一种用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础

1.本发明涉及一种锚固基础，特别涉及一种用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础。


背景技术：

2.随着经济的飞速发展，各国对油气资源需求不断升级，海洋能源开发逐渐向深海及超深海领域发展。传统的导管架平台和重力式平台逐渐被张力腿平台(tlp)、spar平台、半潜式平台(fps)、海上浮式生产储卸油装置(fpso)等各类深海生产浮式平台取代，特别是海上临时生产平台或服役期较短的生产平台建设，传统的锚固基础如桩锚、吸力式沉箱基础形式等造价较高，安装成本高、周期长且二次回收利用难度大。因此，亟需设计开发一种适用于深海复杂恶劣条件下的造价低、可回收二次利用的新型锚固基础型式。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术，本发明提出一种用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，具有安装效率高和安装费用低的优势，可以有效的解决传统锚固基础成本高、周期长、回收再利用难度大的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，包括钢管，所述钢管上套装有橡胶囊，所述钢管的上端口连接有注水设备，所述钢管的管壁上均布有多个注水孔；所述橡胶囊包括囊体和设置在囊体外侧面、且横纵均布交织的竖向加劲肋和环向加劲肋，所述橡胶囊的上下两端分别通过法兰盘与所述钢管的上下两端固定，在所述钢管上部的法兰盘上焊接有吊耳，所述吊耳上连接有锚链，在所述钢管下部的法兰盘上焊接有贯入靴。
5.进一步讲，本发明所述的用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，其中：
6.所述竖向加劲肋和环向加劲肋的强度大于所述囊体的强度。
7.所述橡胶囊由高强度复合橡胶材料制成，所述橡胶囊的尺寸根据承载力设计要求确定。
8.所述橡胶囊注水膨胀后，横截面的直径为5～10m，纵截面的直径≥横截面的直径。
9.所述竖向加劲肋和环向加劲肋均采用含有高强度纤维材料的柔性复合材料制成，根据强度设计要求选取所述高强度纤维材料的材质。
10.所述竖向加劲肋的长度与所述橡胶囊注水膨胀后的纵截面半周长相等；所述环向加劲肋的长度与所述橡胶囊注水膨胀后的横截面周长一致；所述竖向加劲肋和环向加劲肋的数量按承载力设计要求确定。
11.所述注水孔的数量按照设计要求根据单位时间注水量确定。
12.所述法兰盘与所述钢管和所述橡胶囊之间均为密闭连接。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14.本发明的用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，在设定位置预先钻孔，通
过打桩设备将橡胶囊式锚固基础贯入设计深度处，并通过向内注水挤土，增大上覆土体面积和径向挤压力，可有效提高承载力。且与传统的锚固基础相比，安装效率快捷，材料轻便节省，结构简单灵活，并且可多次回收，极大的减少了成本。此外，可以多根橡胶囊同时进行注水，极大提升了施工效率，方便大规模的使用。综上所述，本发明具有安装效率高和安装费用低的特点，易于大规模的工程应用，具有很高的工程意义和应用前景。
附图说明
15.图1是本发明橡胶囊式锚固基础锚固海上浮式生产储油船的示意图；
16.图2是本发明橡胶囊式锚固基础初始贯入土层中的结构示意图；
17.图3是图1所示橡胶囊式锚固基础注水后橡胶囊膨胀挤土状态的结构示意图；
18.图4是图3中所示橡胶囊式锚固基础的俯视图；
19.图5-1、图5-2和图5-3是本发明橡胶囊式锚固基础的安装流程图，依次示出了钻孔贯入、注水锚固和抽水回收。
20.图中：
21.1-橡胶囊
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2-贯入靴
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3-钢管4-法兰盘
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5-内扣式接口
22.6-注水管带
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7-丝堵
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8-注水孔9-竖向加劲肋10-环向加劲肋
23.11-吊耳
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12-锚链
具体实施方式
24.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
25.如图1、图2、图3及图4所示，本发明提出的一种用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，包括橡胶囊1和贯入靴2。通过钻孔设备在设定位置处预先钻孔，将橡胶囊1贯入设计深度土层中，之后通过注水设备向橡胶囊体内注水膨胀形成注水挤土型锚固基础。所述的橡胶囊1内部贯穿着钢管3，在外部附着加劲肋，在顶部与底部分别通过法兰盘4与钢管3固定。下面结合附图描述该橡胶囊式锚固基础，该橡胶囊式锚固基础包括钢管3，所述钢管3上套装有橡胶囊1。
26.所述橡胶囊1包括囊体，所述囊体的外侧面上设有加劲肋以增加橡胶囊囊体的环向约束力，用于加固橡胶囊，加劲肋分为竖向加劲肋9与环向加劲肋10，所述的竖向加劲肋9与环向加劲肋10，按照横纵均布交织来布置。所述橡胶囊1由高强度复合橡胶材料制成，所述橡胶囊1的尺寸根据承载力设计要求确定。所述橡胶囊1注水膨胀后，横截面的直径为5～10m，纵截面的直径≥横截面的直径。所述竖向加劲肋9和环向加劲肋10的强度大于所述囊体的强度。所述竖向加劲肋9和环向加劲肋10均采用含有高强度纤维材料的柔性复合材料制成，根据强度设计要求选取所述高强度纤维材料的材质。所述竖向加劲肋9的长度与所述橡胶囊1注水膨胀后的纵截面半周长相等；所述环向加劲肋10的长度与所述橡胶囊1注水膨胀后的横截面周长一致；所述竖向加劲肋9和环向加劲肋10的数量按承载力设计要求确定。如图3和图4所示。
