[发明专利]适用于海洋风电能下贯至海底面以下的负压筒及安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于海洋风电能下贯至海底面以下的负压筒及安装方法。

背景技术

筒型基础作为一种新型的锚泊和基础形式在海洋工程中具有很大的应用价值，目前主要应用与海洋结构系泊系统、平台基础、自埋式负压锚、引式沉垫平台的阻滑桩、防波堤以及海洋风电基础。其中海洋风电基础上筒型基础的应用是一种新的应用形式，其核心部分为利用负压贯入土体的负压筒。与吸力锚原理类似，负压筒同样是一种倒扣筒状结构形式，利用负压下沉原理使筒体下贯至泥面。这种基础结合桩基和重力基础的特点，且还具有制作迅速，施工便捷，可重复利用等优点，有广阔的应用前景。

与传统筒型基础如吸力锚类似，负压筒作为海洋风电基础的核心部分，其主要承载力来源于负压筒的内外筒壁与周围土体的作用，其端部并没有得到有效利用。

由于海洋风电基础相对来说会受到更大的上部风机结构传下的水平荷载及弯矩，因此，浅海地区负压筒的设计多为大尺度宽浅型，以此得到更大的抗倾覆能力。而这种负压筒或者说传统单筒型以及多筒型海洋风电基础并不能适用于深海地区，因此，一种浮体式基础将成为未来深海海洋风电基础的发展方向。负压筒应用这种浮体式基础的系泊时，必然需要更大的抗拔承载力。

因此，考虑以上因素，若将负压筒端部下贯至海底面更深的位置，使得负压筒埋入海底面以下，既能提高海洋风电基础的抗倾覆能力，又可以极大提高其抗拔承载力。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种适用于海洋风电能下贯至海底面以下的负压筒及安装方法，通过对喷射泵和抽水泵的交替开关，实现对负压筒下贯深度的控制。同时，当负压筒端部下贯至海底面以下时，由于海底潜流作用冲刷，两侧土体向中间靠拢，逐渐掩埋负压筒端部，极大提高负压筒极限抗拔承载力和抗倾覆能力。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种适用于海洋风电能下贯至海底面以下的负压筒，包括开口向下的筒体，筒体上端面中心位置设置有一立筒，立筒一侧的筒体上端面上开设有与筒体内部相通的排水孔和若干均匀分布的进水孔，位于筒体内部的每个进水孔下端均连接一个自旋转喷嘴；

所述立筒主要用于连接上层的风机塔筒，同时可根据需要在立筒内部填充混凝土，提高负压筒质量和初始下贯深度，降低整个海洋风电基础重心，提高基础整体稳定性。

所述自旋转喷嘴分为上中下三部分，中间部分为轴承，轴承的内、外圈分别与上、下两部分连接，上部分为空心圆管状并固定于进水孔中，下部分为倒置的正六棱台体；倒置的正六棱台体的下底面上设有用于垂向冲击海底面土体的底部导管；

倒置的正六棱台体的六个侧面上设有用于提高喷嘴对土体的冲击范围的三个斜向导管和三个水平向导管；三个斜向导管和三个水平向导管相间设置于六个侧面上，即每个侧面上只有一个水平向导管或斜向导管；使得斜向导管水平力相互抵消，防止喷嘴发生倾斜；

三个斜向导管的中心线与锚筒中轴成30到60度角，使得喷嘴能够斜向冲击海底面土体；

三个水平向导管在同一水平面内，且每一个水平向导管末端沿同一圆周同一方向有一定弧度的折弯，高压海水自喷头喷出时，通过对水平向导管的反作用力，利用轴承外圈能自由旋转的特点，实现喷嘴自旋转，配合斜向导管，能极大提高高压海水对于海底面土体的冲击范围，有效避免了局部冲击，极大提高喷嘴对于海底面土体的冲击范围。

所述进水孔有四个，进水孔与喷射泵相连，并以筒体中轴为中心在筒体端部成正方形分布，这种正方形布置，能够使进水更加均匀地喷射筒体内的土体，有利于筒体的下贯。

所述排水孔设置于任意两个进水孔之间并与抽水泵相连。

所述喷射泵进水量小于抽水泵的排水量，避免筒内形成正压，使负压筒上升。

一种适用于海洋风电能下贯至海底面以下的负压筒安装方法，包括以下步骤：

1）负压筒依靠自重插入海底面，此时抽水泵开启，筒体内海水由排水孔被抽出，负压筒缓慢下贯；

2）随着筒体内海水不断被抽出，同时负压筒在自重作用下持续下贯入土体；当筒体内海水基本抽干时，海底面露出水面；此时关闭抽水泵，负压筒停止下贯，打开喷水泵，高压水通过进水孔由自旋转喷嘴喷出形成高压水柱直接冲击筒内海底面上层土体；

3）海底面上层土体被冲刷形成泥浆浑浊液，此时关闭喷水泵，打开抽水泵，通过抽水泵将浑浊液排出，负压筒继续下贯；

4）随着泥浆浑浊液不断排出，负压筒内未被冲刷的新的海底面逐渐露出；此时重复步骤2）、步骤3）则能够实现负压筒不断下贯；