一种深水鱼鳔仿生吸力桶基础及其工作方法

本发明涉及海洋工程，具体为应用于海洋建筑水下土体部分的固定基础的吸力桶形基础结构。

背景技术：

1、目前，吸力桶形基础作为一种新型的基础形式，由于其结构形式比较简单，安装也比较方便，并且在各海域中都能灵活运用，因此在目前的国际海洋工程中得到了广泛的应用，由于其经济性好、施工方便、施工过程受天气影响小，能够重复利用等诸多优点，在海上风力发电工程中得到了成功应用。吸力桶是一种底端敞开、顶端封闭的钢制桶形结构，桶顶留有抽水孔，在安装过程中，吸力桶在自重作用下沉入海床一定深度后，通过从桶内抽水形成内外压差使桶基下沉到设计深度。在吸力桶沉放完毕后，停止抽水并封闭顶部的抽水口。而在需要收回基础时，可以通过泵向桶内灌水，利用水的浮力以及气体的压力将桶型基础从土体中拔出。在使用过程中，由于吸力桶是通过基础侧面的土体摩擦力、自重以及端部土体对桶的吸附力等来满足基础在使用过程中的抗拔承载力，具有较强的稳定性，所以在回收过程中，由于土体摩擦力、自重等因素会导致吸力桶基础难以从海洋土体中拔出，尤其对于深水吸力桶回收更加困难。

2、中国专利公布号为cn217460662 u的文献公布了“一种漂浮吸力桶”，通过向吸力桶内进水增加漂浮吸力桶自重并通过安装在漂浮吸力桶内部的排气机构实现快速将气囊内气体排出，降低漂浮吸力桶的浮力，加快了漂浮吸力桶下沉速度。但是该吸力桶回收时仍然存在问题：由于在下沉时吸力桶内部充满水并排出气囊，在回收时没有办法通过改变浮力实现吸力桶的顶升回收。可见，有必要对传统的吸力桶基础结构进行改进，设计一种在不改变结构承载力及稳定性情况下又能便于回收利用的吸力桶基础。中国专利公布号为cn115855232a的文献公布了“一种鱼鳔仿生水陆两用型光纤海洋声学传感器”，通过传感器腔内充气或充水能够灵活切换不同工作状态，实现同时在水中和陆地两用的高性能、低成本光纤声学传感器，仅是将鱼鳔仿生应用于传感器，并未涉及吸力桶。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有吸力桶技术中不足，提供一种深水鱼鳔仿生吸力桶基础及其工作方法，在不改变结构承载力和稳定性的情况下，模拟鱼类鼓起鱼鳔上浮时的情形，从而利用水体的浮力便于吸力桶从土体中拔出。

2、为实现上述目的，本发明一种深水鱼鳔仿生吸力桶基础采用以下技术方案：具有一个底端是敞口、顶端用桶盖封闭的桶身，钢管从桶盖顶部上方向下穿过桶盖且紧密连接桶盖，桶盖顶部上方设有套在钢管外部的一圈环形网格钢笼，环形网格钢笼底部紧密连接桶盖、顶部与钢管固定连接，环形网格钢笼的中间设置一圈环形槽，环形槽中容纳空瘪状态的环形气囊，环形气囊充气后与环形网格钢笼相接触；环形气囊围绕在钢管的四周侧壁外，环形气囊上连接充气阀，充气阀从钢管的侧壁伸入在钢管内部且气密性连接钢管，钢管顶端紧密连接海上软管底端，海上软管底端装有阀门，钢管经海上软管连接吸力泵或者充气泵。

3、进一步地，桶身的侧边设有系泊孔，系泊孔上系有锚链。

4、进一步地，充满气后的环形气囊排开水的质量为桶身自重的2/3以上。

5、所述的深水鱼鳔仿生吸力桶基础的工作方法采用的技术方案是：

6、当需要将吸力桶基础压入海床土体时，保持充气阀关闭，环形气囊呈空瘪状态，将海上软管上端连接吸力泵，先开启阀门，再开启该吸力泵，吸力泵从桶身内部抽水，桶身压入海床土体中，直至桶盖与海床土体平面为同一水平面时，关闭阀门；

7、当需要从海床土体中拔出吸力桶基础时，将海上软管上端与充气泵相连接，打开阀门和充气阀，通过海上软管加压充气，气体进入环形气囊中同时向下进入桶身内部，直至环形气囊完全鼓起关闭充气阀，环形气囊带动桶身逐渐从土体中拔出。

