CN113928477A - 重力贯入式深水锚及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重力贯入式深水锚及施工方法，包括锚体、安装在锚体上的锚固件，锚固件包括托盘、托板、撑杆；锚固件上开设有供托盘沿轴向移动的托盘通道，供锚缆安装的锚体通道、供撑杆放置的凹槽，锚缆下端穿过锚体通道并与托盘相连接；托盘套装在锚体下部并经托盘通道与之滑动配合，托板、凹槽均与托盘上侧圆周均布若干个，托板下端与托盘铰接，托板与撑杆一一对应设置，撑杆的上下端分别与锚体、托板铰接；在初始状态下，撑杆容置在锚体的凹槽之内，托板包围在锚体外周，本重力贯入式深水锚利用鱼雷锚的特点，将锚体安装入土，而后采取类似于法相承力锚安装时的拖拽方法，将托板嵌入土中，形成一个倒扣在土体中的锚体。

Description

重力贯入式深水锚及施工方法

技术领域

本发明涉及深部水下永久性锚泊领域，尤其涉及一种重力贯入式深水锚及施工方法。

背景技术

由于资源的紧缺，越来越多海洋平台转向深海，然而在深海使用固定式海洋平台却极其困难，所以采用浮式结构平台。这些浮式结构在服役期间，需要通过锚泊装置将其固定在某个位置。目前较为成熟的深水区锚泊装置包括：桶式吸力锚，法向承力锚、吸力贯入式板锚、鱼雷锚。

其中鱼雷锚依靠其安装快捷、成本低、无需额外能源等优点受到了较多的青睐。鱼雷锚原理是：在海床上方的预定高度处将其释放，依赖其自身重量和自由下落期间获得的动能贯入到海床沉淀物中。鱼雷锚施工相对简单，是一个快速且无额外能源消耗的过程，但承载比却非常低。鱼雷锚的受力截面小，在受到极端荷载时容易被拔出，可能引发严重的经济损失甚至是人员伤亡，难以满足大型海上浮式结构长期锚泊的需求。为了增加其锚固能力，通常采用加大锚体重量的方式，但这就导致了材料成本大幅提高，并且需要大型驳船进行运载和吊装，与鱼雷锚原本的自身优点相矛盾。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种重力贯入式深水锚及施工方法,解决现有鱼雷锚承载比低的难题。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种重力贯入式深水锚，包括锚体、安装在锚体上的锚固件；

所述锚固件包括托盘、托板、撑杆、连接构件；

所述锚固件上开设有供托盘沿轴向移动的托盘通道，供锚缆安装的锚体通道、供撑杆放置的凹槽，锚缆下端穿过锚体通道并与托盘相连接；

所述托盘套装在锚体下部并经托盘通道与之滑动配合，托板、凹槽均与托盘上侧圆周均布若干个，托板下端与托盘铰接，托板可绕托盘环向以一定角度旋转，托板与撑杆一一对应设置，撑杆的上下端分别与锚体、托板铰接；

所述连接构件设置在锚体上，用于将锚体和吊装缆相连；

在初始状态下，撑杆容置在锚体的凹槽之内，托板包围在锚体外周。

进一步的，托盘上设置有用于与锚缆相连的孔眼。

进一步的，所述撑杆的上下端分别与锚体上的卡扣A和托板上的卡扣B铰接；卡扣A位于凹槽上端，用于限制撑杆除绕卡扣A旋转之外的位移，卡扣B位于托板内侧，用于限制撑杆除绕卡扣B旋转之外的位移。

进一步的，相邻的托板之间设置有间隙，间隙内设置有土工膜，相邻的托板经土工膜相连接，在初始状态下，土工膜呈折叠状态；土工膜随着托板的展开能相应的张开，嵌入土体。

进一步的，所述锚体上于托盘通道上方开设有连通锚体通道的开口，锚体通道上端连接注浆管；锚缆回拉过程结束后，托盘上移使托板、土工膜完全展开，通过注浆管对锚体输送浆液，浆液从锚体开口涌出，于托板、土工膜与锚体之间形成注浆固结块体。

进一步的，所述间隙内于土工膜外侧设置有柔性钢丝，相邻的托板经柔性钢丝相连接，在初始状态下，柔性钢丝呈折叠状态；柔性钢丝随着托板的展开能相应的张开，对展开状态的土工膜进行承力加固。

进一步的，所述的连接构件设置在锚体通道、锚体顶部。

进一步的，所述锚体下端设置有锚头。

进一步的，所述锚体及锚体内填充金属铅。

进一步的，所述托板上端为尖端。

一种重力贯入式深水锚的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：将锚体与锚缆的一端相连，锚缆的另一端与驳船或者需要固定的海上浮式结构相连；

