灌浆式吸力锚及其安装方法与流程

技术领域

本发明涉及一种土木技术，尤其是一种灌浆式吸力锚及其安装方法。

背景技术：

吸力锚为一顶端封闭、下端敞开的钢筒, 平放于海底并靠锚的自重使锚筒下缘嵌入土中,在形成锚筒内水体的封闭状态后, 借助设置在顶端锚盖上的注浆泵向外抽水, 并使同一时间内抽出的水量超过自底部渗入的水量, 造成锚筒内部压力降低。当由锚筒内、外压差造成的作用在锚盖上的垂直向下的压力超过土对锚筒的阻力时, 锚筒即可不断被压入土中, 直至锚盖底面与海底接触时沉锚终止. 此时注浆泵可以卸去, 锚筒内外之间的压力差逐渐消失, 筒内压力恢复到周围环境压力。

吸力锚安装完成后，其承载力主要来源于锚筒内外壁与土体之间的摩擦阻力。由于吸力锚垂直贯入土体，其垂向极限抗拔承载力远远小于侧向承载力。

申请号为200910244850.5的中国专利申请公布了一种带承力环的筒型基础结构。该专利由筒型基础和固定于筒型基础筒壁外侧的承力环构成，承力环纵截面为三角形。筒型基础下贯完成后，承力环可提供更大的抗拔承载力。但是承力环也会使得筒型基础下贯阻力增加，故其水平截面面积不可过大，只能提供较小的抗拔承载力。

申请号为201310566730.3的中国专利申请公布了一种带附着裙边的吸力锚。该吸力锚通过下端裙边展开，提高极限抗拔承载力。但是裙边展开要求苛刻，不易实现。

申请号为201310091856.X的中国专利申请公布了一种海底吸力锚。该专利申请通过锚裙和锚枝的组合提高了吸力锚下贯过程的稳定性，同时锚裙贯入海底后，锚裙既可以保护吸力锚周围土体，又可以利用锚裙与土体摩擦提高抗拔承载力。但是该吸力锚的承载力来源依然是筒壁或锚裙内外壁与土体的摩擦阻力，未能改变抗拔承载力的来源。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种灌浆式吸力锚及其安装方法，该吸力锚下贯完成后，通过向中部筒体与土体空隙中灌入水泥浆，使得水泥进入周围土体空隙。当水泥凝固后，可加固吸力锚周围土体，增加周围土体与锚筒接触面的摩擦系数，提高吸力锚极限承载力。另外，中部筒体周围形成一个凝固的水泥裙，水泥裙与土体连为一体可阻止吸力锚上拔，从而极大提高吸力锚抗拔承载力。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种灌浆式吸力锚，包括底部敞开、顶端封闭的筒体，所述筒体由一体结构的上、中、下三部分组成，上部筒体直径与下部筒体的直径相等，中部筒体直径小于上、下部筒体直径，上、中、下三部分筒体的中心线为同一根，上部筒体的顶部设置有若干灌浆进口和若干与筒体内腔相通的排水孔；所述灌浆进口与上部筒体的侧壁中的灌浆通道相通，灌浆通道向下延伸至上部筒体的下端面，灌浆通道下端的出口位于上部筒体的外侧面与中部筒体的外侧面之间，灌浆通道与筒体内腔之间彼此独立隔开。

