[发明专利]一种新型板-桶重力锚的设计方法

说明书

本发明公开了一种新型板‑桶重力锚的设计方法，该方法能够基于锚体的抓重比进行快速的尺寸设计，根据土体性质(δ、γ_s、D_r)和锚固要求(包括锚固承载力(F)、锚固安全系数(SF)和锚体重量(W))，进而初步确定芯桶直径(d)、芯桶深度(h)、板直径(D)和垂直压力(Vp)。采用本设计方法能快速设计得到一种新型板‑桶重力锚，所述新型板‑桶重力锚通过组合贯入土中的桶和在泥面处的板，借助其耦合效应，大大提高了锚固基础的水平承载力和抗倾覆承载力。本发明通过提出一种综合考虑承载力和运输及安装的设计方法，该新型板‑桶重力锚在工程中只需要吊装安装而无需额外设备，因此大大降低了其安装成本，较小的尺寸也降低了运输成本。

技术领域

本发明涉及重力式基础，具体涉及一种新型板-桶重力锚的设计方法。

背景技术

近20年来，海上风能的发展迅速。一般来说，离岸距离越远，风力越强，风力越稳定。因此，浮式风力机是未来海上风力机向深水方向发展的必然选择。目前，浮式风机多安装在50-100m的浅水区，因此悬链线系泊是主要的定位方法。在这种情况下，系泊缆在海底有很大的一部分，导致水平荷载作用于锚固基础。

目前在水深超过50米时，通过打桩的方式进行安装锚桩十分困难，而且没有相关的设备完成锚桩的安装。目前在深水环境中，吸力锚有着广泛的应用，但是由于其需要提供额外的吸力设备，且在工程中遇到特殊的地层(如钙质砂地层)，则会出现无法沉贯到位的情况。而对于拖曳锚和鱼雷锚，在砂土中很难达到指定的贯入深度。

目前工程实践中，混凝土重力锚由于其安装效率高、承载力可靠等优点，在浅水系泊中得到了广泛的应用。重力锚由安装船直接吊放在海床上，安装方便快捷。重力锚的水平承载力来源于砂与结构界面的界面抗力，其抓重比基本等于界面摩擦系数，其值介于0.48到0.58之间。由于其承载效率较低，因此重力锚会制作的非常巨大，从而给运输和安装造成额外的成本。

基于此工程难题，本发明提出了一种新型板-桶重力锚(CPGA)，并提出了其设计和安装方法，旨在提供一种能够快速设计的板-桶重力锚，且其在安装过程中，只需要进行吊装，而无需额外的工程设备。

为了便于工程应用，提出了新型板-桶重力锚的设计方法。悬链线系泊系统设计采用新型板-桶重力锚，其中重力锚是主要的选择。重力锚的成本包括制造、运输和安装成本。在这些构件中，运输和安装成本占了大部分，因为运输和安装船舶的费用很高。经验证，新型板-桶重力锚具有较高的承载效率。然而，只有将总成本降低到低于重力锚的水平，才能在工程实践中得到广泛应用。

发明内容

针对浮式风机浅水系泊的锚固问题，本发明提出了一种新型板-桶重力锚及其设计方法。本发明装置通过组合贯入土中的桶和在泥面处的板，借助其耦合效应，大大提高了锚固基础的水平承载力和抗倾覆承载力；通过提出综合承载力和安装的设计安装方法，使得该新型板-桶重力锚在工程中只需要吊装安装而无需额外设备，大大降低了其安装成本。

本发明采取以下技术方案：

一种新型板-桶重力锚的设计方法，所述的新型板-桶重力锚包括芯桶和设于芯桶上的混凝土板，所述芯桶的中轴线与混凝土板的中心轴共线；基于锚体的抓重比设计所述新型板-桶重力锚，抓重比为锚体承载力和其重量的比值；所述设计方法包括如下步骤：

步骤1：确定目标抓重比η_c-set；根据《锚杆设计规范》(API-RP-2SK，2005)吸力锚和重力锚在完整永久和移动条件下的安全系数分别为1.6和1.2，所述新型板-桶重力锚的目标抓重比η_c-set通过以下方式计算：

F为锚固承载力，SF为锚固安全系数，W为锚体重量；根据《锚杆设计规范》第5.3节，合适的η_c-set在2.5-5之间；