一种土塞抽离式吸力锚基础及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种土塞抽离式吸力锚基础及其施工方法，吸力锚基础包括机电舱、电磁阀和吸力筒；所述机电舱是由上、下封板和钢圆筒围成的腔室，并固定于吸力筒顶板上；机电舱底板中心及外围环向均匀开设孔；潜水泥沙泵置于机电舱腔室中心，其进水口与腔室中心孔对齐，出水管与外界相通；潜水电机环向均匀布置于机电舱中，其转轴穿过下封板四周孔与螺旋钻杆相连；所述吸力筒为上端封闭、下端开口的钢圆筒结构，筒内顶板布设环形引水导管，其两个进水口连接电磁阀，并通过螺栓将电磁阀与机电舱钢圆筒相连。本发明专利技术通过在吸力筒顶部加设土塞抽离设备，能有效消除吸力锚沉贯过程中的土塞现象，且所有设备集成于机电舱内，后期可整体回收。

A plug pull away type suction anchor and its construction method

The invention discloses a plug pull away type suction anchor and its construction method, the suction anchor including mechanical tank, solenoid valve and the suction tube; the Electromechanical chamber is composed of an upper and a lower sealing plate and formed steel cylinder chamber and fixed to the suction tube on the roof of the cabin floor; electromechanical center and peripheral ring uniform hole; submersible pump placed in the cement sand tank Electromechanical chamber, the water inlet and the chamber center holes, water outlet pipe is communicated with the outside; the submersible motor circumferential uniform layout in Electromechanical chamber, the shaft passes through the lower sealing plate around the hole is connected with the spiral drill pipe; the suction tube is closed, opening at the lower end of steel cylinder structure the upper end of the barrel, the roof layout of the two annular diversion conduit, the water inlet is connected with the electromagnetic valve, and the electromagnetic valve and electrical steel cylinder connected by bolt cabin. In the top of the cylinder and a suction plug out of equipment, can effectively eliminate the phenomenon of soil suction anchor penetration penetration process, and all electrical equipment is integrated in the cabin, the latter may be the overall recovery.

【技术实现步骤摘要】
一种土塞抽离式吸力锚基础及其施工方法
本专利技术涉及一种土塞抽离式吸力锚基础及其施工方法，属于海洋工程

技术介绍
