專利名稱：一種海底建筑物定位裝置及方法
技術領域：
本發明涉及建筑物定位技術，特別涉及一種用于固定海底建筑物的定位裝置及方法，屬 于海洋工程領域。
背景技術：
隨著地球陸地資源日趨枯竭，當今世界對開發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、 穩定問題一直是急需解決的重要問題之一。其中一個重要的破壞原因是，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(易造成建筑物結構的錯開)， 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，時常有滑 坡發生。這種滑坡大多為淺層滑坡，對海底建筑物危害極大，同時，強烈的海流，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生局 部位移、管線的變位，極易造成結構破壞，導致嚴重的環境污染、生產停滯；強烈的海流可 能將昂貴的觀測設備的錨固裝置摧毀、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。當然，從經濟角度看， 錨固法最有發展潛力。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 生的錨固力不夠大，而且需要較大的機械施工投入。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足，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。
本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明是在錨桿底端設置帶有網孔的錨傘；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，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。錨傘可以收緊，也可以打開。
所述的錨桿，其底端內壁上設置有卡口槽，卡口槽由上、下卡口齒形成，錨尖頂端限制 于卡口槽內，可上下移動。
所述的錨桿的外側壁上設置有錨傘骨架插孔，用于收緊錨傘之用；當錨尖頂端位于卡口 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，控制錨尖的上下移動范圍；利用置 于錨桿內的錨尖推進桿，通過施加高頻微幅振動，可實現錨尖相對于錨桿的向下移動，錨尖 頂端從錨桿內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構，為錨 傘的自動打開提供強大的向外彈力，而骨架直線段為剛性較大的鋼絲。
所述的錨傘透空網固定在錨傘骨架鋼絲上，隨著錨傘骨架的張開而形成一個倒立的"傘"; 錨傘透空網為網狀的透空結構，可以是任何強度高、耐腐蝕的柔性纖維，其網孔尺寸取泥沙 直徑^85 (即小于此粒徑的泥沙重量占85%)的3 10倍；當泥沙液化后變成流動性的漿體時， 泥沙容易穿過網孔，而泥沙固結完成后，成為具有較大抗剪能力的土體，泥沙不易穿過網孔。
所述的錨索將錨傘骨架鋼絲的外端與錨桿相連，當錨傘需要承受較大的抗浮力時，錨索 可以承擔部分荷載，防止錨傘骨架向下反彎失穩。
所述的錨尖推進桿設置于錨桿內，專門用于推進錨尖，使其在卡口槽內向下移動，為施 工臨時用具，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，整個裝置將不斷向下貫入泥 沙中；
3) 當錨尖到達預定位置時，將高頻微幅振動源更換為與錨尖推進桿連接，并啟動電源；
4) 在錨尖推進桿向下貫入過程中，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，錨傘透空網也得以逐漸展開，由于持續的高頻 振動作用使得錨傘骨架和錨傘透空網周圍的泥沙產生液化，流動性的泥沙可以穿過錨傘透空 網，直至錨傘完全打開，錨索處于完全繃直狀態。
5) 關閉電源，取出錨尖推進桿。
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細顆粒泥沙產生液化、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。當錨尖到達預定位置時，讓錨傘骨架 脫離插孔，在錨傘骨架強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孔， 使得錨傘自動打開。然而，固結完成后的海底泥土，有著較大的抗剪能力，在其內部顆粒間 較強的咬合效應、錨傘網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，形成面積較大的結構面，此結構面以上土體的自重可以為該裝置提供較強的抗浮力， 而結構面以下的土體則抵抗該裝置的下沉行為。
與現有技術相比，本發明具有以下優點1)由于利用高頻微幅振動破壞泥沙的板結特性， 使該裝置周圍的飽和砂質細顆粒泥沙產生液化、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)施工投入機械少，且工序簡單、操作方便；4)工期短，實用性較強，可以廣泛應用于有 著類似土質條件的江、河、湖、海底建筑物的定位。


圖1為本發明實施例的剖面圖(錨傘收緊)。
圖2為本發明實施例的剖面圖(錨傘打開)。
圖3為本發明實施例的錨傘骨架插孔示意圖。
圖4為本發明實施例的錨傘三維結構示意圖(不含錨傘透空網)。
圖5為本發明實施例的錨傘三維結構示意圖(含錨傘透空網)。
其中，l.錨尖；2.錨傘骨架；3.錨桿；4.錨尖推進桿；5.卡口齒；6.錨索；7.錨傘透空網； 8.錨傘骨架插孔。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施作詳細說明。