8、进一步地，当桶身从海床土体中被拔出的高度为整个桶身高度的2/3时，用起吊装置连接到桶身侧边的系泊孔上的锚链。

9、本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：

10、本发明通过利用鱼类在深水鼓起鱼鳔上浮的原理，提供一种带有气囊装置的吸力桶，在海上吸力桶基础需要回收时，通过向气囊中压入气体使其充气加压膨胀鼓起，模拟鱼类鼓起鱼鳔上浮时的情形，从而利用海水浮力便于将吸力桶基础整体从海床土体中拔出，方便吸力桶回收。该吸力桶基础一方面结构和操作简单，制作方便，成本较低，节省了回收产生的费用，既省时间又省精力，能够大大节约吸力桶回收海上作业时间，更加容易回收深水吸力桶，解决深水吸力桶回收困难的难题，另一方面大大减小了对深水吸力式桶回收时所需经济成本、基建工程量与人工成本，实现吸力桶在深水情况下的顶升回收，且施工质量可控,工程意义重大。

技术特征：

1.一种深水鱼鳔仿生吸力桶基础，具有一个底端是敞口、顶端用桶盖(1)封闭的桶身(2)，其特征是：钢管(3)从桶盖(1)顶部上方向下穿过桶盖(1)且紧密连接桶盖(1)，桶盖(1)顶部上方设有套在钢管(3)外部的一圈环形网格钢笼(7)，环形网格钢笼(7)底部紧密连接桶盖(1)、顶部与钢管(3)固定连接，环形网格钢笼(7)的中间设置一圈环形槽，环形槽中容纳空瘪状态的环形气囊(5)，环形气囊(5)充气后与环形网格钢笼(7)相接触；环形气囊(5)围绕在钢管(3)的四周侧壁外，环形气囊(5)上连接充气阀(6)，充气阀(6)从钢管(3)的侧壁伸入在钢管(3)内部且气密性连接钢管(3)，钢管(3)顶端紧密连接海上软管(9)底端，海上软管(9)底端装有阀门(4)，钢管(3)经海上软管(8)连接吸力泵或者充气泵。

2.根据权利要求1所述的一种深水鱼鳔仿生吸力桶基础，其特征是：桶身(2)的侧边设有系泊孔(8)，系泊孔(8)上系有锚链。

3.根据权利要求1所述的一种深水鱼鳔仿生吸力桶基础，其特征是：充满气后的环形气囊(5)排开水的质量为桶身(2)自重的2/3以上。

4.根据权利要求1所述的一种深水鱼鳔仿生吸力桶基础，其特征是：环形网格钢笼(7)的外径等于桶身(2)的外径。

5.根据权利要求1所述的一种深水鱼鳔仿生吸力桶基础，其特征是：钢管(3)的高度高于环形网格钢笼(7)的高度。

6.根据权利要求1所述的一种深水鱼鳔仿生吸力桶基础，其特征是：环形网格钢笼(7)呈网格状，用防锈蚀材质制成。

7.一种权利要求1所述的吸力桶基础的工作方法，其特征是：

8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征是：当桶身(2)从海床土体中被拔出的高度为整个桶身(2)高度的2/3时，用起吊装置连接到桶身(2)侧边的系泊孔上的锚链。

9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征是：当吸力桶基础从海床土体中拔出时，关闭阀门(4)和充气泵。

技术总结
本发明公开海洋工程领域中一种深水鱼鳔仿生吸力桶基础及其工作方法，钢管从桶盖顶部上方向下穿过桶盖且紧密连接桶盖，桶盖顶部上方设有套在钢管外部的一圈环形网格钢笼，环形网格钢笼的中间设置一圈环形槽，环形槽中容纳空瘪状态的环形气囊，环形气囊上连接充气阀，充气阀从钢管的侧壁伸入在钢管内部且气密性连接钢管，钢管顶端紧密连接海上软管底端，海上软管底端上装有阀门；在海上吸力桶基础需要回收时，通过向气囊中压入气体使其充气加压膨胀鼓起，模拟鱼类鼓起鱼鳔上浮时的情形，从而利用海水浮力便于将吸力桶基础整体从海床土体中拔出，方便吸力桶回收，结构和操作简单，节约吸力桶回收海上作业时间，更加容易回收深水吸力桶。

技术研发人员：齐永正,陈建浩,郝昀杰,王文达,徐浩青,吴思麟,侯贺营,吴涛,周爱兆,刘义,王丽艳,杨子明
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21