專利名稱：海底裙式吸力錨的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于海洋工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及離岸風(fēng)電工程的地基基 石出。
背景技術(shù)：
隨著全球能源危機(jī)日漸明顯，世界越來越多國(guó)家重視開發(fā)可再生能源。由于海洋 風(fēng)能資源豐富，具有零污染、零排放且沒有視覺、噪音以及不占用陸地能優(yōu)點(diǎn)，所以在海上 建立風(fēng)力發(fā)電廠具有巨大的資源潛力。目前國(guó)際離岸風(fēng)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(fēng)電工程的基礎(chǔ)是整個(gè)工程的重要組成部分，傳統(tǒng)的基礎(chǔ)形式為重力式基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和吸 力基礎(chǔ)。與本實(shí)用新型有關(guān)的技術(shù)是吸力基礎(chǔ)。吸力基礎(chǔ)，根據(jù)其長(zhǎng)徑比不同，國(guó)內(nèi)外分類 為吸力沉箱、吸力錨、吸力樁或吸力桶形基礎(chǔ)(suction caisson, suction anchor, suction pile,bucket foundation)。吸力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)類似一個(gè)倒置的“水桶”，也就是底部敞 開、頂部封閉的鋼制圓桶結(jié)構(gòu)，桶體頂面設(shè)有排水孔。這些吸力基礎(chǔ)承受著動(dòng)力水平荷載、 豎向荷載和彎矩，沉貫機(jī)理是相同的，即靠自重使桶內(nèi)壁與海床之間施加負(fù)壓沉入海床，可 以穿越砂土和粘性土達(dá)到海底基巖。上述傳統(tǒng)吸力基礎(chǔ)存在的缺陷是1)傳統(tǒng)基礎(chǔ)周圍存在砂土液化問題，從而降低基礎(chǔ)承載力；2)基礎(chǔ)周圍發(fā)生波浪容易引起海床沖蝕問題；3)不能有效提高豎向和水平承載能力。為了克服傳統(tǒng)的吸力基礎(chǔ)的缺陷，中國(guó)專利公開號(hào)CN101158164公開了一種“海 底用的吸力式基礎(chǔ)”，它是在傳統(tǒng)吸力式基礎(chǔ)的桶狀本體上端外側(cè)帶有一起加強(qiáng)作用的環(huán) 形穩(wěn)定盤，環(huán)形穩(wěn)定盤與桶狀本體共同構(gòu)成一整體的T形結(jié)構(gòu)，所述的環(huán)形穩(wěn)定盤的外緣 半徑與桶體本體位于環(huán)形穩(wěn)定盤下方部分的長(zhǎng)度相等。這種吸力式基礎(chǔ)雖然在一定程度上 提高了承受水平動(dòng)載荷能力和豎向承載力，但還存在以下缺陷1)由于環(huán)形穩(wěn)定盤的存在及上面沒有設(shè)置透水孔，基礎(chǔ)在下沉式時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大向 上的海水阻力，尤其在如該專利描述的“環(huán)形穩(wěn)定盤的外緣半徑與桶體本體位于環(huán)形穩(wěn)定 盤下方部分的長(zhǎng)度相等”的條件下，穩(wěn)定盤具有較大尺寸，將產(chǎn)生較大的下沉水阻力，影響 沉貫速度和沉貫質(zhì)量；同時(shí)增加了能量損耗，與傳統(tǒng)吸力基礎(chǔ)比，會(huì)增加施工成本；2)這種基礎(chǔ)雖然能有效提高基礎(chǔ)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(chǔ)由于設(shè)置較大的環(huán)形穩(wěn)定盤，它是一個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)，在較大的上部豎向 荷載作用下，會(huì)產(chǎn)生向上的翹曲，降低與海床的接觸面積，從而降低其承載力。如果采用加 厚鋼板的方案來防止這一現(xiàn)象產(chǎn)生，勢(shì)必導(dǎo)致制作成本的顯著增加。4)不能有效解決桶體上部周圍的海床土體沖蝕問題。申請(qǐng)人:通過對(duì)水平荷載作用下吸力基礎(chǔ)響應(yīng)的分析，發(fā)現(xiàn)吸力基礎(chǔ)受到的最大彎 矩和剪力發(fā)生在淺土層中，淺層土和吸力基礎(chǔ)的相互作用決定了吸力基礎(chǔ)水平承載力和最
3大撓度變形。要想提高吸力基礎(chǔ)的水平承載力，減少撓度變形，必須提高傳統(tǒng)吸力基礎(chǔ)和淺 層土的相互作用。為此本實(shí)用新型提出了一種新型的吸力基礎(chǔ)——裙式吸力錨。通過文獻(xiàn) 查新，裙式吸力錨是一種新型結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外尚無對(duì)此的理論、試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)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(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的裙式吸力錨結(jié)構(gòu)是它包括一個(gè)底部敞開、頂端封 閉的桶體，桶體頂面設(shè)有排水孔，桶體上端外側(cè)帶有一環(huán)形加強(qiáng)盤，環(huán)形加強(qiáng)盤與桶體共同 構(gòu)成一縱斷面為T形的整體結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述的環(huán)形加強(qiáng)盤周邊加工連接有裙邊， 在加強(qiáng)盤頂面均勻布置有一圈透水圓孔，透水圓孔的數(shù)目和直徑應(yīng)保證沉貫時(shí)最大程度減 小海水阻力和不顯著降低環(huán)形加強(qiáng)盤頂面強(qiáng)度。上述桶體直徑與高度比例為1 (1-2)；上述環(huán)形加強(qiáng)盤的內(nèi)外半徑之差小于桶體半徑、高度小于桶體高度，且環(huán)形加強(qiáng) 盤的內(nèi)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(shí)用新型裙式吸力錨使用時(shí)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(tǒng)，排出桶體內(nèi)的水體，在桶體內(nèi)形成負(fù)壓，吸力錨 在負(fù)壓作用下繼續(xù)下沉。3)吸力錨下沉到預(yù)定位置時(shí)關(guān)閉排水孔，拆除排水系統(tǒng)，整個(gè)施工結(jié)束。