发明内容

本发明的目的是为了在兼顾工程造价、工期、结构承载机制合理等方面要求的同时，能够有效的控制海底管道的位移，解决其可能出现的悬空、屈曲问题，从而保证海底管道的安全稳定而提供的一种用于裸铺海底管道位移控制的装置及控制方法。

本发明提供的用于裸铺海底管道位移控制的装置包括有砼预制块、锚索和固定机构，其中砼预制块罩设在海底管道的顶端，砼预制块的弧度与海底管道的弧度相应，砼预制块的上表面开设有凹槽，锚索卡设在凹槽内，锚索的下端与固定机构相连接，固定机构对称设在海底管道两侧的海床内。

砼预制块内设置有钢板用于增加砼预制块的抗剪强度，以较好的传递荷载。

固定机构包括有锚具、连接头、螺旋桩和导管，其中锚索通过连接头与螺旋桩相连接，锚具设置在连接头的内腔中，锚索的下端固连在锚具内，螺旋桩的上端螺接在连接头的底部，导管与锚索并列设置，导管的下端位于连接头的底部以及螺旋桩的上部，导管内输送的水泥混凝土能够被输送到连接头的底部并向两侧的土基进行扩张。

导管与锚索之间设置有卡扣进行紧固。

本发明提供的用于裸铺海底管道位移控制的控制方法，其步骤如下所述：

步骤一、在海底管道铺设前，先将砼预制块罩设在海底管道上，并用钢丝绳进行固定，使砼预制块与海底管道形成一个整体；

步骤二、海底管道铺设过程中，在海底管道和砼预制块整体重力作用下，砼预制块及海底管道的下部会沉入海床；

步骤三、海底管道铺设完成后，将两端连有螺旋桩的锚索置于砼预制块的凹槽中，之后将两边的螺旋桩旋入到设计深度，此时不要将锚索紧箍在砼预制块的凹槽内，要将锚索预留出允许的活动自由度，使锚索在海床上保留一定的长度，以使海底管道能够在允许的范围内移动；

步骤四、通过导管在连接头底部注入设计计量的混凝土，以加固螺旋桩周边的海床，增加螺旋桩的可靠性，然后将锚索进行紧固，施工完成后将步骤一所述钢丝绳回收。

本发明的工作原理如下：

本发明提供的海底管道位移控制装置由螺旋桩、导管、连接头、锚具、锚索和砼预制块组成，由螺旋桩作为锚固体，提供抗拔承载力；由锚索来控制海底管道的最大位移。当海底管道受到波浪、水流、地震等自然环境荷载的作用而产生位移，对于向任意一方向的位移，随着位移的增大，锚索会逐渐被拉紧，当位移达到极限安全距离时，锚索将紧箍砼预制块，自然环境荷载将以集中力的形式作用于锚索，通过锚索传递到螺旋桩，并与螺旋桩的抗拔承载力形成平衡，从而将荷载扩散到深层土体中，以达到控制海底管道位移的目的，避免由于海底管道的位移过大而影响其安全稳定性。

本发明的有益效果：

1、可靠性高：本发明通过螺旋桩挤压其上方土体来提供抗拔承载力，承载能力强；通过锚索长度来控制海底管道的最大位移，使得海底管道在安全范围内移动，消除应力累积，保证其安全可靠性；

2、节约材料：现有的海底管道固定方式为加重砼覆盖、加压块或沙袋、锚杆加固、桩基础及建造混凝土沉床等工程措施，为了保证或提高管道的安全稳定性，一般通过增加重砼、压块的数量，锚杆的锚固长度，桩长或桩径，混凝土沉床的厚度等方法来实现，成本较高。而本发明只需将相同大小的桩体旋入到更深处土层即可获得更大抗拔承载力，节约材料，降低成本。特别是由于海底浅层土质为软土，本发明的优势更加显著。此外，本发明所述的装置通过砼预制块能够保证相当长度海底管道的稳定性，提高了锚固效率，进一步节约材料，降低成本。

3、承载机制合理：相对于锚杆和桩基础等刚性构件承载时构件各截面受力相差较大而不协调的情况，本发明所述装置通过柔性构件—锚索来传递荷载，由螺旋桩来提供抗拔承载力，保证承载力的同时在一定程度上增加构件使用寿命。此外，相较于对管道加重砼覆盖、加压块或沙袋等对管道施以恒定荷载的工程措施，本发明所述装置是在管道位移过大，即需要对其进行限制时才会对管道施加约束力，有效减小管道的疲劳，承载机制科学合理。

4、节约工期：相对于现有的锚杆加固、桩基础、混凝土沉床等需在注浆养护后才能提供承载力的技术，本发明以螺旋桩作为锚固体，在旋入之后即可提供承载力，之后在连接头下部注入混凝土是为了保证螺旋桩的可靠性，无需等待混凝土终凝即可进行下一步施工，可有效节约工期。

5、预防侵蚀：本发明所述的砼预制块罩设在海底管道上，具有较好的预防侵蚀效果。