CN108357633A - 一种吸力贯入组装式锚泊基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸力贯入组装式锚泊基础，包括不少于两个的平板锚；平板锚由一块或多块矩形钢板及垂直于钢板平面的连接柄焊接而成，连接柄的两端设置系泊孔；施工时，把各个平板锚上的钢板沿竖向相互交错、堆叠、紧贴在一起，再把堆叠成整体的锚泊基础卡入桶形基础的槽口中，把锚链的一端系泊在最上部平板锚上连接柄的一个系泊孔上，用钢索连接相邻平板锚的系泊孔使各个平板锚组装成串联状，依靠桶形基础把锚泊基础贯入至海床设计深度，然后移除桶形基础，再通过对锚链施加拉力达到设计值时，施工结束。拉力作用下各平板锚发生自由移动，使各平板锚的姿态不尽相同，能增加平板锚与海床土体的摩擦力，从而提高了锚泊基础抗拔承载力。

Description

一种吸力贯入组装式锚泊基础

技术领域

本发明涉及海洋浮式平台或深水网箱的锚泊技术领域，具体是一种吸力贯入组装式锚泊基础。

背景技术

针对海床的特殊地质条件，自1990年以来出现了一种海洋平台特殊基础形式——桶形基础(也称吸力桩，suction pile)，其多为底端开口、顶端封闭的倒扣大直径钢制圆桶。安装时，首先在预定海域依靠桶体自重使其部分插入土中以形成密闭空间，然后抽出桶内和土体之间的气体或液体，从而使桶体内外形成压力差，逐步压入至海床内预定深度完成安装。

后来，工程人员基于桶形基础在海上贯入海床较为方便的特征，把桶形基础发展至作为海洋锚泊基础的一种施工工具。有的国家已有实力较强的海洋工程施工企业(如荷兰的SPT Offshore公司)，能利用桶形基础开展各类海洋工程施工的能力，自动化、智能化程度非常高。我国虽然是个海洋大国，拥有面积较大的海域，但在利用桶形基础开展海洋工程的施工方面与国外还具有一定的差距。

目前，能利用桶形基础进行施工的锚泊基础主要包括：埋入式吸力锚(embeddedsuction anchor)与吸力贯入式平板锚(Suction embedded plate anchor)。

埋入式吸力锚的抗拔承载力主要由圆桶四周与土体的摩擦及部分海床土体的自重产生，具体与系泊点位置、海床土体类型、沉贯深度等有关。一般地，埋入式吸力锚的表面积有限，故其与土体的摩擦力也有限；另一方面，埋入式吸力锚沿锚链垂直方向的投影面积也非常有限，故其沿锚链方向能兜住的海床土体的面积较小，海床土体的自重对锚泊力的贡献也较小。若通过增大埋入式吸力锚的长度与直径来提高其抗拔承载力，则大大增加施工难度，也是不可取的。

吸力贯入式平板锚的平面形状为矩形，安装时竖直固定在桶形基础中，桶形基础在自重和抽水造成的负压作用下贯入至预定深度。桶形基础与平板锚分离后被拔出，留在黏土海床中的平板锚在锚链牵引下旋转，直至板面与锚链接近垂直或者施加的拉力达到设计值。在张拉锚链使锚板旋转的过程中，锚板会向上运动而产生埋深损失。锚板中心在旋转前后的高度差被定义为最终丢失埋深。在强度通常随深度成正比例增加的海床条件下，旋转调节过程中的埋深损失会带来承载力的下降，这一减小量可高达20%。可见，平板锚也具有一定的局限性。

