CN111254971A - 一种基于双桶吸力贯入的锚泊基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双桶吸力贯入的锚泊基础及其施工方法，包括两块半圆形板，每块半圆形板内壁靠近底部具有托住桶形基础底部的底托，每块半圆形板沿直径方向的两端外侧设有平板，每块平板内表面上具有与之垂直的锚柄，锚柄端部设有套孔；还包括设置于两块半圆形板之间的中部连接板，中部连接板中上部设置系泊孔，两块半圆形板转动连接，通过组装锚泊基础、桶形基础依靠自重下沉接触海床、灌入设计深度、移除桶形基础、张拉锚链使锚泊基础达到设计要求。本发明施工方便，实用性强，贯入海床后，通过张拉锚链使两个组合结构旋转至最大幅度时两个组合结构底部发生抵触形成闭口形状，沿锚链方向能兜住较大面积的海床土体，具有较大的抗拔承载力。

Description

一种基于双桶吸力贯入的锚泊基础及其施工方法

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，具体是一种基于双桶吸力贯入的锚泊基础及其施工方法。

背景技术

桶形基础为底端开口、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***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。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(embeddedsuctionanchor)与吸力贯入式平板锚(Suctionembeddedplateanchor)。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。

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，提供一种基于双桶吸力贯入的锚泊基础及其施工方法，其由中部连接板把两个相同的半圆形板与平板构成的组合结构联合而成，整体呈双向对称结构，利用两个桶形基础锚泊基础贯入海床，在锚链的上拉作用下两个组合结构发生旋转，使沿锚链方向能兜住较大面积的海床土体，具有较大的抗拔承载力。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于：包括两块对称分布的与桶形基础相配合的半圆形板，每块半圆形板内壁靠近底部具有托住桶形基础底部的底托，每块半圆形板沿直径方向的两端外侧设有平板，每块平板内表面上具有与之垂直的锚柄，锚柄端部设有套孔；

还包括设置于两块半圆形板之间的中部连接板，中部连接板中上部设置系泊孔，中部连接板两端分别具有与两侧半圆形板上锚柄套孔相配合的旋转轴；

所述的两块半圆形板通过两侧锚柄上的套孔套装于端板外的旋转轴上，两块半圆形板可绕各自的旋转轴发生旋转。

所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于：所述的半圆形板内径大于桶形基础外径，底托内径小于桶形基础外径。

所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于，所述中部连接板为梯形状的钢板，每块中部连接板两端连接有与之垂直的端板，每块端板外壁对称设置有两个与两侧半圆形板上锚柄套孔相配合的旋转轴。

所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于，所述的锚柄为等腰三角形板，底边焊接固定于半圆形板与平板连接处的下部，顶角加工呈圆弧状，靠近顶角处加工有套孔。

所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于：所述的两块半圆形板向下旋转至最大幅度时，相对的锚柄的下边缘、相对的平板下边缘、两个半圆形板的下边缘将同时发生相互接触。

所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于：所述的桶形基础数量为两个，两个桶形基础之间通过连接板连接，桶形基础外壁同一高度处均匀设置多个开口向下的卡口，桶形基础安装后卡口扣合于半圆形板上边缘；桶形基础底部与底托上端面平整接触。

一种利用基于双桶吸力贯入的锚泊基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、组装锚泊基础：

把桶形基础套入锚泊基础中，桶形基础安装后卡口扣合于半圆形板上边缘；桶形基础底部与底托上端面平整接触，锚链系泊在系泊孔上；并采用一些辅助措施与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；

(2)、桶形基础依靠自重下沉接触海床：

基于施工绳索起吊桶形基础，使其进入海水中并处于铅锤状态，逐渐下放桶形基础，使其在自重作用下下沉接触海床并压入海床；

(3)、抽取负压使桶形基础贯入海床至设计深度：

桶形基础的顶部设置有进出水或气阀，把连接管与进出水或气阀固定相连，通过连接管抽出桶形基础内部的空气，形成内外压力差，把桶形基础贯入至海床土体中，最终桶形基础底部锚泊基础被压入海床土体至设计深度；

(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的连接，通过连接管对桶形基础内部充气，使桶形基础上浮，使锚泊基础脱离桶形基础，最终起吊、移除桶形基础，锚泊基础在海床土体中；

(5)、张拉锚链使锚泊基础达到设计要求：

通过对锚链施加竖直向上的拉力使两个组合结构基于旋转轴发生旋转，直至施加的拉力达到设计值时，完成锚泊基础的施工。

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两个相同的组合结构组装而成，施工时半圆形板包围在桶形基础的外侧，整体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贯入海床后，通过张拉锚链使两个组合结构发生相对旋转，旋转至最大幅度时两个组合结构底部发生相互抵触形成闭口形状，使沿锚链方向能兜住较大面积的海床土体，从而具有较大的抗拔承载力。

