CN110172998B - 一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚，包括重力式吸力锚、L型裙板、螺旋锚。本装置所采用的重力式吸力锚由吸力锚顶板和吸力锚筒体壁组成，同时采用混凝土压块在吸力锚自重贯入阶段更快的达到预估设定位置。之后，L型裙板通过吊耳起吊至吸力锚外侧并采用裙板固定螺栓将L型裙板和吸力锚相连接。螺旋锚杆穿过L型裙板上预制的裙板孔眼贯入海床深处，将混凝土通过裙板孔眼灌浆至因螺旋锚杆插入而松动的海床土体区域，待混凝土凝固后形成混凝土加强区。本发明中通过将注浆螺旋锚和裙边锚与重力式吸力锚相组合，提高了吸力锚竖向、水平承载力和抗倾覆承载力，同时提升了吸力锚的安全性能和工程使用性能。

Description

一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚

技术领域

本发明涉及一种组合式吸力锚，特别涉及一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚。

背景技术

随着全球能源日益短缺，开发利用新能源已受到世界各国的广泛重视，其中海洋风能作为一种新型无污染、可再生的绿色能源，对全球的社会的可持续发展有着重要意义，因此海上风电如雨后春笋般快速发展，吸力锚作为海洋基础形式有着适应多种海洋环境的特点。

吸力锚具有施工简单、安全可靠、可重复利用的特点，与传统的结构桩、重力锚、链锚相比，有着更好的经济特性。但在实际工程中，吸力锚在承受较大的竖向拉拔力和水平作用力时经常出现吸力锚失效的现象。因此，吸力锚的改进工作也一直有学者长期从事。

相关研究现状如下所示：

(1)申请号为201810382104的中国专利介绍了一种深海内环式海底吸力锚及其安装方法，该吸力锚包括吸力主桶，所述吸力主桶为底部敞开，顶端封闭的桶型结构，吸力主桶内壁沿轴向等间距布置若干空心环形凸起，吸力主桶内壁与空心环形凸起的侧壁形成倒钩状结构，吸力主桶的顶部中心和顶部边缘布置排水孔。但该专利并没有实质上的提高吸力锚的抗倾覆承载力。

(2)申请号为201820207173.4的中国专利介绍了一种防土塞吸力锚，包括吸力锚主体，吸力锚主体侧壁周围均匀分布有侧向翼筒，但该专利主筒与多个侧筒连接为一体后整体性不强，难以作为整体发挥承载力。

(3)申请号为201820206382.7的中国专利介绍了一种新型吸力锚，包括锚筒外壳、顶板、负压泵接口，采用弧板将三个锚筒形成整体，能够提高吸力锚的抗拔承载力。但该专利在抗倾覆承载力方面并没有提高。

(4)申请号为201711253347.7的中国专利介绍了一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，包括顶面封闭、下端开口的锚筒，锚筒顶端的旋转动力筒，该专利明显减小吸力锚下贯阻力，但该专利安装困难且由于旋转安装对土体扰动过大降低土体承载力。

(5)申请号为201711253348.1的中国专利介绍了可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，包括顶面封闭、下端开口的锚筒，锚筒的顶端设有排水孔，排水孔与潜水泵Ⅰ连接，将吸力、旋转相结合减小了下贯阻力，提高了安装效率，但该专利未能提高吸力锚在面对锚链斜上方拉拽时的抗倾覆承载力。

(6)申请号为201720217185.0的中国专利介绍了一种新型海底裙式吸力锚，包括同中心轴的吸力主桶、双裙式结构和环形凹槽，双裙式结构是由双层裙边即外裙边和内裙边环绕在吸力主桶外围的圆筒形结构，但该专利的裙式结构对于承载力的发挥作用不大。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，提出了一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚。该组合式吸力锚在传统吸力锚安装安成后，采用高强度螺栓将注浆螺旋锚和裙边锚与重力式吸力锚相组合，从而大大提高了吸力锚整体的竖向、水平承载力和抗倾覆承载力，同时提升了吸力锚的安全性能和工程使用性能。

