CN110080265B - 一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础，包括重力室和钢管桩，所述的重力室位于海床泥面上，重力室的底面上设有桩盘，所述的钢管桩贯穿整个重力室和桩盘，并插入海床深处，其中，位于重力室内部的钢管桩上设有若干排沿钢管桩周向分布的剪力键，重力室的底部设有若干裙板，所述的裙板插入海床内，重力室内设有注浆内管，所述的注浆内管与压浆机连接。本发明的重力室可以形成明显额外自重段，通过结合注浆技术，可进一步增大打设完成后锚桩基础的自重，从而有效加大了竖向抗拔承载力，形成全角度抵抗系泊缆荷载的能力，底部裙板设置则进一步提升水平承载性能，且本发明装置可整体预制，便于施工。

Description

一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础

技术领域

本发明涉及海洋工程基础设施建造领域，尤其涉及一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础。

背景技术

近年来，新能源产业、海上油气开发工业蓬勃迅速。为了获取更多的能源，工程建设的范围逐渐由浅海转移到中等水深海洋，海洋工程结构物的基座(基础)也由固定式转变为由系泊缆、锚固基础构成的漂浮式。随着工程实践日益增加，浮式基础在工程设计、建设、应用中存在一些问题逐渐被相关领域的专家重视并寻求可行的解决方案。传统的锚桩多为长径比较小的钢管桩，由于施工经验成熟，被广泛地用于浮式结构的锚定基础。

浮式结构遭受的风及水动力荷载经由系泊缆传递至锚固基础。根据系泊方式的不同，系泊缆与水平面夹角可能在0度～90度之间，系泊缆夹角的变化也决定作用在锚固基础的上拔荷载方向。针对锚桩基础的科研发现，由于承载破坏模式的差别，锚桩基础抵抗水平拉拔荷载能力远大于抵抗竖向拉拔荷载能力，甚至可以达到5倍以上。为了满足竖向抗拔承载性能的需求，势必大大增加锚桩桩长，从而给施工、工程造价带来巨大的不利影响。因此，有必要在控制桩长的情况下，研发一种新型的锚桩基础，可以满足竖向抗拔的需求，避免桩长增加带来的负面影响。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础，可进一步增大打设完成后锚桩基础的自重，从而有效实现了锚桩基础竖向抗拔承载力的有效提升，相比传统锚桩基础具有更优越的全角度抗拔性能。

技术方案：本发明包括重力室和钢管桩，所述的重力室位于海床泥面上，重力室的底面上设有桩盘，所述的钢管桩贯穿整个重力室和桩盘，并插入海床深处，其中，位于重力室内部的钢管桩上设有若干排沿钢管桩周向分布的剪力键，重力室的底部设有环形裙板，所述的裙板插入海床内，重力室内设有注浆内管，所述的注浆内管与压浆机连接。

所述的桩盘与钢管桩之间设有加强板，加强板内侧壁连接钢管桩外壁，底面连接桩盘，桩盘可以在重力室的内部注浆液凝固后，使钢管桩与重力室联合承载受力。

所述的重力室包括顶板、侧壁和底板，所述的底板位于海床泥面上，其上表面设有桩盘，底部设有裙板。

所述的钢管桩穿过顶板、桩盘和底板。

所述的重力室内部沿周向布置有厚立板，所述的厚立板间隔90°布置，厚立板之间分布有若干薄立板。

所述的注浆内管沿重力室的侧壁、底板与桩盘布置，其内部开口靠近桩盘与钢管桩的连接处。

所述的注浆内管通过注浆软管、转换盘、输浆管与压浆机连接，所述的压浆机上连接有压力表，注浆液在压浆机压力作用下经由输浆管、转换盘、注浆软管、连接栓以及布置在重力室内部的注浆内管，充注整个重力室。

所述重力室顶板的上表面沿周向分布有泄压阀、连接栓和吊环，所述的连接栓连接注浆内管和注浆软管，泄压阀可以在注浆液注入重力室后释放出超出预定压强的重力室内空气，吊环可用于本发明装置的整体吊装作业。

