田春和

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津 300456；2.天津水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院 天津市水運(yùn)工程 測繪技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456)

海上救助打撈是國家應(yīng)急保障體系的重要組成部分，是國家應(yīng)對(duì)海上重大突發(fā)事件的中堅(jiān)力量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，過去十幾年間，海上救助打撈共挽救人命3萬多條，使1 600多艘中外籍船舶轉(zhuǎn)危為安，使100多艘沉入海底的中外籍船舶重見天日，直接挽回財(cái)產(chǎn)總價(jià)值約740億元[1]。

海上打撈技術(shù)正在向大噸位、大水深、信息化、智能化的方向發(fā)展，技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新日新月異，逐漸形成了多種學(xué)科、多個(gè)團(tuán)隊(duì)、多樣手段協(xié)同作業(yè)的綜合性工程。在海上打撈工程作業(yè)中，海洋勘測手段可以提供海洋工程測量、海洋巖土勘察、海洋環(huán)境調(diào)查等方面的技術(shù)支撐，其中，海洋工程測量、海洋環(huán)境調(diào)查技術(shù)受益于水聲學(xué)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，技術(shù)方法已很成熟，應(yīng)用較為廣泛，而海洋巖土勘察是一門理論性與試驗(yàn)性很強(qiáng)的技術(shù)，由于海上打撈工程中巖土問題的特殊性，當(dāng)前尚未有完備的理論體系和解決方案[2]。

本文從海上打撈工程的工藝分析出發(fā)，論述了打撈工程中存在的巖土工程問題，著重分析了利用吊船扳正沉船時(shí)的生根方式和適用條件，以及生根力的巖土力學(xué)計(jì)算與評(píng)價(jià)方法。

1 海上打撈工程工藝

建國以來，我國海上打撈工程從小到大、從弱到強(qiáng)、從淺水到深水、經(jīng)歷了多個(gè)階段的發(fā)展，取得了豐碩的成果。打撈工藝也從駁船抬撬、絞車拖絞、浮筒打撈等原始工藝，發(fā)展為吊船打撈、整體打撈、多吊船打撈浮筒輔助等成熟的工藝方法。

目前，各打撈部門和單位普遍裝備有大型浮吊船，我國全回轉(zhuǎn)自航浮吊船的單吊起重量已達(dá)7 500 t(藍(lán)鯨號(hào))。海上沉船打撈流程包括沉船扳正、沉船起浮、浮后處理三個(gè)步驟[3]。沉船扳正方法有“側(cè)浮移淺”水面扳正法、浮筒扳正法、駁船或吊船扳正法等，其中，吊船扳正法在打撈扳正大噸位大橫傾沉船時(shí)，應(yīng)用尤廣。具體方法為，將吊船布置在沉船一側(cè)，以通過沉船船底的扳正鋼纜與沉船系結(jié)固定，吊船另一側(cè)以樁式錨、重力錨、吸力錨等方式系固生根，扳正時(shí)通過絞收吊船上的扳正鋼纜，將沉船扳正。

在吊船打撈工藝過程中，“吊船生根”與“船底穿鋼纜”兩個(gè)步驟(圖1)牽涉到結(jié)構(gòu)體與巖土的直接接觸，需要運(yùn)用到巖土工程手段進(jìn)行勘察與分析，方能解決。此外，在沉船出泥過程中，還受到船底吸附力和船側(cè)壅土阻力的作用，其力與力矩的大小對(duì)扳正拉力設(shè)計(jì)有著重要影響，也需以巖土工程手段進(jìn)行分析與計(jì)算。簡言之，海上打撈工程中的巖土工程問題主要發(fā)生在沉船扳正環(huán)節(jié)，體現(xiàn)在吊船生根、船底穿鋼纜、吸附力、壅土阻力等方面。

