本發(fā)明屬于海上吸力錨貫入施工，尤其涉及一種輔助吸力錨下沉的靜力壓載裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著海洋油氣資源開(kāi)采的加速發(fā)展，吸力錨基礎(chǔ)作為一種新型海上基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，由于具有施工方便、施工速度快（如一個(gè)直徑9m高度10m的吸力筒基礎(chǔ)可以在1～3小時(shí)內(nèi)沉貫完畢，且只用了一臺(tái)抽水泵）、可重復(fù)利用和費(fèi)用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種系泊在海上的浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)物、浮桶定位、存儲(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域。

2、吸力錨基礎(chǔ)外形類(lèi)似于帶頂蓋的短鋼管樁，實(shí)際工程中應(yīng)用最多的吸力錨是一種上端封閉、下端開(kāi)口的筒型結(jié)構(gòu)，側(cè)壁和頂蓋材料為鋼材，其中頂蓋上安裝有抽水裝置及其他配套裝置。吸力錨基礎(chǔ)的施工工藝為：構(gòu)件預(yù)制—構(gòu)件運(yùn)輸—定位起吊—自重下沉—負(fù)壓下沉—標(biāo)高測(cè)量—設(shè)備回收。

3、吸力錨貫入海床過(guò)程：吸力錨自由下沉至海底，依靠自身重力筒邊緣部分插入海底土中，在筒與土之間形成密封的空間，然后利用水下潛水泵將筒中水抽出，形成內(nèi)外壓力差，當(dāng)壓差作用在筒體上的力大于土體與筒體之間的阻力時(shí)，鋼筒緩慢貫入土體，當(dāng)筒內(nèi)頂端與海底土體完全接觸時(shí)，貫入停止，然后關(guān)閉并拆除潛水泵，至此吸力錨安裝完成。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，承載力主要依靠桶體內(nèi)外壁與土的摩擦力。

4、目前，吸力錨已經(jīng)被成功應(yīng)用于多個(gè)海水項(xiàng)目，與其他海上基礎(chǔ)形式相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）已在岸邊整體預(yù)制及組裝，便于運(yùn)輸；2）在施工過(guò)程中，可快速安裝就位，加快了施工進(jìn)度，縮短了施工時(shí)間，節(jié)省了施工費(fèi)用，從而降低了施工風(fēng)險(xiǎn)；3）極大的減少用鋼量，明顯的降低了成本；4）對(duì)絕大多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)和不同土質(zhì)都是適用的。但是，其缺點(diǎn)也很明顯：吸力錨橫向及豎向剛度較弱、自身抗拔能力不足且自身穩(wěn)定性差。

5、現(xiàn)在海上吸力錨的安裝方式也多種多樣，有的采用傳統(tǒng)方式將吸力錨沉入海底，這種方式對(duì)海底的土質(zhì)有較高要求，既能保證與筒體形成密封環(huán)境且在吸力錨貫入時(shí)不發(fā)生漏氣狀況，又能保證在吸力錨安裝完成后，提供足夠的抗力；有的在吸力錨上搭載水下高頻振動(dòng)裝置，依靠高頻振動(dòng)將吸力錨貫入海底至設(shè)計(jì)標(biāo)高；還有的在吸力錨底部安裝高壓水噴射口及泥沙吸入口，利用高壓水流切割或沖走筒底土體，將吸力錨貫入海底至指定深度。

6、然而這些設(shè)計(jì)方案對(duì)于穩(wěn)樁平臺(tái)有較大弊端：

7、1、容易發(fā)生土塞情況。在內(nèi)外壓力差的作用下，吸力錨的底端開(kāi)口插入海底土體過(guò)程中，吸力錨筒身內(nèi)部土體隨筒身貫入貫入深度的增加，筒內(nèi)土體高于同一土體層頂高程的現(xiàn)象。這會(huì)導(dǎo)致吸力錨無(wú)法貫入到設(shè)計(jì)高程的情況，由于吸力錨上部部分突出于海床表面，改變了周?chē)４苍械暮Ａ髀窂剑瑢?dǎo)致吸力錨周?chē)糠滞馏w被沖刷走，形成沖刷坑，沖刷坑的存在會(huì)大大降低吸力錨的承載力及各項(xiàng)抗性，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致吸力錨安裝失敗。

8、2、當(dāng)海床土質(zhì)為中密或密實(shí)的砂土（即較硬的土體）時(shí)，若依靠傳統(tǒng)的吸力錨基礎(chǔ)，初始時(shí)會(huì)貫入土體一部分，但隨著貫入深度的增加，貫入阻力會(huì)變得很大，導(dǎo)致貫入困難；若海床土體的土質(zhì)不均勻，通常會(huì)發(fā)生吸力錨傾斜的問(wèn)題，這就會(huì)影響吸力錨的使用條件，限制其適用范圍。

