深海竹节式吸力锚的制作方法

本发明涉及一种土木技术，尤其是一种深海竹节式吸力锚。

背景技术：

吸力锚结构一般为顶端封闭、下端敞开的倒置筒状,锚筒侧壁材料为钢材，顶盖一般为钢材和钢筋混凝土材料，锚筒顶盖留有抽水孔以连接抽水管路和潜水泵。起初借助重力沉入海底一定深度，然后利用水下潜水泵抽出筒内水体，形成内外压差，使锚筒缓慢下沉。当锚筒顶部与海底接触时，锚筒下沉停止，此时卸去潜水泵，吸力锚安装完成。由于具有施工方便、施工速度快（如一个直径9m高度10m的吸力基础可以在1～3小时内沉贯完毕，且只用了一只抽水泵)、可重复利用和费用经济等优点而被广泛应用于各种系泊在海上的浮动式结构物和海洋平台的基础。

随着技术的不断提高，海洋工程逐渐向深海发展，由于深海的打桩技术问题难以解决，导致桩式锚深海安装难度大，当水深超过1000m时，桩式锚已不适用。吸力锚在深海施工简便、使用安全可靠且可以重复利用，是深海工程中有较好发展前景的基础形式。吸力锚直径一般在3～12m之间，长径比一般在1～6之间变化；目前，吸力基础长径比最大已达到10，长度达30.5m。吸力锚安装完成后，负压消失，这时的吸力锚实际上就如同常规的埋入式短桩，承载力主要依靠筒体内外壁与土的摩擦力。因此，设计一种结构简单并能极大地增加侧摩阻力从而可以提高竖向承载力和极限抗拔承载力的吸力锚是目前有待解决的问题。

相关模具研究现状如下所示：

（1）申请号为200710177337.x的中国专利介绍了一种海底用吸力式基础。该吸力锚包括锚桶和锚顶上端的稳定盘，降低了吸力锚周围土体的软化程度，消除了土体液化，提高了吸力锚的稳定性和可靠性，但该吸力式基础无法增大侧摩阻力，无法提高吸力锚竖向承载力和极限抗拔承载力。

（2）申请号为200920239914.8的中国专利介绍了一种海底裙式吸力锚。该吸力锚包括锚桶和连接有裙边的加强盘，解决了吸力式基础施工成本高、水平承载力小和桶体上部周围的海床土体冲蚀问题，但该吸力锚无法增大侧摩阻力，无法提高吸力锚竖向承载力和极限抗拔承载力。

（3）申请号为200910225767.3的中国专利介绍了一种胀紧式深海吸力锚及其安装方法，该吸力锚能够增加深海锚的竖向承载力和抗拔力，但该吸力锚无法极大地增加侧摩阻力，其安装方法过程复杂且无法极大的提高吸力锚竖向承载力和极限抗拔承载力。

（4）申请号为201310091856.x的中国专利介绍了一种海底吸力锚。该吸力锚包括主桶、筒裙和锚枝等，整个纵断面呈“伞”状，提高吸力锚的整体稳定性，增加抗拔力和水平承载力，增强抗波浪冲蚀性能，但该吸力锚无法增大侧摩阻力，无法极大地提高吸力锚竖向承载力和极限抗拔承载力。

（5）申请号为201310566730.3的中国专利介绍了一种带附着裙边的吸力锚。该吸力锚包括锚筒、附着裙边、多根拉力链和导向环，有良好的垂直极限承载能力，但该吸力锚无法极大地增加侧摩阻力，其安装方法过程复杂且无法极大的提高吸力锚竖向承载力和极限抗拔承载力。

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，提供一种深海竹节式吸力锚，该吸力锚能增加侧摩阻力，保证吸力锚能沉放至预定的设计深度，极大地提高吸力锚竖向承载力和极限抗拔承载力。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种深海竹节式吸力锚，包括竹节式锚筒、轴承和可旋转喷头，竹节式锚筒为底部敞开、顶端封闭的筒体，所述锚筒的筒身的中上部分上等间隔制有若干节环绕筒身的向外凸起的竹节形结构，所述锚筒的筒身的中下部分为膨大的圆筒形，且膨大部分的圆筒外径大于竹节形结构的外径，所述锚筒的顶盖上设有与筒体内部相通的排水孔，可旋转喷头位于筒体内，且可旋转喷头通过轴承与所述锚筒的顶盖内壁相连，并固定在竹节式锚筒顶盖圆心处，组成所需吸力锚。

