一种抗拔吸力桶基础及其安装方法与流程

本发明涉及一种抗拔吸力桶基础及其安装方法，属于海洋吸力桶基础技术领域。

背景技术：

吸力桶基础是一种海洋基础，常被用作海洋平台、海上风电基础。海洋平台基础、多足式（三桶或四桶）海上风电基础，在海风、波浪、洋流等水平荷载作用下，迎风侧吸力桶基础的破坏模式为拉拔破坏，背风侧吸力桶基础的破坏模式为竖向压缩变形。且吸力桶基础的抗拔承载力远小于其抗压承载力，因此提高吸力桶基础的抗拔承载力是海洋基础设计的控制因素。现有提高吸力桶基础抗拔承载力的方法之一是：增大基础尺寸，如增大基础的直径、长度，但该方法材料成本及施工成本较高，增大基础直径不能无限增大、受桶间间距的限制，增大基础长度受最大负压下沉深度的限制；提高吸力桶基础抗拔承载力的方法之二是：采用抗拔吸力桶基础，例如，公告号为CN 205314125 U的中国实用新型专利，公开了“一种可增强抗拔力的新型吸力锚”，其通过在吸力桶基础外壁设置凹槽，来提高基础抗拔承载力，但该吸力桶基础底部与土体接触面积较大，因此下沉阻力较大、沉贯安装困难。

技术实现要素：

为解决传统吸力桶基础提高抗拔承载力受桶间间距、最大负压下沉深度限制的问题，以及抗拔吸力桶基础沉贯阻力大、下沉困难的缺陷，本发明公开了一种抗拔吸力桶基础及其安装方法，其具体技术方案如下：

一种抗拔吸力桶基础，包括吸力桶，吸力桶包括桶盖和桶身，所述吸力桶内部中空，且与底部贯通，桶盖设置于吸力桶顶部，且与桶身密封固定，桶盖的上表面中心设置有连接杆，所述吸力桶四周还设置有自重下沉系统、冲水下沉系统、加固系统和若干层环状斜槽，环状斜槽的下端边缘与吸力桶的桶身固定，环状斜槽从其下端边缘朝向桶身周围且向上倾斜延伸到其上端边缘，

所述自重下沉系统包括自重气动阀和真空泵气动阀，所述自重气动阀和真空泵气动阀与吸力桶内部贯通；

所述冲水下沉系统包括轴向设置在吸力桶周围的若干个输水管，输水管垂直穿过环状斜槽，所述输水管上下中空贯通，所述输水管的顶部为注水口，最下面一层环状斜槽靠近吸力桶底部，且其顶部水平封闭到桶身形成容纳水腔，所有的输水管的下端均与容纳水腔贯通，容纳水腔的倾斜面开通有若干个出水孔，

所述加固系统包括若干个自钻锚杆和若干个锚盘，最上面一层环状斜槽开设有若干个锚杆孔，每个锚杆孔中均穿有一个自钻锚杆，自钻锚杆的上端通过锚盘与环状斜槽固定。

所述自钻锚杆与环状斜槽垂直，所述锚盘贯穿在自钻锚杆上，且与环状斜槽贴紧，所述自钻锚杆位于环状斜槽下方的长度大于其位于环状斜槽上方的长度。

所述自钻锚杆选用四根，均匀分布在吸力桶四周。

每个所述输水管的下方均有两个出水孔，该两个出水孔高度位置不同，出水孔呈两排排列。

一种抗拔吸力桶基础的安装方法，包括以下步骤：

步骤1：增加吸力桶自重：吸力桶沉贯之前，在环状斜槽内放满砾石增加吸力桶自重，确保吸力桶的自重沉贯深度更大，最上面一层环状斜槽空置；

步骤2：吸力桶自重下沉：打开自重气动阀，关闭真空泵气动阀，将置于海床平面，在吸力桶自重及砾石超载作用下沉贯至一定深度，完成自重下沉；

步骤3：吸力桶冲水下沉：关闭自重气动阀，打开真空泵气动阀，通过输水管注入高压水流，水流经出水孔流出，在水流扰动作用下，冲散出水孔下方的土体，从而降低吸力桶底端的沉贯阻力，达到快速下沉的效果，桶盖与海床平面为同一水平时沉贯结束，关闭打开真空泵气动阀，防止水体回流；

