一種可發生旋轉的吸力貫入式錨泊基礎

劉金龍，祝磊，姚軍，肖赟 （合肥學院城市建設與交通學院,安徽 合肥 230601）

1 引言

埋入式吸力錨(embedded suction anchor)能利用桶形基礎進行施工，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條件、錨鏈系泊點位置、沉貫海床深度、錨身表面積等因素有關。埋入式吸力錨采用桶形基礎進行施工。

一般地，在海床土體工程地質條件一定的情況下，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，使錨泊基礎具有靈巧的構造，在使用過程中通過構件的移動，偏轉能兜住更多的海床土體，從而提高錨泊基礎的抗拔承載力，是值得探討的技術問題。

2 吸力貫入旋轉式錨泊基礎

為此，本文提出一種吸力貫入旋轉式錨泊基礎，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設置一對轉軸，左半殼體在轉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基于支座設置一對與轉軸相配合的套筒，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設置系泊孔；左半殼體的內徑與外徑與右半殼體的內徑與外徑均分別相等；左半殼體與右半殼體的底端內弧面均設置有向內突出的底托；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 錨泊基礎主視圖

圖2 所提錨泊基礎俯視圖

圖3 所提錨泊基礎三維示意圖

圖4 所提錨泊基礎仰視圖

圖5 右半殼體三維結構示意圖

圖6 左半殼體三維結構示意圖

圖7 所提錨泊基礎旋轉示意圖

左半殼體的下部呈半圓形形狀，半圓形上端的兩外側設置一對轉軸，左半殼體在轉軸以上的部分呈傾斜缺口狀，如圖6所示。為了加強轉軸與左半殼體的連接，在轉軸的位置處的圓弧板稍微進行擴大，相應地右半殼體在該位置處進行縮小，以此達到相互配合，實現相互旋轉。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基于支座設置一對與轉軸相配合的套筒，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成呈“V”形的缺口，缺口上方縱向向上延伸至筒體頂部構成開口。

右半殼體基于套筒組裝、套入左半殼體的轉軸后，左半殼體與右半殼體的上部可發生相對旋轉，旋轉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側，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的底部外側，接觸緊密、穩定性高，便于沉貫施工。

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

3 錨泊基礎施工流程

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

3.1 組裝錨泊基礎

把錨泊基礎套入桶形基礎的底部外側，使桶形基礎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 桶形基礎接觸海床

基于施工繩索起吊桶形基礎使其處于鉛錘狀態，逐漸下放施工繩索使桶形基礎進入海水，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 在負壓吸力作用下使桶形基礎貫入海床

桶形基礎頂部的進出水(氣)閥與空氣泵相連，通過空氣泵的抽取空氣，使桶形基礎內部的氣壓逐漸減小(甚至為真空)，而桶形基礎四周受到海水壓力，故桶形基礎外部壓力大于內部壓力，這種壓力差把桶形基礎逐漸貫入海床中，最終達到設計深度，如圖10所示。

圖10 桶形基礎在負壓吸力作用下貫入海床結構示意圖

所提的錨泊基礎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的外側，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，便于在海洋環境中的快速施工。

3.4 移除桶形基礎

緊貼在桶形基礎端部的錨泊基礎被壓入海床土體至設計深度后，基于空氣泵向桶形基礎內部充氣，使桶形基礎內部的壓強逐漸增大，直至內部空氣壓強大于外部水壓力時，桶形基礎逐漸上浮，錨泊基礎也與桶形基礎逐漸分離，最終桶形基礎與海床土體分離，僅剩錨泊基礎在海床土體中，見圖11所示。

圖11 桶形基礎移除后錨泊基礎姿態示意圖

3.5 張拉錨鏈使錨泊基礎承載力達到要求

對錨鏈施加拉力，使錨泊基礎的兩側基于旋轉軸發生相對旋轉，旋轉過程中錨泊基礎能兜住較多的海床土體，使錨泊基礎的抗拔承載力逐漸提高，直至錨鏈拉力達到設計值時，完成錨泊基礎的施工，如圖12所示。

圖12 工作狀態圖

與現有技術相比，所提錨泊基礎的優點為：錨泊基礎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的端部，沿鉛錘方向的投影面積非常小，沉貫阻力較小；錨泊基礎貫入海床后，通過張拉錨鏈使左半殼體與右半殼體發生相對旋轉，錨泊基礎能兜住較大面積的海床土體，從而具有較大的抗拔承載力；結構簡單、制作方便，成本較低。

4 結語

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