本發(fā)明涉及一種土木技術(shù)，尤其是一種深海竹節(jié)式吸力錨。

背景技術(shù)：

吸力錨結(jié)構(gòu)一般為頂端封閉、下端敞開(kāi)的倒置筒狀,錨筒側(cè)壁材料為鋼材，頂蓋一般為鋼材和鋼筋混凝土材料，錨筒頂蓋留有抽水孔以連接抽水管路和潛水泵。起初借助重力沉入海底一定深度，然后利用水下潛水泵抽出筒內(nèi)水體，形成內(nèi)外壓差，使錨筒緩慢下沉。當(dāng)錨筒頂部與海底接觸時(shí)，錨筒下沉停止，此時(shí)卸去潛水泵，吸力錨安裝完成。由于具有施工方便、施工速度快（如一個(gè)直徑9m高度10m的吸力基礎(chǔ)可以在1～3小時(shí)內(nèi)沉貫完畢，且只用了一只抽水泵)、可重復(fù)利用和費(fèi)用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各種系泊在海上的浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)物和海洋平臺(tái)的基礎(chǔ)。

隨著技術(shù)的不斷提高，海洋工程逐漸向深海發(fā)展，由于深海的打樁技術(shù)問(wèn)題難以解決，導(dǎo)致樁式錨深海安裝難度大，當(dāng)水深超過(guò)1000m時(shí)，樁式錨已不適用。吸力錨在深海施工簡(jiǎn)便、使用安全可靠且可以重復(fù)利用，是深海工程中有較好發(fā)展前景的基礎(chǔ)形式。吸力錨直徑一般在3～12m之間，長(zhǎng)徑比一般在1～6之間變化；目前，吸力基礎(chǔ)長(zhǎng)徑比最大已達(dá)到10，長(zhǎng)度達(dá)30.5m。吸力錨安裝完成后，負(fù)壓消失，這時(shí)的吸力錨實(shí)際上就如同常規(guī)的埋入式短樁，承載力主要依靠筒體內(nèi)外壁與土的摩擦力。因此，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并能極大地增加側(cè)摩阻力從而可以提高豎向承載力和極限抗拔承載力的吸力錨是目前有待解決的問(wèn)題。

相關(guān)模具研究現(xiàn)狀如下所示：

（1）申請(qǐng)?zhí)枮?00710177337.x的中國(guó)專利介紹了一種海底用吸力式基礎(chǔ)。該吸力錨包括錨桶和錨頂上端的穩(wěn)定盤(pán)，降低了吸力錨周圍土體的軟化程度，消除了土體液化，提高了吸力錨的穩(wěn)定性和可靠性，但該吸力式基礎(chǔ)無(wú)法增大側(cè)摩阻力，無(wú)法提高吸力錨豎向承載力和極限抗拔承載力。

（2）申請(qǐng)?zhí)枮?00920239914.8的中國(guó)專利介紹了一種海底裙式吸力錨。該吸力錨包括錨桶和連接有裙邊的加強(qiáng)盤(pán)，解決了吸力式基礎(chǔ)施工成本高、水平承載力小和桶體上部周圍的海床土體沖蝕問(wèn)題，但該吸力錨無(wú)法增大側(cè)摩阻力，無(wú)法提高吸力錨豎向承載力和極限抗拔承載力。

（3）申請(qǐng)?zhí)枮?00910225767.3的中國(guó)專利介紹了一種脹緊式深海吸力錨及其安裝方法，該吸力錨能夠增加深海錨的豎向承載力和抗拔力，但該吸力錨無(wú)法極大地增加側(cè)摩阻力，其安裝方法過(guò)程復(fù)雜且無(wú)法極大的提高吸力錨豎向承載力和極限抗拔承載力。

（4）申請(qǐng)?zhí)枮?01310091856.x的中國(guó)專利介紹了一種海底吸力錨。該吸力錨包括主桶、筒裙和錨枝等，整個(gè)縱斷面呈“傘”狀，提高吸力錨的整體穩(wěn)定性，增加抗拔力和水平承載力，增強(qiáng)抗波浪沖蝕性能，但該吸力錨無(wú)法增大側(cè)摩阻力，無(wú)法極大地提高吸力錨豎向承載力和極限抗拔承載力。