圖l示意了本發明在錨傘收緊時的情況。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錨傘骨架2，錨傘骨架2上端可以插入設置在錨桿3外側壁上的錨傘骨 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構， 可以為錨傘的自動打開提供強大的向外彈力，而骨架直線段為剛性較大的鋼絲，錨傘透空網 7固定在鋼絲上。在錨桿3底端內壁上設置有卡口槽，卡口槽由上、下卡口齒5形成，錨尖l 頂端位于卡口槽內，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。錨尖推進桿4為施工輔助工具，用完后取 出。圖2為本發明在錨傘打開時的情況。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生向下反彎失穩。
圖4為錨傘三維結構示意圖。錨傘透空網7構成錨傘的傘布，為網狀的透空結構，可以 是任何強度高、耐腐蝕的柔性纖維，其網孔尺寸取泥沙直徑^85 (即小于此粒徑的泥沙重量占 85%)的3 10倍。
本發明的具體實施，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，整個裝置將不斷向下貫入泥 沙中；
3) 當錨尖l到達預定位置時，將高頻微幅振動源更換為與錨尖推進桿4連接，并啟動電
源；
4) 在錨尖推進桿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7也得以逐漸展開， 由于持續的高頻振動作用使得錨傘骨架2和錨傘透空網7周圍的泥沙產生液化，流動性的泥 沙可以穿過錨傘透空網7，直至錨傘完全打開，錨索處于完全繃直狀態。
5) 關閉電源，取出錨尖推進桿4。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉 本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應 用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技 術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
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，同時固定錨傘。
3、 如權利要求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；錨傘可以收緊，也可以打開。
4、 如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于該錨桿的底端內壁上設置有卡口槽， 卡口槽由上、下卡口齒形成，錨尖頂端限制于卡口槽內，可上下移動。
5、 如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于該錨桿的外側壁上設置有錨傘骨架 插孔，用于收緊錨傘之用；當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，控制錨尖的上下移動范圍；利用置于錨桿內的錨尖推進桿，通過施加高頻 微幅振動，可實現錨尖相對于錨桿的向下移動，錨尖頂端從錨桿內壁卡口槽上部滑至下 部，使得錨傘打開。
7、 如權利要求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，其根部為彈簧結構，為錨傘的自動打開提供向外彈力，而骨架直線段為鋼絲。
8、 如權利要求3所述的裝置，其特征在于該錨傘透空網固定在錨傘骨架鋼絲上， 隨著錨傘骨架的張開而形成一個倒立的"傘"；錨傘透空網為網狀的透空結構，由柔性 無機纖維形成，纖維抗拉強度不低于300MPa，其網孔尺寸取泥沙直徑As的3 10倍。
9、 如權利要求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，當錨傘需要承受較大的抗浮力時，錨索可以承擔部分荷載，防止錨傘骨架向下反彎 失穩。
10、 如權利要求6所述的裝置，其特征在于該錨尖推進桿設置于錨桿內，用于推進錨尖，使其在卡口槽內向下移動。
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、 根據權利要求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，整個裝置將不斷向下貫入泥 沙中；3) 當錨尖到達預定位置時，將高頻微幅振動源更換為與錨尖推進桿連接，并啟動電源；4) 在錨尖推進桿向下貫入過程中，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，錨傘透空網也得以逐漸展開，由于持續的高頻 振動作用使得錨傘骨架和錨傘透空網周圍的泥沙產生液化，流動性的泥沙可以穿過錨傘透空 網，直至錨傘完全打開，錨索處于完全繃直狀態。5)關閉電源，取出錨尖推進桿。
13、 根據權利要求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，直至到達預定位置時，使其錨傘骨架脫離插孔，并張開為傘狀。本發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，板結的泥沙結構受到破壞，并產生液化、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，使得錨傘自動打開。錨傘打開之后，形成面積較大的結構面，此結構面以上土體的自重提供較強的抗浮力，而結構面以下土體則限制其下沉行為。本發明施工工序簡單，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 優先權日2008年7月11日
發明者謝立全 申請人:同濟大學