1-a 吊船扳正時(shí)的生根問題示意1-b 扳正時(shí)船底穿鋼纜、底土的吸附力與壅土阻力示意圖1 沉船打撈扳正過程中的巖土工程問題圖示Fig.1 Diagram of geotechnical engineering problems in the process of wreckedship righting

2 吊船生根過程中的巖土工程問題

在吊船扳正沉船的過程中，需要克服沉船自重、沉船與土壤的剪切阻力、吸附力、壅土阻力等，僅靠單吊起重拉力難以完成，需要以多根扳正鋼纜同時(shí)絞拉的方式實(shí)現(xiàn)，吊船的自穩(wěn)性也無法提供扳正鋼纜所需的反力，還需在吊船另一側(cè)生根來提供。選擇何種生根方式、生根點(diǎn)能夠提供多大反力，對(duì)于扳正設(shè)計(jì)至關(guān)重要，目前，在海上大噸位打撈工程中采用的生根方式主要有樁式錨、重力錨、吸力錨三種，其生根力都是通過與巖土之間的力學(xué)接觸來產(chǎn)生，生根力的評(píng)價(jià)問題是典型的巖土工程問題。

樁式錨、重力錨和吸力錨作為最為常用的生根方式，其理論基礎(chǔ)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來源于海上建筑工程。其中，樁式錨是對(duì)海上鋼樁基礎(chǔ)的直接借用，海上鋼樁是海洋石油平臺(tái)、風(fēng)機(jī)塔架采用最多的基礎(chǔ)形式，因此，樁式錨的應(yīng)用與發(fā)展與海上樁基礎(chǔ)是同理同源的，其應(yīng)用研究一直是海洋巖土工程的熱點(diǎn)；重力錨的本質(zhì)是人工設(shè)計(jì)的錨固重塊，它依靠自重下錨底與土之間的摩擦力來提供反力，早在1982年就出現(xiàn)了重力錨的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，近年來以其適應(yīng)范圍廣、安裝簡單的優(yōu)點(diǎn)，在海洋再生能源等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用；吸力錨基礎(chǔ)的本質(zhì)是負(fù)壓桶形基礎(chǔ)，隨著1992年成功用于北海油田張力腿平臺(tái)，作為海洋新型基礎(chǔ)形式一下子成為了研究熱點(diǎn)，經(jīng)過大量的模型試驗(yàn)和理論研究，證明它非常適用于軟黏土地基條件，并且具有便于安裝和可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，但是，目前對(duì)于負(fù)壓桶形基礎(chǔ)的計(jì)算仍然沒有規(guī)范可依，對(duì)于桶土相互作用問題的研究也不夠深入。

以下根據(jù)生根方式的不同分別進(jìn)行討論。

2.1 樁式錨作為生根點(diǎn)時(shí)的巖土工程數(shù)值計(jì)算

樁基礎(chǔ)是海洋工程中最常見的基礎(chǔ)形式，石油工業(yè)中的海洋平臺(tái)樁基礎(chǔ)幾乎都采用鋼樁，鋼樁應(yīng)用于海洋環(huán)境，具有運(yùn)輸方便、接樁容易、樁身質(zhì)量易保證、打入施工方法成熟、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)[4]。在“1101”沉船打撈項(xiàng)目中，煙臺(tái)打撈局成功將14根鋼樁打入泥下作為生根樁式錨使用，取得了良好的效果。

海洋工程中應(yīng)用鋼樁最多的是海洋石油平臺(tái)。當(dāng)前，海洋石油平臺(tái)設(shè)計(jì)與建造方面國際通用的規(guī)范是美國石油學(xué)會(huì)發(fā)布的API RP2A-WSD規(guī)范[5]，它是美國多年來在墨西哥灣和西海岸海域開發(fā)海上油田的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)總結(jié)，于1992年由中國海洋石油總公司等同采用，在我國海洋石油事業(yè)發(fā)展中起到了重大的作用。

