專利名稱：超抓重比的固結型錨及其安裝方法
技術領域：
本發明涉及的是水利與船舶海洋工程技術領域的一種錨碇裝備與技術，具體是一種具有超抓重比的、能夠在河床或海床內與錨體周圍土體固結在一起的、固結型錨及其安裝方法。
背景技術：
錨泊系統對于系泊物的安全穩定至關重要，不可或缺。除船舶以外，還有海洋結構物如石油平臺、浮標、平臺監測系統、深水養殖網箱等，這些被系泊物的錨泊系統的可靠與否，是保證其在指定位置正常安全運行的關鍵。錨的抓力主要由錨的結構和重量決定。錨的抓重比，即錨的抓力與錨重的比值，是衡量錨技術含量的一個重要指標。錨的種類很多，常用的有無桿錨、有桿錨和大抓力錨及特種錨等四大類型。現代軍艦上的船錨在硬質沙礫海床的抓重比為4-5，在淤泥海床上的抓重比為2-4，對于沙泥混合的海床，現代船錨的抓重比一般能達到3-6。目前新型大抓力錨一一斯達托錨的抓重比最高為15-20。傳統錨比如大抓力錨是依靠錨鏈和錨的重量提供回復力，限制被系泊物體的移動。然而，在拋錨后，若遭遇大風或者大浪時，由于錨鏈不夠長，錨沒有足夠的重量，導致錨固力不夠，就會發生走錨現象，危及被系泊物體的正常運行和及其周圍環境的安全。經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利申請公開號86105227，專利名稱為火箭埋設錨，該專利包括錨體、錨鏈，其特征在于錨體由一個或幾個固體火箭發動機，錨鰭和錨錐組成。其主要不足之處在于1)采用火箭作動力埋設，推動裝置一次性使用，成本高；2)火箭埋設錨效果隨水深增加而顯著減小，水深較大時，火箭推力要求高。此外，中國專利號200810038546. 0，專利名稱為帶高頻微幅振動的動力埋入錨，該專利包括錨頭，錨桿，錨翼，錨鏈，內置電機，電機電纜。其主要不足之處在于1)對于礫石河床或海床，該類錨無法深度鉆入，因此在這種底質情況下的錨抓力小；2)該類錨雖然能夠深度鉆入沙或淤泥類土體，抓重比可以超過30，能夠提供強大的錨抓力，但隨著超大型結構物在深海的出現，要求100噸以上錨抓力，相應要求強大的動力，相應的成本高。因此，需要發展更高抓重比的新型錨。
發明內容
本發明針對現有錨存在的上述不足，提供一種具有超抓重比的、能夠在河床或海床內與錨體周圍土體固結在一起的、固結型錨及其安裝方法。該新型錨，不但能夠適用于礫石等各類地質條件下的海床或河床，而且具有超高的抓重比，能夠按需要提供錨抓力可以超過100噸以上的強大錨抓力。本發明是通過以下技術方案實現的本發明提供一種超抓重比的固結型錨，該固結型錨主要由殼體、設置于殼體內部的容器、噴嘴、錨環、膨脹材料、固化材料組成，容器內設置可移動的隔板，所述隔板將容器空腔分隔成上、下兩個儲存室，所述上、下兩個儲存室內分別設置膨脹材料和能夠與土體發生固結作用的固化材料，錨體外壁上設置與容器相連通的噴嘴。所述的殼體由錐型體和柱型體兩部分組成，錐型體作為錨的頭部，長度較柱型體短，其作用是為錨的其它部件提供載體。所述的容器是殼體內的空腔，中間設置可自由移動的隔板，將空腔分為上、下兩個儲存室，其作用是分別儲存膨脹材料和固化材料。所述的膨脹材料是通過加入有機催化劑，能夠控制反應時間的，比較緩慢發生體積膨脹的無聲膨脹劑，儲存在容器的上儲存室，其作用是推動傘骨打開和擠出固化材料。所述的固化材料是能夠與土體及其孔隙水發生反應快速固結的化工材料，封裝在錨殼體內容器的下儲存室，一旦錨鉆入土體指定深度后，通過膨脹材料的推力將下儲存室 中的固化材料通過噴嘴擠出。