可见，还需对基于桶形基础的吸力贯入式锚泊基础的构型进行创新性设计，使其具有较大的抗拔承载力，且施工较为方便。

发明内容 本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种吸力贯入组装式锚泊基础，其由多个带连接柄与钢板的平板锚交错堆叠而成，在海床中展开后呈首尾连接的串联组装式平板锚，各个平板锚的姿态不尽相同，能最大可能的增加与海床土体的摩擦力，从而提高了整体的抗拔承载力。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种吸力贯入组装式锚泊基础，其特征在于：包括多个平板锚，每个平板锚分别由连接柄以及一块或多块大小形状相同的矩形钢板构成，所述连接柄垂直穿过钢板中间位置，且连接柄与钢板在穿过位置焊接连接为一体，连接柄两端分别设置系泊孔，多个平板锚的连接柄呈一字顺序排列，相邻连接柄的系泊孔通过钢索串联连接，上部第一个平板锚的连接柄还有一个系泊孔连接锚链，多个平板锚的矩形钢板还可呈竖直状态并沿竖向依次交错堆叠组合，且上下相邻的矩形钢板部分对齐贴合。

所述的一种吸力贯入组装式锚泊基础，其特征在于：所述的钢板上部与下部均设有卡槽，多个平板锚的矩形钢板沿竖向依次交错堆叠组合时，上方的平板锚中钢板底部卡槽卡在下方的平板锚中连接柄上，使上下相邻钢板的邻边能平整接触。

所述的一种吸力贯入组装式锚泊基础，其特征在于：多个平板锚的矩形钢板沿竖向依次交错堆叠组合，使各相互紧贴的钢板沿竖向的投影宽度为钢板的两倍厚度、各连接柄沿竖向的投影相互重叠。

一种吸力贯入组装式锚泊基础的施工贯入设备，其特征在于：包括桶形基础，桶形基础其中两个相互垂直的径向各自两侧的桶壁分别设有槽口，每个槽口相同方向一端分别沿桶形基础轴向延伸至桶形基础桶口边沿形成开口，多个平板锚的矩形钢板呈竖直状态并沿竖向依次交错堆叠组合时，桶形基础通过其中一个径向两侧的槽口卡在组合后的矩形钢板上，同时桶形基础通过另一个径向两侧的槽口卡在各个连接柄上，依靠桶形基础把锚泊基础贯入至海床设计深度，然后移除桶形基础，再通过对锚链施加拉力使各平板锚发生自由移动，直至施加的拉力达到设计值，完成吸力贯入组装式锚泊基础的施工贯入。

所述的一种吸力贯入组装式锚泊基础的施工贯入设备，其特征在于：吸力贯入组装式锚泊基础卡入桶形基础的相应槽口后，连接柄两端的系泊孔及钢板的两端均能从桶形基础外侧露出。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1、本发明所提的锚泊基础由多个平板锚相互串联组装而成，施工时各平板锚相同位置处的钢板相互交错、堆叠、紧贴在一起，其沿沉贯方向的面积非常小，利用桶形基础进行沉贯施工较为方便，阻力相对较小。

2、本发明所提的锚泊基础施工时各平板锚相同位置处的钢板相互交错、紧贴在一起，整体表面积小方便沉贯施工，而展开后的面积大有利于增大与土体的摩擦，通常钢板展开后的面积为施工时堆叠面积的1.5倍以上，这为锚泊基础的设计提供了一种创新性思路。

3、本发明所提的锚泊基础在锚链拉力作用下的各个平板锚将发生自由移动，各个平板锚的姿态不尽相同，能最大可能的增加与海床土体的摩擦力，从而提高了锚泊基础总体的抗拔承载力。