所述钢管桩的顶部设有桩帽，桩帽的顶部设有系泊环，所述系泊环连接系泊缆。

工作原理：本发明装置在沉放施工前，先在预制场施工制作并最终形成一体化装置，通过吊环将本发明装置吊运至预定位置并将钢管桩打入海床土层，直至裙板完全插入海床、重力室底板置于海床表面，将注浆液由压浆机经注浆内管充注重力室，待注浆液无法继续加注，且压力达到预定压力值后停止注浆，牵引系泊缆实现本发明装置的锚固承载作用。

有益效果：本发明具有以下显著的进步：

(1)本发明装置在海床上的桩周设置有重力室，当桩基打设完毕后，可在重力室内部注入高重度可凝固注浆液，相比传统锚桩基础，本发明装置的重力室可以形成明显额外自重，从而有效加大了竖向抗拔承载力，形成全角度抵抗系泊缆荷载的能力；

(2)本发明装置重力室底部设置有裙带，施工时裙板插入海床土体，相比普通的重力式箱型基础，本发明装置可以进一步提升水平向拉拔承载性能，起到与增大锚桩桩径等效的作用，从而实现节省桩身材料或者提高安全储备；

(3)本发明装置所有部件均为预制件，可以在预制工厂一体成型，根据施工条件的不同，可以选择打设前注浆或者打设后注浆，具有较大的施工灵活性，重力室注浆压力可控并且桩基施工经验丰富，施工质量易于控制；

(4)本发明中钢管桩设置有桩盘、剪力键，相比传统的桩基础，本发明中钢管桩与重力室结合更加合理，桩基的受力可以经由桩盘、剪力键传递给重力室，可以形成有效的共同承载受力。

附图说明

图1为本发明的正面剖视图；

图2为本发明的A-A断面图；

图3为本发明的B-B断面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明包括系泊缆1、注浆软管2、桩帽3、泄压阀4、吊环5、连接栓6、侧壁7、注浆内管8、底板9、钢管桩10、顶板11、厚立板12、薄立板13、加强板14、桩盘15、输浆管16、转换盘17、系泊环18、剪力键19、压浆机20、压力表21和裙板22。如图1所示，侧壁7、底板9和顶板11共同组成圆柱形的重力室，顶板11和底板9采用钢制的圆形板件，侧壁7为圆环形，共同焊接形成圆柱形的重力室。其中，顶板11和底板9的中央预留有用于穿过钢管桩10的圆孔，重力室的底板9位于海床泥面上，底板9上设有桩盘15，桩盘15的中央设有与底板9对应的圆孔，钢管桩10从重力室的顶板11、桩盘15及底板9中央的圆孔穿过，贯穿整个重力室和桩盘15，并插入海床深处，其顶部超出顶板11的外侧，钢管桩10与充满注浆液的重力室共同抵抗钢管桩10顶部的系泊缆1荷载作用。

位于重力室内部的钢管桩10上设有若干排沿钢管桩10周向分布的剪力键19，重力室底板9的底部沿其周向焊接有裙板22，裙板22插入海床内，裙板22为圆环形钢板，断面为短边朝下的梯形，裙板22长边的外径与重力室侧壁7的外径一致，其边缘与侧壁7的最外侧对齐。重力室内设有四条注浆内管8，沿重力室底板9的周向间隔90°分布，注浆内管8沿着重力室的侧壁7、底板9、桩盘15布置，且内部开口靠近桩盘15与钢管桩10的连接处，注浆内管8与压浆机20连接。

