一种提升海上风机吸力桶基础抗拔性能的过滤层装置的制作方法

本技术是一种适用于海上风机吸力桶基础抗拔承载力提升的过滤层装置及安装方法，属于海上风机安装及服役过程的工程领域。

背景技术：

1、随着“碳达峰”和“碳中和”的双碳目标的提出，绿色能源成为了现在发展的主流对象。风能作为一种绿色无污染的可再生能源，是应对当前全球气候变化和实现能源转型的重要途径之一，也是各类新能源中发展最迅速、技术最成熟、最具有大规模开发和利用前景的主力电源。目前，海上风能发展迅速，随着风电场厂址水深和装机容量的增大，采用多足式基础的海洋结构物逐渐增多。而多桶型导管架基础由于具有免打桩、施工设备简单、安装快速、用钢量少、方便拆除、适用于浅覆盖层海域等特点而受到广泛应用

2、而在风电机组服役期间，常年遭受来自风、浪、流等水平方向联合荷载，其中风荷载作用于风机叶轮中心高度，在极端海况条件下，联合荷载对于多足式基础产生的倾覆力矩是巨大的。底部吸力桶基础所受的荷载表现为明显的竖向循环拉拔特性。海上风机结构在服役期间对于基础的累计变形有着严苛的要求，吸力桶上拔引起的结构倾斜对于其稳定运行带来了一定程度的影响。而对于砂土、粉土海床，吸力桶受上拔力作用桶盖下将产生一定程度的负压，从而在吸力桶周围形成一个由外向内的渗流场。渗流场的长期存在导致桶内土颗粒侵蚀流失，这对于吸力桶承载力产生了极大的损害。因此，开发出一种安装简便且能有效防止吸力桶上拔期间内部海床土侵蚀的装置成为亟待解决的问题。

3、本实用新型提供了一种新型的过滤层装置，其安装施工便捷且适用于海床面不平整的情况，并提出了采用限位器的安装方法，使过滤层装置可以与吸力桶结构一同布放至海床土中，在提升吸力桶抗拔性能的同时不影响其安装就位。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于海上风机吸力桶基础抗拔承载力提升的过滤层装置及安装方法。本实用新型的过滤层装置安装于海床土与吸力桶盖之间，阻止吸力桶上拔期间内部土颗粒的侵蚀流失，提升吸力桶在上拔荷载下的稳定性。通过限位器的安装方法，使过滤层装置可以与吸力桶结构一同布放至海床土中，在提升吸力桶抗拔性能的同时不影响其安装就位。

2、本实用新型采取以下技术方案：

3、一种提升海上风机吸力桶基础抗拔性能的过滤层装置，包括土工织物套、柔性框架、滤芯、及土工织物垫层；柔性框架为钢制的圆盘状框架结构，底面圆盘内设置加劲钢筋，在柔性框架内土工织物垫层铺设于底面圆盘上，滤芯置于土工织物垫层上，土工织物套包裹在整个柔性框架外，过滤层装置使用时放置于吸力桶基础桶盖下方与海床土之间，且在吸力桶基础内壁设有若干限位器用于支撑过滤层装置。

4、上述技术方案中，进一步地，所述土工织物套与土工织物垫层由合成纤维-尼龙、烯烃、涤纶、聚丙烯纤维中的一种或多种材料构成，在允许水透过的同时阻挡土颗粒或滤芯透过。

5、进一步地，所述滤芯为颗粒型材料，用于阻止海床土的渗出，包括活性炭颗粒、砂砾石中的一种或多种。

6、进一步地，所述柔性框架包括圆形顶面、圆形底面，二者通过立柱连接形成圆盘框架结构，直径略小于吸力桶基础的内径，柔性框架的圆形底面内部垂直布放钢筋形成加筋肋，用于承托土工织物垫层和滤芯。

7、进一步地，限位器贴合固定于吸力桶基础下部内侧壁，若干个限位器沿吸力桶基础内侧壁周向均匀分布，各限位器倾斜设置并与水平面形成向上的夹角。

8、上述的过滤层装置的安装方法，包括如下：先将过滤层装置放置于吸力桶基础内部后，再在吸力桶基础端部内侧壁固定安装/焊接限位器，保证倾斜向上设置；过滤层装置在吸力桶基础安装前由限位器支撑，在吸力桶沉贯时一同下沉，布放于海床土与吸力桶盖之间。

9、所述的过滤层装置包括土工织物套、柔性框架、滤芯、土工织物垫层。

10、所述的限位器用于吸力桶基础安装时在桶内支撑过滤层装置，在吸力桶端部沿吸力桶的内壁均匀分布。

11、所述的过滤层装置在吸力桶安装前先内置于吸力桶基础中，并由吸力桶端部的限位器支撑，在吸力桶沉贯时一同下沉，布放于海床土与吸力桶盖之间。

12、所述的土工织物套与土工织物垫层由合成纤维-尼龙、烯烃、涤纶、聚丙烯纤维等构成，用于保护海床土不被渗流效应侵蚀，其特点在于允许水透过的同时阻挡土颗粒流出。土工织物套包裹在柔性框架外围，增强整个结构整体性并防止内部的滤芯流失。土工织物垫层覆盖于柔性框架内部的底侧，用于承托内部的滤芯。

