CN105926666B - 能自动消除土塞的吸力锚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能自动消除土塞的吸力锚，包括下部开口的锚筒，锚筒的顶部设有一个与锚筒内部相通的排水孔，锚筒内顶部中心部位通过轴承安装有一个与外界相通的可旋转喷头；轴承的内圈与锚筒顶盖连成一体，轴承中空构成可旋转喷头的通道并与外部相连；可旋转喷头上半部分为与轴承外圈直径相等的空心短管，空心短管的上端与轴承外圈固定连接为一体；可旋转喷头下半部分为内部空心的半圆盘体，半圆盘体的平面断面处与空心短管的下端面密封连接，空心短管的空腔与半圆盘体的空心连通，半圆盘体的弧形边缘上设置有与半圆盘体断面夹角分别为0°、30°、45°、60°和90°的引水导管，引水导管与半圆盘体的空心连通。该吸力锚构造简单，使用方便，能够消除土塞。

Description

能自动消除土塞的吸力锚

技术领域

本发明涉及一种土木技术，尤其是一种能自动消除土塞的吸力锚。

背景技术

吸力锚是目前海洋工程中有较好发展前景的基础形式。它可以用来为船只提供系泊力，也可以作为海洋平台等结构物的基础结构，由于吸力锚施工简便，使用安全可靠且可以重复利用等特点被广泛应用。其结构一般为顶端封闭的桶形结构, 锚筒侧壁材料为钢材，顶盖一般为钢材和钢筋混凝土材料，锚筒顶盖留有抽水孔以连接抽水管路。起初借助重力沉入海底一定深度，然后利用水下潜水泵抽出筒内水体，形成内外压差，使锚筒缓慢下沉。当锚筒顶部与海底接触时，锚筒下沉停止，此时卸去潜水泵，吸力锚安装完成。

然而在吸力锚安装过程中，筒内土体在内外压差和渗流力作用下上升，使筒内土体高度升高，形成“土塞”。“土塞”现象对吸力锚的安装施工和安全使用都构成了较大威胁，土塞现象使得筒内土体提前与筒顶接触，并有可能使桶内形成流土，从而使负压失效，贯入无法进行，延长了海上安装吸力锚的作业时间，使得吸力锚无法继续下降，达不到预定下沉深度；沉锚不到位不仅会影响吸力锚的设计承载力，而且会改变锚的受力特性，使其丧失应有的工作能力，吸力锚高出海底平面的部分会对水流形成阻挡作用，改变锚体附近的流场，引起海底水流对锚体周围土体的冲刷刨蚀，缩短吸力锚的使用寿命，无法使锚安全使用。土塞现象是近年来困扰吸力锚技术的难题之一，所以如何设计一种结构简单并可自动消除土塞的吸力锚是目前有待解决的问题。

相关模具研究现状如下所示：

（1）申请号为200710177337.X的中国专利申请介绍了一种海底用吸力式基础。该吸力锚包括锚筒和锚顶上端的稳定盘，降低了吸力锚周围土体的软化程度，消除了土体液化，提高了吸力锚的稳定性和可靠性，但该吸力式基础无法消除土塞现象。

（2）申请号为200920239914.8的中国专利申请介绍了一种海底裙式吸力锚。该吸力锚包括锚筒和连接有裙边的加强盘，解决了吸力式基础施工成本高、水平承载力小和桶体上部周围的海床土体冲蚀问题，但该吸力锚也无法消除土塞现象。

（3）申请号为200910225767.3的中国专利申请介绍了一种胀紧式深海吸力锚及其安装方法，该吸力锚能够增加深海锚的竖向承载力和抗拔力，并减小海上安装的难度，但该吸力锚及安装方法无法消除土塞现象。

（4）申请号为201210316976.0的中国专利申请介绍了深水中吸力锚的安装设备及安装方法。该安装设备包括喷射泵、高压管和若干阀门，沉锚时用泵系统抽锚筒内水，利用负压使锚筒沉入海床；吸力锚起桩时，通过泵系统向桶内注水，利用锚筒顶内外正压差将锚筒顶出海床，该安装方法同样无法消除土塞现象。

