本發(fā)明涉及海洋工程，具體涉及一種帶有防沖刷圓環(huán)的翼板式海洋樁基防沖刷裝置。

背景技術：

1、海洋樁基作為支撐海上風力發(fā)電、海洋石油平臺等結(jié)構(gòu)物的基礎，其穩(wěn)定性至關重要。然而，在海流、波浪等海洋動力荷載作用下，海洋水體粒子的運動會受到顯著的影響。首先，樁前下潛水流和樁側(cè)水流共同作用會形成馬蹄形旋渦；其次，樁側(cè)的過水斷面減小，導致流線收縮，水流流速增加；之后，樁后與樁側(cè)水流相互作用形成尾渦。這種局部流態(tài)的改變，會增加水流對海床的剪切應力，增強水流的泥沙夾帶和掏蝕能力，使得樁基周圍極易發(fā)生沖刷現(xiàn)象，進而導致樁基埋深減小、承載力下降、樁身穩(wěn)定性降低，影響整個海洋工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性和使用壽命。

2、傳統(tǒng)的防沖刷措施如固化土、拋石、砂被等對海洋樁基雖有一定的防沖刷效果，但存在防護周期較短，需定期更換和維護、與樁身的結(jié)合不夠緊密，容易形成突破口、安裝與維護的難度大，需要大量人工和機械作業(yè)、效果有限、成本高昂等問題，難以滿足現(xiàn)代海洋工程的需求。因此，開發(fā)一種新型、高效的防沖刷裝置成為行業(yè)亟需解決的技術難題。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種帶有防沖刷圓環(huán)的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其通過在翼板底部設置防沖刷圓環(huán)，結(jié)合翼板的導流消能作用，有效的減弱水體動能，促使泥沙在樁基附近堆積，防止水流沖刷和泥沙流失，可提高海洋樁基在復雜海洋環(huán)境下的抗沖刷能力和穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明公開了一種帶有防沖刷圓環(huán)的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，包括：

3、多個翼板，多個所述翼板沿樁基的周向均勻布設，所述翼板與所述樁基固定安裝；

4、防沖刷圓環(huán)，所述防沖刷圓環(huán)設置于翼板的底部，所述防沖刷圓環(huán)與所述翼板和樁基固定安裝。

5、作為本發(fā)明的進一步改進，本發(fā)明由翼板和防沖刷圓環(huán)構(gòu)成的防沖刷裝置在安裝完成后直接接觸海床。

6、作為本發(fā)明的進一步改進，所述翼板為流線型結(jié)構(gòu)，所述翼板表面設置粗糙度不同的紋理。

7、作為本發(fā)明的進一步改進，翼板的寬度、高度、弧度、厚度根據(jù)具體海況和樁基尺寸進行設計，以確保其具備足夠的強度和耐久性；進一步，所述翼板的流線型結(jié)構(gòu)為弧形斜邊的直角三角形結(jié)構(gòu)，直角邊上遠離直角點的兩端為第一點和第二點，第一點與第二點所在直角邊的中點連線、第二點與第一點所在直角邊的中點連線，連線所形成的兩條直線的交點為第三點，三點用曲線連接即為翼板弧度；優(yōu)選，兩條直角邊的長度一致，且均等于樁基的樁徑。

8、作為本發(fā)明的進一步改進，所述防沖刷圓環(huán)是由多個尺寸一致的扇形板構(gòu)成，扇形板通過固定在翼板底部，多個扇形板圍繞樁基安裝一周組成位于翼板底部的防沖刷圓環(huán)。

9、作為本發(fā)明的進一步改進，防沖刷圓環(huán)的內(nèi)徑與樁基直徑相等，外徑、厚度根據(jù)具體工程需求和海況條件進行設計，以確保其具備足夠的強度和耐久性來抵抗沖刷作用；優(yōu)選，防沖刷圓環(huán)的外圈直徑不小于翼板的外徑；進一步優(yōu)選，所述防沖刷圓環(huán)的外圈直徑與翼板的外徑一致且均為兩倍樁徑。

10、作為本發(fā)明的進一步改進，所述防沖刷圓環(huán)的上部設置有鋸齒狀或其他形狀的凸起物以及鋪設防沖刷材料，以增強其抗沖刷效果。

11、作為本發(fā)明的進一步改進，所述防沖刷圓環(huán)、翼板和樁基之間的固定方式包括：焊接固定、卡扣固定、通過連接件和螺栓的方式固定安裝以及通過預埋件的方式固定安裝中的至少一種；其共同協(xié)作以確保整個裝置在海洋環(huán)境中的穩(wěn)定和安全。

12、作為本發(fā)明的進一步改進，防沖刷圓環(huán)安裝步驟中先清理翼板底部再安裝防沖刷圓環(huán)，并使用焊接或卡扣等連接件進行固定。

13、作為本發(fā)明的進一步改進，所述翼板和防沖刷圓環(huán)的材質(zhì)均為耐腐蝕、高強度的材料，以抵抗復雜海洋環(huán)境的長期荷載作用和腐蝕作用。

14、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

15、本發(fā)明的工作機理主要圍繞減緩水流速度、分散水流能量、促進泥沙沉積以及增強海洋樁基穩(wěn)定性等方面展開；以下是對其工作機理的詳細分析：

16、(1)減緩水流速度

17、翼板作用：翼板的設計能夠有效地減緩水流經(jīng)過樁基時的速度，當水流遇到翼板時，由于翼板的阻擋作用，水流方向會發(fā)生改變，從而在翼板前后形成壓力差，進而減緩水流速度。

18、圓環(huán)效應：位于翼板下方的防沖刷圓環(huán)進一步增強了上述水流速度減緩效果，防沖刷圓環(huán)作為一個障礙物，使得水流在接近防沖刷圓環(huán)時被迫分散并繞流，從而進一步降低了水流對樁基的直接沖擊。

