一种筒形基础智能仿生冲刷防护结构及其应用方法与流程

1.本发明涉及海上风电工程领域，尤其涉及一种筒形基础智能仿生冲刷防护结构及其应用方法。


背景技术：

2.海上风电建造过程中必须要进行基础冲刷防护，群筒导管架基础整体和局部冲刷范围分布，其冲刷范围较大，而整体冲刷坑深度较浅，与单桩冲刷坑有明显差异。海底冲刷防护技术一直是各国海洋工程领域研究的重要课题之一。
3.现有筒型基础冲刷防护多为硬性防护措施，如抛石、土工袋 ( 土工织物编织袋、土工膜袋等充填混凝土块、石块、砂、土）、水下混凝土护底、混凝土预制块 ( 类似块石的机理 )、钢筋笼或土工格栅笼装石块、淤泥固化等技术。
4.综上，现有的硬性冲刷防护技术实际应用时，抛填准确性差，防护效果一般，可能对筒身造成损伤，筒型基础为薄壁结构，潜在危害更大；筒型基础筒径大，群筒基础需防护范围更广，施工时间和材料成本将大大增加；硬性防护周围存在着二次冲刷的弊端，会出现重复施工，后续性维护费用较高。而现有利用栅格混凝土或铆钉固定的仿生冲刷防护技术，由于其底部固定结构较为复杂，施工不便，施工成本较高，在海上风电领域难以开展应用。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种柔性易铺设、结构损伤小、耐久性强的筒形基础智能仿生冲刷防护技术。
6.为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种筒形基础智能仿生冲刷防护结构，其特征在于：所述防护结构是由仿生单元连接而成；所述仿生单元的最上层为仿生草束，所述仿生草束的底端套装设置在集束管的内部，所述集束管通过绑定丝与纤维网层固定相连，所述纤维网层的两端通过捆定丝固定有连接环，相邻两块纤维网层之间通过连接环连接；所述仿生单元的底部设置有用于对整个防护结构进行固定的海床连接结构。
7.每束仿生草束是由多条仿生草叶组成；所述仿生草叶采用长条形纤维材料制成。
8.所述长条形纤维材料选用聚乙烯或聚丙烯；且每5-10条仿生草叶构成一束仿生草束。
9.所述集束管采用开口柔性细管；所述绑定丝采用防腐合金材料制成。
10.所述纤维网层由横竖向纤维丝带交织而成，呈三维网格状，具有一定高度。
11.所述连接环材料为防腐钢丝绳。
12.所述海床连接结构包括仿生根系和配重块；所述仿生根系通过绑定丝与纤维网层绑定；所述仿生根系包括主干和根须，所述主干各节点处均布多个根须，所述根须向下有多个长度等级的细分结构。
13.所述主干和根须均为纤维材料；所述配重块为长方体混凝土重块，所述配重块制作时由内而外延伸出来的重链，每个配重块有四个重链，所述重链通过绑定丝与纤维网层绑定。
14.所述仿生单元通过连接环连接形成仿生防护带，所述仿生防护带的具体布置形式是根据所需要防护筒型基础型式进行选择，选用圆弧形或方框形；所述仿生防护带上部仿生草束高度根据筒型基础所处位置常见浪流大小定制，针对特殊方向浪流，可依据智能分析计算结果，对仿生防护带布置型式进行精确调整，实现增强防护，确保浪流经过仿生防护带后，其流速和波高均会明显下降。
