一种降低平板锚埋深损失的微控装置及其施工方法与流程

本发明涉及深海浮式平台的锚固技术领域，具体是一种降低平板锚埋深损失的微控装置及其施工方法。

背景技术：

近年来，吸力贯入式平板锚(suctionembeddedplateanchor)一种新型基础形式在墨西哥湾和非洲海域得到了较为广泛的应用，其主要优点是造价低、定位准确和施工简单。平板锚平面形状为矩形，安装时竖直固定在吸力式中，沉箱在自重和抽水造成的负压作用下贯入至预定深度。沉箱与平板锚分离后被拔出，以备将来重复使用。留在黏土海床中的平板锚在锚链牵引下旋转，直至板面与锚链接近垂直或者施加的拉力达到设计值，如图1所示。在张拉锚链使锚板旋转的过程中，锚板会向上运动而产生埋深损失。锚板中心在旋转前后的高度差被定义为最终丢失埋深。在强度通常随深度成正比例增加的海床条件下，旋转调节过程中的埋深损失会带来承载力的下降，这一减小量可高达20％。

中国专利授权公告号cn104452758b公开了一种吸力贯入式下拉旋转锚固装置及其施工方法，吸力贯入式下拉旋转锚在一号沉箱安装就位后，以二号沉箱底部的圆弧板为支点，依靠与圆弧板端部滑轮相连的施工锚链牵引，使锚体在发生旋转的同时产生向下位移，可以避免传统吸力贯入式锚上拉旋转所带来的埋深丢失以及由于埋深丢失所导致的承载力降低。该技术的局限性在于：采用两个相互拼接的沉箱(桶形基础)进行施工，增加了施工成本；第二沉箱仅起到旋转支点的作用，功能过于简单，性价比不高；且第二沉箱下部开口过高，其底部难以形成封闭空间，导致第二沉箱通过抽水与空气形成负压差贯入海床的施工方法难以实现。

可见，有必要发展简便的一种降低平板锚埋深损失的微控装置及其施工方法，促进现有技术的革新与进步。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种降低平板锚埋深损失的微控装置及其施工方法，以解决现有技术平板锚施工过程中存在的较大埋深损失的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种降低平板锚埋深损失的微控装置，包括锚板、锚柄构成的平板锚，锚柄端部具有锚眼，其特征在于：所述锚板上部两侧拐角处设置系泊环一，还包括两根一端具有系泊环二的钢棒，每根钢棒的系泊环二分别与其中一个系泊环一通过钢索相连；

还包括桶形基础，桶形基础底部设置有分别与锚板、锚柄头部相匹配的锚板卡口、锚柄卡口，锚眼露出桶形基础；锚板卡口正上方的桶形基础外壁上设置有与钢棒相配合的套筒；

所述桶形基础组装时锚板卡口卡扣于平板锚两个系泊环一之间，钢棒纵向穿插进入套筒内。

所述的一种降低平板锚埋深损失的微控装置，其特征在于，所述套筒内径大于钢棒的外径，套筒高度不小于锚板卡口高度。

所述的一种降低平板锚埋深损失的微控装置，其特征在于：所述的钢棒长度不小于套筒高度的2.5倍。

一种降低平板锚埋深损失的微控装置施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、组装微控装置：

钢索穿插进入一根钢板的系泊环二、锚板一侧的系泊环一后固定相连，完成平板锚与钢棒连接；把锚板、锚柄头部分别卡入桶形基础的锚板卡口、锚柄卡口中，锚眼露出桶形基础外壁，且同时使连接在锚板上部两侧的钢棒插入桶形基础两侧的套筒中，锚链的一端系泊在锚眼上；

2)、起吊桶形基础使其依靠自重下沉并接触海床：

平板锚组装于桶形基础底部后，起吊桶形基础，使其依靠自重逐渐下沉并接触海床，桶形基础陷入海床深度大于桶形基础底部锚板卡口高度，使桶形基础内部形成封闭空间；

3)、在吸力作用下把桶形基础贯入至设计深度：

打开连接桶形基础顶部进出水阀水管的水泵，使桶形基础内部空气与水逐渐抽出桶外形成负压差，在负压作用下桶形基础把平板锚贯入海床至设计深度；

4)、向桶形基础充气使其上浮一定距离：

平板锚贯入海床至设计深度后，基于进出水阀向桶形基础内充气，桶形基础内部由负压转变成正压，桶形基础上浮；上浮过程中，平板锚并不随桶形基础向上移动，平板锚逐渐与桶形基础脱离，桶形基础上浮距离取锚板卡口高度的1.2～1.5倍；待平板锚的锚板与桶形基础的锚板卡口相互完全脱离但钢棒上部仍位于套筒内时，停止充气，桶形基础不再上浮；

5)、张拉锚链使平板锚逐渐旋转直至锚链拉力达到设计值：

张拉连接平板锚的锚链，使平板锚逐渐旋转；锚板上部连接的钢棒卡在套筒中对旋转过程中的平板锚进行牵制和约束，平板锚向上发生微小移动距离，埋深损失非常小；逐渐加大锚链拉力使平板锚继续旋转，直至锚链拉力达到设计值时，停止张拉锚链；