（5）申請(qǐng)?zhí)枮?01310566730.3的中國(guó)專利介紹了一種帶附著裙邊的吸力錨。該吸力錨包括錨筒、附著裙邊、多根拉力鏈和導(dǎo)向環(huán)，有良好的垂直極限承載能力，但該吸力錨無(wú)法極大地增加側(cè)摩阻力，其安裝方法過(guò)程復(fù)雜且無(wú)法極大的提高吸力錨豎向承載力和極限抗拔承載力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種深海竹節(jié)式吸力錨，該吸力錨能增加側(cè)摩阻力，保證吸力錨能沉放至預(yù)定的設(shè)計(jì)深度，極大地提高吸力錨豎向承載力和極限抗拔承載力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種深海竹節(jié)式吸力錨，包括竹節(jié)式錨筒、軸承和可旋轉(zhuǎn)噴頭，竹節(jié)式錨筒為底部敞開(kāi)、頂端封閉的筒體，所述錨筒的筒身的中上部分上等間隔制有若干節(jié)環(huán)繞筒身的向外凸起的竹節(jié)形結(jié)構(gòu)，所述錨筒的筒身的中下部分為膨大的圓筒形，且膨大部分的圓筒外徑大于竹節(jié)形結(jié)構(gòu)的外徑，所述錨筒的頂蓋上設(shè)有與筒體內(nèi)部相通的排水孔，可旋轉(zhuǎn)噴頭位于筒體內(nèi)，且可旋轉(zhuǎn)噴頭通過(guò)軸承與所述錨筒的頂蓋內(nèi)壁相連，并固定在竹節(jié)式錨筒頂蓋圓心處，組成所需吸力錨。

所述錨筒的筒身膨大部分的長(zhǎng)度占筒身總長(zhǎng)度的1/6-1/5。

所述錨筒的筒身膨大部分外徑比竹節(jié)形結(jié)構(gòu)的外徑大0.1-1m。

所述錨筒的筒身上竹節(jié)形結(jié)構(gòu)外徑比非竹節(jié)形結(jié)構(gòu)部分的錨筒外徑大1-3m。

所述若干節(jié)竹節(jié)形結(jié)構(gòu)的間距為0.1-1.5m。

所述軸承的外圈與噴頭連成一體，軸承的內(nèi)圈與竹節(jié)式錨筒頂蓋連成一體，軸承中空構(gòu)成噴頭通道并與錨筒的外部連通，使高壓水能進(jìn)入噴頭。

所述可旋轉(zhuǎn)噴頭上半部分為與軸承外圈直徑相等的空心短管，空心短管的上端與軸承外圈固定連接為一體；可旋轉(zhuǎn)噴頭下半部分為內(nèi)部空心的半圓盤(pán)體，且半圓盤(pán)體的平面斷面處與空心短管的下端面密封連接，空心短管的空腔與半圓盤(pán)體的空心連通，半圓盤(pán)體的弧形邊緣上設(shè)置有與半圓盤(pán)體斷面夾角分別為0°、30°、45°、60°和90°的引水導(dǎo)管，引水導(dǎo)管與半圓盤(pán)體的空心連通，當(dāng)高壓水沿引水導(dǎo)管噴出時(shí)，在豎直面會(huì)形成扇形沖擊水柱；

所述0°引水導(dǎo)管沿水平方向延伸，且末端部分水平折彎，折彎部分的中心延長(zhǎng)線與軸承外圈相切，隨著高壓水的噴出會(huì)產(chǎn)生沿圓周切向的反作用力，實(shí)現(xiàn)噴頭自旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而水柱會(huì)對(duì)外錨筒橫截面所有土塞進(jìn)行沖刷，不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)錨筒側(cè)壁泥土的沖刷，且擴(kuò)大其余引水導(dǎo)管的沖刷范圍。