4、所提锚泊基础结构简单、制作方便，成本较低，可根据不同需求设置不同尺寸与数量的钢板，满足不同情况下海洋工程的锚泊需要。

附图说明

图1 为本发明实施例1的平板锚主视图。

图2 为本发明实施例1的平板锚三维结构示意图。

图3 为本发明实施例1的两个平板锚组装主视图。

图4 为本发明实施例1的两个平板锚组装三维结构示意图。

图5 为本发明实施例1的四个平板锚组装主视图。

图6 为本发明实施例1的四个平板锚组装三维结构示意图。

图7 为本发明沉贯使用的桶形基础结构示意图。

图8 为桶形基础依靠自重下沉接触海床结构示意图。

图9 为本发明实施例1与桶形基础连接详图。

图10 本发明实施例1中的桶形基础在负压吸力作用下贯入海床示意图。

图11 为桶形基础移除后的组装式平板锚位置示意图。

图12 为本发明实施例1的可能工作状态之一。

图13为本发明实施例1的组装式平板锚达到抗拔极限承载力时的状态。

图14 为本发明实施例2的平板锚主视图。

图15 为本发明实施例2的平板锚三维结构示意图。

图16 为本发明实施例2的两个平板锚组装主视图。

图17 为本发明实施例2的两个平板锚组装三维结构示意图。

图18 为本发明实施例2的四个平板锚组装主视图。

图19 为本发明实施例2的四个平板锚组装三维结构示意图。

图20 为本发明实施例2中的桶形基础在负压吸力作用下贯入海床示意图。

图21 为本发明实施例2中桶形基础移除后的组装平板锚位置示意图。

图22 为本发明实施例2的可能工作状态之一。

图23 为本发明实施例2的组装式平板锚达到抗拔极限承载力时的状态。

附图标记说明：1、钢板；2、连接柄；3、系泊孔；4、卡槽；5、桶形基础；6、槽口；7、锚链；8、钢索；A、海平面；B、海床面。

具体实施方式

如图1-图23所示，一种吸力贯入组装式锚泊基础，包括不少于两个的平板锚；平板锚由一块或多块矩形钢板1及垂直于钢板1平面的连接柄2焊接而成，连接柄2的两端设置系泊孔3；施工时，把各个平板锚上相同位置处的钢板1沿竖向相互交错、堆叠、紧贴在一起，再把堆叠成整体的锚泊基础卡入桶形基础5的相应槽口6中，把锚链7的一端系泊在最上部平板锚上连接柄2的一个系泊孔3上，用钢索8连接相邻平板锚的系泊孔3使各个平板锚组装成串联形状，依靠桶形基础5把锚泊基础贯入至海床设计深度，然后移除桶形基础5，再通过对锚链7施加拉力使各平板锚发生自由移动，直至施加的拉力达到设计值时，施工结束，由此形成一种吸力贯入组装式锚泊基础。

上述提及的“竖向”方位词，是基于所提锚泊基础施工时的姿态来确定的。施工时所提锚泊基础固定、连接在桶形基础5的底部，且处于铅锤状态逐步贯入海床中，如图8与图9所示。在此姿态下，“竖向”即为铅锤线方向。说明书中其它地方所提的方位词也按此姿态推定得到，如后文提到的钢板1的“上部”与“下部”也是根据锚泊基础施工时的姿态来确定的，参考图5与图18。上述方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者构件必须具有特定的方位、构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

钢板1的上部与下部均设有卡槽4，如图2所示；多个平板锚相互交错、堆叠时连接柄2可卡入相邻平板锚上钢板1的卡槽4中，使上下相邻钢板1的邻边能平整接触，如图5与图18所示。卡槽4的宽度稍大于连接柄2的厚度，卡槽4的深度应使各个平板锚上相同位置处的钢板1沿竖向相互交错、堆叠、紧贴在一起时，同一铅垂线方向的钢板1的邻边相互平整接触，钢板1的上部卡槽4、下部卡槽4与连接柄2的中心线处在同一铅垂线上，如图5与图6所示。

锚泊基础施工时把各个平板锚上的钢板1沿竖向相互交错、堆叠、紧贴在一起，使各相互紧贴的钢板1沿竖向的投影宽度为钢板1的两倍厚度、各连接柄2沿竖向的投影相互重叠。

可见，锚泊基础施工时各平板锚上相同位置处的钢板1相互紧贴在一起，形成沿竖向紧贴的两列，各列钢板1沿竖向相互紧密接触且沿竖向的投影相互重叠，两列钢板1的接缝呈交错状态。

可根据需要采用不同数量的钢板1，形成不同的实施方式。下面介绍几种实施例。

实施例1：如图1~图6所示，平板锚含有一块矩形钢板1，平板锚整体呈双向对称状态，在垂直于钢板1平面的正中心处设置连接柄2，连接柄2在钢板1两侧的长度相等。钢板1的上部与下部均设有卡槽4，使多个平板锚上的钢板1能相互交错、堆叠、紧贴在一起，如图5与图6所示。