15.筒形基础智能仿生冲刷防护结构的应用方法，包括以下步骤：步骤一，获取基本防护参数：获取所需要防护的筒形基础的具体基础尺寸，所在海域浪流和地质参数；步骤二，计算具体施工参数：通过智能分析计算系统，根据步骤一中所需防护筒型基础尺寸和所处海域海况，确定仿生防护带布置型式和仿生草束的高度，并判定是否需要针对特定方向波浪加强防护，并计算明确施工参数；步骤三，陆上进行仿生单元连接制备：通过步骤二中计算系统自动分析计算完成后，于陆上将仿生单元连接成一定长度的仿生防护层，随后吊装至施工船，将仿生防护带用施工船运输至施工海域；步骤四，海床预处理：在海床预定安装仿生防护层的位置开挖埋置沟；步骤五，安装仿生防护层：用吊机按计算速率将仿生防护带吊至预定安装位置的埋置沟，通过定位装置实时调整所在深度，调整到位后回填地基土至纤维网层所在高度，直到仿生防护层铺设完成。
16.本发明有如下有益效果：1、本发明上中下三层以柔性纤维材料为主体，对筒型基础结构冲击小，解决了硬性防护会造成防腐涂层或结构损伤的难题；柔性仿生防护不存在硬性防护中的二次冲刷问题，无需多次施工。
17.2、本发明中层三维网格垫层内可填充地基土，下层仿根系结构易于埋置施工，增加施工效率，解决以往仿生防护结构过于复杂，难以应用的难题；中下层与海床地基融为一体，起到加筋强化作用。
18.3、本发明分上中下三层，材料以耐久防腐柔性纤维材料为主，取代以往抛石、砂袋等硬性冲刷防护；其底部以仿根系结构为主，简易混凝土固定结构为辅，取代以往用铆钉或格构型式混凝土固定仿生草。
19.4、本发明仿生防护带上部仿生草束高度根据筒型基础所处位置常见浪流大小定制，针对特殊方向浪流，可依据智能分析计算结果，对仿生防护带布置型式进行精确调整，实现增强防护，确保浪流经过仿生防护带后，其流速和波高均会明显下降。
20.5、本发明中仿生防护带的布置可根据所防护基础型式选择圆弧形或方框形；仿生防护带由多个防护单元拼接而成，故其型式及范围可根据浪流特性，实现智能调整；仿生防护层以圆环形保护在所述筒型基础周围；防止所述海床地基土被所述浪流冲刷。
附图说明
21.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
22.图1为本发明防护结构的整体结构示意图。
23.图2为本发明连接环所在位置局部结构图。
24.图3为本发明防护结构的局部放大图。
25.图4为本发明防护结构布置的俯视图。
26.图5为本发明防护结构运行过程中防护原理示意图。
27.图6为本发明防护结构具体应用方法中的智能分析计算系统流程图。
28.图7为本发明防护结构应用于频发浪流时的布置图。
29.图8为本发明防护结构应用于季节性浪流时的布置图。
30.图中：1、仿生草束，2、绑定丝，3、集束管，4、连接环，5、纤维网层，6、主干，7、根须，8、配重块，9、重链，10、筒型基础，11、仿生防护带，12、地基土，13、浪流。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
32.实施例1：参见图1-8，一种筒形基础智能仿生冲刷防护结构，所述防护结构是由仿生单元连接而成；所述仿生单元的最上层为仿生草束1，所述仿生草束1的底端套装设置在集束管3的内部，所述集束管3通过绑定丝2与纤维网层5固定相连，所述纤维网层5的两端通过捆定丝固定有连接环4，相邻两块纤维网层5之间通过连接环4连接；所述仿生单元的底部设置有用于对整个防护结构进行固定的海床连接结构。通过采用上述的防护结构，其采用上中下三层，替代传统抛石、砂袋等硬性冲刷防护。解决了硬性防护会造成防腐涂层或结构损伤的难题。
33.进一步的，每束仿生草束1是由多条仿生草叶组成；所述仿生草叶采用长条形纤维材料制成。通过采用上述的仿生草束1其能够在波浪作用下浮动，进而缓冲波浪的冲击，起到了很好的防冲刷效果。