3、所提锚泊基础结构简单、制作方便，成本较低。

附图说明

图1为本发明的俯视图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明的三维示意图。

图4为本发明的旋转体详图。

图5为本发明的中部连接板详图。

图6为本发明的旋转示意图。

图7为本发明施工时使用的双桶基础示意图。

图8为本发明与双桶基础组装示意图。

图9为本发明依靠自重下沉接触海床结构示意图。

图10为本发明在负压吸力作用下贯入海床结构示意图。

图11为本发明桶形基础移除后的姿态示意图。

图12为本发明在向上张拉锚链时发生旋转的示意图。

附图标记说明：1、半圆形板；2、平板；3、锚柄；4、中部连接板；5、套孔；6、底托；7、旋转轴；8、系泊孔；9、桶形基础；10、卡口；11、施工绳索； 12、锚链；A、海床面。

具体实施方式

如图1-图12所示，一种基于双桶吸力贯入的锚泊基础，包括半圆形板1、平板2、中部连接板4；半圆形板1沿直径方向的两端外侧焊接有平板2，半圆形板1与平板2连接处的下部焊接有与平板2垂直的锚柄3，锚柄3的端部设置有套孔5；锚柄3向上倾斜，半圆形板1与平板2上的位于两个锚柄3下边缘组成的斜面以下的部分被切除；半圆形板1底部切除后剩余的水平底端内弧面设置有向内突出的底托6；中部连接板4为一梯形状钢板两端垂直焊接端板而成，梯形状钢板的中上部设置系泊孔8，两端板的外侧平行的焊接两旋转轴7；旋转轴 7的外径小于套孔5的内径，两个相同的半圆形板1与平板2焊接而成的组合结构基于锚柄3上的套孔5套入中部连接板4两侧的旋转轴7后，两个组合结构可绕各自的旋转轴7发生旋转。

图1～图3给出了所提锚泊基础的效果图，锚泊基础呈双向对称形状。

半圆形板1沿直径方向的两端外侧焊接有平板2，半圆形板1与平板2的上端面平齐。半圆形板1与平板2连接处的下部焊接有与平板2垂直的锚柄3，锚柄3相当于位于半圆形板1的切线方向。锚柄3向上倾斜，半圆形板1与平板2 上的位于两个锚柄3下边缘组成的斜面以下的部分被切除，可见锚柄3、半圆形板1、平板2的下边缘位于同一斜面上，如图2所示。半圆形板1底部切除后剩余的水平底端内弧面设置有向内突出的底托6，施工时桶形基础底部压在底托6 上，便于把锚泊基础贯入海床中。

中部连接板4为一梯形状钢板两端垂直焊接端板而成，梯形状钢板的中上部设置系泊孔8，两端板的外侧平行的焊接两旋转轴7，如图5所示。两个相同的半圆形板1与平板2焊接而成的组合结构基于锚柄3上的套孔5套入中部连接板 4两侧的旋转轴7后，两个组合结构可绕各自的旋转轴7发生旋转，旋转时两个组合结构的锚柄3不会发生相互碰撞，如图6所示。

两个相同的组合结构基于锚柄3上的套孔5可绕各自的旋转轴7发生旋转，当两个组合结构向下旋转至最大幅度时，两个组合结构的同侧锚柄3的下部边缘、同侧平板2下部边缘、两个半圆形板1的下部部分边缘将同时发生相互接触，如图12所示。

本发明使用两个相同的桶形基础9进行施工，两个桶形基础9中间通过连接板焊接固定，桶形基础9中下部外侧同一高度处均匀设置多个开口向下的卡口 10，如如7所示。桶形基础9的外径略小于半圆形板1的内径；半圆形板1底部的底托6呈圆环形分布，底托6的内径与桶形基础9的内径相等；当锚泊基础上的两个半圆形板1分别套在两个桶形基础9的外侧且桶形基础9的底部与底托6 平整接触时，半圆形板1的上边缘正好卡入桶形基础9中下部的卡口10中，如图8所示。

本发明施工时，锚链12系泊在系泊孔8上，桶形基础9轴向下端压在半圆形板1底端的底托6上，半圆形板1的上边缘卡在卡口10中，依靠桶形基础9 把锚泊基础贯入至海床设计深度，然后移除桶形基础9，再通过对锚链12垂直向上施加拉力使两个组合结构绕旋转轴7发生相对旋转，直至施加的拉力达到设计值时，完成锚泊基础的施工。

一种利用基于双桶吸力贯入的锚泊基础的施工方法，包括如下步骤：

(1)、组装锚泊基础：

把锚泊基础套入桶形基础9的底部外侧，两个半圆形板1相应的包围在两个桶形基础9的外侧，桶形基础9的轴向下端压在半圆形板1底端的底托6上，半圆形板1的上边缘卡在卡口10中，如图8所示。锚链12系泊在系泊孔8上。

