一种带抓力强化装置的深海锚桩的制作方法

本发明涉及海洋工程锚泊设备，尤其涉及一种带抓力强化装置的深海锚桩。

背景技术：

1、锚固装置是海洋浮体系泊定位的核心装备，主要用于将浮体固定在指定的作业位置，避免立管或线缆等设施受到风、浪、流等自然环境的影响发生漂移、碰撞或损坏。随着海洋资源开发范围的扩大，针对不同海洋地质环境开发了各种不同类型的锚以满足使用需求。现有海工锚主要使用吸力锚、桩锚和拖曳锚。

2、吸力锚依靠负压吸力贯入海底土层，安装过程对设备要求较高，在硬质或大颗粒底质中难以顺利贯入，且长期受海水腐蚀和洋流扰动后，容易发生吸力密封结构失效，锚体抓力会随使用时间增加逐渐下降。桩锚需要采用打桩设备将锚体直接贯入海底，施工难度大、成本高，针对大深度海域作业时，施工设备的作业能力很难满足要求，还容易受海底复杂地形影响出现贯入偏差。拖曳锚则依靠船舶拖曳锚体，让锚体在土层中产生抓力，其抓力大小受施工拖曳操作影响较大，难以稳定控制锚体的最终着床位置，在深水软底质环境中容易出现抓力不足的情况，无法满足大型浮体的系泊定位需求。

3、传统预制重力锚体积庞大，运输和投放都需要大型船舶配合，作业灵活性差，整体造价偏高，且在海流长期冲刷下容易出现整体沉降偏移，抓力稳定性不足，无法长期维持系泊定位精度。除此之外，现有各类海工锚普遍存在抓力与锚体体积正相关的问题，想要获得足够抓力支撑大型深海浮体，就必须增大锚体体积和重量，进一步提升了施工部署的难度和成本，同时抓力稳定性容易受地质环境、长期荷载扰动的影响，在复杂深海环境下的系泊可靠性难以得到保障。

4、公开号为cn111994207a的中国专利公开了一种设有附加锚身且附加锚身可展开外翻的鱼雷锚。该鱼雷锚包括锚身主体、锚翼、附加锚身、固定铰和锚头，附加锚身共四块，未展开时整体呈圆筒状并紧贴锚身主体，附加锚身远离锚头的一端呈喇叭口状，另一端通过固定铰与锚身主体连接。鱼雷锚自由落体贯入海床后，当受到系泊线拉力时，海底土体对附加锚身的反作用力对固定铰形成力矩，使附加锚身绕固定铰向外展开外翻，从而扩大锚体的受力面积，提高极限抗拔承载力。然而，该方案中的附加锚身为圆筒状结构，展开后与土体的咬合形式较为单一，主要依靠面积扩大来提高承载力，缺乏倒刺锁定和土塞效应，抗拔力的提升幅度有限；同时，其固定铰设置在锚身主体外周，力传递路径较长，在复杂深海环境中长期受荷载扰动时，附加锚身与锚身主体的连接处容易产生应力集中，抓力稳定性仍有待提高。

5、因此，亟需一种抓力强、稳定性好、安装工艺简单且能够适应深海复杂地质环境的锚桩。

技术实现思路

1、本发明目的是解决上述技术问题，提供一种带抓力强化装置的深海锚桩，该锚桩利用重力实现定位功能，并通过结构优化提高抗拔力，具有制造简单、安装快速、抓力稳定等优点，在深海复杂地质环境下仍能保持稳定抓力，施工部署难度低，能够满足大型浮体系泊定位需求。

2、为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本发明所采用的技术方案是：一种带抓力强化装置的深海锚桩，包括锚杆、设置于锚杆前端的锚头、设置于锚杆上的锚翼以及反撑，所述锚杆尾部设置有吊耳，所述锚头呈圆锥形，其大端端面设有连接耳板，小端设有带孔的锚板；所述反撑为长条形板状构件，通过铰链轴与所述连接耳板铰接；所述反撑位于相邻的锚翼之间，在锚桩贯入海床时沿锚杆轴向收拢贴紧锚杆，在锚桩到达预定深度受提拉预紧时绕铰链轴向外张开形成倒刺结构。

3、优选的：所述反撑的内侧面设有沿其长度方向延伸的纵向加强肋，两条纵向加强肋之间形成收容槽，所述纵向加强肋的自由端形成与锚杆的锥形段相贴合的斜面，在收拢状态下，所述斜面与所述锥形段贴合。

4、优选的：所述反撑的外侧面设有两个沿其长度方向延伸的纵向凹槽，所述纵向凹槽的两侧边缘凸起形成在反撑张开时切入土体的切削刃，在反撑张开插入土体后形成土塞以增加抗拔阻力。

5、优选的：所述连接耳板为设于锚头大端端面的双耳板结构，所述反撑靠近铰链轴的一端设有三个分叉耳片，所述连接耳板穿插于三个分叉耳片之间，所述铰链轴贯穿连接耳板和分叉耳片形成穿插式铰接。

