吸力錨沉貫過程淺析

劉耀江　劉作榆　方 霖　陳曉東　孫首陽（深圳海油工程水下技術有限公司，廣州　深圳　518067）

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吸力錨沉貫過程淺析

劉耀江劉作榆方 霖陳曉東孫首陽
（深圳海油工程水下技術有限公司，廣州深圳518067）

摘要：本文簡要闡述了吸力錨的海上安裝過程，淺析了吸力錨沉貫吸力過程中所需的吸力以及沉貫時的海床阻力計算方法，對吸力沉貫過程中出現的土涌現象做了簡要分析，并給出可行的應對方案。

關鍵詞：吸力錨；土塞沉貫；阻力最大；容許吸力最小；需求吸力

1 吸力錨的安裝過程

在吸力錨海上安裝時，通過船用吊機將其下放至海床，讓吸力錨在其自身重量與海水壓力的作用下，克服海床阻力貫入到一定深度，此時關閉吸力錨的排水口，使得吸力錨內部形成密閉條件；然后潛水泵連續不間斷的向外抽水以至于吸力錨內部的壓力變低，當內外壓差所產生的貫入力超過海床對吸力錨的阻力時，吸力錨可以繼續貫入；保持潛水泵持續不斷的抽水，讓吸力錨連續沉貫，直至吸力錨完全貫入海床；此時，卸掉潛水泵，使得吸力錨內外壓差回復平衡 ，吸力錨安裝完成。

吸力錨的安裝包括兩個階段：

①吸力錨自重和外部海水壓力作為沉貫力的重力貫入階段；

②此外由于潛水泵連續抽水所導致的吸力錨內、外壓差作為額外貫入力的吸力沉貫階段。

其中，吸力沉貫階段歷來就是研究重點，也是吸力錨區別于其他錨泊形式的最重要特點之一。在吸力沉貫時，一方面需要避免吸力錨內部的土體隆起量過大，形成土涌從而提前與吸力錨頂部內表面接觸，無法達到吸力錨的設計沉貫深度，另一方面則需要提供足夠大的貫入力以克服海床阻力。

2 吸力錨的沉貫過程計算分析

吸力錨貫入可行性分析：

（1） 海床貫入阻力

貫入阻力可由以下公式計算：

貫入阻力等于側阻和端阻之和。

式中：

V′—垂直載荷；

ha0su1（πD0）—外部粘附力；

haisu1（πDi）—內部粘附力：

（γ′h＋su2Nc）（ πDt）—（板眼）環上的端軸承力：

Awall—吸力錨桶壁面積：

Atip—吸力錨桶壁頂部面積；

α—剪切強度系數（正常情況下與土體靈敏度成反比）；

γ′—土體的有效單位重量；

Nc—吸力錨桶壁剪切狀態下的承載力系數：

Z—吸力錨貫入深度。

（2）沉貫時最小吸力

沉貫時最小吸力，由以下公式計算：

A′in—吸力錨桶壁主視圖的內側面積。

即：沉貫時最大吸力計算

式中：

Nc— 當貫入時時承載力系數根據深度與直徑的比值在 6.2 ～ 9 變化；

Ainside—桶壁內側面積；

3 吸力錨的土涌現象

土涌現象：

吸力錨沉貫時的土塞現象是吸力錨筒體底邊附近土體向吸力錨筒內部大量涌入所導致的，其主要原因是過大的內部吸力作用下砂土層的液化。吸力錨的土涌現象是指在吸力錨安裝過程中，由于過大的內部吸力導致的吸力錨筒體內外壓力差，從而造成的吸力錨內部的土體向上抬高形成土涌，在沉貫過程中與吸力錨頂部接觸，導致吸力錨無法沉貫至指定安裝深度。土涌的出現，使得沉貫深度達不到指定要求此時就需要反向將吸力錨頂出，并在間隔3到5個直徑位置處重新安裝，這不僅延長了海上作業的時間，也讓吸力錨的海上安裝變得更加困難，同時吸力錨貫入不到位不僅會影響吸力錨的設計承載力，還有可能影響吸力錨的使用壽命，危及錨的安全使用。

圖1

結論

（1） 吸力錨在吸力沉貫過程中，通常工程應用都是采用潛水泵提供持續不斷的吸力來保證吸力錨的持續貫入，根據Allersma的研究，筆者認為在工程實際中可以采用同過吸力脈沖的方式安裝吸力錨，目前并沒有可以提供吸力脈沖的潛水泵，筆者認為可以通過人為的控制潛水泵的開關以及吸力大小形成吸力脈沖，這也可以是潛水泵的發展方向之一。

（2） 根據張浦陽的研究，吸力錨沉貫過程中負壓吸力和滲流力是造成土塞現象的重要原因，提出吸力錨負壓沉貫的初期是控制滲流破壞的關鍵，負壓不應過大，沉貫中后期可以逐步加大負壓。在實際工程中，可以采用張浦陽的研究結果，在吸力錨沉貫初期采用較小的吸力，并在中后期加大吸力，從而減小土塞，增大安裝成功率，這種方式并不會對吸力錨安裝造成太大負面影響，可行性較高。

（3） 從前文的闡述可以看到吸力錨有良好的應用前景，但是仍然有很多問題亟需解決：

①如何得到針對我國地質條件下的沉貫特性及需要施加的負壓的確定方法。

②如何有效的控制安裝過程中的土塞高度。

參考文獻

[1]國振，王立忠，李玲玲.新型深水系泊基礎研究進展[J].巖土力學， 2011.

[2]國振，王立忠，袁峰.粘土中吸力錨沉貫阻力與土塞形成試驗研究[J].海洋工程，2011.

中圖分類號：U653

文獻標識碼：A