CN103264753B - 螺旋锚水上垂直锚碇连接机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋锚水上垂直锚碇连接机构，包括延长杆、锚缆、导向卡环和防旋吊耳，延长杆中部设有凹槽，凹槽上滑动连接有导向卡环，锚杆上端设有吊耳上限位凸台和吊耳下限位凸台，吊耳上限位凸台和吊耳下限位凸台之间滑动连接有防旋吊耳；锚缆由一根导向锚缆和两根导位锚缆构成，导位锚缆下端与两根导向锚缆上端通过限位球连接成倒Y字形结构，两根导位锚缆下端分别贯穿所述防旋吊耳两边同一中心线上的小孔后并与防旋吊耳固接，导向锚缆在导向卡环中上下移动。有益效果：该装置可自行下锚和起锚，无需潜水员配合，实现重复利用；克服螺旋作业时锚链的不利影响，充分发挥锚链的导向定位作用，简化作业流程。

Description

螺旋锚水上垂直锚碇连接机构

技术领域

本发明属于水上浮体锚泊领域，尤其涉及一种螺旋锚水上垂直锚碇连接机构。

背景技术

水上浮体锚泊时主要采用拖曳水平锚碇和垂直锚碇两种方式。与拖曳水平锚碇方式相比，垂直锚碇方式可减小锚链的扩展范围，更有效的利用锚泊水域，锚碇也更可靠、稳定；当水上浮体作为路（桥）面通载的浮式基础时，为提高通载稳定性和路（桥）面平顺性，需要利用垂直锚碇方式施加预沉力，以抵消路（桥）面通载时的载荷变化，保证路（桥）面不下沉。

现有深水垂直锚碇装置，大体有以下几种形式：1、排泥自沉式锚碇装置，依靠锚上部的土体抗力可获得较大的全方位锚固力，但排泥下沉时形成的顶部土体的凹陷部分必须回填，工程量大，工期长，且锚体很难回收重复使用；2、重力式锚碇装置，利用水下重物（混凝土、钢轨等）进行锚碇，体积庞大，操作复杂，需要潜水员配合完成；3、桩式锚碇装置，下锚时需要调用海上打桩船，且孤立水下单桩下锚和回收拔桩难度大；4、吸力锚锚碇装置，可重复使用，但体积庞大，下锚和起锚需潜水员配合操作，作业过程复杂。

螺旋锚与常规锚碇装置，具有诸多突出的技术特点。一是承载力强。螺旋锚可安装到地下坚硬的土层，且安装时对土壤的扰动也很小，而且承载力非常强，在重量相同的情况下，承载力可达普通桩的50倍到100倍以上。二是可重复使用，经济性好。螺旋锚是一种组合式、系列化产品，适合批量生产，而且所消耗的材料少，可重复使用。三是承载能力可直接预测，性能易于控制。螺旋锚的承载能力与安装扭矩存在着比较确定的关系，可根据安装扭矩预报特定条件下的承载能力，便于在施工现场进行调整。

目前广泛应用于陆地建筑物锚固作业的螺旋锚，也被应用于水上浮体的锚泊上。其具有以下优势：1）垂直锚碇方式可减小锚链的扩展范围，更有效的利用锚泊水域，锚碇也更可靠、稳定；2）当水上浮体作为路（桥）面通载的浮式基础时，为提高通载稳定性和路（桥）面平顺性，可利用螺旋锚施加预沉力，以抵消路（桥）面通载时的载荷变化，保证路（桥）面不下沉。螺旋锚由螺旋板、锚杆及杆头组成。美国生产的PISA螺旋锚锚杆采用方形轴杆的双片螺旋锚，螺旋板通过保护电弧焊焊接到钢质方形锚杆上。现有的螺旋锚水上作业的起锚方式主要采用潜水员潜入水下配合作业，作业过程繁杂，费用非常高。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种螺旋锚水上垂直锚碇连接机构，用于水上对螺旋锚进行垂直锚碇作业，可自行下锚和起锚，无需潜水员配合，实现重复利用；提高浮体的稳性，为浮体获得足够的预沉力提供有效的技术保障。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种螺旋锚水上垂直锚碇连接机构，包括主要由螺旋板及锚杆组成的螺旋锚，其特征是：还包括延长杆、锚缆、导向卡环和防旋吊耳，所述延长杆顶部与螺旋锚机安装头连接，所述延长杆中部设有由上限位凸台和下限位凸台构成的凹槽，所述凹槽上滑动连接有导向卡环，所述延长杆下端设有喇叭套管，所述延长杆的喇叭套管插入锚杆顶端后呈键式连接，所述锚杆上端设有吊耳上限位凸台和吊耳下限位凸台，所述吊耳上限位凸台和吊耳下限位凸台之间滑动连接有防旋吊耳；所述锚缆由一根导向锚缆和两根导位锚缆构成，所述导向锚缆上端与螺旋锚机安装头连接，所述导位锚缆下端与两根导向锚缆上端通过限位球连接成倒Y字形结构，所述两根导位锚缆下端分别贯穿所述防旋吊耳两边同一中心线上的小孔后并与防旋吊耳固接，所述导向锚缆在导向卡环中上下移动。