其作用是與周圍土體相互作用，不但固結錨體周圍土體，而且將錨殼體與周圍土體固結形成一個整體。所述的噴嘴為設置在錨殼體頭部的壁面上的若干小孔，具有連接錨殼體內儲存固化材料的下儲存室的通道。其作用是，使得下儲存室內的固化材料能夠通過噴嘴進入錨殼體周圍的土體。優選的，本發明可以進一步包含設置于錨殼體外壁上的傘骨。所述的傘骨是設置在錨殼體外壁上的一系列支桿，一旦錨體鉆入土體達到指定深度后，通過殼體內容器上儲存室的膨脹材料的推力將其朝下撐開，其作用是增加粘結面積和受拔時的阻力面積，增大錨抓力。本發明通過動力錘擊、自身重力下落沖擊、火藥發射沖擊等方法進入鉆入河床或海床土體；在進入土體過程中，傘骨緊貼并隱藏在錨殼體的外壁中；當錨體鉆入指定深度以后，膨脹材料開始反應，發生膨脹產生推力，推動撐開錨殼體外壁上的傘骨，同時將錨體內的固化材料通過噴嘴擠出錨體，滲透到錨體周圍的土體中，使固化材料與周圍土體孔隙水發生水解和水化反應，使得孔隙內的自由水變成固化土的結合水，顯著加強土顆粒之間的粘聚力，提高土體的抗剪切強度，同時將錨殼體、錨殼體上的傘骨和周圍土體固結在一起，使得整個錨和周圍固結的土體形成一個整體，從而獲得抗拔出的強大錨抓力，為連結在錨環上的錨鏈提供強大的錨抓力。此固結型錨安裝為永久性錨固，無需回收過程。本發明提供一種超抓重比的固結型錨的安裝方法，具體步驟如下(I)將錨垂直放置在布錨位置的床面上，使振動錨體侵入床面。(2)錨體內的膨脹材料開始反應膨脹，如有傘骨，推動傘骨完全朝下撐開。(3)錨體內的膨脹材料擠壓隔板推動固化材料從噴嘴徐徐流出進入周圍土體，固化材料立即與周圍土體及其孔隙水發生水化和水解等化學反應，并放出氣體，使漿液膨脹并向四周擴散形成二次滲透。(4)錨體周圍土體開始固結。等待一定時間后，錨殼體、傘骨及其周圍的土體完全固結在一起。與現有技術相比，本發明的基本原理是利用固結材料將錨殼體周圍的土體及孔隙水快速固結，使得錨和周圍固結的土體形成一個整體，從而獲得抗拔出的強大錨抓力 ’為獲得更大的錨抓力，可進一步在錨殼體外壁上設置傘骨，利用傘骨的撐開增加阻力面積和粘結面積。本發明可以廣泛應用于各類地質的錨泊系統。本發明的技術實施簡單，成本低，功效聞。
圖I為通過動力錘擊入土的帶傘骨的固結型錨體結構示意圖；圖2為通過自身重力下落沖擊入土的帶傘骨的固結型錨體結構示意圖；圖3為通過火藥發射沖擊入土的無傘骨的固結型錨體結構示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。結合本發明的內容提供以下實施例，但不局限于以下實施 例實施例I :通過動力錘擊入土的固結型錨與安裝方法如圖I所示，該固結型錨由固結型錨由殼體I、容器2、噴嘴3、傘骨4、錨環5、膨脹材料6、固化材料7、隔板8和激振電機11等部分構成。所述的殼體I由不銹鋼材料制作，其錐型體長0. 5m，柱型體長2m，兩者的連接處橫截面為圓形，直徑0. 3m。所述的容器2是設置在錨殼體內的柱型體部分的、長1200mm、直徑280mm的空腔，中間設置可移動的由8mm厚的不銹鋼制作的隔板8，將空腔分為上儲存室9、下儲存室10。所述的噴嘴3設置在殼體I頭部附近的柱體端5cm的壁面上，沿圓周均勻設置12個小孔，孔徑5mm，連接錨殼體I內儲存固化材料7的下儲存室10。所述的傘骨4是設置在殼體I外壁上的、由不銹鋼制作的、直徑為15mm的12根圓桿和滑動撐桿，圓桿長1500mm,滑動撐桿長300mm ;—旦錨鉆入土體指定深度后,通過殼體I內容器2內上儲存室19內的膨脹材料6的推力將其朝下撐開。