（5）申请号为201310091856.X的中国专利申请介绍了一种海底吸力锚。该吸力锚包括主桶、筒裙和锚枝等，整个纵断面呈“伞”状，提高吸力锚的整体稳定性，增加抗拔力和水平承载力，增强抗波浪冲蚀性能，但该吸力锚无法消除土塞现象。

（6）申请号为201310566730.3的中国专利申请介绍了一种带附着裙边的吸力锚。该吸力锚包括锚筒、附着裙边、多根拉力链和导向环，有良好的垂直极限承载能力，但该吸力锚无法消除土塞现象。

（7）申请号为201510536267.7的中国专利申请介绍了伞式海底吸力锚基础的安装设备及安装方法。该安装设备包括主桶内部的喷射管，喷射管通过主桶排水孔与上部的潜水泵相连，喷射管内设换向阀和阀门。当吸力锚出现土塞现象时，需关闭潜水泵，协调两台潜水泵的工作状态；根据海床土累积的高度来开启喷射管上入泥一定深度的阀门，开启一台潜水泵，与喷射管的出口相连的潜水泵处于向主筒内注入高压水的工作状态，使喷出的高压水在主筒内部形成近似泥浆的状态，另一台潜水泵则处于抽水的状态，将泥浆抽出桶外，虽然该安装方法可以消除一定的土塞，但安装设备结构复杂，操作不方便，增加施工难度，也无法实现自动消除土塞。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能自动消除土塞的吸力锚，该吸力锚构造简单，使用方便，能够自动完整的消除产生的土塞。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种能自动消除土塞的吸力锚，包括下部开口的锚筒，锚筒的顶部设有一个与锚筒内部相通的排水孔，锚筒内顶部中心部位通过轴承安装有一个与外界相通的可旋转喷头；轴承的内圈与锚筒顶盖连成一体，轴承中空构成可旋转喷头的通道并与外部相连，使高压水进入可旋转喷头；

所述可旋转喷头上半部分为与轴承外圈直径相等的空心短管，空心短管的上端与轴承外圈固定连接为一体；可旋转喷头下半部分为内部空心的半圆盘体，且半圆盘体的平面断面处与空心短管的下端面密封连接，空心短管的空腔与半圆盘体的空心连通，半圆盘体的弧形边缘上设置有与半圆盘体断面夹角分别为0°、30°、45°、60°和90°的引水导管，引水导管与半圆盘体的空心连通，当高压水沿引水导管喷出时，在竖直面会形成扇形冲击水柱；

所述0°引水导管沿水平方向延伸，且末端部分水平折弯，折弯部分的中心延长线与轴承外圈相切，随着高压水的喷出会产生沿圆周切向的反作用力，实现喷头自旋转，进而水柱会对锚筒横截面所有土塞进行冲刷，不仅实现对锚筒侧壁泥土的冲刷，且扩大其余引水导管的冲刷范围。

所述锚筒顶部的排水孔位于锚筒顶部中心一侧，且与可旋转喷头之间有间距，避免可旋转喷头阻挡锚筒内的水被排出。

所述锚筒顶部的排水孔连接抽水管路和潜水泵，方便锚筒内的水被抽出。

所述锚筒顶部外侧对称设置有两个吊钩，便于吸力锚的安装定位。

所述半圆盘体垂直于空心短管的下表面，这种垂直设置是为了方便引水导管出水角度设置准确，在高压水的作用下，引水导管的出水能够将锚筒内的土塞冲刷稀释成浊液，方便潜水泵次序抽吸筒内的泥浆浑浊液至筒体外部。