所述半圓盤(pán)體垂直于空心短管的下表面，這種垂直設(shè)置是為了方便引水導(dǎo)管出水角度設(shè)置準(zhǔn)確，在高壓水的作用下，引水導(dǎo)管的出水能夠?qū)㈠^筒內(nèi)的土塞沖刷稀釋成濁液，方便潛水泵次序抽吸筒內(nèi)的泥漿渾濁液至筒體外部。

90°引水導(dǎo)管為并排設(shè)置的兩根，兩根引水導(dǎo)管能夠?qū)崿F(xiàn)較大的出水量，沖擊力大。

兩根0°引水導(dǎo)管分別對(duì)稱設(shè)置于半圓盤(pán)體弧形面的中心線上，隨著高壓水的噴出會(huì)產(chǎn)生沿圓周切向的反作用力，實(shí)現(xiàn)噴頭自旋轉(zhuǎn)。

30°引水導(dǎo)管、45°引水導(dǎo)管和60°引水導(dǎo)管中相鄰的兩根引水導(dǎo)管分別交叉錯(cuò)位設(shè)置于半圓盤(pán)體弧形面的中心線兩側(cè)。引水導(dǎo)管錯(cuò)位交叉設(shè)置能夠利用高壓水從不同方位更加高效的沖擊錨筒內(nèi)的土塞，有效避免土塞的產(chǎn)生。

所述錨筒頂部的排水孔位于錨筒頂部中心一側(cè)，且與可旋轉(zhuǎn)噴頭之間有間距，避免可旋轉(zhuǎn)噴頭阻擋錨筒內(nèi)的水被排出。

所述錨筒頂部的排水孔連接抽水管路和潛水泵，方便錨筒內(nèi)的水被抽出。

所述錨筒頂部外側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)吊鉤，便于吸力錨的安裝定位。

作業(yè)時(shí)，吸力錨負(fù)壓下貫過(guò)程中土體滲水量之和必須小于潛水泵的抽水流量，使噴頭持續(xù)噴出高壓水對(duì)竹節(jié)式錨筒內(nèi)土塞進(jìn)行沖刷，并保證吸力錨在潛水泵抽水過(guò)程中保持負(fù)壓穩(wěn)定下貫。

吸力錨下沉過(guò)程中，由于竹節(jié)式錨筒底部外徑比竹節(jié)大，底部下沉后為上部留出足夠的無(wú)泥土空間使錨筒和竹節(jié)能順利下沉，同時(shí)導(dǎo)致進(jìn)入筒內(nèi)的土體一定比海床平面高，形成較高的“土塞”；利用潛水泵抽竹節(jié)式錨筒中的水，產(chǎn)生負(fù)壓提供下沉力，水在深海高壓作用下進(jìn)入噴頭，噴頭會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而沖擊竹節(jié)式錨筒內(nèi)部的“土塞”并成為泥漿渾濁液，通過(guò)潛水泵抽出筒外，使吸力錨順利下沉。

與傳統(tǒng)吸力錨和安裝方法相比，本發(fā)明提供了一種深海竹節(jié)式吸力錨。通過(guò)在吸力錨筒身上等間隔制有環(huán)繞凸起的竹節(jié)，極大地提高吸力錨的側(cè)摩阻力；由于竹節(jié)式錨筒底部外徑比竹節(jié)大，底部下沉后為上部留出足夠的無(wú)泥土空間使錨筒和竹節(jié)能順利下沉，同時(shí)導(dǎo)致進(jìn)入筒內(nèi)的土體一定比海床平面高，形成較高的“土塞”，通過(guò)在錨桶頂蓋設(shè)置可自旋轉(zhuǎn)噴頭，利用海底高水壓的特點(diǎn)，沖擊筒內(nèi)形成的土塞，使其與水體充分混合，成為泥漿渾濁液，在潛水泵持續(xù)抽吸筒內(nèi)水體過(guò)程中，泥漿渾濁液隨其排出筒外，有效的消除土塞，實(shí)現(xiàn)吸力錨的順利安裝下沉。此后，由于海底土體在海底潛流作用下的沖涮導(dǎo)致的流動(dòng)特性，吸力錨周圍土體會(huì)逐漸向其靠攏，隨即將其掩埋。吸力錨安裝成功后會(huì)極大提高吸力錨豎向承載力和極限抗拔承載力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖2為本發(fā)明噴頭結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明噴頭結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖4為本發(fā)明吸力錨實(shí)施圖。