當(dāng)海上打撈工程以打入鋼樁作為生根樁式錨使用時(shí)，需要了解其單樁極限抗壓承載力、單樁極限抗拔力、不同深度土的抗力與水平變位的關(guān)系(P-Y曲線)、打樁過程中土的動(dòng)阻力，等。在國內(nèi)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[6]等規(guī)范中，樁基巖土參數(shù)如極限端阻力qsik、極限側(cè)阻力psik、水平抗力的比例系數(shù)m等都是與土性及狀態(tài)有關(guān)的一組經(jīng)驗(yàn)數(shù)值范圍，是通過收集建筑、水電、港口、石化等行業(yè)的大量靜載試樁資料統(tǒng)計(jì)出來的，與土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系不明確。而在API RP2A-WSD規(guī)范中，單位樁端承載力q、單位樁側(cè)摩阻力f、極限水平抗力pu等，都是與土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有明確關(guān)系的參數(shù)，當(dāng)通過勘察獲得了土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)，這些參數(shù)可以直接計(jì)算得出。

現(xiàn)按照API RP 2A-WSD規(guī)范的推薦方法，將生根樁式錨單樁極限承載力的計(jì)算方法進(jìn)行簡要介紹。單樁極限承載力Qd按下式計(jì)算

Qd=Qf+Qp=f·As+q·Ap

(1)

式中：Qf為樁側(cè)摩阻力，kN；Qp為樁端總承載力，kN；f為單位樁側(cè)摩阻力，kPa；As為樁側(cè)表面積，m2；q為單位樁端承載力，kPa；Ap為樁端總面積，m2。

對(duì)于不排水粘性土，沿樁長度上任一點(diǎn)的單位樁側(cè)摩阻力f，按下式計(jì)算

f=a·c

(2)

式中：c為計(jì)算點(diǎn)土體的不排水抗剪強(qiáng)度；a為無量綱系數(shù)，與計(jì)算點(diǎn)土體的不排水抗剪強(qiáng)度及有效上覆壓力有關(guān)，約束條件為a≤1.0

對(duì)于無粘性土，f按下式計(jì)算

(3)

式中：K為側(cè)向土壓力系數(shù)，開口樁取0.8，閉口或有土塞的樁取1.0；p0為計(jì)算點(diǎn)土體的有效上覆壓力，kPa；δ為樁土摩擦角(°)，與土的內(nèi)摩擦角相關(guān)，一般比土的內(nèi)摩擦角小5°。

假如樁端支承在粘性土中，單位樁端承載力q由下式計(jì)算

q=9c

(4)

假如樁端支承在無粘性土中，q由下式計(jì)算

q=p0·Nq

(5)

式中：p0為樁尖的有效上覆壓力，kPa；Nq為無量綱承載力系數(shù)。

由以上公式可見，粘性土和無粘性土兩種土的計(jì)算方法是不同的，在粘性土中單樁極限承載力主要與不排水抗剪強(qiáng)度有關(guān)，在無粘性土中，主要與樁土摩擦角有關(guān)。另外，公式(2)、(4)寫入在《巖土工程勘察規(guī)范》條文說明10.6.5中，可見其影響之大及應(yīng)用之廣。

單樁極限抗拔力的計(jì)算方法與樁的總側(cè)摩阻力計(jì)算方法相同，API RP 2A-WSD規(guī)范提出，其應(yīng)等于或小于樁的總側(cè)摩阻力，但未給出具體的折減系數(shù)，在應(yīng)用于生根樁式錨時(shí)，建議直接采用樁的總側(cè)摩阻力值作為單樁極限抗拔力。

API RP 2A-WSD規(guī)范中，與土的水平承載能力有關(guān)的側(cè)向土抗力與水平變位曲線(P-Y曲線)，在軟粘土中根據(jù)Matlock方法計(jì)算，在硬粘土中采用Reese和Cox方法，在無粘性土中采用O Neill方法。限于篇幅，具體公式不做介紹。

