1.本发明涉及海上作业设备技术领域，具体涉及一种螺旋式贯入板锚及其施工方法。
背景技术：2.面对较为恶劣的深海环境，漂浮式平台在技术可行性和经济成本方面展现出了较大优势，如何经由锚固基础安全可靠地系泊浮式平台是工业界关心的热点问题。目前常见的海洋锚固基础有重力锚、桩锚、吸力锚、动力贯入式锚、吸力贯入式锚、拖曳锚、法向承力锚等。其中，后四类锚虽然在外形上有差异，但其主要承载力来源于其锚板，可统称为板锚。在深海环境下，较之于拖曳方式，通过重力或吸力将板锚贯入进海床一定深度内的方案在技术难度上具有优势。但在贯入完成后，用于抵抗锚链拉力锚板通常在竖向平面内，其承载能力不能充分发挥，因此需要继续拖曳板锚，调整锚板角度，这无疑增加了施工作业量，同时竖向贯入作业的施工难度较大。
技术实现要素：3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的板锚施工作业量大、施工难度大的缺陷，从而提供一种螺旋式贯入板锚。
4.为了解决上述问题，本发明提供了一种螺旋式贯入板锚，包括：螺旋锚板；锚链，连接在螺旋锚板上；桩身，桩身呈套筒结构，锚链穿过桩身，其中，螺旋锚板的上端设置有第一止转结构，桩身的下端设置有第二止转结构，第一止转结构适于与第二止转结构配合，以固定螺旋锚板和桩身之间的周向位置。
5.可选地，螺旋锚板包括柱状锚体以及连接在柱状锚体的侧壁上的螺旋叶片，柱状锚体的上端设置有凸部，第一止转结构为设置在凸部的侧壁上的第一止转面，第二止转结构为设置在桩身的下端的内侧壁上的第二止转面。
6.可选地，凸部的外侧壁为外六角面，桩身的下端的内侧壁为内六角面。
7.可选地，锚链连接在凸部的上表面上。
8.可选地，凸部上设置有连接柱，锚链的下端设置有连接孔，连接柱穿设在连接孔内，螺旋式贯入板锚还包括紧固件，紧固件设置在连接柱上。
9.可选地，连接柱上设置有外螺纹段，紧固件为螺母。
10.可选地，凸部位于柱状锚体的中部。
11.可选地，柱状锚体的下部设置有导向面。
12.可选地，桩身的外径和柱状锚体的直径相适配。
13.一种螺旋式贯入锚板的施工方法，螺旋式贯入板锚为权利要求1至9中任一项的螺旋式贯入板锚，施工方法包括：步骤s1：将桩身穿设在锚链外，将螺旋锚板和桩身吊装至海底预定位置；步骤s2，使第一止转结构和第二止转结构配合，并对桩身旋压，使螺旋锚板贯入；步骤s3，螺旋锚板贯入至预定位置后，上提桩身并回收，将锚链连接到海上工作平台上。
14.本发明具有以下优点：
15.利用本发明的技术方案，当需要贯入板锚时，使桩身下端与螺旋锚板的上端抵接，并使第一止转结构和第二止转结构配合。旋压桩身，桩身旋转时带动螺旋锚板旋转，进而将螺旋锚板螺旋贯入至海床。贯入完成后，上提桩身，桩身与螺旋锚板分离，进而使得桩身可回收。同时，将锚链的上端与海上平台连接，进而完成锚固作业。上述结构中，在贯入时通过旋压将螺旋锚板以较小的倾角转入海床中。旋压施工改变了土对锚的作用力方向，减小了需要的竖向安装力，从而减少了贯入过程的施工难度。贯入到位后，螺旋锚板面即接近于水平面方向，此时板锚的水平投影面积达到最大，可以充分发挥竖向土压力用于抵抗锚链上的拉拔荷载，较大程度发挥了螺旋锚板的抗拔能力。贯入完成后螺旋锚板已经接近水平面方向，无需像传统平板锚施工后再继续拖曳使其改变倾角，实现了降本增效，有利于海上风电平价化。此外，用于传动旋压的桩身在施工完成后，通过竖向提升回收并重复使用，从而进一步节省了施工成本。因此本发明的技术方案解决了现有技术中的板锚施工作业量大、施工难度大的缺陷。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1示出了本发明的螺旋式贯入板锚的结构示意图；以及
