專利名稱：一種海底建筑物定位裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑物定位技術(shù)，特別涉及一種用于固定海底建筑物的定位裝置及方法，屬 于海洋工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著地球陸地資源日趨枯竭，當(dāng)今世界對開發(fā)海洋資源越來越重視。為了走向海洋，必 須在海底建造大量的建筑物，主要包括永久性建筑物和臨時(shí)性建筑物。比如，輸送油氣的海 底管道是永久性海底建筑物，而分布于各國海域的大量深海觀測裝置則屬于臨時(shí)性建筑物。 無論哪一種建筑物，均位于水深大、條件惡劣、不易觀察到的海底，所以海底建筑物的安全、 穩(wěn)定問題一直是急需解決的重要問題之一。其中一個(gè)重要的破壞原因是，海底建筑物不能抵 抗種種原因造成的位置變動，包括海底床面上的水平位置改變(易造成建筑物結(jié)構(gòu)的錯(cuò)開)， 以及豎直位置改變(建筑物沉降或者上浮問題)。海底如同陸地，也是高低不平的，時(shí)常有滑 坡發(fā)生。這種滑坡大多為淺層滑坡，對海底建筑物危害極大，同時(shí)，強(qiáng)烈的海流，也會對海 底建筑物造成很大的破壞。比如，海底局部的淺層滑坡或者海流均可能迫使海底管道發(fā)生局 部位移、管線的變位，極易造成結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染、生產(chǎn)停滯；強(qiáng)烈的海流可 能將昂貴的觀測設(shè)備的錨固裝置摧毀、巻走，造成觀測失敗。對于海底建筑物類似的破壞， 屢見不鮮。因此，急需有效的定位裝置，以使海底建筑物能夠抵抗各種可能荷載造成的位置 變動。
目前，對于海底建筑物的定位方法主要有加大自重法和錨固法。當(dāng)然，從經(jīng)濟(jì)角度看， 錨固法最有發(fā)展?jié)摿?。常用的錨固法，主要是螺旋錨桿法，其主要不足是葉片面積小，其產(chǎn) 生的錨固力不夠大，而且需要較大的機(jī)械施工投入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種具有較大錨固力的海底建筑物 定位方法及裝置，而且其施工工序簡單、工期短。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明是在錨桿底端設(shè)置帶有網(wǎng)孔的錨傘；依靠 置于錨桿頂端的高頻微幅振動源的振動，使得裝置周圍的泥沙產(chǎn)生液化，成為流動性的泥沙， 利于定位裝置順利貫入海底泥沙，并使錨傘得以自動打開；以面積較大的錨傘提供足夠的抗 浮力，或者承受較大的豎向壓力。所述的錨桿，為中空的鋼管，其作用是將海底建筑物的上浮或下沉荷載傳到較深土層。 同時(shí)，錨桿還起著固定錨傘的作用，二者連為一體，共同工作。
所述的錨傘，由錨尖、錨傘骨架、錨傘透空網(wǎng)和錨索組成。打開的錨傘形狀似一把倒立 的傘，錨傘骨架呈輻射狀布置在錨尖中部臺階上，錨傘透空網(wǎng)以錨傘骨架為受力支架，并以 錨索將錨傘骨架斜向上方拉住，防止錨傘骨架向下反彎失穩(wěn)。錨傘可以收緊，也可以打開。
所述的錨桿，其底端內(nèi)壁上設(shè)置有卡口槽，卡口槽由上、下卡口齒形成，錨尖頂端限制 于卡口槽內(nèi)，可上下移動。
所述的錨桿的外側(cè)壁上設(shè)置有錨傘骨架插孔，用于收緊錨傘之用；當(dāng)錨尖頂端位于卡口 槽的上部，則可以將錨傘骨架插入錨傘骨架插孔，收緊錨傘；當(dāng)錨尖頂端位于卡口槽的下部， 則錨傘骨架脫離插孔，錨傘打開。
所述的錨尖的底部為圓錐狀，利于破土入泥；中心截面呈向下的箭頭形狀，底部為尖角， 中部有臺階，頂部有凸緣，該凸緣位于錨桿的卡口槽內(nèi)，控制錨尖的上下移動范圍；利用置 于錨桿內(nèi)的錨尖推進(jìn)桿，通過施加高頻微幅振動，可實(shí)現(xiàn)錨尖相對于錨桿的向下移動，錨尖 頂端從錨桿內(nèi)壁卡口槽上部滑至下部，使得錨傘打開。
所述的錨傘骨架呈輻射狀布置在錨尖中部臺階上，其根部為韌性較大的彈簧結(jié)構(gòu)，為錨 傘的自動打開提供強(qiáng)大的向外彈力，而骨架直線段為剛性較大的鋼絲。
所述的錨傘透空網(wǎng)固定在錨傘骨架鋼絲上，隨著錨傘骨架的張開而形成一個(gè)倒立的"傘"; 錨傘透空網(wǎng)為網(wǎng)狀的透空結(jié)構(gòu)，可以是任何強(qiáng)度高、耐腐蝕的柔性纖維，其網(wǎng)孔尺寸取泥沙 直徑^85 (即小于此粒徑的泥沙重量占85%)的3 10倍；當(dāng)泥沙液化后變成流動性的漿體時(shí)， 泥沙容易穿過網(wǎng)孔，而泥沙固結(jié)完成后，成為具有較大抗剪能力的土體，泥沙不易穿過網(wǎng)孔。