90°引水导管为并排设置的两根，两根引水导管能够实现较大的出水量，冲击力大。

两根0°引水导管分别对称设置于半圆盘体弧形面的中心线上，随着高压水的喷出会产生沿圆周切向的反作用力，实现喷头自旋转。

30°引水导管、45°引水导管和60°引水导管中相邻的两根引水导管分别交叉错位设置于半圆盘体弧形面的中心线两侧。引水导管错位交叉设置能够利用高压水从不同方位更加高效的冲击锚筒内的土塞，有效避免土塞的产生。

作业时，可旋转喷头的进水流量与吸力锚负压下贯过程中土体渗水量之和小于潜水泵的抽水流量，使锚筒在潜水泵抽水过程中保持负压稳定下贯。

吸力锚贯入海底平面时，海底土层在海底潜流作用下流动，将锚筒顶盖的喷头通道堵塞，吸力锚内部失去高压水的冲刷，使吸力锚完全贯入海底。

与传统吸力锚和安装方法相比，本发明提供了一种可自动消除土塞的吸力锚。通过在锚筒顶盖设置可自旋转喷头，利用海底高水压的特点，冲击筒内形成的土塞，使其与水体充分混合，成为泥浆浑浊液，在潜水泵持续抽吸筒内水体过程中，泥浆浑浊液随其排出筒外，有效的避免了吸力锚的“土塞”现象。此后，由于海底土体在海底潜流作用下的冲涮导致的的流动特性，逐渐将锚筒顶盖的喷头通道堵塞，海水无法进入吸力锚，锚筒内失去高压水的冲刷，使吸力锚完全贯入海底。

附图说明

图1为本发明结构剖面示意图。

图2为本发明喷头结构示意图。

图3为本发明喷头结构俯视图。

图4为本发明土塞消除实施图。

图中：1.锚筒，2.喷头，3.排水孔，4.吊钩，5.轴承，6.引水导管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1、图2和图3所示，一种可自动消除土塞的吸力锚，包括下部开口的锚筒1和可旋转喷头2，可旋转喷头2设置在吸力锚顶盖内部的圆心处，且通过轴承5与外界相连。

锚筒1为吸力锚常用钢材锚筒，锚筒1顶盖设有排水孔3以连接抽水管路和潜水泵，两端设有吊钩4，便于吸力锚的安装定位。

轴承5的外径与喷头2连成一体，轴承5的内径与锚筒1顶盖连成一体，轴承5中空构成喷头2的通道并与外部相连，使高压水进入喷头2。

可旋转喷头2上半部分为与轴承5外圈直径相等的空心短管，空心短管的上端与轴承外圈固定连接为一体；可旋转喷头2下半部分为内部空心的半圆盘体，且半圆盘体的平面断面处与空心短管的下端面密封连接，空心短管的空腔与半圆盘体的空心连通，半圆盘体的弧形边缘上设置有与半圆盘体断面夹角分别为0°、30°、45°、60°和90°的引水导管6，引水导管6与半圆盘体的空心连通，当高压水沿引水导管喷出时，在竖直面会形成扇形冲击水柱.

0°引水导管6沿水平方向延伸，且末端部分水平折弯，折弯部分的中心延长线与轴承外圈相切，随着高压水的喷出会产生沿圆周切向的反作用力，实现喷头自旋转，进而水柱会对锚筒横截面所有土塞进行冲刷，不仅实现对锚筒侧壁泥土的冲刷，且扩大其余引水导管的冲刷范围。

锚筒1顶部的排水孔3位于锚筒顶部中心一侧，且与可旋转喷头2之间有间距，避免可旋转喷头2阻挡锚筒1内的水被排出。

半圆盘体垂直于空心短管的下表面，这种垂直设置是为了方便引水导管出水角度设置准确，在高压水的作用下，引水导管的出水能够将锚筒内的土塞冲刷稀释成浊液，方便潜水泵次序抽吸筒内的泥浆浑浊液至筒体外部。