步骤4：加固吸力桶：在最上面一层环状斜槽的槽壁上安装自钻锚杆，并用锚盘固定，进一步稳固吸力桶；

步骤5：再次增加吸力桶自重：自钻锚杆安装完毕后，在顶部环状斜槽内放满砾石来进一步增加桶体重量，提高抗拔承载力。

在进行步骤3之间还需进行步骤2a，步骤2a为吸力桶纠偏：观测自重下沉后吸力桶顶部表面是否与大地平面平行，如平行，则吸力桶纵向与地面垂直，不需要纠偏，如不平行，则在吸力桶顶部表面更高一侧的输水管内注入水流，同时打开真空泵气动阀施加吸力，加速单侧下沉，用以纠偏，直至吸力桶顶部表面与大地平面平行，停止注水，关闭真空泵气动阀。

本发明的工作原理是：

本发明在吸力桶的桶壁周围增设环状斜槽，以及贯穿环状斜槽的输水管，首先在环状斜槽内填满砾石以增加吸力桶基础自重，再将吸力桶基础置于海床平面，在自重作用下沉贯至一定深度，完成自重下沉；然后通过输水管注入高压水流，在水流扰动作用下，冲散吸力桶基础底端的土体，降低沉贯阻力，达到辅助下沉的效果；最后在顶部环状斜槽的槽壁上安装自钻锚杆进一步稳固吸力桶基础，自钻锚杆安装完毕后在在顶部环状斜槽内投放砾石来进一步增加吸力桶基础重量，提高吸力桶基础抗拔承载力。

本发明的有益效果是：

本发明通过在吸力桶的桶壁周围增设环状斜槽以及贯穿环状斜槽的输水管，并在环状斜槽内放置砾石，且在顶部环状斜槽的槽壁上安装自钻锚杆，克服了传统吸力桶基础提高抗拔承载力受桶间间距、最大负压下沉深度限制的问题，以及抗拔吸力桶基础沉贯阻力大、下沉困难的缺陷。环状斜槽内的砾石可以增大吸力桶基础自重，提高吸力桶基础自重下沉深度，贯穿环状斜槽的输水管可以极大降低吸力桶基础沉贯阻力、实现快速下沉，顶部环状斜槽槽壁上安装的自钻锚杆可以实现进一步稳固吸力桶基础。本发明集增大自重下沉、降低沉贯阻力下沉两种优点于一身，可以在在不增大基础尺寸的有限空间内，快速沉贯吸力桶基础，并极大提高吸力桶基础的抗拔承载力。

附图说明

图1是本发明三维结构示意图；

图2是图1的纵向中心面剖视图；

图3是本发明纵向中心面剖面图；

图4是图1的俯视图；

附图标记：1—连接杆，2—桶盖，3—桶壁，4—环状斜槽，5—自重气动阀，6—真空泵气动阀，7—输水管，8—出水孔，9—锚盘，10—自钻锚杆，11—砾石，12—土体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明三维结构示意图；图2是图1的纵向中心面剖视图；图3是本发明纵向中心面剖面图；图4是图1的俯视图；图中标记的部件名称依次：连接杆1，桶盖2，桶壁3，环状斜槽4，自重气动阀5，真空泵气动阀6，输水管7，出水孔8，锚盘9，自钻锚杆10，砾石11，土体12。

结合附图可见，本抗拔吸力桶基础，包括吸力桶，吸力桶包括桶盖和桶身，所述吸力桶内部中空，且与底部贯通，桶盖设置于吸力桶顶部，且与桶身密封固定，桶盖的上表面中心设置有连接杆，所述吸力桶四周还设置有自重下沉系统、冲水下沉系统、加固系统和若干层环状斜槽，环状斜槽的下端边缘与吸力桶的桶身固定，环状斜槽从其下端边缘朝向桶身周围且向上倾斜延伸到其上端边缘。环状斜槽内填满砾石，增加吸力桶自重，不仅加快吸力桶自重下沉，还能增加吸力桶自重下沉的深度。最上面一层环状斜槽同时还具有提供自钻锚杆的固定位置的作用。作为本发明的一个具体实施例，环状斜槽一共设置四层，最下面一层环状斜槽开口封闭，内部空腔与输水管贯通，用于容纳高压冲水，且在该层的环状斜槽上开设出水孔，用于高压水冲出。

