CN108532626B - 一种带限位桩的吸力贯入式平板锚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，包括平板锚与限位桩，平板锚一侧设置翼板，翼板通过铰链与锚板相连，翼板上焊接有限位桩；施工时，把平板锚卡入桶形基础底部相应槽口且进行固定后，把锚链的一端系泊在锚眼上，依靠桶形基础把平板锚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锚板发生旋转，插入海床中的限位桩通过翼板与铰链对旋转过程中的锚板进行牵制与约束，直至锚板与锚链接近垂直或者施加的拉力达到设计值时，施工结束。所提平板锚结构简单，制作方便，成本较低，限位桩有效减小锚板在旋转过程中产生的埋深损失，且限位桩本身也能提供一定的锚泊力，从而大大提高了平板锚整体的承载力。

Description

一种带限位桩的吸力贯入式平板锚

技术领域

本发明涉及深海浮式平台的锚固技术领域，具体是一种带限位桩的吸力贯入式平板锚。

背景技术

近年来，吸力贯入式平板锚(Suction embedded plate anchor)一种新型基础形式在墨西哥湾和非洲海域得到了较为广泛的应用，其主要优点是造价低、定位准确和施工简单。平板锚平面形状为矩形，安装时竖直固定在吸力式中，沉箱在自重和抽水造成的负压作用下贯入至预定深度。沉箱与平板锚分离后被拔出，以备将来重复使用。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%(见参考文献[1])。

为了减小埋深损失，通常在锚板上部设置了一个可绕锚板旋转的翼板(Keyingflap)，如图1所示。该设计意图为，当锚板向上运动时翼板相对于锚板向外旋转一定角度，从而增大锚板向上运动时移动方向的承载面积，从而降低锚板向上的位移(即埋深损失)，并以此增大锚板最终的承载力。然而已有实验研究及数值计算对翼板的实际作用提出了异议，有学者甚至认为翼板对减小平板锚的埋深损失无帮助(见参考文献[2~4])。

可见，有必要对传统平板锚的构型进行改进，设计一种能明显减小埋深损失的新型结构的平板锚。

参考文献：

[1] 鲁礼慧. 黏土中板形重力安装锚和吸力式安装平板锚的旋转调节过程[D].大连: 大连理工大学(硕士论文), 2016.

[2] Yinghui Tian, Christophe Gaudin, Mark Jason Cassidy. ImprovingPlate Anchor Design with a Keying Flap[J]. Journal of Geotechnical andGeoenvironmental Engineering, 2014, 140(5).

[3] Gaudin, C., Simkin, M., White, D. J., and O’Loughlin, C. D..Experimental investigation into the influence of a keying flap on the keyingbehaviour of plate anchors. Proc., 20th Int. Offshore and Polar EngineeringConf., Vol. 2, International Society of Offshore and Polar Engineers,Mountain View, CA, 2010, 533-540.

[4] Tian, Y., Gaudin, C., Cassidy, M. J., and Randolph, M. F..Considerations on the design of keying flap of plate anchors. J. Geotech.Geoenviron. Eng., ASCE, 2013, 1156-1164.

发明内容 本发明的目的是提供一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，以解决现有技术平板锚存在的埋深损失问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，其特征在于：包括平板锚，平板锚的正面通过锚柄连接有锚眼，平板锚的上部侧边通过铰链并列连接有翼板，翼板的背面连接有限位桩，限位桩平行于平板锚并垂直于铰链所在的平板锚侧边，且限位桩延伸长度满足越过平板锚整个背面。

所述的一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，其特征在于：所述平板锚由锚板、锚柄和锚眼构成，锚眼通过锚柄垂直连接在锚板正面。

所述的一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，其特征在于：所述翼板相对于锚板的最大旋转角度为180°。

所述的一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，其特征在于：所述翼板背面的限位桩不少于两根，各限位桩之间通过一道或多道连系梁相连。

所述的一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，其特征在于：所述限位桩越过平板锚的端部呈尖状，限位桩的延伸长度不小于平板锚平行于限位桩的侧边长度的两倍。

