劉金龍,祝磊,姚軍,肖赟 (合肥學(xué)院城市建設(shè)與交通學(xué)院,安徽 合肥 230601)
魚雷錨是動力貫入錨的一種,一般長約15m,重達130t。錨自身的形狀類似魚雷,故得名魚雷錨。魚雷錨可分為有尾翼和無尾翼兩種類型,有尾翼的錨身一般有4個尾鰭。魚雷錨錨身形如圓柱狀,內(nèi)部中空,可以填充高密度的材料如混凝土、廢金屬等來增加自重和降低錨重心而維持其穩(wěn)定性,下端部呈錐形狀,便于貫入海床土體中。
魚雷錨安裝快捷方便,安裝時不需要借助任何外力,僅需在離海底足夠高的位置將其垂直釋放,使其靠自身重力下落,并在碰撞海底時,借助高加速度導(dǎo)致的巨大慣性力而貫穿海床至一定深度。通常釋放高度在距海底30m時能達到17m/s的最終碰撞速度,貫入深度約為7m,在150m時能達到30m/s以上,貫入深度約為20m。
可見,魚雷錨具有結(jié)構(gòu)簡單、可重復(fù)使用、制造成本低、安裝便捷的特點,非常適合海上的施工環(huán)境。若能利用該優(yōu)點,把魚雷錨變成一種施工工具,必將促進海洋錨泊基礎(chǔ)施工技術(shù)的進步與發(fā)展。因此,有必要發(fā)展基于魚雷錨貫入施工的新型基礎(chǔ)型式,促進海洋工程錨泊基礎(chǔ)的技術(shù)進步。
為此,本文提出一種基于魚雷錨施工的海洋組合式錨泊基礎(chǔ),包括可組成整體呈對稱狀態(tài)的上下兩部分結(jié)構(gòu);上下兩部分結(jié)構(gòu)均由兩個套筒與七個翼板組成,兩個套筒之間由一塊翼板焊接相連,每個套筒外圍另外還均勻設(shè)置有三塊翼板;所述上下兩部分結(jié)構(gòu)沿豎向的投影形狀完全相同;上下兩部分結(jié)構(gòu)一側(cè)的相鄰翼板上各設(shè)置一個相互位置較近的預(yù)留孔,用鋼索綁定兩個預(yù)留孔使上下兩部分結(jié)構(gòu)相互連接;上部結(jié)構(gòu)離預(yù)留孔較遠的另一側(cè)翼板的下部設(shè)置一個系泊孔,錨鏈與系泊孔相連,如圖1~圖8所示。
圖1 所提錨泊基礎(chǔ)俯視圖
圖2 所提錨泊基礎(chǔ)主視圖
圖3 所提錨泊基礎(chǔ)側(cè)視圖
圖4 所提錨泊基礎(chǔ)三維示意圖
圖5 所提錨泊基礎(chǔ)上部分結(jié)構(gòu)三維示意圖1
圖6 所提錨泊基礎(chǔ)上部分結(jié)構(gòu)的三維示意圖2
圖7 所提錨泊基礎(chǔ)下部結(jié)構(gòu)的三維示意圖1
圖8 所提錨泊基礎(chǔ)下部結(jié)構(gòu)的三維示意圖2
上下兩部分結(jié)構(gòu)均由兩個套筒與七個翼板組成,兩個套筒之間由一塊翼板焊接相連,每個套筒外圍還均勻設(shè)置有三塊翼板,如圖5~圖8所示??梢?,每個套筒外圍均勻的分布有四塊翼板,其中一塊翼板為兩個套筒之間共用。
上部結(jié)構(gòu)套筒的內(nèi)徑與外徑分別等于下部結(jié)構(gòu)套筒的內(nèi)徑與外徑。施工時上下兩部分結(jié)構(gòu)需進行組合,組合后上部結(jié)構(gòu)兩個套筒的中心軸線分別與下部結(jié)構(gòu)兩個套筒的中心軸線重合。上下兩部分結(jié)構(gòu)沿豎向的投影形狀完全相同,投影形狀如圖1所示。
所提錨泊基礎(chǔ)使用魚雷錨進行施工;魚雷錨包括錨身,錨身內(nèi)部中空,錨身的下端設(shè)置錐形狀的錨頭,錨身的上端設(shè)有端頭,端頭的外徑大于錨身的外徑,端頭的內(nèi)部設(shè)置吊桿;錨身的外徑小于套筒的內(nèi)徑,端頭的外徑大于套筒的外徑。魚雷錨如圖9與圖10所示。
圖9 施工用的魚雷錨三維結(jié)構(gòu)示意圖
圖10 施工用的魚雷錨剖面圖
錨身的內(nèi)部中空,中空處裝入填充物,填充物可選用高密度的材料如混凝土、廢金屬等,用以增加魚雷錨自重和降低魚雷錨重心,維持魚雷錨貫入海床過程中的穩(wěn)定性與鉛垂度。
所提錨泊基礎(chǔ)的施工過程如下。
①用鋼索綁定上下兩部分結(jié)構(gòu)的兩個預(yù)留孔使上下兩部分結(jié)構(gòu)相互連接,調(diào)整上下兩部分結(jié)構(gòu)的姿態(tài)使上部結(jié)構(gòu)兩個套筒的中心軸線分別與下部結(jié)構(gòu)兩個套筒的中心軸線重合,如圖4所示。
把兩個無尾翼魚雷錨的錨身穿越、套入上下兩部分結(jié)構(gòu)的兩個套筒中,如圖11所示。