6、优选的：所述反撑靠近铰链轴的一端设有与锚头端面相配合的限位平面；当反撑绕铰链轴向外张开至设定角度时，所述限位平面与锚头的端面抵接，阻止反撑继续向外旋转。

7、优选的：所述锚杆为包括大径段、小径段以及中间通过锥形段过渡的变截面杆体，所述锚翼沿锚杆轴向从大径段延伸至小径段并覆盖所述锥形段。

8、优选的：所述反撑与锚杆的长度之比为1:4~1:6，反撑的宽度为锚头直径的1/4~1/2。

9、优选的：所述锚头直径与长度之比为1:1.5~1:3，锚头与锚杆的长度之比为1:5~1:10。

10、优选的：所述锚翼为3~4片，沿锚杆周向均匀分布；所述锚翼与锚杆的长度之比为3:5~4:5，锚翼宽度为锚杆直径的0.8~1.5倍。

11、优选的：所述锚杆为空心管体，内部填充有矿砂；所述锚桩的横向抗拔力为自重的4~6倍，纵向抗拔力为自重的2.5~4.5倍。

12、与传统结构相比，本发明的有益效果：

13、1.本发明通过张开的反撑结构加大锚体在垂直方向的投影面积，形成倒刺锁定，提高了锚体嵌入海床后的整体抗拔抓力，抓力不随使用时间增加出现衰减，能够长期维持系泊定位精度，满足海洋工程中大型设施长期系泊对锚定结构的抗拔力与使用寿命要求，保障系泊设施在复杂恶劣海洋环境下的稳定安全。

14、2.相较于传统吸力锚，本发明无需依赖负压贯入设备，对硬质或大颗粒底质的适应性更强，不存在密封结构失效导致抓力下降的问题，抓力稳定性更好。

15、3.相较于传统桩锚，本发明无需大型打桩设备进行深海贯入作业，施工部署难度更低，作业成本更低，也不容易受海底复杂地形影响出现贯入偏差。

16、4.相较于传统拖曳锚，本发明锚体最终着床位置更容易控制，抓力大小稳定，在深水软底质环境下也能提供足够抓力。

17、5.本发明单位体积锚体可提供的抓力远高于传统海工锚，不需要通过增大锚体体积重量提升抓力，进一步降低了运输、投放的作业难度和整体造价，适配大型深海浮体的长期系泊定位需求，在复杂深海环境下的系泊可靠性更高。

1.一种带抓力强化装置的深海锚桩，其特征在于：包括锚杆（2）、设置于锚杆（2）前端的锚头（5）、设置于锚杆（2）上的锚翼（3）以及反撑（4），所述锚杆（2）尾部设置有吊耳（1），所述锚头（5）呈圆锥形，其大端端面设有连接耳板（7），小端设有带孔的锚板（6）；所述反撑（4）为长条形板状构件，通过铰链轴（8）与所述连接耳板（7）铰接；所述反撑（4）位于相邻的锚翼（3）之间，在锚桩贯入海床时沿锚杆（2）轴向收拢贴紧锚杆（2），在锚桩到达预定深度受提拉预紧时绕铰链轴（8）向外张开形成倒刺结构。

2.根据权利要求1所述的带抓力强化装置的深海锚桩，其特征在于：所述反撑（4）的内侧面设有沿其长度方向延伸的纵向加强肋（45），两条纵向加强肋（45）之间形成收容槽（43），所述纵向加强肋（45）的自由端形成与锚杆（2）的锥形段相贴合的斜面，在收拢状态下，所述斜面与所述锥形段贴合。

3.根据权利要求1所述的带抓力强化装置的深海锚桩，其特征在于：所述反撑（4）的外侧面设有两个沿其长度方向延伸的纵向凹槽（41），所述纵向凹槽（41）的两侧边缘凸起形成在反撑张开时切入土体的切削刃。

4.根据权利要求1所述的带抓力强化装置的深海锚桩，其特征在于：所述连接耳板（7）为设于锚头（5）大端端面的双耳板结构，所述反撑（4）靠近铰链轴（8）的一端设有三个分叉耳片（42），所述连接耳板（7）穿插于三个分叉耳片（42）之间，所述铰链轴（8）贯穿连接耳板（7）和分叉耳片（42）形成穿插式铰接。

5.根据权利要求1所述的带抓力强化装置的深海锚桩，其特征在于：所述反撑（4）靠近铰链轴（8）的一端设有与锚头（5）端面相配合的限位平面（44）；当反撑（4）绕铰链轴（8）向外张开至设定角度时，所述限位平面（44）与锚头（5）的端面抵接，阻止反撑（4）继续向外旋转。

6.根据权利要求2所述的带抓力强化装置的深海锚桩，其特征在于：所述锚杆（2）为包括大径段、小径段以及中间通过锥形段过渡的变截面杆体，所述锚翼（3）沿锚杆（2）轴向从大径段延伸至小径段并覆盖锥形段。

7.根据权利要求1所述的带抓力强化装置的深海锚桩，其特征在于：所述反撑（4）与锚杆（2）的长度之比为1:4~1:6，反撑（4）的宽度为锚头（5）直径的1/4~1/2。

8.根据权利要求1所述的带抓力强化装置的深海锚桩，其特征在于：所述锚头（5）直径与长度之比为1:1.5~1:3，锚头（5）与锚杆（2）的长度之比为1:5~1:10。

9.根据权利要求1所述的带抓力强化装置的深海锚桩，其特征在于：所述锚翼（3）为3~4片，沿锚杆（2）周向均匀分布；所述锚翼（3）与锚杆（2）的长度之比为3:5~4:5，锚翼（3）宽度为锚杆（2）直径的0.8~1.5倍。

10.根据权利要求1所述的带抓力强化装置的深海锚桩，其特征在于：所述锚杆（2）为空心管体，内部填充有矿砂；所述锚桩的横向抗拔力为自重的4~6倍，纵向抗拔力为自重的2.5~4.5倍。