CN105951873A - 海底双筒吸力锚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底双筒吸力锚，包括内、外锚筒，外锚筒套装于内锚筒外部的中部以下位置，内锚筒顶端设有第一排水孔，外锚筒顶盖上设有第二排水孔和若干导管，每根导管下端通过均轴承连通设置于外锚筒内部的可旋转喷头，轴承的外圈与喷头连成一体，轴承的内圈与外锚筒顶盖连成一体，轴承中空构成可旋转喷头的通道并与导管相连；喷头上半部分为与轴承外圈直径相等的空心短管；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。该吸力锚能够消除土塞。

Description

海底双筒吸力锚

技术领域

本发明涉及一种土木技术，尤其是一种海底双筒吸力锚。

背景技术

吸力锚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，其结构一般为顶端封闭、下端敞开的倒置筒状,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和潜水泵。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。吸力锚安装完成后，负压消失，这时的吸力锚实际上就如同常规的埋入式短桩，承载力主要依靠筒体内外壁与土的摩擦力。

目前的张力腿平台或利用张力腿原理形成的垂直系泊系统，大多使用桩式锚，主要因为桩锚可以增大直径或长度来满足承载力设计要求。随着技术的不断提高，海洋工程逐渐向深海发展，由于深海的打桩技术问题难以解决，导致桩式锚的深海安装难度大，当水深超过1000m 时，桩式锚已不适用。

吸力锚在深海施工简便、使用安全可靠且可以重复利用，是深海工程中有较好发展前景的基础形式。然而，由于吸力锚为垂直贯入土体，其垂向抗拔承载力远远小于其侧向承载力，导致吸力锚的垂直极限承载能力有限。而提高吸力锚垂直承载力的现有方法主要是增大锚的直径或长度，而增大吸力锚的直径和长度将增加安装阻力，使吸力锚失去原有的安装简便的优势。因此, 如何设计一种结构简单并极大提高垂直极限承载能力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。该吸力锚包括锚桶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，但该吸力式基础不能提高其垂直极限承载能力。

（2）申请号为200920239914.8的中国专利介绍了一种海底裙式吸力锚。该吸力锚包括锚桶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，但该吸力锚不能提高其垂直极限承载能力。

（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，但该吸力锚及安装方法过程复杂且无法极大的提高垂直极限承载力。

（4）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，但该吸力锚无法极大的提高垂直极限承载力。

（5）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，但该吸力锚及安装方法过程复杂且无法极大的提高垂直极限承载力。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种海底双筒吸力锚，该吸力锚能够极大提高吸力锚极限抗拔承载力和水平承载力。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种海底双筒吸力锚，包括底部敞开、顶端封闭的内锚筒，底部敞开、顶盖呈圆环状的外锚筒，外锚筒套装于内锚筒外部的中部以下位置，内锚筒顶端设有与其内部连通的第一排水孔，外锚筒顶盖上设有与其内部相通的第二排水孔和若干导管，每根导管下端通过均轴承连通设置于外锚筒内部的可旋转喷头，轴承的外圈与喷头连成一体，轴承的内圈与外锚筒顶盖连成一体，轴承中空构成可旋转喷头的通道并与导管相连，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，进而水柱会对外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。

所述导管的外壁通过连接杆与内锚筒外壁固定连接。

所述第一排水孔位于内锚筒顶部中心位置，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。

所述第二排水孔有两个，对称设置于外锚筒的顶盖上。

所述第一、第二排水孔均连接抽水管路和潜水泵，方便锚筒内的水被抽出。

所述内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。

所述内、外锚筒直径比是1：1.5-2，高度比是1：0.2-0.25。

所述导管有六根，六根导管均匀分布在外锚筒圆环顶盖上，导管的上端面与内锚筒上端面平齐。

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外锚筒中土体渗水量之和小于潜水泵对外锚筒第二排水孔的抽水流量，使喷头持续喷出高压水对外锚筒内土体进行冲刷，并通过潜水泵及时将浊液排出外锚筒，同时保证潜水泵持续对内锚筒第一排水孔作业，为吸力锚提供下沉力，保持吸力锚稳定下贯。潜水泵对第一排水孔作业为吸力锚提供足够的下沉力，潜水泵对第二排水孔作业能消除外锚筒中的土体，使之无法阻挡吸力锚下沉。