所述的錨索將錨傘骨架鋼絲的外端與錨桿相連，當(dāng)錨傘需要承受較大的抗浮力時(shí)，錨索 可以承擔(dān)部分荷載，防止錨傘骨架向下反彎失穩(wěn)。
所述的錨尖推進(jìn)桿設(shè)置于錨桿內(nèi)，專門用于推進(jìn)錨尖，使其在卡口槽內(nèi)向下移動，為施 工臨時(shí)用具，用完后取出。
一種海底建筑物定位方法，其裝置包括錨桿和錨傘，依靠置于錨桿頂端的高頻微幅振動 源的振動，使得裝置周圍的泥沙產(chǎn)生液化，成為流動性的泥沙，可大大減小裝置的貫入阻力， 并使得錨傘在海底泥沙中得以自動打開，以面積較大的錨傘提供足夠的抗浮力，或者承受較 大的豎向壓力。
進(jìn)一步，包括以下主要步驟
l)沉放定位裝置之前，將錨傘收緊，錨傘骨架上端插入錨傘骨架插孔，并將高頻微幅振 動源與錨桿連接；2) 啟動高頻微幅振動源的電源，在其高頻微幅振動作用下，整個(gè)裝置將不斷向下貫入泥 沙中；
3) 當(dāng)錨尖到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，將高頻微幅振動源更換為與錨尖推進(jìn)桿連接，并啟動電源；
4) 在錨尖推進(jìn)桿向下貫入過程中，錨尖頂面脫離上卡口齒，錨傘骨架退出錨傘骨架插孔， 錨傘骨架在其自身彈力作用下逐漸向外展開，錨傘透空網(wǎng)也得以逐漸展開，由于持續(xù)的高頻 振動作用使得錨傘骨架和錨傘透空網(wǎng)周圍的泥沙產(chǎn)生液化，流動性的泥沙可以穿過錨傘透空 網(wǎng)，直至錨傘完全打開，錨索處于完全繃直狀態(tài)。
5) 關(guān)閉電源，取出錨尖推進(jìn)桿。
所述的高頻微幅振動源，振動頻率大于50Hz，在錨桿頂部施加振動。 本發(fā)明上述方法中所述的定位裝置，其沉放過程中，錨傘是收緊的。啟動位于錨桿頂端 的高頻微幅振動源的電源，錨桿和錨尖所觸及的海底飽和砂質(zhì)細(xì)顆粒泥沙產(chǎn)生液化、形成具 有流動性的漿體，這使得錨桿和錨尖容易貫入泥沙中。當(dāng)錨尖到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，讓錨傘骨架 脫離插孔，在錨傘骨架強(qiáng)大的自身反彈力作用下，液化后的泥沙將很容易穿過錨傘的網(wǎng)孔， 使得錨傘自動打開。然而，固結(jié)完成后的海底泥土，有著較大的抗剪能力，在其內(nèi)部顆粒間 較強(qiáng)的咬合效應(yīng)、錨傘網(wǎng)線與顆粒間的靜力摩擦作用下，泥沙很難穿過錨傘，所以，錨傘打 開之后，形成面積較大的結(jié)構(gòu)面，此結(jié)構(gòu)面以上土體的自重可以為該裝置提供較強(qiáng)的抗浮力， 而結(jié)構(gòu)面以下的土體則抵抗該裝置的下沉行為。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)由于利用高頻微幅振動破壞泥沙的板結(jié)特性， 使該裝置周圍的飽和砂質(zhì)細(xì)顆粒泥沙產(chǎn)生液化、形成具有流動性的漿體，不但使得該裝置可 以輕松貫入海底，而且錨傘可以自動打開；2)打開的錨傘面積較大，可以提供較大的錨固力； 3)施工投入機(jī)械少，且工序簡單、操作方便；4)工期短，實(shí)用性較強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于有 著類似土質(zhì)條件的江、河、湖、海底建筑物的定位。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的剖面圖(錨傘收緊)。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的剖面圖(錨傘打開)。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的錨傘骨架插孔示意圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的錨傘三維結(jié)構(gòu)示意圖(不含錨傘透空網(wǎng))。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的錨傘三維結(jié)構(gòu)示意圖(含錨傘透空網(wǎng))。