9、3、高頻振動(dòng)裝置的拆裝需要較長(zhǎng)時(shí)間而且要求吸力錨頂蓋上面的儀器設(shè)備外露的高度非常有限，對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)、建造、安裝等環(huán)節(jié)的要求很高，若在安裝過(guò)程中損壞或異常情況，也無(wú)法維修及更換；同時(shí)高頻振動(dòng)會(huì)使正常沉積的土體發(fā)生弱化或液化，并延長(zhǎng)土體恢復(fù)的時(shí)間，而且?guī)?lái)的噪音污染會(huì)對(duì)海洋里生物造成不利影響。

10、4、利用高壓水流切割或沖走筒底土體的方式會(huì)降低土體的承載力及對(duì)筒體的摩阻力，從而影響吸力錨的正常使用，需要加長(zhǎng)筒體來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。

11、因此，亟需設(shè)計(jì)一種輔助吸力錨下沉的靜力壓載裝置及方法，解決以上提到的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種輔助吸力錨下沉的靜力壓載裝置及方法，具備施工流程簡(jiǎn)單、方便，重塊材料易得，減少土體擾動(dòng)，環(huán)保無(wú)污染，土體指標(biāo)快速恢復(fù)，降低對(duì)大型工機(jī)具的依賴(lài)性，適用范圍廣，減小鋼材的消耗量，提高經(jīng)濟(jì)性，提高施工速度，降低施工風(fēng)險(xiǎn)性的優(yōu)點(diǎn)，解決了背景技術(shù)中所提到的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種輔助吸力錨下沉的靜力壓載裝置及方法具體技術(shù)方案如下：

3、一種輔助吸力錨下沉的靜力壓載裝置，包括靜力壓載平臺(tái)，靜力壓載平臺(tái)上開(kāi)設(shè)有用于放置重塊的壓載腔，靜力壓載平臺(tái)通過(guò)固定組件與吸力錨連接，可通過(guò)調(diào)整重塊在壓載腔的位置，以改變吸力錨的水平度。

4、進(jìn)一步，靜力壓載平臺(tái)包括多個(gè)支撐柱和多個(gè)角樁，多個(gè)支撐柱和多個(gè)角樁之間固定連接有底護(hù)板。

5、進(jìn)一步，相鄰支撐柱之間固定連接有內(nèi)側(cè)護(hù)板，相鄰的內(nèi)側(cè)護(hù)板之間固定連接組成內(nèi)板，相鄰角樁之間固定連接有外側(cè)護(hù)板，相鄰的外側(cè)護(hù)板之間固定連接組成外板，底護(hù)板的兩端分別與內(nèi)板和外板固定連接，通過(guò)內(nèi)板、底護(hù)板和外板組成壓載腔。

6、進(jìn)一步，支撐柱延伸至底護(hù)板之外，支撐柱延伸至底護(hù)板之外的一端通過(guò)固定組件與吸力錨連接。

7、進(jìn)一步，相鄰的角樁之間設(shè)有邊柱，邊柱與底護(hù)板和外側(cè)護(hù)板固定連接。

8、進(jìn)一步，角樁上連接有浮筒調(diào)平組件。

9、進(jìn)一步，每個(gè)支撐柱上均固定連接有吊耳，吊耳可與吊裝船或吊機(jī)的吊具連接。

10、一種輔助吸力錨下沉的靜力壓載方法，使用上述輔助吸力錨下沉的靜力壓載裝置，包括以下步驟：

11、s1、在岸邊或陸地上，通過(guò)固定裝置將吸力錨與靜力壓載平臺(tái)連接并固定，通過(guò)吊機(jī)將其放置在運(yùn)輸駁船上并進(jìn)行固定；

12、s2、通過(guò)吊機(jī)將重塊放置在運(yùn)輸駁船上，在固定好并檢查無(wú)誤后，運(yùn)輸駁船前往指定位置；

13、s3、運(yùn)輸駁船到達(dá)指定位置后，打開(kāi)吸力錨頂部的排水孔，然后吊裝船利用吊具從運(yùn)輸駁船上將吸力錨與靜力壓載平臺(tái)吊起，使吸力錨底部朝下并將整個(gè)平臺(tái)放置于水中，保持靜力壓載平臺(tái)高于水面一定高度；

14、s4、吊機(jī)利用吊具從運(yùn)輸駁船上將重塊吊裝到靜力壓載平臺(tái)上并固定；

15、s5、吊裝船通過(guò)吊具將靜力壓載平臺(tái)緩慢放下，同時(shí)通過(guò)安裝在靜力壓載平臺(tái)上的測(cè)量?jī)x器觀察平臺(tái)的水平度，保持整個(gè)靜力壓載平臺(tái)水平并緩慢下放直至吸力錨全部貫入土體中為止；