6)、移除桶形基础：

基于进出水阀向桶形基础内充气，使桶形基础逐渐上浮，套筒逐渐离开钢棒并最终相互脱离，桶形基础上浮的对平板锚无影响，平板锚仍停留在张拉锚链后的位置，最终提离、移除桶形基础，施工结束。

本发明的优点是：

1、本发明在平板锚的上方两侧连接钢棒、桶形基础锚板卡口正上方外侧设置套筒，这些辅助构件并未从本质上增加桶形基础贯入海床的难度，即桶形基础的贯入施工与传统施工方法类似，无特殊要求；

2、本发明桶形基础上浮一定距离使锚板与锚板卡口相互完全脱离但钢棒的上部仍位于套筒内时，平板锚受到嵌入套筒内钢棒的牵制与约束，使平板锚旋转过程中埋深损失大大减小；其实际上是利用桶形基础较大的强度与刚度，对平板锚的旋转过程进行一定的约束，使其既能够实现旋转运动，又不能发生过大的向上位移，从而大大降低了埋深损失，最终提高了平板锚的承载力；

3、本发明钢棒的直径小于套筒的内径，故后续向上移除桶形基础时，桶形基础并不会对平板锚产生向上的拉力，平板锚仍停留在张拉锚链后的位置，桶形基础上浮的对平板锚无影响；

4、本发明与传统施工方法相比，本方法仅增加了“桶形基础上浮一定距离”的施工步骤，该步骤使桶形基础对平板锚的旋转进行约束，其并未明显增加施工的难度与耗时，故施工成本与传统方法无差异，性价比高。

附图说明

图1为现有技术的吸力贯入式平板锚施工过程示意图。

图2为平板锚结构示意图。

图3为本发明钢棒结构示意图。

图4为本发明钢棒与平板锚连接示意图。

图5为本发明安装使用的桶形基础结构示意图。

图6为本发明平板锚与桶形基础组装结构示意图。

图7为本发明平板锚与桶形基础组装详图。

图8为本发明桶形基础依靠自重下沉接触海床示意图。

图9为本发明桶形基础贯入海床示意图。

图10为本发明桶形基础上浮一定距离示意图。

图11为本发明张拉锚链使平板锚逐渐旋转示意图。

图12为本发明张拉锚链使锚链拉力达到设计值示意图。

图13为本发明移除桶形基础示意图。

附图标记说明：1、锚板；2、锚柄；3、锚眼；4、系泊环一；5、钢棒；6、系泊环二；7、钢索；8、桶形基础；9、锚板卡口；10、锚柄卡口；11、进出水阀；12、套筒；13、锚链；a、海床面。

具体实施方式

参见附图。

一种降低平板锚埋深损失的微控装置，包括锚板1、锚柄2构成的平板锚，锚柄端部具有锚眼3，锚板1上部两侧拐角处设置系泊环一4，还包括两根一端具有系泊环二6的钢棒5，每根钢棒5的系泊环二6分别与其中一个系泊环一4通过钢索7相连；

还包括桶形基础8，桶形基础8底部设置有分别与锚板1、锚柄2头部相匹配的锚板卡口8、锚柄卡口10，锚眼3露出桶形基础8；锚板卡口9正上方的桶形基础8外壁上设置有与钢棒5相配合的套筒12；

桶形基础8组装时锚板卡口9卡扣于平板锚两个系泊环一4之间，钢棒5纵向穿插进入套筒12内。

钢索7穿插进入一根钢板的系泊环二6、锚板一侧的系泊环一4后呈环状，钢索7构成的环直径不大于系泊环一4和系泊环二6直径之和的2倍。

套筒12内径大于钢棒5的外径，套筒12高度不小于锚板卡口9高度。

钢棒5长度不小于套筒12高度的2.5倍。

一种降低平板锚埋深损失的微控装置的施工方法，包括如下步骤：

1)、组装微控装置：

所提平板锚由锚板1、锚柄2、锚眼3组成，在锚板1的上部两侧设置有系泊环一4，如图2所示；用长度较短的钢索7把平板锚上的系泊环一4与钢棒5端部的系泊环二6相连，如图3与图4所示。

使用钢索7把钢棒5与平板锚上部相连，使组装后的钢棒5可自由移动，一方面方便钢棒5安装、套入套筒12中，另一方面使后续平板锚旋转时钢棒对其产生柔性的、类似于“铰接”的约束，便于平板锚的旋转，且钢棒不会由于平板锚的旋转而发生较大的移动。柔性的钢索7能很好的适应不同方向的荷载传递。

所提平板锚采用桶形基础8进行施工，桶形基础8的底部设置有分别与锚板1、锚眼3相匹配的锚板卡口9、锚柄卡口10；在桶形基础8的锚板卡口9正上方外侧设置有套筒12；套筒12中空的内径大于钢棒5的外径，如图5所示。