圖11 所提錨泊基礎(chǔ)施工時組裝示意圖
錨身的下端向下延伸至超過錨泊基礎(chǔ)下部結(jié)構(gòu)的套筒下端。把施工用的鋼索綁定在各無尾翼魚雷錨上端的吊桿上,并把錨鏈的一端連接在錨泊基礎(chǔ)上的系泊孔上,使用后續(xù)可解脫的輔助措施使各錨身與錨泊基礎(chǔ)緊密相連,確保起吊錨身時錨泊基礎(chǔ)不會脫落。基于兩根施工繩索平穩(wěn)的起吊錨泊基礎(chǔ)使整體垂直懸吊于海床上方,如圖12所示。
圖12 施工時起吊錨泊基礎(chǔ)位于海床上方示意圖
②下放錨鏈一定的長度使其處于松弛狀態(tài)且對錨泊基礎(chǔ)的快速下沉影響降到最低,然后同步釋放各施工繩索,使錨泊基礎(chǔ)在魚雷錨自重作用下快速下沉并貫入海床,如圖13所示。
圖13 基于魚雷錨貫入海床的示意圖
所提錨泊基礎(chǔ)基于兩個無翼魚雷錨施工貫入海床,魚雷錨較大的自重能把錨泊基礎(chǔ)貫入至較深的海床中,安裝便捷,施工時間短,非常適合海上的施工環(huán)境。
③同步向上張拉施工繩索,張拉過程中使后續(xù)可解脫的輔助措施失效與破壞,使錨身與套筒逐步分離,最終把各錨身拉起、移除。錨身移除后錨泊基礎(chǔ)的姿態(tài)如圖14所示,施工結(jié)束。后續(xù)在錨鏈拉力作用下,錨泊基礎(chǔ)發(fā)生相應(yīng)偏轉(zhuǎn)與位移,圖15給出了錨泊基礎(chǔ)的可能工作狀態(tài)示意圖。
圖14 魚雷錨移除后錨泊基礎(chǔ)姿態(tài)示意圖
圖15 所提錨泊基礎(chǔ)工作狀態(tài)圖
為了方便錨身與套筒的分離,可在錨身表面涂抹潤滑劑。上下兩部分結(jié)構(gòu)由位于共同一側(cè)的預(yù)留孔用鋼索柔性相連,鋼索僅能傳遞拉力。基于下部結(jié)構(gòu)的牽制與約束,上部結(jié)構(gòu)在錨鏈拉力的作用下將發(fā)生偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)后其翼板沿錨鏈拉力方向能兜住一定的海床土體。而下部結(jié)構(gòu)在上部結(jié)構(gòu)傳遞過來的拉力作用下,也將發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)后其翼板沿錨鏈拉力方向也能兜住一定的海床土體。上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的變形與變位互不相同,相互牽制與約束,各自在錨鏈拉力作用下形成較為復(fù)雜的姿態(tài),使錨泊基礎(chǔ)整體與海床土體的接觸較為復(fù)雜,增大了錨泊基礎(chǔ)與海床土體的摩擦力,提高了抗拔承載力。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,所提錨泊基礎(chǔ)的優(yōu)點為:
①錨泊基礎(chǔ)基于兩個無翼魚雷錨施工貫入海床,魚雷錨較大的自重能把錨泊基礎(chǔ)貫入至較深的海床中,安裝便捷,施工時間短,非常適合海上的施工環(huán)境;
②錨泊基礎(chǔ)貫入海床后,在錨鏈拉力作用下上下兩部分結(jié)構(gòu)發(fā)生相互旋轉(zhuǎn)與牽制,使錨泊基礎(chǔ)整體與海床土體的接觸較為復(fù)雜,部分翼板能兜住一定的海床土體,增大了錨泊基礎(chǔ)與海床土體的摩擦力,從而提高了抗拔承載力;
③錨泊基礎(chǔ)由鋼板、套筒焊接而成,組合后整體呈對稱狀態(tài),結(jié)構(gòu)簡單,制作方便,造價較低。
提出了一種基于魚雷錨施工的海洋組合式錨泊基礎(chǔ),包括可組成整體呈對稱狀態(tài)的上下兩部分結(jié)構(gòu);上下兩部分結(jié)構(gòu)均由兩個套筒與七個翼板組成,兩個套筒之間由一塊連接翼板相連,每個套筒外圍還設(shè)置有三塊翼板;上下兩部分結(jié)構(gòu)沿豎向的投影形狀完全重合;上部分結(jié)構(gòu)離預(yù)留孔較遠的另一側(cè)翼板的下部設(shè)置一個系泊孔,錨鏈與系泊孔相連。所提錨泊基礎(chǔ)基于兩個無翼魚雷錨施工貫入海床,安裝便捷,施工時間短;錨泊基礎(chǔ)貫入海床后,在錨鏈拉力作用下上下兩部分結(jié)構(gòu)發(fā)生相互旋轉(zhuǎn)與牽制,部分翼板能兜住一定的海床土體,提高了抗拔承載力。