16、s6、打開(kāi)抽水泵，將高程前筒中的水排除筒外后關(guān)閉排水孔；

17、s7、打開(kāi)固定裝置，使吸力錨與支撐柱分離；

18、s8、吊裝船利用吊具將靜力壓載平臺(tái)吊起至海面，通過(guò)吊機(jī)將重塊吊離靜力壓載平臺(tái)并放置在運(yùn)輸駁船上，然后吊裝船將靜力壓載平臺(tái)放置在運(yùn)輸駁船上。

19、進(jìn)一步，在吸力錨貫入海底土體的過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)水平度有超過(guò)設(shè)計(jì)容許限值或規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)的趨勢(shì)，吊裝船停止下放，并通過(guò)浮筒調(diào)平組件調(diào)平，確保吸力錨水平度符合設(shè)計(jì)要求。

20、進(jìn)一步，通過(guò)設(shè)置在吸力錨上的監(jiān)測(cè)裝置，時(shí)刻觀察吸力錨的水平度，若發(fā)現(xiàn)水平度有超過(guò)設(shè)計(jì)容許限值或規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)的趨勢(shì)，吊裝船停止下放，吊機(jī)調(diào)整重塊在壓載腔的位置，確保吸力錨水平度符合設(shè)計(jì)要求。

21、本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

22、（1）、針對(duì)吸力錨基礎(chǔ)沉放就位過(guò)程中，所受阻力大，貫入困難的問(wèn)題，采用靜力壓載方式，可依據(jù)具體項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)要求，采用不同形狀及重量的重塊（也可預(yù)制）進(jìn)行堆放，確保吸力筒貫入深度符合設(shè)計(jì)要求。

23、（2）、針對(duì)吸力錨基礎(chǔ)沉放就位過(guò)程中，海床土體土質(zhì)不均勻，吸力錨發(fā)生傾斜的問(wèn)題；采用靜力壓載方式，通過(guò)安裝在吸力錨頂蓋上的監(jiān)測(cè)裝置，時(shí)刻觀察其水平度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)的趨勢(shì)時(shí)，及時(shí)調(diào)整上部堆放的重塊（也可預(yù)制），確保吸力筒水平度符合設(shè)計(jì)要求。

24、（3）、施工流程簡(jiǎn)單、方便，重塊材料易得；

25、（4）、減少土體擾動(dòng)，環(huán)保無(wú)污染，土體指標(biāo)快速恢復(fù)；靜力壓載方式能夠做到最大程度上減少對(duì)海床下土體的擾動(dòng)，同時(shí)沒(méi)有使用泥漿、水泥等可能對(duì)海洋造成污染的污染源，由于對(duì)土體擾動(dòng)小，土體的物理力學(xué)指標(biāo)能夠迅速恢復(fù)至原始狀態(tài)。

26、（5）、減少鋼材消耗量；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際水深及氣候條件，選擇適合高度的支撐柱，靜力壓載平臺(tái)僅布置了一層平臺(tái)，并配備了四個(gè)支撐柱，鋼材采辦量、鋼材加工量和預(yù)制安裝工作量都會(huì)顯著減少，從而大大減小了鋼材的消耗量。

27、（6）、降低對(duì)大型工機(jī)具的依賴(lài)性：整個(gè)靜力壓載平臺(tái)僅布置了一層平臺(tái)，并配備了四個(gè)支撐柱，就算考慮上部堆放的重塊，整體重量也不大，故無(wú)需依靠大型機(jī)具，從而有效的降低了整個(gè)壓載裝置對(duì)大型工機(jī)具的依賴(lài)性。

28、（7）、適用范圍廣；將整個(gè)靜力壓載裝置的重量（包括上部堆放的重塊）施加在吸力錨上，使其能夠克服土體對(duì)其的阻力，從而達(dá)到向下貫入的目的。根據(jù)土體性質(zhì)不同，平臺(tái)上施加的重塊重量也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，一般的，密實(shí)的砂土、粉土及堅(jiān)硬的黏性土場(chǎng)地都適用；另外，可根據(jù)場(chǎng)地水深情況合理調(diào)整四個(gè)支撐柱的長(zhǎng)度以滿足適應(yīng)不同水深的要求；同時(shí)不僅能適應(yīng)于常規(guī)圓形吸力錨，也能適用于異形吸力錨，只需對(duì)支撐柱進(jìn)行調(diào)整即可。

29、（8）、提高施工效率，降低施工風(fēng)險(xiǎn)性：新發(fā)明方案中，整個(gè)靜力壓載裝置僅布置了一層平臺(tái)，并配備了四個(gè)支撐柱，整體已經(jīng)在陸地預(yù)制及組裝，海上僅需要對(duì)正吸力錨并固定及放至上部重塊，可大幅度提高施工效率，解決施工窗口期短的問(wèn)題，同時(shí)有效的降低施工風(fēng)險(xiǎn)性。