所述锚筒的筒身膨大部分的长度占筒身总长度的1/6-1/5。

所述锚筒的筒身膨大部分外径比竹节形结构的外径大0.1-1m。

所述锚筒的筒身上竹节形结构外径比非竹节形结构部分的锚筒外径大1-3m。

所述若干节竹节形结构的间距为0.1-1.5m。

所述轴承的外圈与喷头连成一体，轴承的内圈与竹节式锚筒顶盖连成一体，轴承中空构成喷头通道并与锚筒的外部连通，使高压水能进入喷头。

所述可旋转喷头上半部分为与轴承外圈直径相等的空心短管，空心短管的上端与轴承外圈固定连接为一体；可旋转喷头下半部分为内部空心的半圆盘体，且半圆盘体的平面断面处与空心短管的下端面密封连接，空心短管的空腔与半圆盘体的空心连通，半圆盘体的弧形边缘上设置有与半圆盘体断面夹角分别为0°、30°、45°、60°和90°的引水导管，引水导管与半圆盘体的空心连通，当高压水沿引水导管喷出时，在竖直面会形成扇形冲击水柱；

所述0°引水导管沿水平方向延伸，且末端部分水平折弯，折弯部分的中心延长线与轴承外圈相切，随着高压水的喷出会产生沿圆周切向的反作用力，实现喷头自旋转，进而水柱会对外锚筒横截面所有土塞进行冲刷，不仅实现对锚筒侧壁泥土的冲刷，且扩大其余引水导管的冲刷范围。

所述半圆盘体垂直于空心短管的下表面，这种垂直设置是为了方便引水导管出水角度设置准确，在高压水的作用下，引水导管的出水能够将锚筒内的土塞冲刷稀释成浊液，方便潜水泵次序抽吸筒内的泥浆浑浊液至筒体外部。

90°引水导管为并排设置的两根，两根引水导管能够实现较大的出水量，冲击力大。

两根0°引水导管分别对称设置于半圆盘体弧形面的中心线上，随着高压水的喷出会产生沿圆周切向的反作用力，实现喷头自旋转。

30°引水导管、45°引水导管和60°引水导管中相邻的两根引水导管分别交叉错位设置于半圆盘体弧形面的中心线两侧。引水导管错位交叉设置能够利用高压水从不同方位更加高效的冲击锚筒内的土塞，有效避免土塞的产生。

所述锚筒顶部的排水孔位于锚筒顶部中心一侧，且与可旋转喷头之间有间距，避免可旋转喷头阻挡锚筒内的水被排出。

所述锚筒顶部的排水孔连接抽水管路和潜水泵，方便锚筒内的水被抽出。

所述锚筒顶部外侧对称设置有两个吊钩，便于吸力锚的安装定位。

作业时，吸力锚负压下贯过程中土体渗水量之和必须小于潜水泵的抽水流量，使喷头持续喷出高压水对竹节式锚筒内土塞进行冲刷，并保证吸力锚在潜水泵抽水过程中保持负压稳定下贯。

吸力锚下沉过程中，由于竹节式锚筒底部外径比竹节大，底部下沉后为上部留出足够的无泥土空间使锚筒和竹节能顺利下沉，同时导致进入筒内的土体一定比海床平面高，形成较高的“土塞”；利用潜水泵抽竹节式锚筒中的水，产生负压提供下沉力，水在深海高压作用下进入喷头，喷头会自动旋转，进而冲击竹节式锚筒内部的“土塞”并成为泥浆浑浊液，通过潜水泵抽出筒外，使吸力锚顺利下沉。

与传统吸力锚和安装方法相比，本发明提供了一种深海竹节式吸力锚。通过在吸力锚筒身上等间隔制有环绕凸起的竹节，极大地提高吸力锚的侧摩阻力；由于竹节式锚筒底部外径比竹节大，底部下沉后为上部留出足够的无泥土空间使锚筒和竹节能顺利下沉，同时导致进入筒内的土体一定比海床平面高，形成较高的“土塞”，通过在锚桶顶盖设置可自旋转喷头，利用海底高水压的特点，冲击筒内形成的土塞，使其与水体充分混合，成为泥浆浑浊液，在潜水泵持续抽吸筒内水体过程中，泥浆浑浊液随其排出筒外，有效的消除土塞，实现吸力锚的顺利安装下沉。此后，由于海底土体在海底潜流作用下的冲涮导致的流动特性，吸力锚周围土体会逐渐向其靠拢，随即将其掩埋。吸力锚安装成功后会极大提高吸力锚竖向承载力和极限抗拔承载力。

附图说明

图1为本发明结构剖面示意图。

图2为本发明喷头结构示意图。

图3为本发明喷头结构俯视图。

图4为本发明吸力锚实施图。

图中：1.竹节式锚桶，2.喷头，3.排水孔，4.吊钩，5.轴承，6.引水导管，7.竹节形结构。

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、2和3所示，一种深海竹节式吸力锚，包括竹节式锚筒1、轴承5和喷头2，其中竹节式锚筒1是底部敞开、顶端封闭的筒体，所述锚筒的筒身的中上部分上等间隔制有若干节环绕筒身的向外凸起的竹节形结构7，所述锚筒的筒身的中下部分为膨大的圆筒形，且膨大部分的圆筒外径大于竹节形结构的外径，所述锚筒的顶盖上设有与筒体内部相通的排水孔3和吊钩4，便于吸力锚的定位安装。可旋转喷头2位于筒体内，且可旋转喷头2通过轴承5与竹节式锚筒1顶盖内壁相连，并固定在竹节式锚筒1顶盖圆心处，组成所需吸力锚。