所述的錨環5是固定設置在殼體I外壁上的圓環，由不銹鋼制作，其外徑為100mm，內徑80mm。所述的膨脹材料6是可控制反應時間的體積膨脹倍數大于6的無聲破碎膨脹劑，使用前將膨脹劑粉末和清水按照3:1重量之比混合攪拌，并加入有機催化劑控制反應時間，然后將其充分儲存在長200mm、直徑280mm的上儲存室9內。一般反應時間可以控制在5到10個小時之內。該技術為現有常規技術手段，可以根據現有技術具體選擇所需的膨脹材料以及有機催化劑。所述的固化材料7是可迅速遇水固化的、固體滲透系數高、固結強度大于6MPa的雙組分聚氨酯固結劑，充分封裝在錨體內的、長1000mm、直徑280mm的下儲存室10，一旦錨體鉆入土體指定深度后，通過膨脹材料6的推力將下儲存室10中的固化材料7通過12個噴嘴3擠出。該固化材料為現有常規技術手段，可以根據現有技術具體選擇，雙組分聚氨酯固結劑只是給出的固化材料一種實施例，具體實現中并不局限于此。所述的激振電機11是設置在殼體I內柱體的底部，其功率為3. 5KW，振動力45KN。連接激振電機11的電源線可從錨的殼體內部穿過，和錨鏈連結一起直達電源，也可以在錨體內安裝蓄電池，采用蓄電池供電。本實施例安裝操作步驟如下(I)對于水深50m、由細粉沙組成的海床,將錨垂直放置在布錨位置的床面上,開啟錨體內的激振電機10的電源，使振動錨體侵入由細沙組成的海床6米深處，關閉電機電源。(2)錨體內的膨脹材料6開始反應膨脹，推動傘骨4完全朝下撐開。(3 )錨體內的膨脹材料6擠壓隔板8推動固化材料7從噴嘴3徐徐流出進入周圍土體，固化材料7立即與周圍土體及其孔隙水發生水化和水解等化學反應，并放出氣體，使漿液膨脹并向四周擴散形成二次滲透。(4)錨體周圍土體開始固結。等待一定時間后，錨殼體I、傘骨4、及其周圍的土體完全固結在一起。實施效果實施方法簡單，將錨固定在土體內6米處，除了錨自身的重量載荷外，通過化工固化材料與周圍土體及其孔隙水的化學反應，加強土顆粒之間的粘結力，使錨和周圍土體的固結作用更強，錨與周圍的土體緊密固結在一起，傘骨增加阻力面積和粘結面積，從而形成了超過300KN的錨抓力。 實施例2 :通過自身重力下落沖擊入土的固結型錨與安裝方法如圖2所示，該固結型錨由固結型錨由殼體I、容器2、噴嘴3、傘骨4、錨環5、膨脹材料6、固化材料7、隔板8等部分構成。所述的殼體I由不銹鋼材料制作，其錐型體長0. 5m，柱型體長2m，兩者的連接處橫截面為圓形，直徑0. 3m，壁厚10mm，柱型體下部800mm長的空間填充碎鋼屑等重物12以增
加錨體重量。所述的容器2是設置在錨殼體I內的、長1200mm、直徑280mm的空腔，中間設置可移動的由8mm厚的不銹鋼制作的隔板8，將空腔分為上儲存室9、下儲存室10。所述的噴嘴3設置在殼體I頭部附近的柱體端5cm的壁面上，沿圓周均勻設置12個小孔，孔徑5mm，連接錨殼體I內儲存固化材料7的下儲存室10。
所述的傘骨4是設置在殼體I外壁上的、由不銹鋼制作的、直徑為15mm的圓桿和滑動撐桿，圓桿長1600mm,滑動撐桿長400mm ;—旦錨鉆入土體指定深度后,通過殼體I內容器2內上儲存室9內的膨脹材料6的推力將其朝下撐開。所述的錨環5是固定設置在殼體I外壁上的圓環，由不銹鋼制作，其外徑為100mm，內徑80mm。所述的膨脹材料6是可控制反應時間的體積膨脹倍數大于6的無聲破碎膨脹劑，使用前將膨脹劑粉末和清水按照3:1重量之比混合攪拌，并加入有機催化劑控制反應時間，然后將其充分儲存在長200mm、直徑280mm的上儲存室9內。