一种带限位桩的吸力贯入式平板锚的施工方法，其特征在于：把翼板旋转至与锚板处在同一平面上并插入桶形基础两槽口并进行固定，锚眼从桶形基础的锚眼槽口穿出，把锚链的一端系泊在锚眼上，依靠桶形基础把平板锚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锚板发生旋转，插入海床中的限位桩通过翼板与铰链对旋转过程中的锚板进行牵制与约束，直至锚板与锚链接近垂直或者施加的拉力达到设计值时，施工结束，由此形成一种带限位桩的吸力贯入式平板锚。

本发明的优点是：

1、限位桩焊接于翼板上，沉贯过程中其铅锤方向的面积即为限位桩的横截面面积，该面积非常小，从而土体对其产生的阻力非常小，可见增加限位桩后对整个装置的沉贯阻力影响非常小，与传统平板锚的施工基本无区别。

2、平板锚沉贯至设计深度后，通过对锚链施加拉力使锚板发生旋转，锚板旋转过程中限位桩通过翼板与铰链对锚板进行牵制与约束，有效减小锚板在旋转过程中产生的埋深损失，从而大大提高了平板锚的承载力。

3、限位桩沉贯至设计深度后，限位桩四周与海床土体紧密接触，限位桩与海床土体之间能产生较大的摩擦力，即限位桩本身能产生一定的锚泊力，故设置限位桩的平板锚整体的承载力更大。

4、所提带限位桩的吸力贯入式平板锚，结构简单，制作方便，成本较低，能为海上浮动平台、海水养殖网箱等提供较大的锚泊力。

附图说明

图1 为传统平板锚结构示意图。

图2 为本发明所提平板锚俯视图。

图3 为本发明所提平板锚仰视图。

图4 为本发明所提平板锚构件组装前结构示意图。

图5 为本发明所提平板锚的锚板旋转示意图一。

图6 为本发明所提平板锚的锚板旋转示意图二。

图7 为本发明所提平板锚与桶形基础端部连接示意图。

图8 为桶形基础依靠自重下沉压入海床结构示意图。

图9 为桶形基础在负压吸力作用下贯入海床结构示意图。

图10 为桶形基础撤走平板锚位置示意图。

图11 为拖拽锚链使锚板逐渐旋转示意图。

图12 为锚板旋转到位后平板锚结构示意图。

图13 为锚板旋转过程示意图。

图14 为限位桩之间加设一根连系梁结构示意图。

图15 为限位桩之间加设两根连系梁结构示意图。

图16 为限位桩之间加设倾斜交叉状连系梁结构示意图。

图17 为限位桩采用圆形截面桩结构示意图。

图18 为限位桩端部之间加设宽板式连系梁结构示意图。

附图标记说明：1、锚板；2、限位桩；3、翼板；4、铰链；5、锚眼；6、桶形基础；7、锚链；8、连系梁；A、海平面；B、海床面。

具体实施方式

参见附图。如图2-图7所示，一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，其特征在于：包括平板锚，平板锚的正面通过锚柄连接有锚眼5，平板锚的上部侧边通过铰链4并列连接有翼板3，翼板3的背面连接有限位桩2，限位桩2平行于平板锚并垂直于铰链4所在的平板锚侧边，且限位桩2延伸长度满足越过平板锚整个背面。

上述提及的“正面”、“上部”、“背面”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6的底部，且处于铅锤状态逐步贯入海床中，如图7与图8所示。平板锚在此姿态下，“上部”即为沿铅锤线方向的最上方，“正面”即为设置锚眼5的一侧，“背面”即为与“正面”相对应的反面。说明书中其它地方所提的方位词也按此姿态推定得到。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。