18.图2示出了图1中a处放大示意图。
19.附图标记说明：
20.10、螺旋锚板；11、柱状锚体；111、凸部；112、连接柱；12、螺旋叶片；20、锚链；21、连接孔；30、桩身；40、第一止转结构；50、第二止转结构；60、紧固件。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
25.如图1和图2所示，本实施例的螺旋式贯入板锚包括螺旋锚板10、锚链20以及桩身30。其中，锚链20连接在螺旋锚板10上。桩身30呈套筒结构，锚链20穿过桩身3。进一步地，螺旋锚板10的上端设置有第一止转结构40，桩身30的下端设置有第二止转结构50，第一止转结构40适于与第二止转结构50配合，以固定螺旋锚板10和桩身30之间的周向位置。
26.利用本实施例的技术方案，当需要贯入板锚时，使桩身30下端与螺旋锚板10的上端抵接，并使第一止转结构40和第二止转结构50配合。旋压桩身30，桩身30旋转时带动螺旋锚板10旋转，进而将螺旋锚板10螺旋贯入至海床。贯入完成后，上提桩身30，桩身30与螺旋锚板10分离，进而使得桩身30可回收。同时，将锚链20的上端与海上平台连接，进而完成锚固作业。上述结构中，在贯入时通过旋压将螺旋锚板10以较小的倾角转入海床中。旋压施工改变了土对锚的作用力方向，减小了需要的竖向安装力，从而减少了贯入过程的施工难度。贯入到位后，螺旋锚板10的板面即接近于水平面方向，此时板锚的水平投影面积达到最大，可以充分发挥竖向土压力用于抵抗锚链上的拉拔荷载，较大程度发挥了螺旋锚板的抗拔能力。贯入完成后螺旋锚板已经接近水平面方向，无需像传统平板锚施工后再继续拖曳使其改变倾角，实现了降本增效，有利于海上风电平价化。此外，用于传动旋压的桩身30在施工完成后，通过竖向提升回收并重复使用，从而进一步节省了施工成本。因此本实施例的技术方案解决了现有技术中的板锚施工作业量大、施工难度大的缺陷。
27.如图1所示，需要说明的是，本实施例中的桩身30为套筒结构。桩身30的上下两端均开口，以使锚链20可以从桩身穿过。
28.需要说明的是，第一止转结构40和第二止转结构50接触时，二者可以使桩身30和螺旋锚板10之间的周向位置被固定。因此桩身30被驱动旋转时，桩身30可以带动螺旋锚板10同步转动，进而使得螺旋锚板10螺旋贯入至海床内。
29.结合图2，本领域技术人员可理解，当桩身30被下压至与螺旋锚板10的上端抵接时，第一止转结构40和第二止转结构50之间配合。当上提桩身30使得其与螺旋锚板10分离时，第一止转结构40和第二止转结构50也分离。
30.如图1和图2所示，在本实施例的技术方案中，螺旋锚板10包括柱状锚体11以及连接在柱状锚体11的侧壁上的螺旋叶片12。柱状锚体11的上端设置有凸部111，第一止转结构40为设置在凸部111的侧壁上的第一止转面，第二止转结构50为设置在桩身30的下端的内侧壁上的第二止转面。
31.具体而言，柱状锚体11呈杆状结构，凸部111设置在柱状锚体11的上端面上，并且凸部111的截面形状小于柱状锚体11的尺寸。当桩身30下压至与柱状锚体11的上端抵接时，桩身30的下端套设在凸部111外，进而使得第一止转面和第二止转面接触。因此当桩身30旋转时，可以通过第一止转面和第二止转面带动柱状锚体11同步旋转。
32.第一止转面和第二止转面的结构形式简单，配合以及分离便捷，有助于降低施工难度。