在計(jì)算P-Y曲線時(shí)，由循環(huán)荷載和靜荷載引起的土的破壞模式有所不同，在應(yīng)用于生根樁式錨時(shí)，結(jié)合其受力特點(diǎn)，建議按照短期靜荷載進(jìn)行計(jì)算。P-Y曲線能否真實(shí)反映樁的工作性狀，通過其對(duì)樁身彎矩和撓度的計(jì)算來體現(xiàn)，計(jì)算參數(shù)的合理選用十分關(guān)鍵，其中，粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度、極限主應(yīng)力一半時(shí)的應(yīng)變值、無粘性土的內(nèi)摩擦角、相對(duì)密度等取值要符合實(shí)際情況。

“1101”沉船打撈項(xiàng)目采用了樁式錨作為生根點(diǎn)，以下是其應(yīng)用API RP 2A-WSD規(guī)范解決生根樁式錨巖土工程問題的實(shí)例。“1101”沉船位于渤海灤河口附近海域，巖土工程勘察揭示的土的名稱及物理力學(xué)性質(zhì)見表1，巖土定名采用美國ASTMD2487規(guī)范[7]。

表1 “1101”沉船位置巖土工程分層及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)Tab.1 Stratification of geotechnical engineering and physical mechanics property index of geotechnical engineering in the location of "1101" wrecked ship

圖2 “1101”打撈工程單樁極限承載力與 抗拔力計(jì)算成果Fig.2 Calculation results of ultimate bearing capacity and uplift force of single pile in "1101" salvage project

假設(shè)樁式錨采用的是樁徑為1.5 m的閉口鋼樁，代入表1中的巖土分層和物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，應(yīng)用API RP 2A-WSD規(guī)范計(jì)算得出的單樁極限抗壓承載力與極限抗拔力見圖2，P-Y曲線計(jì)算結(jié)果見圖3。可以看出，無粘性土中計(jì)算得到的單樁極限承載力遠(yuǎn)大于粘性土，對(duì)于低液限粉土，建議以樁土摩擦角代入計(jì)算，忽略其粘聚力的影響。

樁式錨打入過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，土要受到打樁錘的振動(dòng)影響，土的動(dòng)阻力并不等同于靜態(tài)抗壓承載力，而應(yīng)對(duì)抗壓承載力中的側(cè)摩阻力部分進(jìn)行一定程度的折減。在粘性土中，受土的觸變性影響，建議折減50%，在無粘性土中建議折減50%～100%。土的動(dòng)阻力主要用于進(jìn)行樁的可打入性分析，預(yù)測可能的錘擊數(shù)。

2.2 重力錨作為生根點(diǎn)時(shí)的巖土工程數(shù)值計(jì)算

重力錨作為大型船舶或平臺(tái)保持穩(wěn)定所需的錨固物，出現(xiàn)較早，應(yīng)用最廣[8]。如圖4所示，為“世越號(hào)”沉船打撈過程中使用的重力錨，重力錨一般由錨體、吊環(huán)及橫向穩(wěn)定裝置組成，結(jié)構(gòu)本身具有一定的水底穩(wěn)定性，可防止發(fā)生較大的橫向側(cè)移。重力錨通常埋設(shè)在自海底面向下挖好的基坑內(nèi)，埋設(shè)完畢后，填平重力錨與坑壁之間的縫隙，并進(jìn)行一定的夯壓。有條件時(shí)，還可在錨體上方覆蓋一定厚度的土體。

3-a p-y曲線(海底面,0 m深度,1 500 mm樁徑)3-b p-y曲線(第1層層底,1.6 m深度,1 500 mm樁徑)

3-c p-y曲線(第2層層頂,1.6 m深度,1 500 mm樁徑)3-d p-y曲線(第2層層底,6.1 m深度,1 500 mm樁徑)圖3 “1101”打撈工程P-Y曲線計(jì)算結(jié)果(部分深度)Fig.3 Calculation results of P-Y curve for "1101" salvage project