竹节式锚筒1的竹节形结构7间距是0.1m至1.5m，形结构竹节7的外径比非竹节部分锚筒的外径大1m至3m，具体以吸力锚实际设计要求而定。

竹节式锚筒1底部外径增大，比竹节形结构7的外径大0.1m到1m，锚筒外径增大处的高度是2m至4m，占筒身总长度的1/6-1/5。具体以吸力锚初始贯入深度和实际设计要求而定。

轴承5的外圈与可旋转喷头2连成一体，轴承5的内圈与竹节式锚筒1顶盖连成一体，轴承5中空构成可旋转喷头2通道并与外部连通，使高压水能进入可旋转喷头2。

可旋转喷头2上半部分为与轴承外圈直径相等的空心短管，空心短管的上端与轴承外圈固定连接为一体；可旋转喷头2下半部分为内部空心的半圆盘体，且半圆盘体的平面断面处与空心短管的下端面密封连接，空心短管的空腔与半圆盘体的空心连通，半圆盘体的弧形边缘上设置有与半圆盘体断面夹角分别为0°、30°、45°、60°和90°的引水导管6，引水导管6与半圆盘体的空心连通，当高压水沿引水导管喷出时，在竖直面会形成扇形冲击水柱。

0°引水导管沿水平方向延伸，且末端部分水平折弯，折弯部分的中心延长线与轴承外圈相切，随着高压水的喷出会产生沿圆周切向的反作用力，实现喷头2自旋转，进而水柱会对外锚筒横截面所有土塞进行冲刷，不仅实现对锚筒侧壁泥土的冲刷，且扩大其余引水导管的冲刷范围。

半圆盘体垂直于空心短管的下表面，这种垂直设置是为了方便引水导管6出水角度设置准确，在高压水的作用下，引水导管的出水能够将锚筒内的土塞冲刷稀释成浊液，方便潜水泵次序抽吸筒内的泥浆浑浊液至筒体外部。

90°引水导管为并排设置的两根，两根引水导管能够实现较大的出水量，冲击力大。

两根0°引水导管分别对称设置于半圆盘体弧形面的中心线上，随着高压水的喷出会产生沿圆周切向的反作用力，实现喷头自旋转。

30°引水导管、45°引水导管和60°引水导管中相邻的两根引水导管分别交叉错位设置于半圆盘体弧形面的中心线两侧。引水导管6错位交叉设置能够利用高压水从不同方位更加高效的冲击锚筒内的土塞，有效避免土塞的产生。

锚筒顶部的排水孔3位于锚筒顶部中心一侧，且与可旋转喷头之间有间距，避免可旋转喷头阻挡锚筒内的水被排出。锚筒顶部的排水孔3连接抽水管路和潜水泵，方便锚筒内的水被抽出。锚筒顶部外侧对称设置有两个吊钩4，便于吸力锚的安装定位。

作业时，吸力锚负压下贯过程中土体渗水量之和必须小于潜水泵的抽水流量，使喷头持续喷出高压水对竹节式锚筒内土塞进行冲刷，并保证吸力锚在潜水泵抽水过程中保持负压稳定下贯。

如图4所示，所述吸力锚下沉过程中，由于竹节式锚筒1底部外径比竹节形结构7大，底部下沉后为上部留出足够的无泥土空间使锚筒1和竹节形结构7能顺利下沉，同时导致进入筒内的土体一定比海床平面高，形成较高的“土塞”；利用潜水泵抽竹节式锚筒1中的水，产生负压提供下沉力，水在深海高压作用下进入喷头2，喷头2会自动旋转，进而冲击竹节式锚筒1内部的“土塞”并成为泥浆浑浊液，通过潜水泵抽出筒外，使吸力锚顺利下沉。

与传统吸力锚和安装方法相比，本发明通过在吸力锚筒身上等间隔制有环绕凸起的竹节形结构7，极大地提高吸力锚的侧摩阻力；由于竹节式锚筒1底部外径比竹节形结构7大，底部下沉后为上部留出足够的无泥土空间使锚筒1和竹节形结构7能顺利下沉，同时导致进入筒内的土体一定比海床平面高，形成较高的“土塞”，通过在竹节式锚桶1顶盖设置可自旋转喷头2，利用海底高水压的特点，冲击筒内形成的土塞，使其与水体充分混合，成为泥浆浑浊液，在潜水泵持续抽吸筒内水体过程中，泥浆浑浊液随其排出筒外，有效的消除土塞，实现吸力锚的顺利安装下沉。此后，由于海底土体在海底潜流作用下的冲涮导致的流动特性，吸力锚周围土体会逐渐向其靠拢，随即将其掩埋。吸力锚安装成功后会极大提高吸力锚竖向承载力和极限抗拔承载力。

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。