本发明采取以下技术方案：

一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚，包括重力式吸力锚、L型裙板、螺旋锚；

所述的重力式吸力锚上端封闭，下端开口，包括吸力锚顶板和吸力锚筒体壁，所述的吸力锚筒体壁与吸力锚顶板之间形成凹槽，凹槽内有混凝土压块，采用混凝土压块在吸力锚自重贯入阶段能够更快的达到设定位置；所述的吸力锚顶板上还设置有吸力锚负压孔，所述的吸力锚负压孔上端设置有吸力锚锚眼；

所述的L型裙板为环形，其上部设置有对称的裙板吊耳，所述的L型裙板可通过裙板吊耳起吊至吸力锚外侧并与吸力锚连接，所述L型裙板下部还设置有多排裙边锚，用于提高吸力锚的水平向承载能力和抗拔承载力；

所述的螺旋锚包括螺旋锚杆以及设置于螺旋锚杆顶端的止旋板，所述的螺旋锚杆通过L型裙板上设置的裙板孔眼竖向旋转安装贯入海床深处，直至止旋板与L形裙板接触，将混凝土通过裙板孔眼灌浆至因螺旋锚杆插入而松动的海床土体区域，待混凝土凝固后形成高强度的混凝土抗拔区。重力式吸力锚、螺旋锚杆以及裙边锚共同提供竖向承载力、水平承载力和抗倾覆承载力。

上述技术方案中，优选的，所述的吸力锚顶板上还设置有吊耳，吊耳上方设置有竖直通道，在安装的过程中悬挂吊耳的钢索竖向穿过竖直通道保证吸力锚在安装过程中始终保持竖直。

优选的，所述的吸力锚和L型裙板之间采用高强度螺栓(螺栓性能等级大于等于9.8级)固定连接，以提高吸力锚整体的竖向承载力和侧向抗倾覆能力。

优选的，所述的L形裙板的端部设置有防冲刷边坡，避免吸力锚在工作过程中承受过大的横向作用力。

优选的，所述的吸力锚顶板和吸力锚筒体壁通过顶板筒体连接件连接为整体，所述的顶板筒体连接件共四个，沿吸力锚周围环向均匀分布，位于吊耳的下方。

优选的，所述的混凝土压是在整个吸力锚顶板和吸力锚筒体壁安装完成后浇筑形成，用于吸力锚通过自重贯入时能够更快的到达指定位置。

优选的，所述的螺旋锚共八个，沿L形裙板环向均匀分布。

本发明装置的整个吸力锚装置安装过程分为三个阶段：第一阶段，重力式吸力锚装置通过自重安装以及吸力安装至指定深度；第二阶段，将L型裙板以及吸力锚通过螺栓固定相连接；第三阶段，螺旋锚杆安装并灌浆固定形成抗拔加强区域。安装过程具体包括以下步骤：

(1)吸力锚安装的第一个阶段，通过吸力锚自重以及混凝土压块进行贯入安装。之后再通过吸力锚负压孔施加负压，直至吸力锚到达指定安装位置。同时，混凝土压块在吸力锚受到竖向拉拔力时能够起到抗拉拔的作用，提高了吸力锚在使用过程中的安全性能。

(2)吸力锚第二个安装阶段，通过裙板吊耳移动安装的环形L型裙板套在吸力锚筒体的外部并覆在海床表面上。之后，采用高强度螺栓将吸力锚和环形L型锚板连接固定在一起。

(3)吸力锚的第三个安装阶段，将螺旋锚杆通过预先设置的裙板孔眼，螺旋锚杆竖向旋转安装贯入海床土体中，直至止旋板与锚板接触。之后混凝土通过裙板孔眼进行灌浆，逐渐充满整个灌浆区，混凝土在因锚杆贯入而形成裂隙的土体中形成混凝土加强区，大大提高了吸力锚整体的抗拔承载力。此外，螺旋锚杆与L形裙板通过裙板孔眼内浇灌的混凝土固结而连接，保持一体性。