圖中：1.竹節(jié)式錨桶，2.噴頭，3.排水孔，4.吊鉤，5.軸承，6.引水導(dǎo)管，7.竹節(jié)形結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

本說(shuō)明書(shū)所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書(shū)中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

如圖1、2和3所示，一種深海竹節(jié)式吸力錨，包括竹節(jié)式錨筒1、軸承5和噴頭2，其中竹節(jié)式錨筒1是底部敞開(kāi)、頂端封閉的筒體，所述錨筒的筒身的中上部分上等間隔制有若干節(jié)環(huán)繞筒身的向外凸起的竹節(jié)形結(jié)構(gòu)7，所述錨筒的筒身的中下部分為膨大的圓筒形，且膨大部分的圓筒外徑大于竹節(jié)形結(jié)構(gòu)的外徑，所述錨筒的頂蓋上設(shè)有與筒體內(nèi)部相通的排水孔3和吊鉤4，便于吸力錨的定位安裝?？尚D(zhuǎn)噴頭2位于筒體內(nèi)，且可旋轉(zhuǎn)噴頭2通過(guò)軸承5與竹節(jié)式錨筒1頂蓋內(nèi)壁相連，并固定在竹節(jié)式錨筒1頂蓋圓心處，組成所需吸力錨。

竹節(jié)式錨筒1的竹節(jié)形結(jié)構(gòu)7間距是0.1m至1.5m，形結(jié)構(gòu)竹節(jié)7的外徑比非竹節(jié)部分錨筒的外徑大1m至3m，具體以吸力錨實(shí)際設(shè)計(jì)要求而定。

竹節(jié)式錨筒1底部外徑增大，比竹節(jié)形結(jié)構(gòu)7的外徑大0.1m到1m，錨筒外徑增大處的高度是2m至4m，占筒身總長(zhǎng)度的1/6-1/5。具體以吸力錨初始貫入深度和實(shí)際設(shè)計(jì)要求而定。

軸承5的外圈與可旋轉(zhuǎn)噴頭2連成一體，軸承5的內(nèi)圈與竹節(jié)式錨筒1頂蓋連成一體，軸承5中空構(gòu)成可旋轉(zhuǎn)噴頭2通道并與外部連通，使高壓水能進(jìn)入可旋轉(zhuǎn)噴頭2。

可旋轉(zhuǎn)噴頭2上半部分為與軸承外圈直徑相等的空心短管，空心短管的上端與軸承外圈固定連接為一體；可旋轉(zhuǎn)噴頭2下半部分為內(nèi)部空心的半圓盤(pán)體，且半圓盤(pán)體的平面斷面處與空心短管的下端面密封連接，空心短管的空腔與半圓盤(pán)體的空心連通，半圓盤(pán)體的弧形邊緣上設(shè)置有與半圓盤(pán)體斷面夾角分別為0°、30°、45°、60°和90°的引水導(dǎo)管6，引水導(dǎo)管6與半圓盤(pán)體的空心連通，當(dāng)高壓水沿引水導(dǎo)管噴出時(shí)，在豎直面會(huì)形成扇形沖擊水柱。

0°引水導(dǎo)管沿水平方向延伸，且末端部分水平折彎，折彎部分的中心延長(zhǎng)線與軸承外圈相切，隨著高壓水的噴出會(huì)產(chǎn)生沿圓周切向的反作用力，實(shí)現(xiàn)噴頭2自旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而水柱會(huì)對(duì)外錨筒橫截面所有土塞進(jìn)行沖刷，不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)錨筒側(cè)壁泥土的沖刷，且擴(kuò)大其余引水導(dǎo)管的沖刷范圍。

半圓盤(pán)體垂直于空心短管的下表面，這種垂直設(shè)置是為了方便引水導(dǎo)管6出水角度設(shè)置準(zhǔn)確，在高壓水的作用下，引水導(dǎo)管的出水能夠?qū)㈠^筒內(nèi)的土塞沖刷稀釋成濁液，方便潛水泵次序抽吸筒內(nèi)的泥漿渾濁液至筒體外部。