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、本實(shí)用新型由于在環(huán)形加強(qiáng)盤頂面設(shè)置了透水圓孔，大大降低了基礎(chǔ)沉貫過程 中，海水的阻力，降低了施工成本。2、本實(shí)用新型根據(jù)水平荷載作用下吸力錨撓度變形的問題設(shè)置了裙邊，增強(qiáng)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(shí)用新型裙邊的布置擴(kuò)大了傳統(tǒng)吸力錨的側(cè)面積和頂面積，提高了基礎(chǔ)側(cè)面 與土體的摩擦力，從而提高豎向承載力和抗拔力，并降低了主桶基礎(chǔ)高度；4、裙邊的設(shè)置大大提高了抵抗海床土體沖蝕的能力，保證承載力不因受海床土體 沖蝕而降低，從而延長(zhǎng)了基礎(chǔ)的壽命。為了驗(yàn)證本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)用料相同的前提下，將本實(shí)用新型吸 力錨與現(xiàn)有吸力基礎(chǔ)相比，結(jié)果表明發(fā)現(xiàn)1)本實(shí)用新型裙式吸力貓沉貫過程中所需吸力比現(xiàn)有吸力基礎(chǔ)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(jīng)濟(jì)效益。2)裙式吸力錨由于設(shè)置了 “裙”，其承載力比現(xiàn)有吸力基礎(chǔ)的承載力約提高20%。3)與現(xiàn)有吸力基礎(chǔ)比，本實(shí)用新型裙式吸力錨設(shè)置的“裙邊”，大大降低了波浪對(duì) 主桶處海床的沖刷，基礎(chǔ)的使用壽命比現(xiàn)有基礎(chǔ)壽命長(zhǎng)20年；4)本實(shí)用新型由于在環(huán)形加強(qiáng)盤頂面設(shè)置了透水圓孔，并減小了主桶高度，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 %?？傊緦?shí)用新型通過對(duì)現(xiàn)有吸力式基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)，徹底解決了現(xiàn)有吸力式基礎(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題，雖然技術(shù)方案簡(jiǎn)單，但取 得了預(yù)料不到的積極效果，對(duì)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，事先是無法想到和推理出來 的，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)。符合具備專利法第22條第3款規(guī)定的創(chuàng)造性。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)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(huán)形加強(qiáng)盤。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。如圖1和圖2所示，本實(shí)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(shè)有排水孔4，桶體1上端外側(cè)帶有一環(huán)形加強(qiáng)盤5，環(huán)形加強(qiáng)盤5與桶體1共同構(gòu)成一 縱斷面為T形的整體結(jié)構(gòu)，在所述的環(huán)形加強(qiáng)盤5周邊加工連接有裙邊2，在環(huán)形加強(qiáng)盤5 頂面均勻布置有一圈透水圓孔3，圖中僅示出了四個(gè)透水圓孔3，在實(shí)際操作過程中，透水 圓孔3的數(shù)目和直徑應(yīng)保證沉貫時(shí)最大程度減小海水阻力和不顯著降低環(huán)形加強(qiáng)盤頂面 強(qiáng)度。上述桶體1直徑與高度比例為1 (1-2)。上述環(huán)形加強(qiáng)盤5的內(nèi)外半徑之差小于桶體1半徑，環(huán)形加強(qiáng)盤5的高度小于桶 體1高度，且環(huán)形加強(qiáng)盤5的內(nèi)外半徑之差與其厚度比例為1 (1-2)。上述裙式吸力基礎(chǔ)由不銹鋼制作，其中裙邊2由厚度8-10mm的鋼板制作。
權(quán)利要求一種海底裙式吸力錨，它包括一個(gè)底部敞開、頂端封閉的桶體，桶體頂面設(shè)有排水孔，桶體上端外側(cè)帶有一環(huán)形加強(qiáng)盤，環(huán)形加強(qiáng)盤與桶體共同構(gòu)成一縱斷面為T形的整體結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述的環(huán)形加強(qiáng)盤周邊加工連接有裙邊，在環(huán)形加強(qiáng)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(huán)形加強(qiáng)盤的內(nèi)外半徑之差小于桶體半徑，環(huán)形加強(qiáng)盤的高度小于桶體高度，且環(huán)形加強(qiáng)盤的內(nèi)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(shí)用新型公開了一種海底裙式吸力錨，它包括一個(gè)底部敞開、頂端封閉的桶體，桶體頂面設(shè)有排水孔，桶體上端外側(cè)帶有一環(huán)形加強(qiáng)盤，環(huán)形加強(qiáng)盤與桶體共同構(gòu)成一縱斷面為T形的整體結(jié)構(gòu)，在所述的環(huán)形加強(qiáng)盤周邊加工連接有裙邊，在環(huán)形加強(qiáng)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(huán)形加強(qiáng)盤的內(nèi)外半徑之差小于桶體半徑、高度小于桶體高度，且環(huán)形加強(qiáng)盤的內(nèi)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(shí)用新型通過對(duì)現(xiàn)有吸力式基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)，徹底解決了現(xiàn)有吸力式基礎(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題。
文檔編號(hào)E02D27/52GK201581410SQ20092023991
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者劉小麗, 孫宗軍, 宋言江, 曹立雪, 李大勇, 王梅, 都浩 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)