海底裙式吸力錨的製作方法
2023-12-11 10:58:02
專利名稱：海底裙式吸力錨的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於海洋工程設計、施工技術領域，尤其涉及離岸風電工程的地基基 石出。
背景技術：
隨著全球能源危機日漸明顯，世界越來越多國家重視開發可再生能源。由於海洋 風能資源豐富，具有零汙染、零排放且沒有視覺、噪音以及不佔用陸地能優點，所以在海上 建立風力發電廠具有巨大的資源潛力。目前國際離岸風電最大水深為30m，而大部分建在5 15m水深海域。而作為離岸 風電工程的基礎是整個工程的重要組成部分，傳統的基礎形式為重力式基礎、樁基礎和吸 力基礎。與本實用新型有關的技術是吸力基礎。吸力基礎，根據其長徑比不同，國內外分類 為吸力沉箱、吸力錨、吸力樁或吸力桶形基礎(suction caisson, suction anchor, suction pile,bucket foundation)。吸力基礎結構的共同點類似一個倒置的「水桶」，也就是底部敞 開、頂部封閉的鋼製圓桶結構，桶體頂面設有排水孔。這些吸力基礎承受著動力水平荷載、 豎向荷載和彎矩，沉貫機理是相同的，即靠自重使桶內壁與海床之間施加負壓沉入海床，可 以穿越砂土和粘性土達到海底基巖。上述傳統吸力基礎存在的缺陷是1)傳統基礎周圍存在砂土液化問題，從而降低基礎承載力；2)基礎周圍發生波浪容易引起海床衝蝕問題；3)不能有效提高豎向和水平承載能力。為了克服傳統的吸力基礎的缺陷，中國專利公開號CN101158164公開了一種「海 底用的吸力式基礎」，它是在傳統吸力式基礎的桶狀本體上端外側帶有一起加強作用的環 形穩定盤，環形穩定盤與桶狀本體共同構成一整體的T形結構，所述的環形穩定盤的外緣 半徑與桶體本體位於環形穩定盤下方部分的長度相等。這種吸力式基礎雖然在一定程度上 提高了承受水平動載荷能力和豎向承載力，但還存在以下缺陷1)由於環形穩定盤的存在及上面沒有設置透水孔，基礎在下沉式時會產生較大向 上的海水阻力，尤其在如該專利描述的「環形穩定盤的外緣半徑與桶體本體位於環形穩定 盤下方部分的長度相等」的條件下，穩定盤具有較大尺寸，將產生較大的下沉水阻力，影響 沉貫速度和沉貫質量；同時增加了能量損耗，與傳統吸力基礎比，會增加施工成本；2)這種基礎雖然能有效提高基礎的豎向受壓的承載力，但不能顯著提高水平承載 力尤其是抗拔承載力；3)這種基礎由於設置較大的環形穩定盤，它是一個懸臂結構，在較大的上部豎向 荷載作用下，會產生向上的翹曲，降低與海床的接觸面積，從而降低其承載力。如果採用加 厚鋼板的方案來防止這一現象產生，勢必導致製作成本的顯著增加。4)不能有效解決桶體上部周圍的海床土體衝蝕問題。申請人:通過對水平荷載作用下吸力基礎響應的分析，發現吸力基礎受到的最大彎 矩和剪力發生在淺土層中，淺層土和吸力基礎的相互作用決定了吸力基礎水平承載力和最
3大撓度變形。要想提高吸力基礎的水平承載力，減少撓度變形，必須提高傳統吸力基礎和淺 層土的相互作用。為此本實用新型提出了一種新型的吸力基礎——裙式吸力錨。通過文獻 查新，裙式吸力錨是一種新型結構，國內外尚無對此的理論、試驗研究及工程應用的報導。
發明內容本實用新型的目的是提供一種抗彎剛度和剪切剛度高、抗撓度變形好、顯著提高 豎向承載力、水平承載力和使用壽命的海底裙式吸力錨。為達到上述目的，本實用新型的裙式吸力錨結構是它包括一個底部敞開、頂端封 閉的桶體，桶體頂面設有排水孔，桶體上端外側帶有一環形加強盤，環形加強盤與桶體共同 構成一縱斷面為T形的整體結構，其特徵在於，在所述的環形加強盤周邊加工連接有裙邊， 在加強盤頂面均勻布置有一圈透水圓孔，透水圓孔的數目和直徑應保證沉貫時最大程度減 小海水阻力和不顯著降低環形加強盤頂面強度。上述桶體直徑與高度比例為1 (1-2)；上述環形加強盤的內外半徑之差小於桶體半徑、高度小於桶體高度，且環形加強 盤的內外半徑之差與其厚度比例為1 (1-2);上述裙邊的厚度為8-10mm。本實用新型裙式吸力錨使用時的施工方法是1)首先把裙式吸力錨靠自重下沉到海底，桶體切入海床，此過程中桶體頂部排水 孔一直開啟；2)桶體頂部排水孔連接排水系統，排出桶體內的水體，在桶體內形成負壓，吸力錨 在負壓作用下繼續下沉。