19、(2)分散水流能量

20、結(jié)構(gòu)布局：翼板和防沖刷圓環(huán)的組合布局使得水流在流經(jīng)該裝置時，水流能量被有效地分散；翼板引導水流沿著其表面流動，而防沖刷圓環(huán)則作為一個能量吸收體，將部分水流能量轉(zhuǎn)化為渦流和湍流能量；同時，該防沖刷裝置還對水流有引導作用，一部分底部水流會沿翼板向上流動，從而對樁前的下潛水流有一部分抵消作用。

21、渦流與湍流：渦流和湍流的形成有助于進一步消耗水流的動能，從而減少對海洋樁基的沖刷作用。

22、(3)促進泥沙沉積

23、泥沙截留：防沖刷圓環(huán)直接覆蓋在海洋樁基周圍的海床上，防止水流直接沖擊海床；翼板和防沖刷圓環(huán)的設計還能有效地截留水流中的泥沙；當水流速度減緩時，泥沙顆粒由于重力作用開始沉降，并在翼板和防沖刷圓環(huán)周圍形成沉積層。

24、沉積層保護：隨著時間的推移，泥沙沉積層會逐漸增厚，最終形成一層保護層，覆蓋在樁基周圍。這層保護層能夠有效地阻止水流對樁基的直接沖刷，從而保護樁基的穩(wěn)定性。

25、(4)增強海洋樁基穩(wěn)定性

26、雙層防護：翼板和防沖刷圓環(huán)與樁基共同構(gòu)成了一個雙層防護體系。翼板作為第一道防線，減緩并分散水流能量；防沖刷圓環(huán)則作為第二道防線，進一步吸收水流能量并促使泥沙沉積。

27、結(jié)構(gòu)強化：除了減緩沖刷作用外，翼板和防沖刷圓環(huán)還通過增加樁基與周圍土體的接觸面積和摩擦力，提高了海洋樁基的整體穩(wěn)定性。

28、(5)降低維護和修復成本

29、減少沖刷損傷：由于該裝置能夠顯著減少水流對樁基的沖刷作用，因此可以降低海洋樁基因沖刷而受損的風險。這有助于延長海洋樁基的使用壽命，并減少因樁基損壞而需要進行的維修和更換工作。

30、提高經(jīng)濟效益：長期來看，該防沖刷裝置的使用可以降低工程的整體運行成本，提高項目的經(jīng)濟效益。由于該裝置能減少樁基沖刷損傷和降低維護成本，可為海上風電項目的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

31、綜上所述，本發(fā)明的海洋樁基防沖刷裝置通過減緩水流速度、分散水流能量、促使泥沙沉積以及增強海洋樁基穩(wěn)定性等多種機制共同作用，特別適用于水流速度較快、沖刷作用強烈的海域，可以有效地保護海洋樁基免受沖刷作用的影響。

技術特征：

1.一種帶有防沖刷圓環(huán)的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其特征在于，所述翼板為流線型結(jié)構(gòu)，所述翼板表面設置粗糙度不同的紋理。

3.如權(quán)利要求2所述的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其特征在于，所述翼板的流線型結(jié)構(gòu)為弧形斜邊的直角三角形結(jié)構(gòu)，直角邊上遠離直角點的兩端為第一點和第二點，第一點與第二點所在直角邊的中點連線、第二點與第一點所在直角邊的中點連線，連線所形成的兩條直線的交點為第三點，三點用曲線連接即為翼板弧度。

4.如權(quán)利要求3所述的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其特征在于，兩條直角邊的長度一致，且均等于樁基的樁徑。

5.如權(quán)利要求1所述的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其特征在于，所述防沖刷圓環(huán)是由多個尺寸一致的扇形板構(gòu)成，扇形板通過固定在翼板底部，多個扇形板圍繞樁基安裝一周組成位于翼板底部的防沖刷圓環(huán)。

6.如權(quán)利要求5所述的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其特征在于，所述防沖刷圓環(huán)的內(nèi)圈直徑與樁基的外徑相配合，所述防沖刷圓環(huán)的外圈直徑不小于翼板的外徑。

7.如權(quán)利要求6所述的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其特征在于，所述防沖刷圓環(huán)的外圈直徑與翼板的外徑一致且均為兩倍樁徑。

8.如權(quán)利要求1所述的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其特征在于，所述防沖刷圓環(huán)的上部設置有鋸齒狀或其他形狀的凸起物以及鋪設防沖刷材料。

9.如權(quán)利要求1所述的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其特征在于，所述防沖刷圓環(huán)、翼板和樁基之間的固定方式包括：焊接固定、卡扣固定、通過連接件和螺栓的方式固定安裝以及通過預埋件的方式固定安裝中的至少一種。

10.如權(quán)利要求1所述的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，其特征在于，所述翼板和防沖刷圓環(huán)的材質(zhì)均為耐腐蝕、高強度的材料。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種帶有防沖刷圓環(huán)的翼板式海洋樁基防沖刷裝置，包括：多個翼板，多個翼板沿樁基的周向均勻布設，翼板與樁基固定安裝；防沖刷圓環(huán)，防沖刷圓環(huán)設置于翼板的底部，防沖刷圓環(huán)與翼板和樁基固定安裝。本發(fā)明通過在翼板底部設置防沖刷圓環(huán)，結(jié)合翼板的導流消能作用，有效的減弱水體動能，促使泥沙在樁基附近堆積，防止水流沖刷和泥沙流失，可提高海洋樁基在復雜海洋環(huán)境下的抗沖刷能力和穩(wěn)定性。

技術研發(fā)人員：張小玲,郭小政
受保護的技術使用者：北京工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/11/18