13、所述的柔性框架用钢结构焊接或锚栓连接，形成圆盘结构，框架底面的内部交叉布置钢制横梁形成加劲体系，用于承托土工织物垫层和滤芯。

14、所述的柔性框架直径略小于吸力桶基础的内径，保证其可以放置于吸力桶基础内部且不影响吸力桶的下沉安装。

15、所述的滤芯是一种颗粒型材料，用于阻止海床土的渗出，由活性炭颗粒、砂砾石等构成，形成一定的颗粒级配。

16、所述的限位器为钢制框架，一侧呈弧状贴合吸力桶基础内侧壁，另一侧呈直线朝向吸力桶内部。

17、所述的过滤层装置放置于吸力桶基础内部后，再在端部安装/焊接限位器，安装/焊接保证限位器倾斜放置，与水平面形成向上的夹角。更优的，限位器数量共8个，沿吸力桶基础内侧壁的端部均匀分布。

18、所述的过滤层装置安装方法，主要包括以下步骤：

19、首先制作钢制圆盘状柔性结构框架，其直径略小于吸力桶内径。在圆盘底面交叉布置钢制横梁形成加劲体系，用于支撑上覆土工织物垫层与滤芯。柔性框架一方面可以支撑起整个过滤层装置，另一方面根据海床表层地形改变自身表面形状，可适应于不平整的海床面。在柔性框架内铺设土工织物垫层、放置滤芯后，将土工织物套包裹于柔性框架外侧，使其形成一个完整的结构。

20、在吸力桶基础安装前，首先将过滤层装置放置于吸力桶基础内部，然后在吸力桶端部沿内壁均匀焊接限位器，防止吸力桶从水面下沉于海床面时，过滤层装置溜出。而限位器采用框架结构，对于吸力桶安装时的下沉阻力带来的影响较小。

21、沉放吸力桶基础后采用潜水泵形成负压，使吸力桶基础逐渐下沉贯入海床，直至桶盖下表面与过滤层装置接触，完成安装。

22、本实用新型具有以下优点：

23、本实用新型所提供的过滤层装置安装于海上风机吸力桶基础中，可以用于吸力桶受到上拔时阻止内部渗流场引起的土颗粒流失，提升了吸力桶服役期间的承载性能。本实用新型通过限位器的安装，使过滤层装置与吸力桶一同布放至海床中，免去了在海床上铺平过滤层的步骤，在提升吸力桶抗拔性能的同时不影响其安装就位。

技术特征：

1.一种提升海上风机吸力桶基础抗拔性能的过滤层装置，其特征在于，包括土工织物套（2）、柔性框架（3）、滤芯（4）、及土工织物垫层（5）；柔性框架（3）为钢制的圆盘状框架结构，底面圆盘内设置加劲钢筋，在柔性框架（3）内土工织物垫层（5）铺设于底面圆盘上，滤芯（4）置于土工织物垫层（5）上，土工织物套（2）包裹在整个柔性框架（3）外，过滤层装置使用时放置于吸力桶基础（7）桶盖下方与海床土之间，且在吸力桶基础（7）内壁设有若干限位器（6）用于支撑过滤层装置。

2.根据权利要求1所述的过滤层装置，其特征在于，所述土工织物套（2）与土工织物垫层（5）由合成纤维-尼龙、烯烃、涤纶、聚丙烯纤维中的一种材料构成，在允许水透过的同时阻挡土颗粒或滤芯透过。

3.根据权利要求1所述的过滤层装置，其特征在于，所述滤芯（4）为颗粒型材料，用于阻止海床土的渗出，为活性炭颗粒、砂砾石中的一种。

4.根据权利要求1所述的过滤层装置，其特征在于，所述柔性框架（3）包括圆形顶面、圆形底面，二者通过立柱连接形成圆盘框架结构，直径小于吸力桶基础（7）的内径，柔性框架（3）的圆形底面内部垂直布放钢筋形成加筋肋，用于承托土工织物垫层（5）和滤芯（4）。

5.根据权利要求1所述的过滤层装置，其特征在于，限位器（6）贴合固定于吸力桶基础（7）下部内侧壁，若干个限位器沿吸力桶基础（7）内侧壁周向均匀分布，各限位器倾斜设置并与水平面形成向上的夹角。

技术总结
本技术公开了一种提升海上风机吸力桶基础抗拔性能的过滤层装置，包括土工织物套、柔性框架、滤芯、及土工织物垫层，此外在吸力桶基础上还设有限位器。限位器用于安装时在吸力桶内支撑过滤层装置。过滤层装置组装时，需要首先在柔性框架内首先铺设一层土工织物垫层，然后在土工织物垫层上加装滤芯，最后将土工织物套加装在柔性框架外侧，形成一个完整的过滤层装置。本技术的过滤层装置用于海上风机多桶导管架基础，用于过滤吸力桶上拔过程中海床土成分，避免土体渗流引起的桶内土体液化，对吸力桶承载力造成削减。本技术的限位器安装方法使过滤层装置跟随吸力桶一起布放，有效的提高了安装的准确性与便利性。

技术研发人员：沈侃敏,徐孟涛,国振,彭鹏,王滨,张士泓,高山,滕龙,赵留园,张雅茹
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：20230707
技术公布日：2024/3/12