吸力锚下沉过程中，利用潜水泵抽内外锚筒中的水，产生负压提供下沉力，当外锚筒顶盖接触土体时，外锚筒中会充满土体，虽然吸力锚有足够的下沉力，但土体的阻挡使吸力锚无法继续下沉。然而当水在深海高压作用下通过导管进入喷头，喷头会自动旋转，冲击外锚筒内的土层，使其与水体充分混合，成为泥浆浑浊液，在潜水泵持续抽吸外锚筒水体过程中，泥浆浑浊液随其排出筒外，外锚筒中的土体消失，使之不会对吸力锚形成阻挡，潜水泵持续抽取内锚筒中的水提供足够的下沉力，使吸力锚继续下沉。同时，由于海底土层在海底潜流作用下的流动性，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，当吸力锚下贯到海底平面时，周围土体向吸力锚靠拢，随即将吸力锚掩埋。

与传统吸力锚相比，本发明提供一种海底双筒吸力锚。将外锚筒套在内锚筒外，相当于使吸力锚底部形成一个双倍于吸力锚直径的扩大端，通过设置导管与可自旋转喷头，利用海底高水压的特点，冲击外锚筒内土体，形成泥浆浑浊液，再借潜水泵排出筒外，实现吸力锚的顺利安装下沉。此后，由于海底土体在海底潜流作用下冲刷导致的流动特性，吸力锚周围土体会逐渐向其靠拢，随即将其掩埋。吸力锚安装成功后会极大提高其垂直极限承载力，水平极限承载力也会相应的提高。

附图说明

图1为本发明结构剖面示意图；

图2为本发明结构俯视图；

图3为本发明喷头结构示意图；

图4为本发明喷头结构俯视图；

图5为本发明吸力锚实施图；

图中：1.内锚筒，2.外锚筒，3.导管，4.喷头，5.第一排水孔，6.第二排水孔，7.轴承，8.引水导管，9.吊钩。

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、2、3和4所示，一种海底双筒吸力锚，包括内锚筒1、外锚筒2、导管3、轴承7和喷头4，其中内锚筒1是底部敞开、顶端封闭的筒体，其顶盖设有第一排水孔5和吊钩9；外锚筒2是底部敞开、顶盖呈圆环状的筒体，其圆环顶盖设有第二排水孔6和导管3。第一排水孔5位于内锚筒1顶部中心位置，且与可旋转喷头4之间有间距，避免可旋转喷头4阻挡锚筒内的水被排出。第二排水孔6有两个，对称设置于外锚筒2的顶盖上。第一、第二排水孔5、6均连接抽水管路和潜水泵，方便锚筒内的水被抽出。

外锚筒2套在内锚筒1外；导管3下端通过轴承7连接一个喷头4，并固定在外锚筒2圆环顶盖上，导管3外壁通过连接杆与内锚筒1外壁固定连接，组成所需吸力锚。

内锚筒1是底部敞开、顶端封闭的筒体，其顶盖设有第一排水孔5和吊钩9，便于吸力锚的定位安装。

外锚筒2是底部敞开、顶盖呈圆环状的筒体，圆环顶盖内径与内锚筒1直径相同；外锚筒2套在内锚筒1外，并固定连接在内锚筒1外壁中部以下位置，具体以吸力锚初始贯入深度决定；圆环顶盖上设有2个第二排水孔6和6个导管3，便于吸力锚安装。

内外锚筒直径比是1：（1.5-2），高度比是1：（0.2-0.25），具体以吸力锚实际设计要求而定。

6个导管3均匀分布在外锚筒2圆环顶盖上，导管的上端面与内锚筒1上端面平齐。导管3下端通过轴承7各连接一个喷头4，轴承7固定在外锚筒2圆环顶盖上；导管3外壁通过连接杆与内锚筒1外壁固定连接，起到加强固定导管3的作用。