圖4 “世越號(hào)”沉船打撈過程中使用的重力錨Fig.4 Gravity anchor used in "Shi Yue No." wreck salvage圖5 重力錨抗拉力計(jì)算力系平衡示意圖Fig.5 Schematic diagram of force system in equilibrium for calculation of tensile force of gravity anchor

如圖5所示，重力錨埋設(shè)后能夠提供的抗力主要由三部分組成：自身重力、基底摩擦力、基坑邊的被動(dòng)土壓力。設(shè)重力錨受力纜與水平面夾角為α，重力錨基礎(chǔ)寬度為B，根據(jù)力系平衡原理，重力錨抗拉力計(jì)算如下

垂直方向上，重力錨能夠提供的抗拉力需滿足以下關(guān)系

Tsinα≤G+γh

(6)

水平方向上，重力錨能夠提供的抗拉力需滿足以下關(guān)系

Tcosα+Ea≤Ep+f

(7)

f=μ(G+γh-Tsinα)

(8)

以設(shè)計(jì)拉力標(biāo)準(zhǔn)值分別代入公式(6)、公式(7)，可校核重力錨抗拉力是否滿足條件，其中，主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力可采用朗肯土壓力理論進(jìn)行計(jì)算(土力學(xué))。另外，設(shè)計(jì)拉力標(biāo)準(zhǔn)值還需滿足受力鋼纜允許抗拉強(qiáng)度的條件。

2.3 吸力錨作為生根點(diǎn)時(shí)的巖土工程數(shù)值計(jì)算

吸力錨的原理是將陸域制作好的鋼桶運(yùn)輸至海上場址，在設(shè)計(jì)位置就位后抽出鋼桶內(nèi)的空氣和水，使桶體內(nèi)外產(chǎn)生一定的壓力差，利用壓力差將桶體貫入到海床以下一定深度。吸力錨的抗拔承載力主要由吸附力提供[9-12]。

將鋼筒陸上制作后漂浮拖航至風(fēng)場，就位后抽出筒體中的氣體和水，利用筒體內(nèi)外壓力差將筒體插入海床一定深度。吸力錨適用于地質(zhì)條件為砂性土或軟粘土的各種水深條件風(fēng)場。其優(yōu)點(diǎn)在于：節(jié)省鋼用量，減少制造費(fèi)用；采用負(fù)壓施工海上安裝速度快，便于在海上惡劣天氣的間隙施工；便于運(yùn)輸和安裝；吸力式基礎(chǔ)插入深度淺，只須對(duì)海床淺部地質(zhì)條件進(jìn)行勘察，而且風(fēng)電場壽命終止時(shí)，可以簡單方便的拔出，進(jìn)行二次利用。

(1)水平承載力分析。

吸力錨在工作當(dāng)中，由于纜繩和水平面存在夾角，因此，其不僅受到上拔力，還受到水平作用力和由此產(chǎn)生的彎矩。吸力錨在不同的水平外力和彎矩組合作用下，會(huì)形成不同的破壞面，也就是說，吸力錨受到的外荷載不同，其破壞模式也會(huì)有所不同。

吸力錨桶體在承受水平力時(shí)，主動(dòng)區(qū)桶體外側(cè)產(chǎn)生的抗力較小，被動(dòng)區(qū)產(chǎn)生的土抗力較大，即抵抗桶體變位的土體抗力主要來自被動(dòng)區(qū)土體。隨著外荷載的逐漸增加，主動(dòng)區(qū)上部土體抗力由零逐漸變?yōu)樨?fù)值，下部土體抗力逐漸增大，而被動(dòng)區(qū)上部土體抗力逐漸增大，下部土體抗力有減小的趨勢。這說明在水平外力及彎矩的作用下，其主要運(yùn)動(dòng)形式是轉(zhuǎn)動(dòng)，從總體分布來看，被動(dòng)區(qū)的土體抗力分布呈拋物線型，主、被動(dòng)區(qū)土壓力合并簡化后，計(jì)算示意圖如下。