27.所述橡胶囊1的上下两端分别通过法兰盘与所述钢管3的上下两端固定，所述法兰盘与所述钢管3和所述橡胶囊1之间均为密闭连接。如图1、图2和图3所示。
28.所述注水设备包括内扣式接口5，注水管带6和丝堵7。所述注水管带6的一端与供水设备之间及所述注水管带6的另一端与所述钢管3的上端口的法兰盘4之间均分别通过所述的内扣式接口5相连，法兰盘4的中空部分的大小需略大于内扣式接口5。如图2所示。所述丝堵7设置在注水管带6与供水设备相连一侧的内扣式接口5上，丝堵7起到封闭注水管带6的作用，当向橡胶囊注水时，才将丝堵7移除。
29.所述的钢管3在尺寸上，横截面的半径需要小于上下两端法兰盘4的半径，在构造上，钢管3的管壁上均匀的开设有多个注水孔8，注水孔8的数量按照设计要求根据单位时间注水量确定。同时，在钢管3的上下两端均布有螺纹，以方便和内扣式接口5的连接。如图2和图3所示。在所述钢管3上部的法兰盘上焊接有吊耳11，所述贯入靴2焊接在所述钢管3下部的法兰盘上。吊耳11分布在法兰盘4中空部分的两侧，以避免与内扣式接口5的接触，所述吊耳11用于连接绑定锚链12，如图4所示。
30.如所图5-1、图5-2和图5-3所示，实现本发明所述的橡胶囊式锚固基础用于锚固海上浮式生产储油船的操作如下：
31.(1)钻孔贯入：在实际工程应用中通常为多个锚固基础协同作业，在设定位置处通过钻孔设备预先打孔，然后通过打桩设备将多套本发明的橡胶囊式锚固基础连带注水管带6、锚链12整体的贯入设计深度土层中。每条锚链的上端均连接至所述的海上浮式生产储油船。
32.(2)注水锚固：在注水阶段，移去注水管带6上部的丝堵7，带有供水设备的作业船只通过注水管带6向橡胶囊1内注水，橡胶囊1膨胀挤土。当注水量满足承载力设计要求时，停止注水并尽快用丝堵7封上，形成注水挤土型锚固基础。
33.(3)抽水回收：在抽水回收阶段，松开丝堵7，在周围土体的侧向压力下，橡胶囊1内的水将不断排出，并产生向上推力，此时可较轻易的将整个橡胶囊式锚固基础上拔回收。
34.按照上述操作，实现注水挤土型锚固基础的安装与回收过程。
35.尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，其特征在于，包括钢管(3)，所述钢管(3)上套装有橡胶囊(1)，所述钢管(3)的上端口连接有注水设备，所述钢管(3)的管壁上均布有多个注水孔(8)；所述橡胶囊(1)包括囊体和设置在囊体外侧面、且横纵均布交织的竖向加劲肋(9)和环向加劲肋(10)，所述橡胶囊(1)的上下两端分别通过法兰盘与所述钢管(3)的上下两端固定，在所述钢管(3)上部的法兰盘上焊接有吊耳(11)，所述吊耳(11)上连接有锚链(12)，在所述钢管(3)下部的法兰盘上焊接有贯入靴(2)。2.根据权利要求1所述的用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，其特征在于，所述竖向加劲肋(9)和环向加劲肋(10)的强度大于所述囊体的强度。3.根据权利要求2所述的用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，其特征在于，所述橡胶囊(1)由高强度复合橡胶材料制成，所述橡胶囊(1)的尺寸根据承载力设计要求确定。4.根据权利要求3所述的用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，其特征在于，所述橡胶囊(1)注水膨胀后，横截面的直径为5～10m，纵截面的直径≥横截面的直径。5.根据权利要求2所述的用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，其特征在于，所述竖向加劲肋(9)和环向加劲肋(10)均采用含有高强度纤维材料的柔性复合材料制成，根据强度设计要求选取所述高强度纤维材料的材质。6.根据权利要求1或2所述的用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，其特征在于，所述竖向加劲肋(9)的长度与所述橡胶囊(1)注水膨胀后的纵截面半周长相等；所述环向加劲肋(10)的长度与所述橡胶囊(1)注水膨胀后的横截面周长一致；所述竖向加劲肋(9)和环向加劲肋(10)的数量按承载力设计要求确定。7.根据权利要求1所述的用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，其特征在于，所述注水孔(8)的数量按照设计要求根据单位时间注水量确定。8.根据权利要求1所述的用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，其特征在于，所述法兰盘与所述钢管(3)和所述橡胶囊(1)之间均为密闭连接。

技术总结
本发明公开了一种用于海上浮式结构锚固的橡胶囊式锚固基础，包括钢管，所述钢管上套装有橡胶囊，所述钢管的上端口连接有注水设备，所述钢管的管壁上均布有多个注水孔；所述橡胶囊包括囊体和设置在囊体外侧面、且横纵均布交织的竖向加劲肋和环向加劲肋，所述橡胶囊的上下两端分别通过法兰盘与所述钢管的上下两端固定，在所述钢管上部的法兰盘上焊接有吊耳，所述吊耳上连接有锚链，在所述钢管下部的法兰盘上焊接有贯入靴。使用本发明橡胶囊式锚固基础时，配合注水设备以进行橡胶囊的注水与抽水。本发明所提出的结构具有安装效率高、安装费用低、并且可回收的特点，有效的解决了目前锚固基础成本高、周期长的问题。前锚固基础成本高、周期长的问题。前锚固基础成本高、周期长的问题。


技术研发人员：孙立强 孙铨志 封晓伟 郎瑞卿 时鹏 解德山 田羽航
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/8/13