且与防护配合的施工设施常常对海洋生态环境造成较大破坏。

针对上述现存的防冲刷措施的不足，急需开发一种操作简便、易于取材、环境友好的新型防冲刷措施。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种海工基础的硬壳底栖生物防冲刷结构及施工方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种海工基础的硬壳底栖生物防冲刷结构，包括海工基础和防冲刷主体，所述海工基础的直径为d，所述防冲刷主体包括依附桩、依附石块以及硬壳底栖生物，依附桩布置于海工基础周围，依附石块抛置于依附桩和海工基础间区域，硬壳底栖生物附着于依附桩、依附石块及海工基础与桩石结构之间的空隙区域生长。

所述依附桩垂向方向上端高于海床表面，水平方向于海工基础周围布置3圈。

作为优选，所述依附桩为水泥土搅拌桩，直径为0.2d-0.3d，此直径可保证最佳的保护效果。

作为优选，所述依附桩垂向深度数值与海工基础的直径相同、即同为d，上端高于海床表面0.3d-0.5d；水平方向与海工基础同心设置三圈，每一圈设置5根等间距的依附桩，三圈依附桩的半径由内至外分别为d、2d、4d。设置三圈依附桩，可进一步增强防冲刷主体对海工基础的保护效果。

作为优选，所述相邻两圈依附桩交错一个桩位布置。

作为优选，所述依附石块可就近选择石块，石块材质为砂岩、砾岩，二者皆为海底常见石块，无需额外浪费人力物力进行石块的运输；石块粒径为0.2米-0.5米，为硬壳底栖生物生长提供更好的依附条件。

所述硬壳底栖生物选择可依附硬物连片生长、外壳坚硬、可存活于泥沙中、繁殖生长周期短、存活率高且死后壳体依然坚硬或固化周围土体的生物。

作为优选，所述硬壳底栖生物为牡蛎，其生物属性为外壳坚硬，长于潮间带，营固着生活，一次繁殖数量众多；其可依附于石块、水泥桩生存，对恶劣环境的抵抗能力极强；其幼苗附着期短，仅附着3天便可生长，生长3个半月可初具硬壳规模，起到防冲作用；生长10-12个月达到成熟。

一种海工基础的硬壳底栖生物防冲刷结构的施工方法，具体步骤如下：

s1.按照海工基础所处环境，选择合适的海上搅拌桩施工机械，按垂向方向上端高于海床表面、水平方向环形方式，进行水泥土搅拌依附桩的施工；

s2.依附桩施工完成后，就近选择生物依附石块，利用机械抛入海工基础与依附桩之间的固定区域；

s3.依附桩和依附石块施工完成后，通过管道，向依附桩、石区域内撒放硬壳底栖生物幼种，等待其生长至成熟期；

s4.间隔3个月再次撒放硬壳底栖生物幼种，等待其生长至成熟期；

s5.每间隔3个月，水下摄像头拍摄或由潜水员进行人工观察，探测硬壳底栖生物与依附桩、石形成的生物圈层覆盖率。覆盖率达到85%及以上，停止施工；未达到抗冲刷强度，则重复步骤s3和s4，直至生物覆盖率达到要求。

本发明的有益效果是：

（1）本发明在海工基础外侧设置若干水泥材质的依附桩和石块后，撒放硬壳底栖生物幼种，生物幼种生长成熟前，水泥土依附桩可作为防冲的第一道防线，依附石块作为防冲第二道防线；硬壳底栖生物幼种生长出硬壳后，生物形成的硬壳圈层可作为防冲第三道防线，减少了海工基础冲刷防护的施工量与施工难度；

（2）本发明采用的防冲刷结构，主要是由生物依附桩、石结构-硬壳底栖生物-土体形成的防护圈层，与海洋环境具有高相容性，具有显著的环保功能；

（3）本发明选用的水泥材质依附桩、石块与硬壳底栖生物均为常用材料，且不限制海工基础的形式，具有取材方便、成本较低，易于广泛应用的优点。

（4）现有研究表明生物覆盖率达50%左右，海床侵蚀会显著减小，本发明的生物覆盖率达85%以上，且兼顾加固海工基础周围土体的作用，具有更为理想的防冲效果。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明的侧面示意图；

图3为本发明的依附桩、石块布置示意图；

图4为本发明的硬壳生物附着细部图；

其中，1.海工基础；2.依附桩；3.依附石块；4.硬壳底栖生物。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图4所示，一种海工基础的硬壳底栖生物防冲刷结构及施工方法，包括海工基础1、依附桩2、依附石块3以及硬壳底栖生物4。依附桩2布置于海工基础周围，依附石块3抛置于依附桩2和海工基础1间区域，硬壳底栖生物4附着于依附桩2、依附石块3及海工基础与桩石结构之间的空隙区域生长。

依附桩2为水泥土搅拌桩，该依附桩的竖向布置方式为等长度布置，竖向深度与海工基础1的直径相同；水平向布置方式为环形布置，与海工基础1同心布置三圈依附桩2，其中每圈设置5根等间距的依附桩2，每圈依附桩2的半径由内至外分别为d、2d、4d，相邻外圈依附桩2相对与内圈依附桩2交错一个桩位布置。

依附石块3为砂岩、砾岩，直径0.2米-0.5米，可就近选取，均匀布置于海工基础1和依附桩2之间的区域，为硬壳底栖生物4提供附着生长环境。

优选硬壳底栖生物4为牡蛎，初次将牡蛎幼种撒入桩、石区域后，每间隔3个月再次撒放；每间隔3个月对牡蛎生长情况进行观察，探测生物圈层的覆盖面积，若单位面积内覆盖率达85%，则停止上述撒种过程。

观察方式可以为水下摄像头拍摄或由潜水员进行人工观察，优选人工观察，如果发现牡蛎生长情况不理想，可挑选部分带回，便于分析原因并进行解决，有利于保障整体施工进度。

防冲刷结构整体在具体施工时，按照如下步骤进行：

s1:按照海工基础1所处环境，选择合适的海上搅拌桩施工机械，按垂向方向上端高于海床表面、水平方向环形方式，进行水泥土搅拌依附桩2的施工；

s2:依附桩2施工完成后，就近选择生物依附石块3，利用机械抛入海工基础与桩之间的固定区域；

s3:依附桩和依附石块施工完成后，通过管道，向依附桩2、依附石块3区域内撒放硬壳底栖生物4幼种，等待其生长至成熟期；

s4:间隔3个月再次撒放硬壳底栖生物4幼种，等待其生长至成熟期；

s5:自第一次撒放硬壳底栖生物4幼苗起，每间隔3个月，利用水下摄像头进行拍摄，探测硬壳底栖生物4与依附桩2、依附石块3形成的生物圈层覆盖率。若覆盖率达到85%及以上，停止施工；未达到抗冲刷强度，则重复步骤s3、s4，直至生物覆盖率达到要求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。