圖6 吸力錨水平承載力計(jì)算簡化示意圖Fig.6 Schematic diagram of horizontal bearing capacity calculation of suction anchor

圖6中，S為吸力錨頂部F力作用處至泥面的距離；a為泥面至旋轉(zhuǎn)中心矩；L為泥面至桶底距離；P(z)為被動(dòng)土壓力分布；Ts為桶底剪應(yīng)力；Ms為錨側(cè)面極限摩阻力及基底極限抗力產(chǎn)生的彎矩。

由圖可知，桶底底部的剪切力Ts可表示為

Ts=πD2cu/4

(9)

桶體側(cè)面正向極限土抗力分布P(z)可表示為

P(z)=3cu+γ′z+Jcuz/D

(10)

式中：γ′為土的有效重度，kN/m3；z為泥面下深度，m；cu為土的不排水抗剪強(qiáng)度，kPa；D為桶體直徑，m；J為試驗(yàn)常數(shù)，取0.25～0.5。

桶體在這些力的作用下將圍繞軸線上的O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，O的位置由力矩平衡條件求得

(11)

由上式求出a后，依據(jù)水平力平衡條件得到吸力錨的水平錨固能力F

(12)

(2)沉貫阻力分析。

吸力錨桶形基礎(chǔ)著底后的沉貫分為兩個(gè)階段，自重沉貫階段和負(fù)壓沉貫階段。自重沉貫階段指吸力錨靠自重使下緣嵌入土中，負(fù)壓沉貫階段是指在形成錨桶內(nèi)水體的封閉狀態(tài)后，借助設(shè)置在頂端錨蓋上的潛水泵向外抽水，并使同一時(shí)間內(nèi)抽出的水量超過自底部滲入的水量，造成錨桶內(nèi)部壓力降低。當(dāng)錨桶內(nèi)外壓差作用在錨蓋上的壓力超過海底土對(duì)錨的阻力時(shí)，錨桶即可不斷被壓入土中，直至錨蓋與海底接觸時(shí)，沉錨終止。

桶形基礎(chǔ)的沉貫阻力，由桶壁與土的摩擦阻力和桶端阻力組成。目前較常用的有SIPM經(jīng)驗(yàn)公式[13]，公式為

(13)

式中：D為桶體直徑；kf為相對(duì)桶壁摩擦力的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；f為探觸測得的局部摩擦力；h為沉貫深度；kp為相對(duì)桶端阻力的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；qch為指定點(diǎn)的平均觸探錐尖阻力；t為桶端厚度。土體參數(shù)最好采用原位靜力觸探測得。

在應(yīng)用實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，實(shí)際的沉貫阻力要比計(jì)算值小很多，計(jì)算結(jié)果偏于保守的原因可能在于以下3點(diǎn)：①沉貫時(shí)由于砂土中的滲流影響，內(nèi)側(cè)摩阻力與筒端阻力大大減小；②在粘土中，通過涂抹減阻劑，減小了桶內(nèi)壁摩擦阻力；③負(fù)壓沉貫階段，桶基端部和外壁阻力，因?yàn)樨?fù)壓造成的滲流和孔隙壓力降低的原因而明顯減小。對(duì)于不同的土質(zhì)、負(fù)壓、直徑、沉貫速度和深度，負(fù)壓對(duì)阻力減小的影響存在較大差距。

基于以上因素，通過對(duì)SIPM經(jīng)驗(yàn)公式改進(jìn)，出現(xiàn)了一種加權(quán)綜合估算公式，如下

(14)

