本發(fā)明涉及一種海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒，特別涉及一種利用反弧段套筒的反弧形結(jié)構(gòu)保護樁周土體并降低水流流速的海上樁基防沖刷裝置，屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

能源是現(xiàn)代社會發(fā)展的核心資源，隨著傳統(tǒng)能源的日益耗盡，新型能源的發(fā)展迫在眉睫。其中風電能作為一種清潔的可再生新型能源，被越來越廣泛的以風力發(fā)電的形式運用在現(xiàn)代社會發(fā)展中，截止2009年底，全球累計裝機容量已經(jīng)達到了1.59億千瓦，2009年全年新增裝機容量超過3千萬千瓦，漲幅31.9％。而我國截止到2012年底，已建成海上風電項目共計389.6MW。

在海上風電場建設(shè)的迅速發(fā)展中，樁基以其結(jié)構(gòu)簡單、施工便捷、承載性能優(yōu)越的特點得到了廣泛的運用。不同于陸地上的樁基結(jié)構(gòu)，海上工程環(huán)境極其復雜，以淤泥、粉質(zhì)沙土等為主的海床地質(zhì)條件的海床土壤易液化，海底的波、流會在單樁基礎(chǔ)的周圍產(chǎn)生嚴重的局部沖刷，從而形成底坑，影響單樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

針對上述海上樁基容易受沖刷破壞的問題，現(xiàn)行工程中采用較多的是護底減沖防護措施，護底減沖防護措施主要利用以拋石、砂袋為主的防護層對樁基周邊沖刷影響區(qū)域進行防護，以達到折減最大沖刷深度從而保證樁基穩(wěn)定的效果。以上所述相關(guān)沖刷防護措施的技術(shù)比較成熟，具有大量的工程實例，但該樁基沖刷防護措施體現(xiàn)的防護原理是利用防護層對樁基周邊土體進行保護以抵抗水流沖刷，不能達到減緩波流流速從而從根本上控制樁基沖刷的效果。

因此，為解決海上樁基沖刷問題及克服現(xiàn)有樁基沖刷防護措施的不足，本發(fā)明提出一種利用反弧段套筒的反弧形結(jié)構(gòu)保護樁周土體并降低水流流速的海上樁基防沖刷裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒，包括反弧段套筒、入土段套筒、第一環(huán)形加強肋和第二環(huán)形加強肋，反弧段套筒呈喇叭狀，較大開口朝下，反弧段套筒的下端與入土段套筒通過焊接連接，入土段套筒為空心圓柱體，在反弧段套筒的內(nèi)部設(shè)置有第一環(huán)形加強肋和第二環(huán)形加強肋，所述反弧段套筒的下沿的內(nèi)徑與入土段套筒的內(nèi)徑相等。

所述反弧段上沿的切線與樁基軸向平行。

所述反弧段下沿的切線與入土段套筒軸向的較大夾角在120°-150°之間。

所述的反弧段套筒的上沿的內(nèi)徑略大于所防護樁基的外徑，所述的反弧段套筒的上沿的直徑為1-9米。

所述的反弧段套筒的下沿的直徑與入土段套筒的直徑相等，具體尺寸通過綜合考慮所保護樁基的尺寸、工程的等級以及樁基面臨的沖刷強度等因素而定，直徑為6-50米。

所述的反弧段套筒的高度由反弧段的的弧長及弧度確定，高度為5-30米。

所述的入土段套筒的高度為1-5米。

所述的反弧段套筒和入土段套筒具有相同的壁厚，壁厚為0.1-0.3米。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒直接覆蓋樁周土體，直接防護樁周土體被水流沖刷；本發(fā)明通過反弧段套筒的弧形結(jié)構(gòu)對水流方向及流速進行調(diào)整，通過減少樁基受沖刷的能量來降低樁周土體被沖刷程度；本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)陸上預制；本發(fā)明安裝步驟簡單，在樁基安裝完成后，直接將該防沖刷套筒套在樁頭，利用自重沉入土體，方便施工，可以大大節(jié)省樁基沖刷防護的施工成本。