所述中部筒体直径为上部筒体直径的0.8~0.9倍，中部筒体直径不可太小，避免因筒体直径太小导致吸力锚局部强度不足。

所述中部筒体长度为所述筒体总长度的四分之一，为保证水泥贯入后有足够的渗入土体范围，因此中部筒体长度不宜过短。

所述灌浆进口有四个，呈十字形对称分布于筒体顶部边缘。

所述灌浆进口上部与注浆泵相连接，下部与上部筒体侧壁内部的灌浆通道相通，灌浆通道通过灌浆出口与中部筒体和土体之间的空间相连通。

所述灌浆进口及灌浆通道均呈半圆形。

所述筒体上端面中心位置设置用于基础吊装的基础环。

所述排水孔设置有两个，两个排水孔位于基础环两侧。

所述排水孔与抽水泵连通，用来抽取筒体内的浆水。

一种灌浆式吸力锚安装方法，包括以下步骤：

1）首先利用锚链将基础环固定，将抽水泵和注浆泵分别与排水孔和灌浆进口相连；

2）在海床上将灌浆式吸力锚进行定位，利用灌浆式吸力锚的自身重力贯入海床；

3）当灌浆式吸力锚在自重作用下不再下贯时，打开抽水泵，实现灌浆式吸力锚的吸力式下贯，筒体端部与海底面齐平时，关闭抽水泵；

4）此时，打开注浆泵，将水泥由灌浆进口灌入灌浆通道，最终水泥由灌浆出口排入中部筒体与土体形成的空间并且进入土体空隙；

5）水泥凝固后形成水泥裙，水泥裙通过渗入土体的水泥与周围土体形成一个整体，能阻止吸力锚上拔，提高吸力锚极限抗拔承载力。

本发明中，吸力锚下贯完成后，通过向中部筒体与土体空隙中灌入水泥浆，使得水泥进入周围土体空隙。当水泥凝固后，可加固吸力锚周围土体，使得周围土体刚度和强度增加，从而可提高吸力锚的侧向承载力。同时使周围土体与锚筒接触面的摩擦系数远大于原土体与锚筒外壁的摩擦系数，提高吸力锚极限承载力。另外，中部筒体周围形成一个凝固的水泥裙，水泥裙与土体连为一体可阻止吸力锚上拔，从而极大提高吸力锚抗拔承载力。

附图说明

图1、图2为本发明一种灌浆式吸力锚外部立体视图；

图3为本发明一种灌浆式吸力锚内部立体视图；

图4为本发明一中灌浆式吸力锚安装完成状态图；

图中：1-基础环、2-排水孔、3-上部筒体、4-中部筒体、5-下部筒体、6-灌浆进口、7-灌浆通道、8-灌浆出口、9-水泥裙、10-水泥与土体混合物。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，一种灌浆式吸力锚，包括开口向下的筒体，筒体上端面中心位置设置用于基础吊装的基础环1，基础环两侧设置两个排水孔2，端面四周设置四个灌浆进口6。两个排水孔2与抽水泵相连，当抽水泵开启时，实现吸力锚的吸力式下贯。

如图1、图2所示，筒体由上部筒体3、中部筒体4和下部筒体5组成，使得吸力锚下贯完成后，中部筒体4与土体之间形成一定的空间。灌浆后此空间充满水泥，形成水泥裙9，水泥裙9通过渗入土体的水泥与周围土体形成一个整体，阻止吸力锚上拔，提高吸力锚极限抗拔承载力。同时，水泥进入周围土体空隙，可加固吸力锚周围土体，增加周围土体与锚筒接触面的摩擦系数，提高吸力锚极限承载力。

如图1、图2所示，上部筒体3与下部筒体5直径一致。中部筒体4直径为上部筒体3的0.8~0.9倍，长度为吸力锚总长度的四分之一。中部筒体4直径不可太小，避免因筒体直径太小导致吸力锚局部强度不足；另外，应当保证水泥贯入后有足够的渗入土体的范围，因此中部筒体4长度不宜过短。

如图2、图3所示，四个灌浆进口6成十字形分布于锚筒端面边缘，上部与注浆泵相连接，下部与锚筒内部的灌浆通道7相连接，灌浆通道7通过灌浆出口8与中部筒体和周围土体之间的空间相通。灌浆通道与筒体不连通。灌浆通道7为紧贴上部筒体3内壁的中空管道，不与上部筒体3内部相连通，使得下贯和灌浆两个过程互不影响。

吸力锚下贯完成后，利用注浆泵将水泥由灌浆进口6灌入灌浆通道7，最终水泥由灌浆出口8排入筒体与土体形成的空间并且进入土体空隙。

如图4所示，水泥凝固后形成水泥裙9，水泥裙9通过渗入土体的水泥与周围土体形成一个整体，可阻止吸力锚上拔，提高吸力锚极限抗拔承载力。同时水泥与土体的混合物10与锚筒外壁的摩擦系数远大于原土体与锚筒的摩擦系数，可以提高吸力锚承载力。另外水泥进入土体空隙形成水泥土体混合物，使得周围土体刚度和强度增加，从而可提高吸力锚的侧向承载力。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。