一種可發(fā)生旋轉(zhuǎn)的吸力貫入式錨泊基礎(chǔ)

劉金龍，祝磊，姚軍，肖赟 （合肥學(xué)院城市建設(shè)與交通學(xué)院,安徽 合肥 230601）

1 引言

埋入式吸力錨(embedded suction anchor)能利用桶形基礎(chǔ)進(jìn)行施工，其抗拔承載力一方面來自被兜住海床土體的自重，另一方面來自桶壁表面與海床土體的摩擦，具體與海床土體工程地質(zhì)條件、錨鏈系泊點(diǎn)位置、沉貫海床深度、錨身表面積等因素有關(guān)。埋入式吸力錨采用桶形基礎(chǔ)進(jìn)行施工。

一般地，在海床土體工程地質(zhì)條件一定的情況下，可通過增加錨身表面積、加大貫入海床深度、提高兜住海床土體的面積等方式來提高錨泊基礎(chǔ)抗拔承載力。但錨身表面積越大、貫入海床深度越大，施工難度越大，造價越高。

因此，在不增加施工難度與造價情況下，使錨泊基礎(chǔ)具有靈巧的構(gòu)造，在使用過程中通過構(gòu)件的移動，偏轉(zhuǎn)能兜住更多的海床土體，從而提高錨泊基礎(chǔ)的抗拔承載力，是值得探討的技術(shù)問題。

2 吸力貫入旋轉(zhuǎn)式錨泊基礎(chǔ)

為此，本文提出一種吸力貫入旋轉(zhuǎn)式錨泊基礎(chǔ)，包括左半殼體、右半殼體；左半殼體的下部呈半圓形形狀，半圓形上端的兩外側(cè)設(shè)置一對轉(zhuǎn)軸，左半殼體在轉(zhuǎn)軸以上的部分呈傾斜缺口狀；右半殼體的下部呈半圓形形狀，半圓形上端的兩外側(cè)基于支座設(shè)置一對與轉(zhuǎn)軸相配合的套筒，右半殼體在套筒以上的部分呈傾斜缺口狀；右半殼體中下部的外側(cè)設(shè)置系泊孔；左半殼體的內(nèi)徑與外徑與右半殼體的內(nèi)徑與外徑均分別相等；左半殼體與右半殼體的底端內(nèi)弧面均設(shè)置有向內(nèi)突出的底托；右半殼體在套筒以上部分的高度大于圓弧板的半徑，左半殼體在轉(zhuǎn)軸以上部分的高度大于右半殼體在套筒以上部分的高度，如圖1～圖7所示。

圖1 錨泊基礎(chǔ)主視圖

圖2 所提錨泊基礎(chǔ)俯視圖

圖3 所提錨泊基礎(chǔ)三維示意圖

圖4 所提錨泊基礎(chǔ)仰視圖

圖5 右半殼體三維結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 左半殼體三維結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 所提錨泊基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)示意圖

左半殼體的下部呈半圓形形狀，半圓形上端的兩外側(cè)設(shè)置一對轉(zhuǎn)軸，左半殼體在轉(zhuǎn)軸以上的部分呈傾斜缺口狀，如圖6所示。為了加強(qiáng)轉(zhuǎn)軸與左半殼體的連接，在轉(zhuǎn)軸的位置處的圓弧板稍微進(jìn)行擴(kuò)大，相應(yīng)地右半殼體在該位置處進(jìn)行縮小，以此達(dá)到相互配合，實(shí)現(xiàn)相互旋轉(zhuǎn)。左半殼體呈對稱形狀。

右半殼體的下部呈半圓形形狀，半圓形上端的兩外側(cè)基于支座設(shè)置一對與轉(zhuǎn)軸相配合的套筒，右半殼體在套筒以上的部分呈傾斜缺口狀，如圖5所示。右半殼體呈對稱形狀，轉(zhuǎn)軸與套筒5配合部位上方的左半殼體、右半殼體上向上傾斜切割構(gòu)成呈“V”形的缺口，缺口上方縱向向上延伸至筒體頂部構(gòu)成開口。

右半殼體基于套筒組裝、套入左半殼體的轉(zhuǎn)軸后，左半殼體與右半殼體的上部可發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)至最大幅度時右半殼體的上端可接觸、抵住左半殼體的上端內(nèi)側(cè)，如圖7所示。

左半殼體與右半殼體的下部均呈半圓形形狀，相互組合后，左半殼體與右半殼體的下部組成完整的圓形，如圖3、圖4所示。施工時該完整的圓形套在桶形基礎(chǔ)的底部外側(cè)，接觸緊密、穩(wěn)定性高，便于沉貫施工。

右半殼體中下部的外側(cè)設(shè)置系泊孔，錨鏈系泊在系泊孔上。系泊孔的高度小于轉(zhuǎn)軸的高度，故通過錨鏈張拉右半殼體時，錨鏈拉力的作用點(diǎn)與作用方向相對于轉(zhuǎn)軸屬于偏心方向，錨鏈拉力迫使左半殼體與右半殼體發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)。