组装时，把锚板1、锚眼3分别卡入桶形基础8的锚板卡口9、锚柄卡口10中，且同时使连接在锚板1上部两侧的钢棒5插入桶形基础8两侧的套筒12中，如图6与图7所示。锚链13的一端系泊在锚眼3上。

套筒12的高度不小于锚板卡口9的高度，钢棒5的长度不小于套筒12高度的2.5倍。钢棒5、套筒12、系泊环一4、系泊环二6、钢索7及各连接处应有足够的强度，能满足施工过程中的荷载作用而不发生屈曲与失效。

2)、起吊桶形基础8使其依靠自重下沉并接触海床：

平板锚组装于桶形基础8底部后，起吊桶形基础8，使其依靠自重逐渐下沉并接触海床，如图8所示。桶形基础8将陷入海床一定的深度，该深度应大于桶形基础8底部锚板卡口9的高度，使桶形基础8内部形成封闭空间。

该步骤与传统施工方法相同。

3)、在吸力作用下把桶形基础8贯入至设计深度：

打开连接进出水阀11水管的水泵，使桶形基础8内部的空气与水逐渐抽出桶外形成负压差，桶形基础8在负压差的作用下逐渐贯入海床至设计深度，即桶形基础8把平板锚贯入海床至设计深度，如图9所示。

在平板锚的上方两侧连接钢棒5、桶形基础锚板卡口9正上方外侧设置套筒12，这些辅助构件并未从本质上增加桶形基础贯入海床的难度，即桶形基础的贯入施工与传统施工方法类似，无特殊要求。

该步骤与传统施工方法相同。

4)、向桶形基础8充气使其上浮一定距离：

平板锚贯入海床至设计深度后，基于进出水阀11向桶形基础8内充气，使桶形基础8内部由负压转变成正压，迫使桶形基础8逐渐上浮。桶形基础8上浮的过程中，平板锚并不随桶形基础8向上移动，平板锚逐渐与桶形基础8脱离。待平板锚的锚板1与桶形基础8的锚板卡口9相互完全脱离但钢棒5的上部仍位于套筒12内时，停止充气，桶形基础8不再上浮，如图10所示。

优选地，本步骤中桶形基础8上浮的距离取锚板卡口9高度的1.2～1.5倍。桶形基础8上浮的距离，既要满足平板锚后续自由旋转的足够空间，又要使钢棒5不脱离套筒12，使钢棒5能对平板锚的旋转形成约束与控制作用。

传统施工方法直接把桶形基础移除、离开海床，无该步骤。

5)、张拉锚链13使平板锚逐渐旋转直至锚链拉力达到设计值：

张拉连接平板锚的锚链13，使平板锚逐渐旋转。由于锚板1上部连接的钢棒5卡在套筒12中，钢棒5对旋转过程中的平板锚具有牵制与约束作用，导致平板锚可向上发生移动的距离非常小，从而大大减小了埋深损失。逐渐加大锚链13的拉力使平板锚发生旋转，直至锚链拉力达到设计值时，停止张拉锚链，如图11与图12所示。

桶形基础上浮一定距离使锚板与锚板卡口相互完全脱离但钢棒的上部仍位于套筒内时，平板锚受到嵌入套筒内钢棒的牵制与约束，使平板锚旋转过程中埋深损失大大减小。其实际上是利用桶形基础较大的强度与刚度，对平板锚的旋转过程进行一定的约束，使其既能够实现旋转运动，又不能发生过大的向上位移，从而大大降低了埋深损失，最终提高了平板锚的承载力。

传统施工方法中无牵制、约束平板锚旋转移动的构件，故平板锚的埋深损失较大，导致其抗拔承载力较低。

6)、移除桶形基础8：

基于进出水阀11向桶形基础8内充气，使桶形基础8逐渐上浮，套筒12逐渐离开钢棒5并最终相互脱离，桶形基础8上浮的对平板锚无影响，平板锚仍停留在张拉锚链后的位置，最终提离、移除桶形基础8，施工结束，如图13所示。

钢棒的直径小于套筒的内径，故向上移除桶形基础时，桶形基础并不会对平板锚产生向上的拉力，平板锚仍停留在张拉锚链后的位置，桶形基础上浮的对平板锚无影响。

该步骤与传统施工方法相同。

与传统施工方法相比，本方法仅增加了“桶形基础上浮一定距离”的施工步骤，该步骤使桶形基础对平板锚的旋转进行约束，其并未明显增加施工的难度与耗时，故施工成本与传统方法无差异，但能大大降低平板锚的埋深损失，性价比高。

上述提及的“上部”、“两侧”、“底部”、“正上方”、“纵向”等方位词，是基于所提平板锚施工时的姿态来确定的，如图6～图13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。

附图中仅展示了平板锚上部连接钢棒的情况，按照所提思路，可以改变钢棒、套筒的形状、相互的连接方式，形成其他相关类型的利用桶形基础对平板锚的旋转进行约束与牵制的设计方案及其施工方法，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。