所述导向卡环包括导向体和弹簧卡扣，所述导向体呈“8”字形结构，所述导向体的大圆环与所述延长杆中部的凹槽滑动连接，所述导向体的小圆环上设有方便导向锚缆进出的弹簧卡扣，小圆环中贯穿导向锚缆。

所述延长杆下端的喇叭套管由内套管和外喇叭形导管构成，所述内套管与锚杆顶端接头活动连接，以将延长杆的扭矩传递给螺旋锚杆。

所述内套管的横截面形状呈内六角形或方形，与锚杆顶端接头的形状匹配。

所述限位球形状呈整体圆球状或两个半球构成的整体圆球，其内部包括3个相交的圆柱形孔，用于1根导向锚缆和2根导位锚缆的连接。

有益效果：该装置充分发挥螺旋锚抓重比大、能够预测承载能力、对水底底质适应能力强的优势；可自行下锚和起锚，无需潜水员配合，实现重复利用；克服螺旋作业时锚链的不利影响，充分发挥锚链的导向定位作用，简化作业流程，大大缩短深水下锚和起锚的作业时间；结构简单，成本低廉。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中导向卡环的结构示意图；

图3是图2的侧视图；

图4是图1中防旋吊耳的结构示意图；

图5是图1中喇叭套管的结构示意图；

图6是图5的右视图；

图7是图1中限位球贯穿锚缆的剖面视图；

图8是螺旋锚水上垂直锚碇连接完成状态图；

图9是锚碇完成状态图；

图10是搜索定位过程图；

图11是垂直锚碇装置总体布置图。

图中：1.螺旋锚2.延长杆3.螺旋锚机4.导向锚缆5.导向卡环6.限位球，6-1、上限位球盖，6-2、下限位球盖，6-3、卡箍，7.导位锚缆8.防旋吊耳，9、上限位凸台，10、下限位凸台，11、喇叭套管，11-1、内套管，11-2、外喇叭形导管，12、吊耳上限位凸台，13、吊耳下限位凸台，14、导向体，15、弹簧卡扣，16、六角接头，17、螺旋锚机安装头。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：

实施例

详见附图1-7，本发明提供一种螺旋锚水上垂直锚碇连接机构，包括主要由螺旋板及锚杆组成的螺旋锚1、延长杆2、锚缆、导向卡环5和防旋吊耳8，延长杆顶部与螺旋锚机3安装头17连接，延长杆中部设有由上限位凸台9和下限位凸台10构成的凹槽，凹槽上滑动连接有导向卡环，延长杆下端设有喇叭套管11，延长杆的喇叭套管插入锚杆顶端后呈键式连接，锚杆上端设有吊耳上限位凸台12和吊耳下限位凸台13，吊耳上限位凸台和吊耳下限位凸台之间滑动连接有防旋吊耳8；锚缆由一根导向锚缆4和两根导位锚缆7构成，导向锚缆上端与螺旋锚机安装头连接，导位锚缆下端与两根导向锚缆上端通过限位球6连接成倒Y字形结构，两根导位锚缆下端分别贯穿所述防旋吊耳两边同一中心线上的小孔后并与防旋吊耳固接，导向锚缆在导向卡环中上下移动。导向卡环5包括导向体14和弹簧卡扣15，所述导向体呈“8”字形结构，所述导向体的大圆环与所述延长杆中部的凹槽滑动连接，所述导向体的小圆环上设有方便导向锚缆进出的弹簧卡扣，小圆环中贯穿导向锚缆。延长杆下端的喇叭套管由内套管11-1和外喇叭形导管11-2构成，内套管与锚杆顶端接头活动连接，以将延长杆的扭矩传递给螺旋锚杆。内套管的横截面形状呈内六角形或方形，与锚杆顶端接头的形状匹配。限位球形状呈整体圆球状或两个半球构成的整体圆球，其内部包括3个相交的圆柱形孔，用于1根导向锚缆和2根导位锚缆的连接。