式中：qc(z)為CPT試驗(yàn)貫入阻力；De為桶形基礎(chǔ)外徑；Di為桶形基礎(chǔ)內(nèi)徑；kfe為桶外壁摩擦力相對(duì)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；kfi為桶內(nèi)壁摩擦力相對(duì)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；kfz為負(fù)壓對(duì)桶壁摩擦力的影響系數(shù)；kp為負(fù)壓對(duì)桶端阻力的影響系數(shù)；z為海底下桶壁各處深度；h為桶壁插入深度。

圖7 “夏長輪”沉船打撈過程中使用的吸力錨Fig.7 Suction anchor used in "Trans Summer" wreck salvage

以試驗(yàn)方法確定上式中的kfe、kfi、kfz、kpz等參數(shù)比較困難，最常用的方法是采用有限元計(jì)算來確定它們的取值范圍。參考DNV挪威船級(jí)社規(guī)范2008的建議及已有的工程實(shí)踐，kfe=0.3～0.6，kfi=0.0～0.3，kfz=0.6～1.0，kpz=0.6～1.0，kp=0.001～0.002。改進(jìn)后的加權(quán)綜合估算公式具有一定的靈活性，可以通過選用適當(dāng)?shù)南禂?shù)值，來滿足不同的土質(zhì)和工程實(shí)際需要。

在“夏長輪”打撈工程中，采用的吸力錨設(shè)計(jì)為圓筒型結(jié)構(gòu)，底部開放頂部密封(圖7)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，吸力錨受水平方向300 t拉力。依照吸力錨的受力特點(diǎn)，在筒側(cè)面布置系纜點(diǎn)。由于錨體為薄壁筒結(jié)構(gòu)，為增加吸力錨抗側(cè)向拉力能力，防止筒體發(fā)生大變形及局部屈曲破壞，沿筒體直徑方向設(shè)置強(qiáng)肋板。在錨頂部設(shè)置泵接口及人孔，以便貫入施工。

按照公式(14)對(duì)“夏長輪”打撈吸力錨進(jìn)行了貫入阻力校核計(jì)算，結(jié)果顯示，能夠滿足300 t拉力的生根需求。在實(shí)際打撈作業(yè)中，生根力也完全符合實(shí)際。

表2 三種生根方式的適用土質(zhì)條件比較Tab.2 Comparison of suitable soil conditions for three rooting patterns

2.4 生根方式的適用范圍

根據(jù)生根方式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、工程地質(zhì)特征等，通過總結(jié)現(xiàn)已完成的較大型打撈工程項(xiàng)目，分別對(duì)樁式錨、重力錨和吸力錨的適用土質(zhì)條件進(jìn)行對(duì)比研究。

表2可為大部分打撈工程生根方式的選擇提供指導(dǎo)與參考。可以預(yù)見的是，隨著打撈工程技術(shù)的不斷發(fā)展，重力錨的使用將逐漸減少，吸力錨和樁式錨的使用將迎來大發(fā)展，而且其適用范圍會(huì)進(jìn)一步加大。

3 結(jié)束語

在打撈工程中，樁式錨、重力錨和吸力錨基本上可以滿足所有海區(qū)的應(yīng)用需求，其生根力的計(jì)算從本質(zhì)上講屬于巖土工程問題，樁式錨可借鑒海洋工程樁基礎(chǔ)承載力的計(jì)算方法獲得設(shè)計(jì)生根力，重力錨的生根力可通過靜力平衡計(jì)算得出，而吸力錨的計(jì)算目前雖有公式可參考，但未形成權(quán)威可信的規(guī)范，仍有待于研究的深入。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，針對(duì)淺部分布有粉土、砂土、可塑粘性土等中等強(qiáng)度土使用樁式錨；針對(duì)淺層土質(zhì)堅(jiān)硬、風(fēng)化巖、基巖淺埋使用重力錨；針對(duì)軟粘土、粉土、砂土使用吸力錨。選取合適的生根方式，方能收到理想的效果。