90°引水導(dǎo)管為并排設(shè)置的兩根，兩根引水導(dǎo)管能夠?qū)崿F(xiàn)較大的出水量，沖擊力大。

兩根0°引水導(dǎo)管分別對(duì)稱設(shè)置于半圓盤(pán)體弧形面的中心線上，隨著高壓水的噴出會(huì)產(chǎn)生沿圓周切向的反作用力，實(shí)現(xiàn)噴頭自旋轉(zhuǎn)。

30°引水導(dǎo)管、45°引水導(dǎo)管和60°引水導(dǎo)管中相鄰的兩根引水導(dǎo)管分別交叉錯(cuò)位設(shè)置于半圓盤(pán)體弧形面的中心線兩側(cè)。引水導(dǎo)管6錯(cuò)位交叉設(shè)置能夠利用高壓水從不同方位更加高效的沖擊錨筒內(nèi)的土塞，有效避免土塞的產(chǎn)生。

錨筒頂部的排水孔3位于錨筒頂部中心一側(cè)，且與可旋轉(zhuǎn)噴頭之間有間距，避免可旋轉(zhuǎn)噴頭阻擋錨筒內(nèi)的水被排出。錨筒頂部的排水孔3連接抽水管路和潛水泵，方便錨筒內(nèi)的水被抽出。錨筒頂部外側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)吊鉤4，便于吸力錨的安裝定位。

作業(yè)時(shí)，吸力錨負(fù)壓下貫過(guò)程中土體滲水量之和必須小于潛水泵的抽水流量，使噴頭持續(xù)噴出高壓水對(duì)竹節(jié)式錨筒內(nèi)土塞進(jìn)行沖刷，并保證吸力錨在潛水泵抽水過(guò)程中保持負(fù)壓穩(wěn)定下貫。

如圖4所示，所述吸力錨下沉過(guò)程中，由于竹節(jié)式錨筒1底部外徑比竹節(jié)形結(jié)構(gòu)7大，底部下沉后為上部留出足夠的無(wú)泥土空間使錨筒1和竹節(jié)形結(jié)構(gòu)7能順利下沉，同時(shí)導(dǎo)致進(jìn)入筒內(nèi)的土體一定比海床平面高，形成較高的“土塞”；利用潛水泵抽竹節(jié)式錨筒1中的水，產(chǎn)生負(fù)壓提供下沉力，水在深海高壓作用下進(jìn)入噴頭2，噴頭2會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而沖擊竹節(jié)式錨筒1內(nèi)部的“土塞”并成為泥漿渾濁液，通過(guò)潛水泵抽出筒外，使吸力錨順利下沉。

與傳統(tǒng)吸力錨和安裝方法相比，本發(fā)明通過(guò)在吸力錨筒身上等間隔制有環(huán)繞凸起的竹節(jié)形結(jié)構(gòu)7，極大地提高吸力錨的側(cè)摩阻力；由于竹節(jié)式錨筒1底部外徑比竹節(jié)形結(jié)構(gòu)7大，底部下沉后為上部留出足夠的無(wú)泥土空間使錨筒1和竹節(jié)形結(jié)構(gòu)7能順利下沉，同時(shí)導(dǎo)致進(jìn)入筒內(nèi)的土體一定比海床平面高，形成較高的“土塞”，通過(guò)在竹節(jié)式錨桶1頂蓋設(shè)置可自旋轉(zhuǎn)噴頭2，利用海底高水壓的特點(diǎn)，沖擊筒內(nèi)形成的土塞，使其與水體充分混合，成為泥漿渾濁液，在潛水泵持續(xù)抽吸筒內(nèi)水體過(guò)程中，泥漿渾濁液隨其排出筒外，有效的消除土塞，實(shí)現(xiàn)吸力錨的順利安裝下沉。此后，由于海底土體在海底潛流作用下的沖涮導(dǎo)致的流動(dòng)特性，吸力錨周圍土體會(huì)逐漸向其靠攏，隨即將其掩埋。吸力錨安裝成功后會(huì)極大提高吸力錨豎向承載力和極限抗拔承載力。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。