所述的固化材料7是可迅速遇水固化的、固體滲透系數高、固結強度大于6MPa的雙組分聚氨酯固結劑，充分封裝在錨體內的、長1000mm、直徑280mm的下儲存室10，一旦錨體鉆入土體指定深度后，通過膨脹材料6的推力將下儲存室10中的固化材料7通過12個噴嘴3擠出。本實施例安裝操作步驟如下(I)對于水深500m、由淤泥質組成的海床，將錨垂直懸掛于布錨地點處高于水面2m處，突然釋放錨，使其在自身重力作用下落入水中，最終侵入海床指定的超過10米的深處。(2)錨殼體I內的膨脹材料6開始反應膨脹，徐徐推動傘骨4完全朝下撐開。(3)隨后，錨殼體I內的膨脹材料6擠壓可移動隔板8推動固化材料7從噴嘴3徐徐流出進入周圍土體，固化材料7立即與周圍土體及其孔隙水發生水化和水解等化學反應，并放出氣體，使漿液膨脹并向四周擴散形成二次滲透。(4)錨周圍土體開始固結。等待一定時間后，錨殼體I、傘骨4以及其周圍的土體
完全固結在一起。實施效果實施方法簡單，將錨固定在土體超過10米處，除了錨體自身的重量載荷外，通過化工固化材料與周圍土體及其孔隙水的化學反應，加強土顆粒之間的粘結力，使錨體和周圍土體的固結作用更強，錨與周圍的土體緊密固結在一起，傘骨增加阻力面積和粘結面積，從而形成了超過500KN的錨抓力。實施例3 :通過火藥發射沖擊入土的固結型錨與安裝方法
如圖3所示，該固結型錨由固結型錨由殼體I、容器2、噴嘴3、錨環5、膨脹材料6、固化材料7、火藥倉13等部分構成。所述的殼體I由不銹鋼材料制作，其錐型體長0. 5m，柱型體長2m，兩者的連接處橫截面為圓形，直徑0. 3m。所述的容器2是設置在錨體內的、長1200mm、直徑280mm的空腔，中間設置可移動的由8mm厚的不銹鋼制作的隔板8，將空腔分為上儲存室9、下儲存室10。所述的噴嘴3設置在殼體I頭部附近的柱體端5cm的壁面上，沿圓周均勻設置12個小孔，孔徑5mm，連接錨體內儲存固化材料7的下儲存室10。所述的錨環5是固定設置在殼體I外壁上的圓環，由不銹鋼制作，其外徑為100mm，內徑80mm。所述的膨脹材料6是可控制反應時間的體積膨脹倍數大于6的無聲破碎膨脹劑，使用前將膨脹劑粉末和清水按照3:1重量之比混合攪拌，并加入有機催化劑控制反應時間，然后將其充分儲存在長200mm、直徑280mm的上儲存室9內。所述的固化材料7是可迅速遇水固化的、固體滲透系數高、固結強度大于6MPa的雙組分聚氨酯固結劑，充分封裝在錨殼體I內的、長1000mm、直徑280mm的下儲存室10，一旦錨體鉆入土體指定深度后，通過膨脹材料6的推力將下儲存室10中的固化材料7通過12個噴嘴3擠出。所述的火藥倉13設置在殼體I的柱型體頂部，長800mm,直徑280mm的容器，內置火藥。所述的火藥噴口 14設置在錨殼體I頂部的中央，當點燃火藥后，強大的氣流從火藥噴口 14噴出，對錨產生強大的推力。本實施例安裝操作步驟如下(I)對于水深20m、由淤泥質組成的海床，將火藥填充在錨體火藥倉13內，將錨置于要拋錨區域的水面上，點燃火藥發射錨體，錨在火藥的推力作用下侵入由細沙組成的海床3米深處。(2)錨體內的膨脹材料6擠壓可移動隔板8推動固化材料7從噴嘴3徐徐流出進入周圍土體，固化材料7立即與周圍土體及其孔隙水發生水化和水解等化學反應，并放出氣體，使漿液膨脹并向四周擴散形成二次滲透。(3)錨體周圍土體開始固結。等待一定時間后，錨殼體及其周圍的土體完全固結在一起。