本发明具有以下优点：

1.本发明装置中吸力锚上部增加混凝土压块，保障吸力锚在以往自重贯入的过程中可以更加快速的贯入海床内部。

2.本发明装置中的L型裙板与吸力锚采用高强度螺栓固定连接形成一个整体，共同承担外力作用。在本发明受到水平外力作用时，更不易产生偏斜。

3.在本发明装置中，将混凝土浇灌至螺旋锚杆插入区域形成加强区，加强区能够显著提高吸力锚的抗拉承载力。

附图说明

图1为本发明的组合式吸力锚安装第一阶段；

图2为本发明的组合式吸力锚安装第二阶段；

图3为本发明的组合式吸力锚安装第三阶段；

图4为本发明的组合式吸力锚的俯视图；

图5为本发明的组合式吸力锚螺旋锚杆加强区细部图；

其中，1为吸力锚筒体壁、2为吊耳、3为竖直通道、4为混凝土压块、5为吸力锚负压孔、6为L型裙板、7为裙板孔眼、8为高强度螺栓、9为混凝土加强区、10为螺旋锚、11为止旋板、12为螺旋锚杆、13为吸力锚顶板、14为顶板筒体连接件、15为裙边锚、16为防冲刷边坡、17为裙板吊耳、18为灌浆固定孔、19为吸力锚锚眼。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的说明：

一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚，包括重力式吸力锚、L型裙板6、螺旋锚10。

重力式吸力锚由吸力锚顶板13和吸力锚筒体壁1组成，同时采用混凝土压块4在吸力锚自重贯入阶段更快的达到预估设定位置。之后，L型裙板6通过裙板吊耳17起吊至吸力锚外侧并采用裙板固定螺栓将L型裙板6和吸力锚相连接。螺旋锚杆12穿过L型裙板6上预制的裙板孔眼7贯入海床深处，将混凝土通过裙板孔眼7灌浆至因螺旋锚杆12插入而松动的海床土体区域，待混凝土凝固后形成高强度的混凝土抗拔区。重力式吸力锚、螺旋锚杆12以及裙边锚15共同提供竖向承载力、水平承载力和抗倾覆承载力。

具体的，如图1-5所示，一种具体实施例如下：

整个吸力锚装置安装过程分为三个阶段：第一阶段，吸力锚装置通过自重安装以及吸力安装至指定深度；第二阶段，将L型裙板6以及吸力锚通过高强度螺栓8固定连接；第三阶段，螺旋锚杆12安装并灌浆固定形成抗拔加强区域。

吸力锚安装的第一阶段，通过吸力锚自重以及混凝土压块4进行贯入安装。同时在安装的过程中悬挂吊耳2的钢索竖向穿过竖直通道3保证吸力锚在安装过程中始终保持竖直。之后再通过吸力锚负压孔5施加负压，直至吸力锚到达指定安装位置。

吸力锚第二安装阶段，通过裙板吊耳17移动安装的环形L型裙板6套在吸力锚筒体壁1的外部并覆在海床表面上。之后，采用高强度螺栓8将吸力锚和环形L型裙板6连接固定在一起，以提高吸力锚整体的竖向承载力和侧向抗倾覆能力。L形裙板6的端部设置防冲刷边坡16，避免吸力锚在工作过程中承受过大的横向作用力。此外，多排环形裙边锚15的设置可以提高吸力锚的水平向承载能力和抗拔承载力。

吸力锚的第三安装阶段，将螺旋锚杆12通过预先设置的裙板孔眼7竖向旋转安装贯入海床土体中，直至止旋板11与L形裙板6接触。之后将混凝土通过裙板孔眼7进行灌浆，直至混凝土充满整个灌浆区，混凝土在因螺旋锚杆12贯入而形成裂隙的土体中形成混凝土加强区9，大大提高了吸力锚整体的抗拔承载力。此外，螺旋锚杆12与L形裙板6通过裙板孔眼7内浇灌的混凝土固结而连接，保持一体性。

吸力锚本身整体由两部分组成：吸力锚顶板13以及吸力锚筒体壁1，并通过顶板筒体连接件14将两部分连接在一起形成整体。顶板筒体连接件14共四个，沿吸力锚周围环向均匀分布，位于吸力锚吊耳2的下方。螺旋锚10共八个，沿L形裙板6环向均匀分布。