3)吸力錨下沉到預定位置時關閉排水孔，拆除排水系統，整個施工結束。本實用新型的優點是1、本實用新型由於在環形加強盤頂面設置了透水圓孔，大大降低了基礎沉貫過程 中，海水的阻力，降低了施工成本。2、本實用新型根據水平荷載作用下吸力錨撓度變形的問題設置了裙邊，增強了吸 力錨的抗彎剛度和剪切剛度，從而減少了水平荷載作用下的撓度變形；3、本實用新型裙邊的布置擴大了傳統吸力錨的側面積和頂面積，提高了基礎側面 與土體的摩擦力，從而提高豎向承載力和抗拔力，並降低了主桶基礎高度；4、裙邊的設置大大提高了抵抗海床土體衝蝕的能力，保證承載力不因受海床土體 衝蝕而降低，從而延長了基礎的壽命。為了驗證本實用新型的優點，經實驗在基礎用料相同的前提下，將本實用新型吸 力錨與現有吸力基礎相比，結果表明發現1)本實用新型裙式吸力貓沉貫過程中所需吸力比現有吸力基礎小30%左右，從 而降低了電能消耗和沉貫施工工期，具有較好的經濟效益。2)裙式吸力錨由於設置了 「裙」，其承載力比現有吸力基礎的承載力約提高20%。3)與現有吸力基礎比，本實用新型裙式吸力錨設置的「裙邊」，大大降低了波浪對 主桶處海床的衝刷，基礎的使用壽命比現有基礎壽命長20年；4)本實用新型由於在環形加強盤頂面設置了透水圓孔，並減小了主桶高度，從而大大降低了在沉貫過程海水的阻力，施工成本降低了 15 %。總之，本實用新型通過對現有吸力式基礎進行改進，徹底解決了現有吸力式基礎 施工成本高、水平承載力小和桶體上部周圍的海床土體衝蝕問題，雖然技術方案簡單，但取 得了預料不到的積極效果，對所屬技術領域的技術人員來說，事先是無法想到和推理出來 的，具有突出的實質性特點。符合具備專利法第22條第3款規定的創造性。
圖1是本實用新型的結構主視圖；圖2是圖1的仰視圖。圖中1-桶體，2-裙邊，3-透水圓孔，4-排水孔，5-環形加強盤。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本實用新型的技術方案。如圖1和圖2所示，本實用新型的裙式吸力錨是在底部敞開、頂端封閉的桶體1中 心設有排水孔4，桶體1上端外側帶有一環形加強盤5，環形加強盤5與桶體1共同構成一 縱斷面為T形的整體結構，在所述的環形加強盤5周邊加工連接有裙邊2，在環形加強盤5 頂面均勻布置有一圈透水圓孔3，圖中僅示出了四個透水圓孔3，在實際操作過程中，透水 圓孔3的數目和直徑應保證沉貫時最大程度減小海水阻力和不顯著降低環形加強盤頂面 強度。上述桶體1直徑與高度比例為1 (1-2)。上述環形加強盤5的內外半徑之差小於桶體1半徑，環形加強盤5的高度小於桶 體1高度，且環形加強盤5的內外半徑之差與其厚度比例為1 (1-2)。上述裙式吸力基礎由不鏽鋼製作，其中裙邊2由厚度8-10mm的鋼板製作。
權利要求一種海底裙式吸力錨，它包括一個底部敞開、頂端封閉的桶體，桶體頂面設有排水孔，桶體上端外側帶有一環形加強盤，環形加強盤與桶體共同構成一縱斷面為T形的整體結構，其特徵在於，在所述的環形加強盤周邊加工連接有裙邊，在環形加強盤頂面均勻布置有一圈透水圓孔；上述桶體直徑與高度比例為1∶(1-2)；上述環形加強盤的內外半徑之差小於桶體半徑，環形加強盤的高度小於桶體高度，且環形加強盤的內外半徑之差與其厚度比例為1∶(1-2)；上述裙邊的厚度為8-10mm。
專利摘要本實用新型公開了一種海底裙式吸力錨，它包括一個底部敞開、頂端封閉的桶體，桶體頂面設有排水孔，桶體上端外側帶有一環形加強盤，環形加強盤與桶體共同構成一縱斷面為T形的整體結構，在所述的環形加強盤周邊加工連接有裙邊，在環形加強盤頂面均勻布置有一圈透水圓孔，上述桶體直徑與高度比例為1∶(1-2)；環形加強盤的內外半徑之差小於桶體半徑、高度小於桶體高度，且環形加強盤的內外半徑之差與其厚度比例為1∶(1-2)；裙邊的厚度為8-10mm。本實用新型通過對現有吸力式基礎進行改進，徹底解決了現有吸力式基礎施工成本高、水平承載力小和桶體上部周圍的海床土體衝蝕問題。
文檔編號E02D27/52GK201581410SQ20092023991
公開日2010年9月15日 申請日期2009年10月14日 優先權日2009年10月14日
發明者劉小麗, 孫宗軍, 宋言江, 曹立雪, 李大勇, 王梅, 都浩 申請人:山東科技大學