33.结合图2本领域技术人员可以理解，螺旋叶片12呈螺旋形结构，从而有利于降低螺旋锚板10的贯入施工难度。
34.优选地，凸部111的外侧壁为外六角面，桩身30的下端的内侧壁为内六角面。具体
而言，凸部111的截面呈六边形结构(实际上，凸部111可以为固定在柱状锚体11的上端面上的六角螺帽)，桩身30的内孔的下端的内侧壁为六边形面。在桩身30套设在凸部111外时，可以通过六角面使得桩身30带动柱状锚体11旋转。
35.当然，上述的第一止转面和第二止转面也可以为其他形式的面，而不限于六角面结构。
36.如图2所示，在本实施例的技术方案中，锚链20连接在凸部111的上表面上。具体而言，锚链20的一端连接在凸部111上，另一端穿过桩身30后与外部结构进行连接。
37.进一步地，凸部111上设置有连接柱112，锚链20的下端设置有连接孔21，连接柱112穿设在连接孔21内。螺旋式贯入板锚还包括紧固件60，紧固件60设置在连接柱112上。具体而言，连接柱112沿螺旋锚板10的轴向延伸，当需要安装锚链20时，将连接孔21套设在连接柱112外，然后将紧固件60安装在连接柱112，即可是锚链20的下端与螺旋锚板10进行固定。
38.优选地，连接孔21的直径大于连接柱112的外径，因此在螺旋锚板10旋转时，锚链20不会发生扭转。
39.进一步地，连接柱112上设置有外螺纹段，紧固件60为螺母。具体而言，连接柱112设置为螺柱。螺母优选地设置为叠置的两个，进而保证紧固效果。
40.优选地，凸部111位于柱状锚体11的中部，并且桩身30的外径和柱状锚体11的直径相适配。当桩身30下压至与螺旋锚板10抵接时，桩身30和柱状锚体11形成一个圆柱状结构。
41.优选地，柱状锚体11的下部设置有导向面，从而便于螺旋锚板10的螺旋贯入。
42.本实施例还提供了一种螺旋式贯入锚板的施工方法，螺旋式贯入板锚为上述的螺旋式贯入板锚，施工方法包括：
43.步骤s1：将桩身30穿设在锚链20外，将螺旋锚板10和桩身30吊装至海底预定位置；
44.步骤s2，使第一止转结构40和第二止转结构50配合，并对桩身30旋压，使螺旋锚板10贯入；
45.步骤s3，螺旋锚板10贯入至预定位置后，上提桩身30并回收，将锚链20连接到海上工作平台上。
46.根据上述描述，本发明提供了一种新型的螺旋式贯入板锚，相较于传统的依靠重力或吸力贯入板锚和螺旋锚均有了巨大的改进和提升。首先本发明的锚板为成螺旋形，锚板本身不在一个平面，因此可以采用螺旋贯入的方式，该方式使得锚板与贯入方向成一定的夹角，改变了摩擦力方向，使得需要的竖向安装力减小，有助于施工设备小型化，并且这种螺旋贯入方式被证明对土体扰动较小，因而有利于维持其承载力。其次，区别于重力贯入锚，本发明可以通过施工机器，旋压到预定深度后停止作业，因此可以直接控制贯入深度，有助于减少施工中的不确定性，达到设计的预定状态。同时，当贯入到预定深度后，锚板即接近于水平面，此时即可充分发挥锚板承载力，无需继续拖曳调整，减少了后续施工量。与螺旋桩有区别的是，本发明在将螺旋板锚贯入到位后，桩身连杆将通过提拉被回收，不仅节省了材料，还可重复利用桩身连杆进行施工，具有很强的经济性，由于桩身不再参与受力，螺旋板锚的承载力全由锚板提供，因此可以采用传统平板锚的公式进行评估。因此本发明是施工方便，施工量小，承载性能优越，经济性强的新型螺旋贯入式锚，该锚能够适应不同水深的施工环境，具有很高的应用价值。
47.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。