吸力锚作为海上浮动式平台的基础之一，一般为上端封闭、下端开口的圆筒形结构，顶板留有排水孔连接抽水设备，并通过锚链与浮动式平台连接，形成锚泊系统。吸力锚沉贯过程中，首先利用自重沉入海床一定深度，形成筒内封闭环境，随后利用抽水设备抽出筒内海水，在筒内外压差作用下继续下沉，直至沉到设定深度为止。相比于传统的重力式基础，它具有造价低、设计简单、安装工艺先进、适用范围广、可重复使用等优势。然而，在吸力锚基础沉锚过程中，当筒内外水压差和渗流力较大时，锚筒内土体容易发生塑性破坏，导致泥面隆起，并在沉锚后期提前与锚顶板接触，阻碍吸力锚的继续下沉，造成沉锚达不到设计深度。土塞的存在，不仅给沉锚施工带来一定的困难，而且会降低基础服役期间的承载力，并引发海流对锚筒周围土体的冲刷刨蚀，缩短基础的工作寿命，从而危及海上工作平台的安全。由于水下施工的不便及吸力锚锚筒的封闭性，土塞问题一直困扰着吸力锚技术的进一步发展，尤其是位于大陆架水域的近海工程。中国专利技术专利“201510536267.7”公开了一种伞式海底吸力锚基础的安装设备及安装方法；该专利技术在吸力锚主筒顶板布置两台潜水泵，在筒内布设与潜水泵相连的喷射管系统，通过监测数据协调两台潜水泵的工作状态，保持其中一台冲刷泥土另一台抽离泥浆的状态，最终消除土塞；该专利技术可以消除一定的土塞，但土塞难以形成整体泥浆状，增加了抽吸难度。中国专利技术专利“201610306763.8”公开了一种能自动消除土塞的吸力锚；该专利技术通过在锚筒内顶部中心位置安装一个与外界相通的可旋转喷头，利用喷头上的多角度引水导管冲刷泥土，最后由潜水泵将泥水混合物抽离；该专利技术可以达到自动消除土塞的目的，但土塞消除效果不可控，土塞抽吸效率低。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种土塞抽离式吸力锚基础及其施工方法，在吸力筒顶部加设土塞抽离设备，有效消除吸力锚沉贯过程中的土塞现象，且所有设备集成于机电舱内，作业结束后可整体回收。本专利技术提供了一种土塞抽离式吸力锚基础，包括机电舱、潜水泥沙泵、潜水电机、电磁阀和吸力筒；所述吸力筒为上端封闭、下端开口的圆筒结构，吸力筒内顶板边缘布设引水导管，并在吸力筒顶板中心处及外围沿圆周方向均匀开设孔，且外围设置的孔对应安装有螺旋钻杆；所述螺旋钻杆设有四根，与吸力筒顶板外围布设的孔对应，孔沿圆周方向间隔90°均匀设置。在吸力筒上方设有机电舱，吸力筒顶板与机电舱的下封板连接；所述机电舱是由上封板、下封板和钢圆筒围成的腔室，通过螺栓固定在与之等径的下部吸力筒顶板上，并保持同轴对齐，且在连接处设有止水橡胶带；机电舱的上封板底部焊接有控制面板，机电舱内设有潜水泥沙泵、潜水电机，所述潜水泥沙泵置于机电舱腔室中央，机电舱的下封板在吸力筒顶板开设孔位置处对应开设孔，且在孔周围焊接有钢圆筒底座，防止海水和泥沙进入舱内对设备造成破坏；潜水泥沙泵通过螺栓固定于下封板的中心钢圆筒底座上，泵的进水口与吸力筒相通，出水口与外界相通；所述潜水电机通过与机电舱下封板的周边钢圆筒底座连接，潜水电机环向对称布置于机电舱内，并穿过周边钢圆筒底座与螺旋钻杆相连；在周边钢圆筒底座内侧设有环形导轨，环形导轨内部设有环形导轨槽，在螺旋钻杆顶部区域焊接四根相互垂直的水平外伸轮轴，每根轮轴末端设有滚轮，并封闭在环形导轨槽内；所述环形导轨与吸力筒顶板焊接固定，并与螺旋钻杆同轴对齐；通过将螺旋钻杆卡设悬挂于环形导轨内，在保证钻杆自由转动的同时，避免潜水电机可能发生的轴向受拉破坏；此外，在机电舱底部对称布置两个电磁阀，电磁阀通过螺栓固定连接在机电舱底部，施工结束后随机电舱整体回收；所述引水导管由两个端部封闭的半环形导管构成，其向心侧开设若干喷射口，筒外半环形导管外侧开设两个进水口，并分别通过导管与机电舱底部的电磁阀通过螺栓连接；在土塞抽离阶段，打开电磁阀，使高压海水沿引水导管灌入吸力锚筒内，冲刷土塞，形成泥水混合物，方便潜水泥沙泵抽离。所述电磁阀、潜水泥沙泵和潜水电机分别与控制面板连接。潜水泥沙泵的进水口与下封板中心孔口对齐，出水管穿过上封板与外界相通；吸力筒沉入海床过程中，潜水泥沙泵将筒内海水和土塞抽出筒外，保持吸力筒负压下沉；所述潜水电机通过螺栓连接钢圆筒底座；潜水电机的转轴端部加设十字肋。所述螺旋钻杆顶端开设十字卡槽，其大小与潜水电机的转轴十字肋相匹配；将潜水电机的转轴嵌入螺旋钻杆顶端的十字卡槽内，啮合实现传动；在土塞抽离阶段，潜水电机带动螺旋钻杆转动切削搅拌土体，形成易抽吸的泥浆；后期收回时，直接提升机电舱即可实现电机转轴和螺旋钻杆的分离。