平板锚由锚板1、锚柄与锚眼5焊接而成，翼板3通过铰链4与锚板1相连，翼板3相对于锚板1的最大旋转角度为180°，如图4~图6所示。

本发明包括平板锚与限位桩2；平板锚上锚板1的一侧设置翼板3，翼板3通过铰链4与锚板1相连，翼板3上焊接有限位桩2；施工时，把翼板3旋转至与锚板1处在同一平面上并卡入桶形基础6底部相应槽口且进行固定后，把锚链7的一端系泊在锚眼5上，依靠桶形基础6把平板锚贯入至海床设计深度，然后移除桶形基础6，再通过对锚链7施加拉力使锚板1发生旋转，插入海床中的限位桩2通过翼板3与铰链4对旋转过程中的锚板1进行牵制与约束，直至锚板1与锚链7接近垂直或者施加的拉力达到设计值时，施工结束，由此形成一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，如图2与图3所示。

翼板3上焊接的限位桩2不少于两根，各限位桩2之间通过一道或多道连系梁8焊接相连。翼板3一方面通过铰链4与锚板1相连，另一方面与限位桩2焊接相连，翼板3的作用是连接限位桩2与锚板1，并使限位桩2能相对于锚板1产生旋转。可见，所提平板锚的翼板与传统平板锚翼板的作用不相同，传统平板锚翼板的作用是减小锚板旋转过程中的埋深损失。

限位桩2焊接于翼板上，沉贯过程中其铅锤方向的面积即为限位桩的横截面面积，该面积非常小，从而土体对其产生的阻力非常小，可见增加限位桩2后对整个装置的沉贯阻力影响非常小，与传统平板锚的施工基本无区别。

限位桩2的底部呈尖状，限位桩2的长度不小于锚板1长边长度的两倍。限位桩2沉贯至设计深度后，限位桩2四周与海床土体紧密接触，即限位桩2与海床土体之间能产生较大的摩擦力，其能为锚板1提供一个较大的反向拉力，与传统平板锚依靠宽度较窄的翼板来减小埋深损失的设计思路相比，具有较大的合理性与先进性。

所提平板锚采用桶形基础6进行施工。桶形基础6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。平板锚依靠吸力式桶形基础的沉贯作用压入海床至设计深度。依靠桶形基础安装平板锚时，需对桶形基础的底部进行一定的加工与改造，使桶形基础能夹持与固定平板锚。

桶形基础6的底部沿一直径方向设置一对锚板槽口，与该直径方向垂直的一侧设置一个锚眼槽口，平板锚卡入桶形基础6底部相应槽口并进行固定后的结构示意图如图7所示。

所提平板锚采用桶形基础进行施工，桶形基础一个径向两端的桶壁上分别设有槽口，桶形基础在垂直于两槽口所在径向的另一径向一端的桶壁位置设有锚眼槽口，施工时所述翼板、平板锚整体插在桶形基础的两槽口中，锚眼从桶形基础的锚眼槽口穿出，限位桩平行于桶形基础轴向穿出桶形基础底部。

所提的一种带限位桩的吸力贯入式平板锚的施工方法，详细描述如下：

1、组装平板锚；

把翼板3旋转至与锚板1处在同一平面上后卡入桶形基础6底部槽口中并进行固定，翼板3与槽口顶部直接接触，同时平板锚的锚眼5卡在锚眼槽口中，并把锚链7的一端系泊在锚眼5上，如图7与图8所示。

2、桶形基础依靠自重下沉接触海床；

起吊桶形基础6，使其进入海水中并处于铅锤状态，逐渐下放桶形基础6，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。

通常，桶形基础6在自重作用下压入海床的深度应大于锚板槽口的长度，使桶形基础6的底部被海床土体封住，其内部形成封闭的空间，为后续的抽取空气形成负压提供必要的条件。

3、抽取负压使桶形基础贯入海床至设计深度；

桶形基础6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，从而把桶形基础贯入至海床土体中，最终桶形基础底部平板锚被压入海床土体至设计深度，如图9所示。

4、移除桶形基础；

待平板锚压入海床至设计深度后，松开平板锚与桶形基础6的连接，使平板锚脱离桶形基础6，通过连接管对桶形基础6内部充气，使桶形基础6逐渐上浮，最终起吊、移除桶形基础。桶形基础移除后，仅剩平板锚在海床土体中，如图10所示。