如图2所示，重力室顶板11的顶部沿圆周嵌入有泄压阀4、连接栓6、吊环5，吊环5位于顶板11的最外侧，连接栓6位于泄压阀4和吊环5之间。泄压阀4沿圆周均匀布置4个，实现注浆液注入重力室后释放超出预定压强的重力室内空气，连接栓6沿圆周均匀布置4个，用于连接重力室外部的注浆软管2和重力室内部的注浆内管8，吊环5沿圆周均匀布置4个，用于本发明装置的整体吊装作业。四条注浆内管8均通过连接栓6与注浆软管2连接，四条注浆软管2的上端连接至转换盘17，转换盘17上部连接输浆管16，输浆管16连接至安装有压力表21的压浆机20，注浆液在压力作用下经由输浆管16、转换盘17、注浆软管2、连接栓6以及布置在重力室内部的注浆内管8，注满整个重力室。

如图3所示，重力室内部沿圆周焊接有钢制矩形的厚立板12和薄立板13，以实现重力室的结构强化，厚立板12沿圆周每90°布置一块，薄立板13均匀分布于每两块厚立板12之间，厚立板12及薄立板13的外侧面、顶面、底面分别焊接在重力室的侧壁7内侧、重力室顶板11底面、重力室底板9顶面。

钢管桩10穿过顶板11、桩盘15和底板9并进入海床深处，钢管桩10的外径与重顶板11、桩盘15及底板9的中央开孔直径一致并加以焊接，钢管桩10顶部焊接有圆盖形的钢制桩帽3，桩帽3内径与钢管桩10外径一致且顶板焊接有半圆环的系泊环18，系泊环18连接系泊缆1。钢管桩10在重力室内部段焊接有沿桩周分布的剪力键19和加强板14，剪力键19为钢制矩形块体，沿桩长设置多层，加强板14内侧壁与钢管桩10外壁焊接，底面与桩盘15焊接，桩盘15为圆环形钢板，内部开孔直径等于桩径，并且底面与重力室底板9的顶面焊接，剪力键19和桩盘15可以在重力室内部注浆液凝固后，使钢管桩10和重力室联合承受钢管桩10顶部的系泊缆1在全角度范围内的荷载作用，其注浆液为高重度可凝固材料。

使用时，先在预制场施工制作并最终形成一体化装置，通过吊环5将本发明装置吊运至预定位置，并将钢管桩10打入海床土层，直至裙板22完全插入海床，重力室底板9置于海床表面，将注浆液由压浆机20经注浆内管8充入重力室，待注浆液无法继续加注且压力达到预定压力值后停止注浆，牵引系泊缆1实现锚固承载作用。

Claims (7)

1.一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础，其特征在于，包括重力室和钢管桩，所述的重力室包括顶板、侧壁和底板，所述的底板位于海床泥面上，其上表面设有桩盘，底部设有裙板，所述的桩盘与钢管桩之间设有加强板，所述的钢管桩贯穿整个重力室和桩盘，并插入海床深处，其中，位于重力室内部的钢管桩上设有若干排沿钢管桩周向分布的剪力键，所述的重力室内部沿周向布置有厚立板，所述的厚立板间隔布置，厚立板之间分布有若干薄立板，重力室的底部焊接有环形裙板，所述的裙板插入海床内，重力室内设有注浆内管，所述的注浆内管与压浆机连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础，其特征在于，所述的钢管桩穿过顶板、桩盘和底板。

3.根据权利要求1所述的一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础，其特征在于，所述的厚立板间隔90°布置。

4.根据权利要求1所述的一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础，其特征在于，所述的注浆内管沿重力室的侧壁、底板与桩盘布置。

5.根据权利要求1所述的一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础，其特征在于，所述的注浆内管通过注浆软管、转换盘、输浆管与压浆机连接，所述的压浆机上连接有压力表。

6.根据权利要求1所述的一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础，其特征在于，所述重力室的顶板的上表面沿周向分布有泄压阀、连接栓和吊环，所述的连接栓连接注浆内管和注浆软管。

7.根据权利要求1所述的一种适用于中等水深的注浆式重力锚桩基础，其特征在于，所述钢管桩的顶部设有桩帽，桩帽的顶部设有系泊环，所述系泊环连接系泊缆。

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