其中，l.錨尖；2.錨傘骨架；3.錨桿；4.錨尖推進(jìn)桿；5.卡口齒；6.錨索；7.錨傘透空網(wǎng)； 8.錨傘骨架插孔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施作詳細(xì)說明。
圖l示意了本發(fā)明在錨傘收緊時(shí)的情況。錨尖l底部為圓錐狀，利于破土入泥。在錨尖 1中部的臺階周圍布設(shè)錨傘骨架2，錨傘骨架2上端可以插入設(shè)置在錨桿3外側(cè)壁上的錨傘骨 架插孔8。錨傘骨架插孔8的布置示意圖見圖3。錨傘骨架2，其根部為韌性較大的彈簧結(jié)構(gòu)， 可以為錨傘的自動打開提供強(qiáng)大的向外彈力，而骨架直線段為剛性較大的鋼絲，錨傘透空網(wǎng) 7固定在鋼絲上。在錨桿3底端內(nèi)壁上設(shè)置有卡口槽，卡口槽由上、下卡口齒5形成，錨尖l 頂端位于卡口槽內(nèi)，可上下移動。將錨尖l往上推，錨傘骨架2插入錨傘骨架插孔8，則收 緊錨傘。利用放入中空錨桿3中的錨尖推進(jìn)桿4，往下推，則錨傘骨架2退出錨傘骨架插孔8， 并在錨傘骨架2的反彈力作用下，錨傘自動打開。錨尖推進(jìn)桿4為施工輔助工具，用完后取 出。圖2為本發(fā)明在錨傘打開時(shí)的情況。在錨傘骨架2外端有固定在錨桿上的錨索6斜向上 拉，以防止錨傘骨架2在過大壓力作用下而發(fā)生向下反彎失穩(wěn)。
圖4為錨傘三維結(jié)構(gòu)示意圖。錨傘透空網(wǎng)7構(gòu)成錨傘的傘布，為網(wǎng)狀的透空結(jié)構(gòu)，可以 是任何強(qiáng)度高、耐腐蝕的柔性纖維，其網(wǎng)孔尺寸取泥沙直徑^85 (即小于此粒徑的泥沙重量占 85%)的3 10倍。
本發(fā)明的具體實(shí)施，包括以下主要步驟-
1) 沉放定位裝置之前，將錨傘收緊，錨傘骨架2上端插入錨傘骨架插孔8，并將高頻微 幅振動源與錨桿3連接；
2) 啟動高頻微幅振動源的電源，在其高頻微幅振動作用下，整個(gè)裝置將不斷向下貫入泥 沙中；
3) 當(dāng)錨尖l到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，將高頻微幅振動源更換為與錨尖推進(jìn)桿4連接，并啟動電
源；
4) 在錨尖推進(jìn)桿4向下貫入過程中，錨尖1頂面脫離上卡口齒5，錨傘骨架2退出錨傘 骨架插孔8，錨傘骨架2在其自身彈力作用下逐漸向外展開，錨傘透空網(wǎng)7也得以逐漸展開， 由于持續(xù)的高頻振動作用使得錨傘骨架2和錨傘透空網(wǎng)7周圍的泥沙產(chǎn)生液化，流動性的泥 沙可以穿過錨傘透空網(wǎng)7，直至錨傘完全打開，錨索處于完全繃直狀態(tài)。
5) 關(guān)閉電源，取出錨尖推進(jìn)桿4。
上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉 本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng) 用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種海底建筑物定位裝置，其特征在于其包括錨桿，于錨桿的頂端設(shè)置有高頻微幅振動源；還包括提供足夠的抗浮力或者承受較大的豎向壓力的錨傘，其固定于錨桿底端。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于該錨桿為中空的管，其將海底建筑物的 上浮或下沉荷載傳到較深土層，同時(shí)固定錨傘。
3、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于該錨傘包括錨尖、錨傘骨架、錨傘透空 網(wǎng)和錨索；打開的錨傘呈倒立的傘狀，錨傘骨架呈輻射狀布置在錨尖上端周圍，錨傘透空網(wǎng)以錨傘骨架為受力支架，并以錨索將錨傘骨架斜向上方拉住，防止錨傘骨架向下反彎失穩(wěn)；錨傘可以收緊，也可以打開。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于該錨桿的底端內(nèi)壁上設(shè)置有卡口槽， 卡口槽由上、下卡口齒形成，錨尖頂端限制于卡口槽內(nèi)，可上下移動。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于該錨桿的外側(cè)壁上設(shè)置有錨傘骨架 插孔，用于收緊錨傘之用；當(dāng)錨尖頂端位于卡口槽的上部，則可以將錨傘骨架插入錨傘 骨架插孔，收緊錨傘；當(dāng)錨尖頂端位于卡口槽的下部，則錨傘骨架脫離插孔，錨傘打開。