根据图5与图6可知，4个平板锚上的钢板1相互交错、紧贴在一起时，其整体表面积为2.5倍的单块钢板1的表面积，而展开后为4倍的单块钢板1的表面积，展开后的面积为施工时堆叠面积的1.6倍。施工时整体钢板的表面积越小越好，这样便于沉贯施工；展开后钢板的面积越大越好，这样有利于增大与土体的摩擦而提高抗拔承载力。而所提锚泊基础能把这两点结合起来，显然为锚泊基础的设计提供了一种创新性思路。

所提的一种吸力贯入组装式锚泊基础的施工方法，介绍如下：

1、连接锚泊基础；

把各个平板锚上相同位置处的钢板1沿竖向相互交错、堆叠、紧贴在一起，再把堆叠成整体的锚泊基础卡入桶形基础5的相应槽口6中，把锚链7的一端系泊在最上部平板锚上连接柄2的一个系泊孔3上，用钢索8连接相邻平板锚的系泊孔3使各个平板锚组装成串联状。把堆叠成整体的锚泊基础卡入桶形基础5的相应槽口6后，连接柄2两端的系泊孔3及钢板1的两端均能露出桶形基础5的外侧，如图9所示。

应采取辅助措施对各个平板锚进行简易的相互固定，使其在施工期间不会松散。比如可采用强度较低的工程胶简单粘连等，后续各平板锚在锚链拉力作用下可破坏相互之间的工程胶而使相互脱离、分开。

当然，还需要一些辅助构件来实现锚泊基础与桶形基础之间的后续可解脱的固定与连接，该部分构件过于复杂而未在附图中体现，但现有公知技术可现实该操作，此处不再详细描述。

桶形基础也称吸力桩(suction pile)，为底端开口、顶端封闭的倒扣大直径钢制圆桶，安装时，首先在预定海域依靠桶体自重使其部分插入土中以形成密闭空间，然后抽出桶内和土体之间的气体或液体，从而使桶体内外形成压力差，逐步压入至海床内预定深度完成安装。桶形基础底部设置相应的施工槽口6，如图7所示。

2、桶形基础依靠自重下沉接触海床；

起吊桶形基础5，使其进入海水中并处于铅锤状态，逐渐下放桶形基础5，使其在自重作用下下沉接触海床并压入海床一定深度，如图8所示。

3、抽取负压使桶形基础贯入海床至设计深度；

桶形基础5的顶部设置有进出水(气)阀，把连接管与进出水(气)阀固定相连，通过连接管抽出桶形基础内部的空气，形成内外压力差，从而把桶形基础5贯入至海床土体中，最终桶形基础底部锚泊基础被压入海床土体至设计深度，如图10所示。

4、移除桶形基础；

待锚泊基础被压入海床至设计深度后，松开锚泊基础与桶形基础5的连接，使锚泊基础脱离桶形基础5，通过连接管对桶形基础5内部充气，使桶形基础5逐渐上浮，最终起吊、移除桶形基础。桶形基础移除后，仅剩锚泊基础在海床土体中，如图11所示。

5、张拉锚链使锚泊基础达到设计要求。

通过对锚链7施加拉力使各平板锚发生自由移动，直至施加的拉力达到设计值时，施工结束，由此形成一种吸力贯入组装式锚泊基础，如图12所示。

锚链7的拉力是从最上部的平板锚向下部的平板锚逐渐依次传递，即锚链7的拉力减去最上部平板锚的阻力将传递给第二个平板锚，锚链7的拉力减去最上部与第二个平板锚的阻力将传递给第三个平板锚，以此类推。可见，最上部的平板锚受到的荷载最大，其发生移动的幅度最大，从上到下平板锚受到的荷载与移动幅度逐渐减小。因此，在锚泊基础未失效前，各平板锚的旋转姿态一般各不相同。各平板锚的旋转姿态相差越大，其整体上与海床土体的接触关系越复杂，平板锚与土体的摩擦与阻力更大，能最大可能的增加与海床土体的摩擦力，从而提高了锚泊基础总体的抗拔承载力。

