CN110962992B - 一种基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，包括圆桶基础及与之外壁相配合的圆弧板，圆桶基础呈筒状，其外壁上设置一对旋转轴；圆弧板上设置一对与旋转轴匹配的套筒，圆弧板靠近下部设置系泊孔；圆弧板上部连接一个圆环板，圆环板下部与连接圆弧板相对位置设有向下的止转板；圆弧板可绕旋转轴发生旋转，圆弧板高度高于圆桶基础，圆弧板两端分别超出圆桶基础的上下端面。本发明沉贯至设计深度后，通过对锚链施加拉力使圆弧板相对于圆桶基础发生旋转，旋转至最大幅度时止转板将抵住圆桶基础的外壁，锚链荷载作用点较大距离的偏离圆桶基础本体，圆桶基础沿锚链方向能兜住较大体积的海床土体，从而大大提高了其抗拔承载力。
Description
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，具体是一种基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置。
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。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(embedded suction anchor)与吸力贯入式平板锚(Suction embedded plate anchor)。但这两锚的抗拔承载力往往有限。
可见，有必要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，且须施工较为方便。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，其系泊锚链的圆弧板能发生旋转，使锚链荷载较大距离的偏离圆桶基础本体，圆桶基础沿锚链方向能兜住较大体积的海床土体，从而大大提高了圆桶基础的抗拔承载力。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，其特征在于：包括圆桶基础及与之外壁相配合的圆弧板，所述的圆桶基础呈筒状，其外壁中上部的两侧设置一对旋转轴；
所述的圆弧板两侧壁朝向圆桶基础方向延伸呈锥状，靠近锥尖部设置一对与旋转轴匹配的套筒，圆弧板靠近下部设置系泊孔；
所述的圆弧板上部连接一个圆环板，圆环板下部与连接圆弧板相对位置设有向下的止转板；
所述的圆弧板基于两个套筒套入圆桶基础上的两个旋转轴后，圆弧板可绕旋转轴发生旋转，圆弧板高度高于圆桶基础，圆弧板两端分别超出圆桶基础的上下端面。
所述的基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，其特征在于：所述的圆弧板、圆环板、止转板的内径与外径均相等。
所述的基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，其特征在于：所述的旋转轴外径小于套筒的内径。
所述的基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，其特征在于：所述的圆桶基础内径与外径分别与桶形基础的内径与外径相等，圆弧板凹面圆弧直径大于桶形基础的外径。
所述的基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，其特征在于：施工时，锚链系泊在系泊孔上，圆桶基础固定连接在桶形基础的下端，圆环板套在桶形基础的外周。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、本发明圆弧板、圆环板、止转板施工时包围在圆桶基础与桶形基础的外侧，沉贯过程中其铅锤方向的面积即为圆环板的横截面面积，该面积非常小，土体对其产生的阻力非常小，可见增加圆弧板、圆环板、止转板后对整个装置的沉贯阻力影响非常小，与传统圆桶基础的施工基本无区别；
2、本发明圆桶基础沉贯至设计深度后，通过对锚链施加拉力使圆弧板相对于圆桶基础发生旋转，旋转至最大幅度时止转板将抵住圆桶基础的外壁，此时锚链荷载作用点较大距离的偏离圆桶基础本体，圆桶基础处于偏心受拉状态，圆桶基础沿锚链方向能兜住较大体积的海床土体，从而大大提高了圆桶基础的抗拔承载力；
3、本发明结构简单，制作与施工方便，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一。
图4 为本发明的三维示意图二。
图5 为本发明圆弧板结构的三维示意图。
图6 为本发明圆桶基础的三维示意图。
图7 为本发明圆桶基础旋转一定角度的示意图。
图8 为本发明施工时依靠桶形基础重力下沉接触海床的示意图。
图9 为本发明施工时与桶形基础组装后的剖面示意图。
图10 为本发明基于桶形基础贯入海床示意图。
图11为本发明桶形基础移除后的姿态示意图。
图12 为本发明的一种工作状态图。
附图标记说明：1、圆桶基础；2、套筒；3、旋转轴；4、圆弧板；5、圆环板；6、止转板；7、系泊孔；8、桶形基础；9、锚链；10、施工绳索；A、海床面。
具体实施方式
参见附图。
一种基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，包括圆桶基础1与圆弧板4；圆桶基础1呈筒状，外侧中上部的两侧设置一对旋转轴3；圆弧板4为圆弧形钢板，圆弧板两侧壁朝向圆桶基础方向延伸呈锥状，靠近锥尖部设置一对与旋转轴匹配的套筒，圆弧4板靠近下部设置系泊孔7，圆弧板4的圆心角在60°~180°之间；圆弧板4的上部连接一个圆环板5；圆环板5下部与连接圆弧板4相对称的位置焊接一个圆弧形的止转板6；圆弧板4基于两个套筒2套入圆桶基础1上的两个旋转轴3后，圆弧板4可绕旋转轴3发生旋转。
上述提及的“外侧”、“下部”、“中上部”、“两侧”等方位词，是基于所提圆桶基础施工时的姿态来确定的，如图8所示。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。