轴承7的外圈与喷头4连成一体，轴承7的内圈与外锚筒2圆环顶盖连成一体，轴承7中空构成喷头通4道并与外部导管3相连，使高压水进入喷头4。

可旋转喷头4上半部分为与轴承7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4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8，引水导管8与半圆盘体的空心连通，当高压水沿引水导管8喷出时，在竖直面会形成扇形冲击水柱。

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8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8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。

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外锚筒2内的土塞，有效避免土塞的产生。

0°引水导管8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4自旋转，进而水柱会对外锚2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8的冲刷范围。

两根0°引水导管8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。

喷头4的进水流量与外锚筒2中土体渗水量之和必须远小于潜水泵对外锚筒2第二作业孔6的抽水流量，使喷头4持续喷出高压水对外锚筒2内土体进行冲刷，保持吸力锚稳定下贯。

如图5所示，所述吸力锚下沉过程中，利用潜水泵抽内外锚筒中的水，产生负压提供下沉力，水在深海高压作用下通过导管3进入喷头4，喷头4会自动旋转，冲击外锚筒2内的土层，使其与水体充分混合，成为泥浆浑浊液，在潜水泵持续抽吸外锚筒2水体过程中，泥浆浑浊液随其排出筒外，使吸力锚顺利下沉。同时，由于海底土层的流动性，当吸力锚下贯到海底平面时，周围土体向吸力锚靠拢，随即将吸力锚掩埋。

与传统吸力锚相比，本发明提供一种海底双筒吸力锚。将外锚筒2套在内锚筒1外，相当于使吸力锚底部形成一个双倍于吸力锚直径的扩大端，通过设置导管3与可自旋转喷头4，利用海底高水压的特点，冲击外锚筒2内土体，形成泥浆浑浊液，再借潜水泵排出筒外，实现吸力锚的顺利安装下沉。此后，由于海底土体在海底潜流作用下冲刷导致的流动特性，吸力锚周围土体会逐渐向其靠拢，随即将其掩埋。吸力锚安装成功后会极大提高其垂直极限承载力，水平极限承载力也会相应的提高。

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 (10)

1.一种海底双筒吸力锚，其特征是，包括底部敞开、顶端封闭的内锚筒，底部敞开、顶盖呈圆环状的外锚筒，外锚筒套装于内锚筒外部的中部以下位置，内锚筒顶端设有与其内部连通的第一排水孔，外锚筒顶盖上设有与其内部相通的第二排水孔和若干导管，每根导管下端通过均轴承连通设置于外锚筒内部的可旋转喷头，轴承的外圈与喷头连成一体，轴承的内圈与外锚筒顶盖连成一体，轴承中空构成可旋转喷头的通道并与导管相连，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。

2.如权利要求1所述的海底双筒吸力锚，其特征是，所述导管的外壁通过连接杆与内锚筒外壁固定连接。

3.如权利要求1所述的海底双筒吸力锚，其特征是，所述第一排水孔位于内锚筒顶部中心位置，且与可旋转喷头之间有间距；所述第二排水孔有两个，对称设置于外锚筒的顶盖上；所述第一、第二排水孔均连接抽水管路和潜水泵。

4.如权利要求1所述的海底双筒吸力锚，其特征是，所述内锚筒顶部外侧对称设置有两个吊钩；所述内、外锚筒直径比是1：1.5-2，高度比是1：0.2-0.25。

5.如权利要求1所述的海底双筒吸力锚，其特征是，所述导管有六根，六根导管均匀分布在外锚筒圆环顶盖上，导管的上端面与内锚筒上端面平齐。

6.如权利要求1所述的海底双筒吸力锚，其特征是，所述半圆盘体垂直于空心短管的下表面。

7.如权利要求1所述的海底双筒吸力锚，其特征是，90°引水导管为并排设置的两根。

8.如权利要求1所述的海底双筒吸力锚，其特征是，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。

9.如权利要求1所述的海底双筒吸力锚，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。

10.如权利要求1所述的海底双筒吸力锚，其特征是，作业时，可旋转喷头的进水流量与外锚筒中土体渗水量之和小于潜水泵对外锚筒第二排水孔的抽水流量，使喷头持续喷出高压水对外锚筒内土体进行冲刷，保持吸力锚稳定下贯。