当锚链7的拉力过大，大到超过各平板锚的抗拔抵抗力之和时，锚泊基础将失效，此时各平板锚的姿态基本相同，如图13所示。

实施例2：如图14~图19所示，平板锚含有三块相同的矩形钢板1，平板锚整体呈双向对称状态，在垂直于钢板1平面的正中心处设置连接柄2，连接柄2在中部钢板1两侧的长度相等。钢板1的上部与下部均设有卡槽4，使多个平板锚上的钢板1能相互交错、堆叠、紧贴在一起，如图18与图19所示。

施工时，平板锚的中部钢板1卡在桶形基础5的槽口6中，而两端的钢板1位于桶形基础5的外侧，如图20所示。桶形基础移除后，锚泊基础在海床土体中的姿态如图21所示。锚泊基础可能的工作状态如图22所示。当锚链7的拉力过大，大到超过各平板锚的抗拔抵抗力之和时，锚泊基础将失效，此时各平板锚的姿态基本相同，如图23所示。其余情况与实施例1相同。

所提锚泊基础结构简单、制作方便，成本较低，可根据不同需求设置不同尺寸与数量的钢板，满足不同情况下海洋工程的锚泊需要。

附图中仅展示了平板锚的部分形状及部分连接方式的情况，按照所提思路，可以改变平板锚上钢板的形状与数量、相互的连接方式，也可使平板锚成为非对称结构，形成其他相关类型的组装式锚泊基础，其均属于本技术的等效修改与变更，此处不再赘述。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种吸力贯入组装式锚泊基础，其特征在于：包括多个平板锚，每个平板锚分别由连接柄以及一块或多块大小形状相同的矩形钢板构成，所述连接柄垂直穿过钢板中间位置，且连接柄与钢板在穿过位置焊接连接为一体，连接柄两端分别设置系泊孔，多个平板锚的连接柄呈一字顺序排列，相邻连接柄的系泊孔通过钢索串联连接，上部第一个平板锚的连接柄还有一个系泊孔连接锚链，多个平板锚的矩形钢板还可呈竖直状态并沿竖向依次交错堆叠组合，且上下相邻的矩形钢板部分对齐贴合。

2.根据权利要求1所述的一种吸力贯入组装式锚泊基础，其特征在于：所述的钢板上部与下部均设有卡槽，多个平板锚的矩形钢板沿竖向依次交错堆叠组合时，上方的平板锚中钢板底部卡槽卡在下方的平板锚中连接柄上，使上下相邻钢板的邻边能平整接触。

3.根据权利要求1所述的一种吸力贯入组装式锚泊基础，其特征在于：多个平板锚的矩形钢板沿竖向依次交错堆叠组合，使各相互紧贴的钢板沿竖向的投影宽度为钢板的两倍厚度、各连接柄沿竖向的投影相互重叠。

4.一种如权利要求1-3中任意一项所述的一种吸力贯入组装式锚泊基础的施工贯入设备，其特征在于：包括桶形基础，桶形基础其中两个相互垂直的径向各自两侧的桶壁分别设有槽口，每个槽口相同方向一端分别沿桶形基础轴向延伸至桶形基础桶口边沿形成开口，多个平板锚的矩形钢板呈竖直状态并沿竖向依次交错堆叠组合时，桶形基础通过其中一个径向两侧的槽口卡在组合后的矩形钢板上，同时桶形基础通过另一个径向两侧的槽口卡在各个连接柄上，依靠桶形基础把锚泊基础贯入至海床设计深度，然后移除桶形基础，再通过对锚链施加拉力使各平板锚发生自由移动，直至施加的拉力达到设计值，完成吸力贯入组装式锚泊基础的施工贯入。

5.根据权利要求4所述的一种吸力贯入组装式锚泊基础的施工贯入设备，其特征在于：吸力贯入组装式锚泊基础卡入桶形基础的相应槽口后，连接柄两端的系泊孔及钢板的两端均能从桶形基础外侧露出。