所述自重下沉系统包括自重气动阀和真空泵气动阀，所述自重气动阀和真空泵气动阀与吸力桶内部贯通。自重气动阀和真空泵气动阀用于吸力桶自重下沉和冲水下沉时，调节水压使用，为吸力桶基础的必备部件。

所述冲水下沉系统包括轴向设置在吸力桶周围的若干个输水管，输水管垂直穿过环状斜槽，所述输水管上下中空贯通，所述输水管的顶部为注水口，最下面一层环状斜槽靠近吸力桶底部，且其顶部水平封闭到桶身形成容纳水腔，所有的输水管的下端均与容纳水腔贯通，容纳水腔的倾斜面开通有若干个出水孔。输水管中的水从出水孔排出，冲击出水孔下方的土体，配合实现冲水下沉。

所述加固系统包括若干个自钻锚杆和若干个锚盘，最上面一层环状斜槽开设有若干个锚杆孔，每个锚杆孔中均穿有一个自钻锚杆，自钻锚杆的上端通过锚盘与环状斜槽固定。锚盘起到固定自钻锚杆的作用。

所述自钻锚杆与环状斜槽垂直，所述锚盘贯穿在自钻锚杆上，且与环状斜槽贴紧，所述自钻锚杆位于环状斜槽下方的长度大于其位于环状斜槽上方的长度。自钻锚杆位于环状斜槽下方的长度占其总长度的90%。位于环状斜槽下方的自钻锚杆倾斜向下插入到吸力桶四周的土体中，提高吸力桶抗拔能力。

作为本发明的一个具体选择，所述自钻锚杆选用四根，均匀分布在吸力桶四周。四根为一个常规选择，能够满足基本的抗拔要求，且数量不多，不至于增加过于繁重的施工难度和施工材料。

每个所述输水管的下方均有两个出水孔，该两个出水孔高度位置不同，出水孔呈两排排列。出水孔的位置便于高压水从输水管中流到下方后，快速从出水孔中冲出，提高高压水冲出压力。

一种抗拔吸力桶基础的安装方法，包括以下步骤：

步骤1：增加吸力桶自重：吸力桶沉贯之前，在环状斜槽内放满砾石增加吸力桶自重，确保吸力桶的自重沉贯深度更大，最上面一层环状斜槽空置；

步骤2：吸力桶自重下沉：打开自重气动阀，关闭真空泵气动阀，将置于海床平面，在吸力桶自重及砾石超载作用下沉贯至一定深度，完成自重下沉；

步骤2a：吸力桶纠偏：观测自重下沉后吸力桶顶部表面是否与大地平面平行，如平行，则吸力桶纵向与地面垂直，不需要纠偏，如不平行，则在吸力桶顶部表面更高一侧的输水管内注入水流，同时打开真空泵气动阀施加吸力，加速单侧下沉，用以纠偏，直至吸力桶顶部表面与大地平面平行，停止注水，关闭真空泵气动阀；

步骤3：吸力桶冲水下沉：关闭自重气动阀，打开真空泵气动阀，通过输水管注入高压水流，水流经出水孔流出，在水流扰动作用下，冲散出水孔下方的土体，从而降低吸力桶底端的沉贯阻力，达到快速下沉的效果，桶盖与海床平面为同一水平时沉贯结束，关闭打开真空泵气动阀，防止水体回流；

步骤4：加固吸力桶：在最上面一层环状斜槽的槽壁上安装自钻锚杆，并用锚盘固定，进一步稳固吸力桶；

步骤5：再次增加吸力桶自重：自钻锚杆安装完毕后，在顶部环状斜槽内放满砾石来进一步增加桶体重量，提高抗拔承载力。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。