图1~图4给出了所提圆桶基础的结构示意图。
圆桶基础1呈筒状，外侧中上部的两侧设置一对旋转轴3，如图6所示。优选地，一对旋转轴3位于圆桶基础7的一直径上。
圆弧板4、圆环板5、止转板6的内径与外径均分别相等，外形类似“F”型，整体呈对称状态，如图5所示。
旋转轴3的外径小于套筒2的内径。圆弧板4基于两个套筒2套入圆桶基础1上的两个旋转轴3后，圆弧板4可绕旋转轴3发生旋转，如图7所示。旋转至最大幅度时止转板6将抵住圆桶基础1的外壁，故可通过变化止转板6的高度来调节圆弧板4的旋转幅度。
圆桶基础依靠吸力式桶形基础8贯入海床，圆桶基础1的内径与外径分别与桶形基础8的内径与外径相等，圆弧板4凹面的圆弧直径大于桶形基础8的外径。
圆桶基础施工时，锚链9系泊在系泊孔7上，圆桶基础1固定连接在桶形基础8的下端，圆环板5套在桶形基础8的四周，依靠桶形基础8把圆桶基础1贯入至海床设计深度，然后移除桶形基础8，再通过对锚链9施加拉力至设计值时，完成圆桶基础的施工。所提圆桶基础与桶形基础8的组装如图8所示。
桶形基础也称吸力桩(suction pile)，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与液体，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。所提圆桶基础依靠吸力式桶形基础的沉贯作用压入海床至设计深度。
各构件的强度应满足各类工况下荷载作用的需要，在恶劣工况下不会发生屈曲与失效。旋转轴3处会产生较大的应力集中，应力集中的部位应采取辅助措施加强设计，避免连接处产生较大的应力集中而屈曲与失效。
本发明的施工过程，详细描述如下：
1、组装圆桶基础；
把圆桶基础1固定连接在桶形基础8底部，圆环板5套在桶形基础8的四周，如图8所示。圆桶基础1与桶形基础8的连接剖面图如图9所示。
2、桶形基础依靠自重下沉接触海床；
把锚链9的一端系泊在系泊孔7上，桶形基础8上连接施工绳索10，基于施工绳索10起吊桶形基础8，使其进入海水中并处于铅锤状态，逐渐下放桶形基础8，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8在自重作用下压入海床一定的深度，使桶形基础8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8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8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，最终桶形基础底部的圆桶基础1被压入海床土体至设计深度，如图10所示。
所提的圆弧板、圆环板、止转板施工时包围在圆桶基础与桶形基础的外侧，沉贯过程中其铅锤方向的面积即为圆环板的横截面面积，该面积非常小，土体对其产生的阻力非常小，可见增加圆弧板、圆环板、止转板后对整个装置的沉贯阻力影响非常小，与传统圆桶基础的施工基本无区别。
4、移除桶形基础；
待圆桶基础8被压入海床至设计深度后，通过连接管对桶形基础8内部充气，使桶形基础8逐渐上浮，最终起吊、移除桶形基础8。桶形基础8移除后，仅剩旋圆弧板及圆桶基础1在海床土体中，如图11所示。
为了方便桶形基础8与圆弧板4的分离，可在圆弧板4、圆环板5、止转板6的内侧涂抹润滑剂。
5、张拉锚链使圆桶基础达到设计要求。
通过对锚链9施加拉力使圆弧板4发生旋转，直至锚链9拉力达到设计值时，施工结束。
通过对锚链施加拉力使圆弧板相对于圆桶基础发生旋转，旋转至最大幅度时止转板将抵住圆桶基础的外壁，此时锚链荷载作用点较大距离的偏离圆桶基础本体，圆桶基础处于偏心受拉状态，圆桶基础沿锚链方向能兜住较大体积的海床土体，从而大大提高了圆桶基础的抗拔承载力。
图12给出了所提圆桶基础一种可能的工作状态。
所提带圆弧板的圆桶基础，结构简单，制作与施工方便，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。
各构件及连接处的强度应满足使用需求，在恶劣工况下不发生屈曲与失效。
附图中仅展示了圆弧板的部分形状及部分连接方式的情况，按照所提思路，可以改变圆弧板的形状、相互的连接方式，或增设其它辅助构件，形成其他相关类型的旋转式圆桶基础，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 (3)
1.一种基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，其特征在于：包括圆桶基础及与之外壁相配合的圆弧板，所述的圆桶基础呈筒状，其外壁中上部的两侧设置一对旋转轴；
所述的圆弧板两侧壁朝向圆桶基础方向延伸呈锥状，靠近锥尖部设置一对与旋转轴匹配的套筒，圆弧板靠近下部设置系泊孔；
所述的圆弧板上部连接一个圆环板，圆环板下部与连接圆弧板相对位置设有向下的止转板；
所述的圆弧板基于两个套筒套入圆桶基础上的两个旋转轴后，圆弧板可绕旋转轴发生旋转，圆弧板高度高于圆桶基础，圆弧板两端分别超出圆桶基础的上下端面；
所述的圆弧板、圆环板、止转板的内径与外径均相等；
所述的旋转轴外径小于套筒的内径。
2.根据权利要求1所述的基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，其特征在于：所述的圆桶基础内径与外径分别与桶形基础的内径与外径相等，圆弧板凹面圆弧直径大于桶形基础的外径。
3.根据权利要求1所述的基于吸力式桶形基础贯入的旋转式锚泊装置，其特征在于：施工时，锚链系泊在系泊孔上，圆桶基础固定连接在桶形基础的下端，圆环板套在桶形基础的外周。
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