混凝土压块4是在整个吸力锚顶板13和吸力锚筒体壁1安装完成后浇筑形成，用于在吸力锚通过自重贯入时能够更快的到达指定位置。同时，混凝土压块4在吸力锚受到竖向拉拔力时能够起到抗拉拔的作用，提高了吸力锚在使用过程中的安全性能。

下面以在软黏土中贯入本吸力锚为例，简述采用本发明上述实施例装置的一种具体试验过程：

1.通过吊耳2将吸力锚吊至指定安装位置，在自重和混凝土压块4作用下贯入海床，之后通过吸力锚负压孔5向吸力锚内部施加负压，使吸力锚安装至指定深度。

2.L形裙板6安装至吸力锚的外侧，并通过高强度螺栓8将吸力锚和L形裙板6固定连接。

3.螺旋锚杆穿过L形裙板6上预留的裙板孔眼7，并旋转安装贯入海床土体，在贯入过程中保持竖直，直至止旋板11与L形裙板6接触时停止旋入。

4.混凝土通过裙板孔眼7浇灌至螺旋锚杆12插入时形成的区域，使螺旋锚杆12与L形裙板6固定形成整体吸力锚，养护过后形成混凝土加强区9，共同承担外力。

Claims (7)

1.一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚，其特征在于：包括重力式吸力锚、L型裙板(6)和螺旋锚(10)；

所述的重力式吸力锚上端封闭，下端开口，包括吸力锚顶板(13)和吸力锚筒体壁(1)，所述的吸力锚筒体壁(1)与吸力锚顶板(13)之间形成凹槽，凹槽内有混凝土压块(4)；所述的吸力锚顶板(13)上还设置有吸力锚负压孔(5)，所述的吸力锚负压孔(5)上端设置有吸力锚锚眼(19)；

所述的L型裙板(6)为环形，其上部设置有对称的裙板吊耳(17)，所述的裙板吊耳(17)用于起吊L型裙板(6)至吸力锚外侧并与吸力锚连接，所述L型裙板(6)下部还设置有多排裙边锚(15)，用于提高吸力锚的水平向承载能力和抗拔承载力；

所述的螺旋锚(10)包括螺旋锚杆(12)以及设置于螺旋锚杆(12)顶端的止旋板(11)，所述的螺旋锚杆(12)通过L型裙板上设置的裙板孔眼(7)竖向旋转安装贯入海床土体中，直至止旋板(11)与L型 裙板(6)接触，并通过裙板孔眼(7)浇筑混凝土从而形成混凝土加强区(9)。

2.根据权利要求1所述的一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚，其特征在于：所述的吸力锚顶板(13)上还设置有吊耳(2)，吊耳(2)上方设置有竖直通道(3)，用于保证吸力锚在安装过程中始终保持竖直。

3.根据权利要求1所述的一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚，其特征在于：所述的吸力锚和L型裙板(6)之间采用高强度螺栓(8)固定连接，所述的高强度螺栓(8)的螺栓性能等级大于等于9.8级。

4.根据权利要求1所述的一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚，其特征在于：所述的L型 裙板(6)的端部设置有防冲刷边坡(16)。

5.根据权利要求1所述的一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚，其特征在于：所述的吸力锚顶板(13)和吸力锚筒体壁(1)通过顶板筒体连接件(14)连接为整体，所述的顶板筒体连接件(14)共四个，沿吸力锚周围环向均匀分布，位于吊耳(2)的下方。

6.根据权利要求1所述的一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚，其特征在于：所述的混凝土压块(4)是在整个吸力锚顶板(13)和吸力锚筒体壁(1)安装完成后浇筑形成，用于吸力锚通过自重贯入时能够更快的到达指定位置。

7.根据权利要求1所述的一种采用注浆螺旋锚加固的组合式吸力锚，其特征在于：所述的螺旋锚(10)共八个，沿L型 裙板(6)环向均匀分布。

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