3 錨泊基礎(chǔ)施工流程

所提錨泊基礎(chǔ)使用桶形基礎(chǔ)進(jìn)行施工，左半殼體與右半殼體的內(nèi)徑略大于桶形基礎(chǔ)的外徑；左半殼體與右半殼體底端底托的上端面呈水平狀，底托呈圓環(huán)形分布，底托的內(nèi)徑與桶形基礎(chǔ)的內(nèi)徑相等。施工時錨泊基礎(chǔ)與桶形基礎(chǔ)的組裝，如圖8、圖9所示。

3.1 組裝錨泊基礎(chǔ)

把錨泊基礎(chǔ)套入桶形基礎(chǔ)的底部外側(cè)，使桶形基礎(chǔ)的軸向下端壓在左半殼體與右半殼體底端的底托上，錨鏈系泊在系泊孔上，如圖8、圖9所示。

圖8 下沉壓入海床示意圖

圖9 相互組裝剖面圖

3.2 桶形基礎(chǔ)接觸海床

基于施工繩索起吊桶形基礎(chǔ)使其處于鉛錘狀態(tài)，逐漸下放施工繩索使桶形基礎(chǔ)進(jìn)入海水，并逐漸接近海床，最終在自重作用下接觸海床并壓入海床土體一定深度，如圖8所示。

3.3 在負(fù)壓吸力作用下使桶形基礎(chǔ)貫入海床

桶形基礎(chǔ)頂部的進(jìn)出水(氣)閥與空氣泵相連，通過空氣泵的抽取空氣，使桶形基礎(chǔ)內(nèi)部的氣壓逐漸減小(甚至為真空)，而桶形基礎(chǔ)四周受到海水壓力，故桶形基礎(chǔ)外部壓力大于內(nèi)部壓力，這種壓力差把桶形基礎(chǔ)逐漸貫入海床中，最終達(dá)到設(shè)計深度，如圖10所示。

圖10 桶形基礎(chǔ)在負(fù)壓吸力作用下貫入海床結(jié)構(gòu)示意圖

所提的錨泊基礎(chǔ)由左半殼體與右半殼體相互組裝而成，施工時左半殼體與右半殼體緊貼在桶形基礎(chǔ)的外側(cè)，其鉛錘方向的投影面積非常小，如圖9所示，故貫入阻力較小，便于在海洋環(huán)境中的快速施工。

3.4 移除桶形基礎(chǔ)

緊貼在桶形基礎(chǔ)端部的錨泊基礎(chǔ)被壓入海床土體至設(shè)計深度后，基于空氣泵向桶形基礎(chǔ)內(nèi)部充氣，使桶形基礎(chǔ)內(nèi)部的壓強(qiáng)逐漸增大，直至內(nèi)部空氣壓強(qiáng)大于外部水壓力時，桶形基礎(chǔ)逐漸上浮，錨泊基礎(chǔ)也與桶形基礎(chǔ)逐漸分離，最終桶形基礎(chǔ)與海床土體分離，僅剩錨泊基礎(chǔ)在海床土體中，見圖11所示。

圖11 桶形基礎(chǔ)移除后錨泊基礎(chǔ)姿態(tài)示意圖

3.5 張拉錨鏈?zhǔn)瑰^泊基礎(chǔ)承載力達(dá)到要求

對錨鏈?zhǔn)┘永?，使錨泊基礎(chǔ)的兩側(cè)基于旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中錨泊基礎(chǔ)能兜住較多的海床土體，使錨泊基礎(chǔ)的抗拔承載力逐漸提高，直至錨鏈拉力達(dá)到設(shè)計值時，完成錨泊基礎(chǔ)的施工，如圖12所示。

圖12 工作狀態(tài)圖

與現(xiàn)有技術(shù)相比，所提錨泊基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)為：錨泊基礎(chǔ)由左半殼體與右半殼體相互組裝而成，施工時左半殼體與右半殼體包圍在桶形基礎(chǔ)的端部，沿鉛錘方向的投影面積非常小，沉貫阻力較??；錨泊基礎(chǔ)貫入海床后，通過張拉錨鏈?zhǔn)棺蟀霘んw與右半殼體發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，錨泊基礎(chǔ)能兜住較大面積的海床土體，從而具有較大的抗拔承載力；結(jié)構(gòu)簡單、制作方便，成本較低。

4 結(jié)語

提出了一種吸力貫入旋轉(zhuǎn)式錨泊基礎(chǔ)，包括左半殼體、右半殼體，左半殼體、右半殼體相對布置且轉(zhuǎn)動安裝構(gòu)成筒體；筒體上開設(shè)有位于轉(zhuǎn)動安裝部位上方的缺口；筒體內(nèi)壁靠近底部具有托住桶形基礎(chǔ)的底托；筒體的右半殼體外壁上設(shè)有系泊孔；筒體的左半殼體高度高于右半殼體，錨泊基礎(chǔ)貫入至海床設(shè)計深度，移除桶形基礎(chǔ)，右半殼體旋轉(zhuǎn)至最大幅度時其上端抵住左半殼體內(nèi)壁上部。所提裝置施工時，組裝在桶形基礎(chǔ)的底部外側(cè)，其沿沉貫方向的面積非常小，阻力相對較小，貫入海床后，通過張拉錨鏈?zhǔn)棺蟀霘んw與右半殼體發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，能兜住較大面積的海床土體，從而具有較大的抗拔承載力。