5、张拉锚链使锚板旋转达到设计要求。

通过对锚链7施加拉力使锚板1发生旋转，插入海床中的限位桩2通过翼板3与铰链4对旋转过程中的锚板1进行牵制与约束，直至锚板1与锚链7接近垂直或者施加的拉力达到设计值时，施工结束。锚板1的逐步旋转过程如图11与图12所示。

平板锚沉贯至设计深度后，通过对锚链施加拉力使锚板发生旋转，锚板旋转过程中限位桩2通过翼板与铰链对锚板进行牵制与约束，有效减小锚板在旋转过程中产生的埋深损失，从而大大提高了平板锚的承载力。

图13进一步给出锚板的旋转示意图。当然，锚板1旋转过程中，锚板1对限位桩2的拉力可使限位桩2产生一定旋转与位移，限位桩2难以处在初始的铅锤状态。限位桩2四周与海床土体紧密接触，即限位桩2与海床土体之间能产生较大的摩擦力，其能为锚板1提供一个较大的反向拉力，与传统平板锚依靠宽度较窄的翼板来减小埋深损失的设计思路相比，具有较大的合理性与先进性。

在平板锚使用过程中，限位桩2始终对锚板进行牵制与约束，即限位桩2与锚板1共同提供锚泊力。限位桩2长度较大，其与海床土体之间能产生较大的摩擦力，限位桩2及锚板在海床土体的重力及摩擦力的作用下，共同形成较大的锚泊力。而传统带翼板的平板锚，其翼板面积较小，翼板能产生的锚泊力有限，且翼板对减小锚板的埋深损失作用有限。

所提带限位桩的吸力贯入式平板锚，结构简单，制作方便，成本较低。

限位桩的形状与连接方式多种多样，图2~图6中给出的限位桩为带肋板的板式桩，图14给出了板式桩之间加一根连系梁8，图15给出了板式桩之间加两根连系梁8，图16给出了板式桩之间加两根倾斜相交的连系梁8，图17给出了圆形状的限位桩，图18给出了板式桩底部之间加宽板状的连系梁8。

附图中仅展示了部分限位桩形状及连接方式的情况，按照所提思路，可以改变限位桩的形状、限位桩的连接方式，形成其他类型的带限位桩的平板锚，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 (1)

1.一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，其特征在于：包括锚板（1），锚板（1）的正面通过锚柄连接有锚眼（5），锚板（1）的上部侧边通过铰链（4）并列连接有翼板（3），翼板（3）的背面连接有限位桩（2），限位桩（2）平行于锚板（1）并垂直于铰链（4）所在的锚板（1）侧边，且限位桩（2）延伸长度满足越过锚板（1）整个背面；翼板（3）相对于锚板（1）的最大旋转角度为180°，施工时，把翼板（3）旋转至与锚板（1）处在同一平面上并卡入桶形基础（6）底部相应槽口且进行固定后，把锚链（7）的一端系泊在锚眼（5）上，依靠桶形基础（6）把平板锚贯入至海床设计深度，然后移除桶形基础（6），再通过对锚链（7）施加拉力使锚板（1）发生旋转，插入海床中的限位桩（2）通过翼板（3）与铰链（4）对旋转过程中的锚板（1）进行牵制与约束，直至锚板（1）与锚链（7）接近垂直或者施加的拉力达到设计值时，施工结束，由此形成一种带限位桩的吸力贯入式平板锚，

翼板（3）上焊接的限位桩（2）不少于两根，各限位桩（2）之间通过一道或多道连系梁（8）焊接相连；翼板（3）一方面通过铰链（4）与锚板（1）相连，另一方面与限位桩（2）焊接相连，翼板（3）的作用是连接限位桩（2）与锚板（1），并使限位桩（2）能相对于锚板（1）产生旋转；

限位桩（2）的底部呈尖状，限位桩（2）的长度不小于锚板（1）长边长度的两倍。

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