所述控制面板由耐压外壳和控制芯片组成，潜水泥沙泵和潜水电机通过舱内电缆与控制面板连接，舱外电磁阀电缆及外接电缆则穿过上封板线缆口分别与舱内控制面板和海面控制系统连接。所述上封板线缆口采用止水橡胶圈填充，并利用钢垫片固定封闭；止水橡胶圈能有效避免海水渗入，保护机电舱内部电子线路和控制面板不受海水破坏。本专利技术提供了上述土塞抽离式吸力锚基础的施工方法，包括以下内容：土塞抽离式吸力锚入水接触海床后，首先在自重作用下沉入海床一定的深度，形成筒内水体密封环境；随后潜水泥沙泵将筒内海水抽出，利用负压差将吸力锚进一步压入海床；当筒内土体隆起形成土塞并与吸力筒顶板提前接触时，启动潜水电机带动螺旋钻杆切削搅拌土塞，同时开启电磁阀使高压海水沿引水导管灌入冲刷土塞，形成易抽吸的泥浆状，之后由潜水泥沙泵抽出筒外；土塞抽吸完成后，关闭潜水电机与电磁阀，继续利用负压差将吸力锚沉入海床预定深度；锚筒安装就位后，潜水员下水拆除机电舱与吸力筒的连接螺栓以及电磁阀与引水导管之间的连接螺栓，上提机电舱实现整体回收。上述施工方法具体包括以下步骤：（1）吸力锚基础自重贯入履带吊吊钩下放，吸力锚基础利用自重贯入海床，该过程需随时调整吸力锚基础所处位置的方位角，保证自重入泥的垂直度；当吸力锚基础不再下沉时，开始负压贯入；（2）吸力锚基础负压贯入启动潜水泥沙泵，吸力筒沉入海床过程中，潜水泥沙泵将筒内海水和土塞抽出筒外，形成吸力筒筒体内外压力差，保持吸力筒负压下沉；利用压力差使吸力锚基础继续贯入海床；负压贯入过程中，利用履带吊随时调整吸力锚基础的贯入角度，保证垂直入泥；（3）抽离土塞并释放水下机器人当吸力锚筒内土塞触顶时，开启电磁阀，并启动潜水电机，使高压海水沿引水导管灌入吸力锚筒内，冲刷土塞，将筒内土塞破碎搅拌成泥浆状，形成泥水混合物，最终由潜水泥沙泵抽出筒外；土塞抽离的同时，释放水下机器人，监测土塞抽离情况；（4）吸力锚二次负压贯入当土塞抽离完毕后，关闭电磁阀和潜水电机，继续利用潜水泥沙泵抽离筒内海水，进行二次负压贯入；若筒内再次隆起土塞，可重复上一步骤，反复进行，直至锚筒顶与海床面齐平；（5）机电舱及水下机器人回收确认吸力锚基础贯入到位后，派潜水员下水拆除机电舱与吸力筒连接螺栓、电磁阀与引水导管连接螺栓，同时封闭吸力筒顶板外围孔口和引水导管进水口；履带吊提升机电舱，使之与吸力筒分离，实现整体回收，最后将水下机器人回收，至此土塞抽离式吸力锚基础安装完成。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术提供的吸力锚基础利用高压海水冲刷土塞，并配合螺旋钻杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土塞抽离式吸力锚基础，其特征在于：包括机电舱、潜水泥沙泵、潜水电机、电磁阀和吸力筒；所述吸力筒为上端封闭、下端开口的圆筒结构，吸力筒内顶板边缘布设引水导管，并在吸力筒顶板中心处及外围沿圆周方向均匀开设孔，且外围设置的孔对应安装有螺旋钻杆；在吸力筒上方设有机电舱；所述机电舱是由上封板、下封板和钢圆筒围成的腔室，通过螺栓固定在与之等径的下部吸力筒顶板上，并保持同轴对齐，且在连接处设有止水橡胶带；机电舱的上封板底部焊接有控制面板，机电舱内设有潜水泥沙泵、潜水电机，所述潜水泥沙泵置于机电舱腔室中央，机电舱的下封板在吸力筒顶板开设孔位置处对应开设孔，且在孔周围焊接有钢圆筒底座，防止海水和泥沙进入舱内对设备造成破坏；潜水泥沙泵通过螺栓固定于下封板的中心钢圆筒底座上，泵的进水口与吸力筒相通，出水口与外界相通；所述潜水电机通过与机电舱下封板的周边钢圆筒底座连接，潜水电机环向对称布置于机电舱内，并穿过周边钢圆筒底座与螺旋钻杆相连；在周边钢圆筒底座内侧设有环形导轨，环形导轨内部设有环形导轨槽，在螺旋钻杆顶部区域焊接四根相互垂直的水平外伸轮轴，每根轮轴末端设有滚轮，并封闭在环形导轨槽内；所述环形导轨与吸力筒顶板焊接固定，并与螺旋钻杆同轴对齐；通过将螺旋钻杆卡设悬挂于环形导轨内；此外，在机电舱底部对称布置两个电磁阀，电磁阀通过螺栓固定连接在机电舱底部；所述引水导管由两个端部封闭的半环形导管构成，其向心侧开设若干喷射口，筒外半环形导管外侧开设两个进水口，并分别通过导管与机电舱底部的电磁阀通过螺栓连接；所述电磁阀、潜水泥沙泵和潜水电机分别与控制面板连接。...