步骤二：通过设置于驳船或海上浮式结构上的吊装系统将锚体置于计划安装锚泊装置的海床上侧释放锚体，锚体连同锚缆的一端一同高速贯入海床；

步骤三：锚体贯入海床过程结束后，回拉锚缆，从而带动与锚缆相连的托盘沿锚体的托盘通道向上移动；托板在撑杆的作用下边向上移动边向外侧展开；托盘向上回拉至设计高度，托板完全展开，嵌入土体，重力贯入式深水锚安装完成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）结合了鱼雷锚和法相承力锚的特点，在提高承载力的同时也保证了安装的便捷性，锚体的安装过程没有其它拖拽型锚体安装时的深度损失，进一步加大了其承载能力；（2）锚体在贯入海床后对周围土体会产生一定的扰动，有利于回拉锚缆时托板和土工膜对于土体的嵌入；（3）锚体在贯入海床中其外围的托板和托板间隙中的土工膜保证了锚体内部的密封性，从而确保了托板通道的畅通，保证了在回拉锚缆的过程中托盘不会对锚主体产生拉拔荷载；（4）锚缆回拉值根据预先设计的托盘通道确定，在回拉结束时，托盘上部刚好处于与锚主体处于接触状态，保证了锚泊体在后期的服役过程中可以将受到的荷载同时传递给锚主体和托板以及土工膜；（5）撑杆不仅起到了促使托板向外展开的作用，还对托板承受荷载时起到了加固作用，保证了其承载能力。（6）设计开口进行注浆操作的设计，即加强了锚体结构的强度，也提高了锚体的自重，进一步加大了锚体的承载能力。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为锚体预备下方的示意图。

图2为锚体下方嵌入土地后的示意图。

图3为锚体初始状态图。

图4为锚体去除托板之后初始状态图。

图5为单个托板半展开图。

图6为单个托板全展开图。

图7为托盘的结构示意图。

图8为托板全展开图。

图9为托板全展开正视图。

图10为托板全展开俯视图。

图11为锚体上带开口的实例图。

图12为锚体上带开口实例注浆图。

图中：1-锚体、2-安装完成后深水锚泊体、3-锚缆、4-吊装缆、5-驳船或浮式结构、6-锚缆回拉系统、7-吊装系统、8-托板、9-托板与托盘之间的铰接装置、10-间隙、11-托盘、12-锚头、13-卡扣A、14-撑杆、15-凹槽、16-托盘通道、17-卡扣B、18-锚体通道、19-孔眼、20-土工膜、21-开口、22-注浆固结块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-12所示：

实施例一：

一种重力贯入式深水锚，包括锚体1、安装在锚体上的锚固件；

所述锚固件包括托盘11、托板8、撑杆14、连接构件；

所述锚固件上开设有供托盘沿轴向移动的托盘通道16，供锚缆2安装的锚体通道18、供撑杆放置沿轴向设置的凹槽15，锚缆下端穿过锚体通道并与托盘相连接；

所述托盘套装在锚体下部并经托盘通道与之滑动配合，托板、凹槽均与托盘上侧圆周均布若干个，托板下端与托盘铰接，托板可绕托盘环向以一定角度旋转，托板与撑杆一一对应设置，撑杆的上下端分别与锚体、托板铰接；

所述连接构件设置在锚体上，用于将锚体和吊装缆4相连；

在初始状态下，撑杆容置在锚体的凹槽之内，托板包围在锚体外周；

锚固件冲入海床后，锚缆逐步回拉，带动托盘在沿托盘通道移动，托盘通道带动托板移动，托板因撑杆和撑杆两端铰接处的约束逐步向外展开并上升；当托盘走完托盘通道时，锚缆回拉结束，托板完全展开锚体安装完成。

在本实施例中，在本实施例中，托盘上设置有用于与锚缆相连的孔眼19，托盘的一种实施结构中，托盘包括环体及安装在环体内中部的导向滑块体，孔眼安装在导向滑块体上，导向滑块体设置在托盘通道内，环体套设在锚体外，环体上的铰接托板。

在本实施例中，所述撑杆的上下端分别与锚体上的卡扣A13和托板上的卡扣B17铰接；卡扣A位于凹槽上端，用于限制撑杆除绕卡扣A旋转之外的位移，卡扣B位于托板内侧，用于限制撑杆除绕卡扣B旋转之外的位移。

在本实施例中，所述的连接构件设置在锚体通道、锚体顶部或锚体上其他合理的部位，只需使锚体垂吊于预设的位置即可。

在本实施例中，所述锚体下端设置有锚头12，锚头呈圆锥形或椭球形，用于挤推土体，加大锚体的贯入深度。

在本实施例中，所述锚体及锚体内填充金属铅，在增加锚体质量的同时也确保了锚体水动力中心位于重力中心之上，质量的增加提高了贯入深度，水动力中心位于重力中心之上则保证了锚体下落时的稳定性。

在本实施例中，所述托板上端为尖端，利于锚缆在回拉过程中托板嵌入土体。

一种重力贯入式深水锚的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：将锚体与锚缆的一端相连，锚缆的另一端与驳船或者需要固定的海上浮式结构5相连；