综述系统组成

（1）连接机构：

螺旋锚水上垂直锚碇连接机构主要包括螺旋锚杆与防旋吊耳的滑动连接副，螺旋锚杆与延长杆的活动连接副，延长杆与导向卡环的滑动连接副，延长杆与螺旋锚机安装头的螺栓连接副，导位锚缆与防旋吊耳的固定连接副，导位锚缆、导向锚缆与限位球的固定连接副，导向锚缆与导向卡环的滑动连接副等。

螺旋锚杆与防旋吊耳的滑动连接靠螺旋锚杆上的吊耳上限位凸台和吊耳下限位凸台在轴向上定位，防旋吊耳可沿螺旋锚杆作周向自由转动；螺旋锚杆通过顶端的六角接头与延长延下端的喇叭套筒活动连接，连接面可作轴向自由滑动，但周向不能相对转动；长杆与导向卡环的滑动连接靠卡环上限位凸台和卡环下限位凸台在轴向上定位，导向卡环可沿延长杆作周向自由转动；延长杆可通过导向卡环沿着导向锚缆上下自由滑动，但导向卡环向下滑动时受到限位球限位，使其不能进入导位锚缆。

（2）导向卡环：

导向卡环由导向体和弹簧卡扣部分组成。导向体用于导向卡环和延长杆的相对自由转动和导向锚缆沿卡环的上下自由滑动；弹簧卡扣用于导向锚缆进出卡环内部并能有效锁止。

（3）防旋吊耳：

防旋吊耳用于承担锚缆对螺旋锚的垂直拉力，并能够绕螺旋锚杆作相对自由转动。

（4）喇叭套管:

内六角套管用于跟螺旋锚杆顶端的六角接头18活动连接，以将延长杆的扭矩传递给螺旋锚杆；喇叭导管用于喇叭套管与六角接头的导向连接。

（5）限位球

限位球为圆球，内部包括3个相交的圆柱形孔，用于1根导向锚缆和2根导位锚缆的连接。或，限位球为空心圆球，包括上限位球盖6-1和下限位球盖6-2。上限位球盖有1个圆孔，用于穿过导向锚缆，下限位球盖有2个圆孔，用于穿过导位锚缆。限位球上下限位球盖通过两部分加工的内外螺纹连接。导位锚缆与导向锚缆的连接通过卡箍6-3箍成的绳环完成，卡箍选用常规形式。

详见附图8-10，作业过程及原理

下锚过程

1．装置连接

1）将延长杆通过螺栓连接于螺旋锚机安装头上，同时将导位锚缆系于防旋吊耳上；

2）将延长杆喇叭套管套在已连有导位锚缆的螺旋锚六角接头上；

3）将导向锚缆通过弹簧卡扣穿于导向卡环内，锁止后拉紧导向锚缆，完成装置连接。

2．螺旋锚碇

1）检查装置连接状态无误后，将除螺旋锚机外其它部分，如螺旋锚、延长杆、锚缆等整体放入水中，并螺旋锚锚头触及水底；

2）启动螺旋锚机进行锚碇作业，将螺旋锚旋至预定深度；

3）螺旋锚就位后，将螺旋锚机、延长杆等部分撤收，拉紧固定锚缆，完成垂直锚碇。

起锚过程

1．搜索定位

该过程共分四步

第一步，将导向锚缆通过导向卡环穿于连接在螺旋锚机上的延长杆，使延长杆沿导向锚缆下滑至位置（1），此时喇叭套管下沿刚好触及限位球；

第二步，喇叭套管越过限位球，并在导向锚缆的张力作用下部分进行导位锚缆；

第三步，在导位锚缆两根呈三角形锚缆的导向导位作用下，喇叭套管逐渐向轴线中心靠拢，直至喇叭套管下沿接近螺旋锚杆的六角接头顶端，此时六角接头在喇叭套管的环内范围以内；