90°引水导管6为并排设置的两根，两根引水导管能够实现较大的出水量，冲击力大。

两根0°引水导管6分别对称设置于半圆盘体弧形面的中心线上，随着高压水的喷出会产生沿圆周切向的反作用力，实现喷头自旋转。

30°引水导管、45°引水导管和60°引水导管中相邻的两根引水导管分别交叉错位设置于半圆盘体弧形面的中心线两侧。引水导管错位交叉设置能够利用高压水从不同方位更加高效的冲击锚筒内的土塞，有效避免土塞的产生。

喷头2的进水流量与吸力锚负压下贯过程中土体渗水量之和必须远小于潜水泵的抽水流量，使锚筒1在潜水泵抽水过程中保持负压稳定下贯。吸力锚贯入海底平面时，海底土层在海底潜流作用下流动，将锚筒1顶盖的喷头2通道堵塞，吸力锚内部失去高压水的冲刷，使吸力锚完全贯入海底。

如图4所示，通过在锚筒1顶盖设置可旋转喷头2，利用海底高水压的特点，冲击筒内形成的土塞并形成泥浆，使其与水体充分混合，成为泥浆浑浊液，在潜水泵持续抽吸筒内水体过程中，泥浆浑浊液随其排出桶外，有效的避免了吸力锚的“土塞”现象。此后，由于海底土体在海底潜流作用下的冲涮导致的的流动特性，逐渐将锚筒1顶盖的喷头2通道堵塞，海水无法进入吸力锚，锚筒内失去高压水的冲刷，使吸力锚完全贯入海底。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种能自动消除土塞的吸力锚，包括下部开口的锚筒，锚筒的顶部设有一个与锚筒内部相通的排水孔，其特征是，锚筒内顶部中心部位通过轴承安装有一个与外部相通的可旋转喷头；轴承的内圈与锚筒顶盖连成一体，轴承中空构成可旋转喷头的通道并与外部相连，使高压水进入可旋转喷头；

所述可旋转喷头上半部分为与轴承外圈直径相等的空心短管，空心短管的上端与轴承外圈固定连接为一体；可旋转喷头下半部分为内部空心的半圆盘体，且半圆盘体的平面断面处与空心短管的下端面密封连接，空心短管的空腔与半圆盘体的空心连通，半圆盘体的弧形边缘上设置有与半圆盘体断面夹角分别为0°、30°、45°、60°和90°的引水导管，引水导管与半圆盘体的空心连通，当高压水沿引水导管喷出时，在竖直面会形成扇形冲击水柱；

所述0°引水导管沿水平方向延伸，且末端部分水平折弯，折弯部分的中心延长线与轴承外圈相切，两根0°引水导管分别对称设置于半圆盘体弧形面的中心线上，随着高压水的喷出会产生沿圆周切向的反作用力，实现喷头自旋转，进而水柱会对锚筒横截面所有土塞进行冲刷。

2.如权利要求1所述的能自动消除土塞的吸力锚，其特征是，所述锚筒顶部的排水孔位于锚筒顶部中心一侧，且与可旋转喷头之间有间距。

3.如权利要求1所述的能自动消除土塞的吸力锚，其特征是，所述锚筒顶部的排水孔连接抽水管路和潜水泵。

4.如权利要求1所述的能自动消除土塞的吸力锚，其特征是，所述锚筒顶部外侧对称设置有两个吊钩。

5.如权利要求1所述的能自动消除土塞的吸力锚，其特征是，所述半圆盘体垂直于空心短管的下表面。

6.如权利要求1所述的能自动消除土塞的吸力锚，其特征是，90°引水导管为并排设置的两根。

7.如权利要求1所述的能自动消除土塞的吸力锚，其特征是，30°引水导管、45°引水导管和60°引水导管中相邻的两根引水导管分别交叉错位设置于半圆盘体弧形面的中心线两侧。

8.如权利要求1所述的能自动消除土塞的吸力锚，其特征是，作业时，可旋转喷头的进水流量与吸力锚负压下贯过程中土体渗水量之和小于潜水泵的抽水流量，使锚筒在潜水泵抽水过程中保持负压稳定下贯。