6、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于該錨尖的底部為圓錐狀，利于破土入泥； 中心截面呈向下的箭頭形狀，底部為尖角，中部有臺階，頂部有凸緣，該凸緣位于錨桿 的卡口槽內(nèi)，控制錨尖的上下移動范圍；利用置于錨桿內(nèi)的錨尖推進(jìn)桿，通過施加高頻 微幅振動，可實(shí)現(xiàn)錨尖相對于錨桿的向下移動，錨尖頂端從錨桿內(nèi)壁卡口槽上部滑至下 部，使得錨傘打開。
7、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于該錨傘骨架呈輻射狀布置在錨尖中部臺 階上，其根部為彈簧結(jié)構(gòu)，為錨傘的自動打開提供向外彈力，而骨架直線段為鋼絲。
8、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于該錨傘透空網(wǎng)固定在錨傘骨架鋼絲上， 隨著錨傘骨架的張開而形成一個(gè)倒立的"傘"；錨傘透空網(wǎng)為網(wǎng)狀的透空結(jié)構(gòu)，由柔性 無機(jī)纖維形成，纖維抗拉強(qiáng)度不低于300MPa，其網(wǎng)孔尺寸取泥沙直徑As的3 10倍。
9、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于該錨索將錨傘骨架鋼絲的外端與錨桿相 連，當(dāng)錨傘需要承受較大的抗浮力時(shí)，錨索可以承擔(dān)部分荷載，防止錨傘骨架向下反彎 失穩(wěn)。
10、 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于該錨尖推進(jìn)桿設(shè)置于錨桿內(nèi)，用于推進(jìn)錨尖，使其在卡口槽內(nèi)向下移動。
11、 一種海底建筑物定位方法，其特征在于其裝置包括錨桿和錨傘，依靠置于錨桿 頂端的高頻微幅振動源的振動，使得裝置周圍的泥沙產(chǎn)生液化，成為流動性的泥沙，可 大大減小裝置的貫入阻力，并使得錨傘在海底泥沙中得以自動打開，以面積較大的錨傘 提供足夠的抗浮力，或者承受較大的豎向壓力。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于包括以下步驟1) 沉放定位裝置之前，將錨傘收緊，錨傘骨架上端插入錨傘骨架插孔，并將高頻微幅振 動源與錨桿連接；2) 啟動高頻微幅振動源的電源，在其高頻微幅振動作用下，整個(gè)裝置將不斷向下貫入泥 沙中；3) 當(dāng)錨尖到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，將高頻微幅振動源更換為與錨尖推進(jìn)桿連接，并啟動電源；4) 在錨尖推進(jìn)桿向下貫入過程中，錨尖頂面脫離上卡口齒，錨傘骨架退出錨傘骨架插孔， 錨傘骨架在其自身彈力作用下逐漸向外展開，錨傘透空網(wǎng)也得以逐漸展開，由于持續(xù)的高頻 振動作用使得錨傘骨架和錨傘透空網(wǎng)周圍的泥沙產(chǎn)生液化，流動性的泥沙可以穿過錨傘透空 網(wǎng)，直至錨傘完全打開，錨索處于完全繃直狀態(tài)。5)關(guān)閉電源，取出錨尖推進(jìn)桿。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 所述的高頻微幅振動源，振動頻率大于50Hz，在錨桿頂部施加振動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海底建筑物定位裝置，由錨桿和錨傘組成。錨傘位于錨桿底端，打開的錨傘形狀似一把倒立的傘。在海底沉埋過程中，錨傘是收緊的，直至到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，使其錨傘骨架脫離插孔，并張開為傘狀。本發(fā)明貫入海底的動力為置于錨桿頂端的高頻微幅振動源的振動，振動頻率大于50Hz。在高頻微幅振動作用下，板結(jié)的泥沙結(jié)構(gòu)受到破壞，并產(chǎn)生液化、形成具有流動性的漿體，使得該裝置得以順利貫入，且流動性的泥沙容易透過錨傘透空網(wǎng)，使得錨傘自動打開。錨傘打開之后，形成面積較大的結(jié)構(gòu)面，此結(jié)構(gòu)面以上土體的自重提供較強(qiáng)的抗浮力，而結(jié)構(gòu)面以下土體則限制其下沉行為。本發(fā)明施工工序簡單，操作容易，工期短，建造成本低。
文檔編號E02D5/74GK101307607SQ20081004047
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者謝立全 申請人:同濟(jì)大學(xué)