第四步，喇叭套管继续下行，直至套管内部顶端抵至六角接头顶端，完成延长杆和螺旋锚杆的滑动连接；

2．旋转起锚

延长杆和螺旋锚杆完成滑动连接后，松弛锚缆，反向启动螺旋锚机，将螺旋锚从水底土壤中拔出。

工作原理

本发明主要解决应用螺旋锚进行水上垂直锚碇的两个技术问题：一是锚杆定位问题，二是锚缆转动问题。

一、锚杆定位问题，就是要解决起锚时如何锁定螺旋锚并将延长杆与螺旋锚杆连接的问题。螺旋锚安装在深水里，很难被搜索定位。解决该问题主要采取了以下措施：

1）利用锚缆作为具有导向作用的滑索，设计导向卡环使延长杆顺着导向锚缆滑向螺旋锚，并使锚缆能够方便的出入卡环；

2）采用外表面为圆柱形，内表面为内六角柱体的喇叭套管，利用导向锚缆的张力作用和导位锚缆的双轨道作用，使喇叭套管能够顺利被导向和定位；

3）设置限位球，防止延长杆喇叭套管错过螺旋锚杆的六角接头而导致连接失败。

二、锚缆转动问题，就是要解决下锚和起锚作业时旋转体和非旋转体的相对自由转动问题。在摩擦力作用下，螺旋锚和延长杆转动时不可避免的会带动锚缆等非旋转体一起转动，由此造成锚缆与延长杆缠在一起，影响作业的正常进行。解决该问题主要采取了以下措施：将导向卡环与延长杆之间的旋转副、防旋吊耳与螺旋锚杆之间的旋转副设计为低摩擦副，尽量减少接触面之间的摩擦力，同时利用锚缆被扭转时的回复力矩使导向卡环和防旋吊耳保持在原处不动。

详见附图11，螺旋锚水上垂直锚碇总体布置图

垂直锚碇装置工作时，在螺旋锚机的旋转扭矩作用下，螺旋锚、延长杆旋转运动，导向锚缆、导位锚缆、导向卡环、限位球、防旋吊耳等不随之旋转，将基本保持静止状态。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种螺旋锚水上垂直锚碇连接机构，包括主要由螺旋板及锚杆组成的螺旋锚，其特征是：还包括延长杆、锚缆、导向卡环和防旋吊耳，所述延长杆顶部与螺旋锚机安装头连接，所述延长杆中部设有由上限位凸台和下限位凸台构成的凹槽，所述凹槽上滑动连接有导向卡环，所述延长杆下端设有喇叭套管，所述延长杆的喇叭套管插入锚杆顶端后呈键式连接，所述锚杆上端设有吊耳上限位凸台和吊耳下限位凸台，所述吊耳上限位凸台和吊耳下限位凸台之间滑动连接有防旋吊耳；所述锚缆由一根导向锚缆和两根导位锚缆构成，所述导向锚缆上端与螺旋锚机安装头连接，所述导向锚缆下端与两根导位锚缆上端通过限位球连接成倒Y字形结构，所述两根导位锚缆下端分别贯穿所述防旋吊耳两边同一中心线上的小孔后并与防旋吊耳固接，所述导向锚缆在导向卡环中上下移动。

2.根据权利要求1所述的螺旋锚水上垂直锚碇连接机构，其特征是： 所述导向卡环包括导向体和弹簧卡扣，所述导向体呈“8”字形结构，所述导向体的大圆环与所述延长杆中部的凹槽滑动连接，所述导向体的小圆环上设有方便导向锚缆进出的弹簧卡扣，小圆环中贯穿导向锚缆。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋锚水上垂直锚碇连接机构，其特征是：所述延长杆下端的喇叭套管由内套管和外喇叭形导管构成，所述内套管与锚杆顶端接头活动连接，以将延长杆的扭矩传递给螺旋锚杆。

4.根据权利要求3所述的螺旋锚水上垂直锚碇连接机构，其特征是：所述内套管的横截面形状呈内六角形或方形，与锚杆顶端接头的形状匹配。

5.根据权利要求4所述的螺旋锚水上垂直锚碇连接机构，其特征是：所述限位球形状呈整体圆球状，其内部包括3个相交的圆柱形孔，用于1根导向锚缆和2根导位锚缆的连接。