實施效果實施方法簡單，將錨固定在土體內3米處，除了錨體自身的重量載荷夕卜，通過化學固化材料與周圍土體及其孔隙水的化學反應，加強土顆粒之間的粘結力，使錨體和周圍土體的固結作用更強，錨與周圍的土體緊密固結在一起，最終形成了超過100KN的錨抓力。應當指出的是，以上實施例中，可控制反應時間的膨脹材料、固化材料均為現有常規技術手段，是可以根據實際需要進行選擇的，并不僅僅局限于上述實施例，這對于本領域的技術人員來說是非常容易的。盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應 當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種超抓重比的固結型錨，其特征在于該固結型錨主要由殼體、設置于殼體內部的容器、噴嘴、錨環、膨脹材料、固化材料組成，容器內設置可移動的隔板，所述隔板將容器空腔分隔成上、下兩個儲存室，所述上、下兩個儲存室內分別設置膨脹材料和能夠與土體發生固結作用的固化材料，錨體外壁上設置與容器相連通的噴嘴。
2.根據權利要求I所述的超抓重比的固結型錨，其特征在于所述的殼體由錐型體和柱型體兩部分組成，錐型體作為錨的頭部，長度較柱型體短。
3.根據權利要求I所述的超抓重比的固結型錨，其特征在于所述的容器是殼體內的空腔，中間設置可自由移動的隔板。
4.根據權利要求I所述的超抓重比的固結型錨，其特征在于所述的膨脹材料是通過加入有機催化劑，能夠控制反應時間的，比較緩慢發生體積膨脹的無聲膨脹劑。
5.根據權利要求I所述的超抓重比的固結型錨，其特征在于所述的固化材料是能夠與土體及其孔隙水發生反應快速固結的化工材料，封裝在錨殼體內容器的下儲存室。
6.根據權利要求I所述的超抓重比的固結型錨，其特征在于所述的噴嘴為設置在錨殼體頭部的壁面上的若干小孔，具有連接錨殼體內儲存固化材料的下儲存室的通道，使得下儲存室內的固化材料能夠通過噴嘴進入錨殼體周圍的土體。
7.根據權利要求1-6任一項所述的超抓重比的固結型錨，其特征在于所述固結型錨進ー步包含設置于錨殼體外壁上、并通過膨脹材料推力打開的傘骨。
8.根據權利要求7所述的超抓重比的固結型錨，其特征在于所述的傘骨是設置在錨殼體外壁上的一系列支桿。
9.一種權利要求1-8所述超抓重比的固結型錨的安裝方法，其特征在于具體步驟如下 (1)將錨垂直放置在布錨位置的床面上，使振動錨體侵入床面； (2)錨體內的膨脹材料開始反應膨脹，如有傘骨，推動傘骨完全朝下撐開； (3)錨體內的膨脹材料擠壓隔板推動固化材料從噴嘴徐徐流出進入周圍土體，固化材料立即與周圍土體及其孔隙水發生化學反應，并放出氣體，使漿液膨脹并向四周擴散形成二次滲透； (4)錨體周圍土體開始固結，等待一定時間后，錨殼體、傘骨及其周圍的土體完全固結在一起。
全文摘要
本發明公開一種超抓重比的固結型錨及其安裝方法，該固結型錨主要由殼體、設置于殼體內部的容器、噴嘴、錨環、膨脹材料、固化材料組成，容器內設置可移動的隔板，所述隔板將容器空腔分隔成上、下兩個儲存室，所述上、下兩個儲存室內分別設置膨脹材料和能夠與土體發生固結作用的固化材料，錨體外壁上設置與容器相連通的噴嘴。本發明不但能夠適用于礫石等各類地質條件下的海床或河床，而且具有超高的抓重比，能夠按需要提供錨抓力可以超過100噸以上的強大錨抓力。
文檔編號B63B21/24GK102673737SQ20121015361
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月16日 優先權日2012年5月16日
發明者喻國良, 楊聞宇 申請人:上海交通大學