步骤二：通过设置于驳船或海上浮式结构上的吊装系统7将锚体置于计划安装锚泊装置的海床上侧释放锚体，锚体连同锚缆的一端一同高速贯入海床；

步骤三：锚体贯入海床过程结束后，回拉锚缆，从而带动与锚缆相连的托盘沿锚体的托盘通道向上移动；托板在撑杆的作用下边向上移动边向外侧展开；托盘向上回拉至设计高度，托板完全展开，嵌入土体，重力贯入式深水锚安装完成。

实施例二：

为进一步加固锚体，在实施例一的基础上，相邻的托板之间设置有间隙10，间隙内设置有土工膜20，相邻的托板经土工膜相连接，在初始状态下，土工膜呈折叠状态；土工膜随着托板的展开能相应的张开，嵌入土体。

在本实施例中，所述间隙内于土工膜外侧设置有柔性钢丝，相邻的托板经柔性钢丝相连接，在初始状态下，柔性钢丝呈折叠状态；柔性钢丝随着托板的展开能相应的张开，对展开状态的土工膜进行承力加固。

在本实施例中，可在锚体上于托盘通道上方开设有连通锚体通道的开口21，锚体通道上端连接注浆管；锚缆回拉过程结束后，托盘上移使托板、土工膜完全展开，通过注浆管对锚体输送浆液，浆液从锚体开口涌出，于托板、土工膜与锚体之间形成注浆固结块体，当步骤三施工结束后，重力贯入式深水锚安装完，通过注浆管对锚体输送浆液，浆液从锚体开口涌出，于托板、土工膜与锚体之间形成注浆固结块体22，浆液固化后与托板、土工膜和圆柱状锚主体紧密贴合，共同形成深水锚体，对锚固的锚体进行加固。

本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重力贯入式深水锚，其特征在于：包括锚体、安装在锚体上的锚固件；

所述锚固件包括托盘、托板、撑杆、连接构件；

所述锚固件上开设有供托盘沿轴向移动的托盘通道，供锚缆安装的锚体通道、供撑杆放置的凹槽，锚缆下端穿过锚体通道并与托盘相连接；

所述托盘套装在锚体下部并经托盘通道与之滑动配合，托板、凹槽均与托盘上侧圆周均布若干个，托板下端与托盘铰接，托板与撑杆一一对应设置，撑杆的上下端分别与锚体、托板铰接；

所述连接构件设置在锚体上，用于将锚体和吊装缆相连；

在初始状态下，撑杆容置在锚体的凹槽之内，托板包围在锚体外周。

2.根据权利要求1所述的重力贯入式深水锚，其特征在于：托盘上设置有用于与锚缆相连的孔眼。

3.根据权利要求1所述的重力贯入式深水锚，其特征在于：所述撑杆的上下端分别与锚体上的卡扣A和托板上的卡扣B铰接；卡扣A位于凹槽上端，用于限制撑杆除绕卡扣A旋转之外的位移，卡扣B位于托板内侧，用于限制撑杆除绕卡扣B旋转之外的位移。

4.根据权利要求1所述的重力贯入式深水锚，其特征在于：相邻的托板之间设置有间隙，间隙内设置有土工膜，相邻的托板经土工膜相连接，在初始状态下，土工膜呈折叠状态；土工膜随着托板的展开能相应的张开，嵌入土体。

5.根据权利要求3所述的重力贯入式深水锚，其特征在于：所述锚体上于托盘通道上方开设有连通锚体通道的开口，锚体通道上端连接注浆管；锚缆回拉过程结束后，托盘上移使托板、土工膜完全展开，通过注浆管对锚体输送浆液，浆液从锚体开口涌出，于托板、土工膜与锚体之间形成注浆固结块体。

6.根据权利要求3所述的重力贯入式深水锚，其特征在于：所述间隙内于土工膜外侧设置有柔性钢丝，相邻的托板经柔性钢丝相连接，在初始状态下，柔性钢丝呈折叠状态；柔性钢丝随着托板的展开能相应的张开，对展开状态的土工膜进行承力加固。

7.根据权利要求1所述的重力贯入式深水锚，其特征在于：所述锚体下端设置有锚头。

8.根据权利要求7所述的重力贯入式深水锚，其特征在于：所述锚体及锚体内填充金属铅。

9.根据权利要求1所述的重力贯入式深水锚，其特征在于：所述托板上端为尖端。

10.一种重力贯入式深水锚的施工方法，采用如权利要求1所述的重力贯入式深水锚，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将锚体与锚缆的一端相连，锚缆的另一端与驳船或者需要固定的海上浮式结构相连；

步骤二：通过设置于驳船或海上浮式结构上的吊装系统将锚体置于计划安装锚泊装置的海床上侧释放锚体，锚体连同锚缆的一端一同高速贯入海床；

步骤三：锚体贯入海床过程结束后，回拉锚缆，从而带动与锚缆相连的托盘沿锚体的托盘通道向上移动；托板在撑杆的作用下边向上移动边向外侧展开；托盘向上回拉至设计高度，托板完全展开，嵌入土体，重力贯入式深水锚安装完成。

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