附圖說明

圖1為海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒的平面布置圖。

圖2為海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒的立體圖。

圖3為海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒的局部立體圖。

其中，1為反弧段套筒，2為入土段套筒，3為第一環(huán)形加強肋，4為第二環(huán)形加強肋，5為單樁，6為海床，a為反弧段套筒的上沿，b為反弧段套筒與入土段套筒的連接點。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體的實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述：

如圖中所示，一種海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒，包括反弧段套筒、入土段套筒、第一環(huán)形加強肋和第二環(huán)形加強肋，反弧段套筒呈喇叭狀，較大開口朝下，反弧段套筒的下端與入土段套筒通過焊接連接，入土段套筒為空心圓柱體，在反弧段套筒的內(nèi)部設(shè)置有第一環(huán)形加強肋和第二環(huán)形加強肋，所述反弧段套筒的下沿的內(nèi)徑與入土段套筒的內(nèi)徑相等。

所述的反弧段套筒的上沿的內(nèi)徑大于所防護樁基的外徑。

所述反弧段下沿的切線與入土段套筒軸向的較大夾角應控制在120°-150°之間，以便反弧段套筒所承受荷載的豎向分量能夠通過入土段套筒傳遞至地基，并達到降低波、流在海床面的流速的作用。

一種海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒，主要由反弧段套筒、入土段套筒以及兩道環(huán)形加強肋構(gòu)成，如圖3(海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒的局部立體圖)所示。所述反弧段套筒與入土段套筒采用焊接連接，所述兩道環(huán)形加強肋焊接在反弧段套筒的內(nèi)部以加強其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

所述實例的樁基直徑為2m，樁基周邊沖刷影響區(qū)域的直徑為16m。本發(fā)明套筒防沖刷控制的范圍由入土段套筒的直徑確定，本實施例選用套筒的直徑為16m。則反弧段套筒b的界面的直徑為16m，防護段套筒a截面的直徑略大于樁基直徑以方便安裝，本實施例中的直徑為2.2m。反弧段套筒的高度由反弧段的的弧長及弧度確定，該實例中反弧段套筒a點的切向方向與樁軸向平行，b點的切線與入土段套筒軸向的較大夾角等于125°，從而得到反弧段套筒的高度為13m。反弧段套筒內(nèi)的兩道環(huán)形加強肋的大小及位置由整個套筒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定確定，所述實例中第一環(huán)形加強肋布置在距離反弧段套筒a截面5m處的套筒內(nèi)壁處，第二道環(huán)形加強肋布置在距離第一環(huán)形加強肋豎直高度5m處。入土段套筒的高度由整個套筒的結(jié)構(gòu)及樁基潛在沖刷深度確定，所述實例取入土段套筒的高度為2m。套筒的壁厚統(tǒng)一為0.2m。

所述實例的整體結(jié)構(gòu)如圖2(海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒的立體圖)所示，局部結(jié)構(gòu)如圖3(海上風電單樁基礎(chǔ)防沖刷套筒的局部立體圖)所示，圖中所示的反弧段套筒結(jié)構(gòu)是保證樁基防沖刷的關(guān)鍵。樁前緣的沖刷坑是水流流速在樁前的動能變?yōu)閴耗?，形成壓力差，使水流垂直向下，從而在樁前形成漩渦淘刷形成的。反弧段套筒的反弧形結(jié)構(gòu)可以改變水流的流向以改變水流流速，達到消耗部分波流的動能的作用；同時防止了水流垂直沖擊樁基，因而防止了水流動能變?yōu)閴耗?，在樁前形成沖刷；套筒直接覆蓋樁周土體，直接保護樁周土體免受水流沖刷。

以上對本發(fā)明進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。