需采用一些辅助措施与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，但现有公知技术完全可现实该操作，此处不再详细描述。

桶形基础也称吸力桩(suctionpile)，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***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。

(2)、桶形基础依靠自重下沉接触海床：

基于施工绳索11起吊桶形基础9，使其进入海水中并处于铅锤状态，逐渐下放桶形基础9，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9 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9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9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。

锚泊基础在底托6与卡口10的协助下依靠桶形基础9贯入海床。

所提的锚泊基础施工时半圆形板包围在桶形基础的外侧，整体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。

(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9的连接，通过连接管对桶形基础9内部充气，使桶形基础9逐渐上浮，使锚泊基础脱离桶形基础9，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12施加竖直向上的拉力使两个组合结构基于旋转轴7发生旋转，直至施加的拉力达到设计值时，完成锚泊基础的施工，如图12所示。

张拉锚链使两个组合结构发生相对旋转，旋转至最大幅度时两个组合结构底部发生相互抵触形成闭口形状，使沿锚链方向能兜住较大面积的海床土体，从而具有较大的抗拔承载力。

本发明结构简单、制作方便，成本较低。

上述提及的“外侧”、“下部”、“向上”、“水平”、“底端”、“向内”、“上端面”等方位词，是基于本发明施工时的姿态来确定的。施工时本发明固定、连接在桶形基础的底部，且处于铅锤状态逐步贯入海床中，如图9与图10所示。在此姿态下，“底部”即为沿铅锤线方向的最下方。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。

附图中仅展示了组合结构的部分形状及部分连接方式的情况，按照所提思路，可以改变半圆形板、平板、中部连接板的形状、相互的组装方式，或增设其它辅助构件，形成其他相关类型的可发生旋转的吸力贯入式锚泊基础，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 (7)

1.一种基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于：包括两块对称分布的与桶形基础相配合的半圆形板，每块半圆形板内壁靠近底部具有托住桶形基础底部的底托，每块半圆形板沿直径方向的两端外侧设有平板，每块平板内表面上具有与之垂直的锚柄，锚柄端部设有套孔；

还包括设置于两块半圆形板之间的中部连接板，中部连接板中上部设置系泊孔，中部连接板两端分别具有与两侧半圆形板上锚柄套孔相配合的旋转轴；

所述的两块半圆形板通过两侧锚柄上的套孔套装于端板外的旋转轴上，两块半圆形板可绕各自的旋转轴发生旋转。

2.根据权利要求1所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于：所述的半圆形板内径大于桶形基础外径，底托内径小于桶形基础外径。

3.根据权利要求1所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于，所述中部连接板为梯形状的钢板，每块中部连接板两端连接有与之垂直的端板，每块端板外壁对称设置有两个与两侧半圆形板上锚柄套孔相配合的旋转轴。

4.根据权利要求1所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于，所述的锚柄为等腰三角形板，底边焊接固定于半圆形板与平板连接处的下部，顶角加工呈圆弧状，靠近顶角处加工有套孔。

5.根据权利要求1所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于：所述的两块半圆形板向下旋转至最大幅度时，相对的锚柄的下边缘、相对的平板下边缘、两个半圆形板的下边缘将同时发生相互接触。

6.根据权利要求1所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础，其特征在于：所述的桶形基础数量为两个，两个桶形基础之间通过连接板连接，桶形基础外壁同一高度处均匀设置多个开口向下的卡口，桶形基础安装后卡口扣合于半圆形板上边缘；桶形基础底部与底托上端面平整接触。

7.一种利用权利要求1所述的基于双桶吸力贯入的锚泊基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、组装锚泊基础：

把桶形基础套入锚泊基础中，桶形基础安装后卡口扣合于半圆形板上边缘；桶形基础底部与底托上端面平整接触，锚链系泊在系泊孔上；并采用一些辅助措施与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；

(2)、桶形基础依靠自重下沉接触海床：

基于施工绳索起吊桶形基础，使其进入海水中并处于铅锤状态，逐渐下放桶形基础，使其在自重作用下下沉接触海床并压入海床；

(3)、抽取负压使桶形基础贯入海床至设计深度：

桶形基础的顶部设置有进出水或气阀，把连接管与进出水或气阀固定相连，通过连接管抽出桶形基础内部的空气，形成内外压力差，把桶形基础贯入至海床土体中，最终桶形基础底部锚泊基础被压入海床土体至设计深度；

(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的连接，通过连接管对桶形基础内部充气，使桶形基础上浮，使锚泊基础脱离桶形基础，最终起吊、移除桶形基础，锚泊基础在海床土体中；

(5)、张拉锚链使锚泊基础达到设计要求：

通过对锚链施加竖直向上的拉力使两个组合结构基于旋转轴发生旋转，直至施加的拉力达到设计值时，完成锚泊基础的施工。

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