34.进一步的，所述长条形纤维材料选用聚乙烯或聚丙烯；且每5-10条仿生草叶构成一束仿生草束1。通过采用聚乙烯或聚丙烯材料制成，其为柔性结构，保证了其能够跟随波浪浮动。
35.进一步的，所述集束管3采用开口柔性细管；所述绑定丝2采用防腐合金材料制成。通过上述的集束管3能够用于对仿生草束1进行可靠的连接，防止其发生脱落的问题。
36.进一步的，所述纤维网层5由横竖向纤维丝带交织而成，呈三维网格状，具有一定高度。通过采用上述的三维网状纤维网层5其可填充地基土，进而增强了整个仿生草束1的固定可靠性。此外，其采用三维网状能够对海床起到很好的防护和防冲刷效果。增强防护效果。
37.进一步的，所述连接环4材料为防腐钢丝绳。通过防腐钢丝绳起到很好的防腐效果，进而延长了其使用寿命，同时保证了连接的可靠性。
38.进一步的，所述海床连接结构包括仿生根系和配重块8；所述仿生根系通过绑定丝与纤维网层5绑定；所述仿生根系包括主干6和根须7，所述主干6各节点处均布多个根须7，
所述根须7向下有多个长度等级的细分结构；所述主干6和根须7均为纤维材料。其底部以仿生根系结构为主，简易混凝土固定结构为辅，取代以往用铆钉或格构型式混凝土固定仿生草。进而简化了底部固定施工过程，降低了施工难度。通过采用上述的仿生根系增强了对整个纤维网层5的固定效果，使其能够可靠的固定在海床上。
39.进一步的，所述配重块8为长方体混凝土重块，所述配重块8制作时由内而外延伸出来的重链9，每个配重块8有四个重链9，所述重链9通过绑定丝与纤维网层5绑定。通过配重块8在一定程度上提高了海床连接结构与海床之间的连接效果。
40.进一步的，所述仿生单元通过连接环4连接形成仿生防护带11，所述仿生防护带11的具体布置形式是根据所需要防护筒型基础10型式进行选择，选用圆弧形或方框形。通过选用不同的组合类型，能够适应不同的防护需求。增强了其适应性。
41.进一步的，所述仿生防护带11上部仿生草束1高度根据筒型基础10所处位置常见浪流13大小定制，针对特殊方向浪流，可依据智能分析计算结果，对仿生防护带11布置型式进行精确调整，实现增强防护，确保浪流13经过仿生防护带11后，其流速和波高均会明显下降。
42.实施例2：筒形基础智能仿生冲刷防护结构的应用方法，包括以下步骤：步骤一，获取基本防护参数：获取所需要防护的筒形基础10的具体基础尺寸，所在海域浪流和地质参数；步骤二，计算具体施工参数：通过智能分析计算系统，根据步骤一中所需防护筒型基础尺寸和所处海域海况，确定仿生防护带11布置型式和仿生草束1的高度，并判定是否需要针对特定方向波浪加强防护，并计算明确施工参数；步骤三，陆上进行仿生单元连接制备：通过步骤二中计算系统自动分析计算完成后，于陆上将仿生单元连接成一定长度的仿生防护层11，随后吊装至施工船，将仿生防护带11用施工船运输至施工海域；步骤四，海床预处理：在海床预定安装仿生防护层11的位置开挖埋置沟；步骤五，安装仿生防护层11：用吊机按计算速率将仿生防护带11吊至预定安装位置的埋置沟，通过定位装置实时调整所在深度，调整到位后回填地基土至纤维网层5所在高度，直到仿生防护层11铺设完成。
43.实施例3：参见图7，针对某一侧有频发浪流时，通过在频发浪流的一侧额外设置外层弧形的仿生防护带11，进而对筒形基础10进行防护，最终达到最佳的防护效果。
44.实施例4：参见图8，针对季节性浪流时，在季节性浪流所在侧的外圈额外设置外层弧形的仿生防护带11，进而对筒形基础10进行防护，最终达到最佳的防护效果。