【技术特征摘要】
1.一种土塞抽离式吸力锚基础，其特征在于：包括机电舱、潜水泥沙泵、潜水电机、电磁阀和吸力筒；所述吸力筒为上端封闭、下端开口的圆筒结构，吸力筒内顶板边缘布设引水导管，并在吸力筒顶板中心处及外围沿圆周方向均匀开设孔，且外围设置的孔对应安装有螺旋钻杆；在吸力筒上方设有机电舱；所述机电舱是由上封板、下封板和钢圆筒围成的腔室，通过螺栓固定在与之等径的下部吸力筒顶板上，并保持同轴对齐，且在连接处设有止水橡胶带；机电舱的上封板底部焊接有控制面板，机电舱内设有潜水泥沙泵、潜水电机，所述潜水泥沙泵置于机电舱腔室中央，机电舱的下封板在吸力筒顶板开设孔位置处对应开设孔，且在孔周围焊接有钢圆筒底座，防止海水和泥沙进入舱内对设备造成破坏；潜水泥沙泵通过螺栓固定于下封板的中心钢圆筒底座上，泵的进水口与吸力筒相通，出水口与外界相通；所述潜水电机通过与机电舱下封板的周边钢圆筒底座连接，潜水电机环向对称布置于机电舱内，并穿过周边钢圆筒底座与螺旋钻杆相连；在周边钢圆筒底座内侧设有环形导轨，环形导轨内部设有环形导轨槽，在螺旋钻杆顶部区域焊接四根相互垂直的水平外伸轮轴，每根轮轴末端设有滚轮，并封闭在环形导轨槽内；所述环形导轨与吸力筒顶板焊接固定，并与螺旋钻杆同轴对齐；通过将螺旋钻杆卡设悬挂于环形导轨内；此外，在机电舱底部对称布置两个电磁阀，电磁阀通过螺栓固定连接在机电舱底部；所述引水导管由两个端部封闭的半环形导管构成，其向心侧开设若干喷射口，筒外半环形导管外侧开设两个进水口，并分别通过导管与机电舱底部的电磁阀通过螺栓连接；所述电磁阀、潜水泥沙泵和潜水电机分别与控制面板连接。2.根据权利要求1所述的土塞抽离式吸力锚基础，其特征在于：所述螺旋钻杆设有四根，与吸力筒顶板外围布设的孔对应，孔沿圆周方向间隔90°均匀设置。3.根据权利要求1所述的土塞抽离式吸力锚基础，其特征在于：潜水泥沙泵的进水口与下封板中心孔口对齐，出水管穿过上封板与外界相通。4.根据权利要求1所述的土塞抽离式吸力锚基础，其特征在于：所述潜水电机通过螺栓连接钢圆筒底座；潜水电机的转轴端部加设十字肋。5.根据权利要求1所述的土塞抽离式吸力锚基础，其特征在于：所述螺旋钻杆顶端开设十字卡槽，其大小与潜水电机的转轴十字肋相匹配；将潜水电机的转轴嵌入螺旋钻杆顶端的十字卡槽内，啮合实现传动。6.根据权利要求1所述的土塞抽离式吸力锚基础，其特征在于：所述控制面板由耐压外壳和控制芯片组成，潜水泥沙泵和潜水电...

【专利技术属性】
技术研发人员：章敏，安毅，陈晓蕾，王栋梁，李亚楠，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14