[发明专利]一种深海内环式海底吸力锚及其安装方法

说明书

本发明公开了一种深海内环式海底吸力锚及其安装方法，该吸力锚包括吸力主桶，所述吸力主桶为底部敞开，顶端封闭的桶型结构，吸力主桶内壁沿轴向等间距布置若干空心环形凸起，吸力主桶内壁与空心环形凸起的侧壁形成倒钩状结构，吸力主桶的顶部中心和顶部边缘布置排水孔。该吸力锚能够更加顺利的下沉、贯入土体，沉放至预定的设计深度，在增加侧摩阻力的发挥下最大程度的减小对桶外土体的扰动，并减小海浪对既有基础的冲蚀，极大地提高各种工况下的吸力锚竖向承载力和极限抗拔承载力，在实现上述功能的情况下，还能保证吸力锚回收利用的便利性。

技术领域

本发明属于土木工程中的海上风电工程和海洋工程技术领域，涉及离岸风机基础、海洋平台系泊、浮桶定位、灯塔、导管架结构基础，具体说是一种新型海底吸力锚及其安装方法。

背景技术

随着海洋油气资源开采的加速发展和海上风能发电的日益崛起，海洋钻井平台和海上风电场的基础设计成为该领域的一项重要课题。吸力锚作为一种新型海上结构设施，已经被广泛应用于船只系泊、浮桶定位、存储设施、灯塔、导管架和海洋平台等领域。

吸力锚基础类似于刚性短桩，实际工程中应用最多的吸力锚是一种顶端封闭、下端开口的桶型结构，锚桶侧壁材料为钢材，锚桶顶盖留有抽水孔以连接抽水管路。它的下沉依次包括两个阶段：首先是在自重和负载作用下的压力沉贯阶段。其次是依靠潜水泵持续抽水在吸力锚上产生的内、外压差而引起的吸力沉贯阶段。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l000m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，承载力主要依靠桶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坚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、桶裙和锚枝等，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。该吸力锚包括锚桶、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。