Гравитационные (мертвые) якоря-массивы

Гравитационные (мертвые) якоря представляют собой стальные, чугунные или бетонные блоки (массивы), заглубляемые в грунт под собственным весом.

Конструктивно гравитационные якоря могут быть изготовлены как одиночные или соединяемые между собой цельные конструкции из указанных материалов или как металлические или бетонные понтоны, загружаемые после установки на дне утяжеляющими материалами (песком, гравием, бетоном). Гравитационные якоря могут иметь различную геометрическую форму: параллепипеда, усеченной многогранной пирамиды, плиты со скошенными боковыми гранями, сферического сегмента и т.п. На рисунке 4.14 показаны схемы некоторых типов гравитационные якорей–массивов.

а) пирамидальный б) плитовидный в)«лягушка» г) якорь-понтон (железобетонный)

Рисунок 4.14 - Гравитационные якоря–массивы

Расчетная держащая сила гравитационных якорей в вертикальном направлении определяется главным образом весом самого якоря в воде, а в горизонтальном направление – силой трения между якорем и грунтом, а также прочностью на сдвиг грунта, находящегося под якорем. Для увеличения держащей силы гравитационных якорей как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях применяют следующие мероприятия:

• в нижней части якорей предусматривают специальные выемки или полости, способствующие погружению и засасыванию якоря в грунт;

• предусматривают на нижней плоскости якоря один или несколько выступов-ножей для заглубления якоря в грунт и увеличения трения между якорем и грунтом (якоря типа «лягушка»);

• устанавливают якоря в специально вырытую в грунте выемку или воронку;

• осуществляют наружную обсыпку якоря грунтом.

Несмотря на это, эффективная удерживающая способность гравитационных якорей существенно ниже якорей других типов (например, протаскиваемых или свайных якорей) и практически не намного превышает собственный вес якоря в воде.

В силу этих обстоятельств применение гравитационных (мертвых) якорей-массивов ограничивается, как правило, применением их для временного или долговременного заякорения либо небольших плавучих сооружений, либо для заякорения таких сооружений, как плавучие доки, причалы, дебаркадеры и т.п., устанавливаемых в хорошо защищенных от волнения акваториях.

В бывшем СССР некоторые типы гравитационных якорей с держащей силой до 100 т были стандартизированы. Якоря с большей держащей силой требуют разработки по индивидуальным проектам.

Учитывая то, что для заякорения большинства современных плавучих сооружений, используемых в морской нефтегазовой индустрии, требуются якоря, способные выдерживать нагрузки от якорных связей в сотни тонн, применение гравитационных якорей в системах заякорения таких сооружений мало экономически оправдано, так как потребует разработки и изготовления гравитационных якорей значительных габаритов и весом в сотни тонн. Установка на морском дне таких якорей также потребует значительных материальных затрат и применения крановых судов и специализированной техники.

Якорные сваи (свайные якоря)

Свайные якоря представляют собой вертикально заглубляемые в морской грунт конструкции значительной длины. Свайные якоря обеспечивают восприятие как горизонтальных, так и вертикальных составляющих нагрузки, действующих на сваю от натяжения якорных связей.

Наиболее простой конструкцией свайного якоря является якорная свая – полая металлическая труба с обухом в верхней ее части для крепления к ней нижнего конца якорной связи (рисунок 4.15).

Рисунок 4.15 - Якорная свая (схема)

Для обеспечения необходимой держащей силы якорная свая должна быть достаточно глубоко заглублена в грунт. Удерживающая способность якорной сваи в вертикальном направлении обеспечивается, главным образом, силой трения между сваей и грунтом, а в горизонтальном направлении – прочностью на сдвиг окружающего грунта. На величину удерживающей способности якорной сваи существенно влияние таких факторов как размеры сваи (наружного диаметра, толщины стенок, длины сваи), величина ее заглубления в грунт, характеристика грунта, способ ее установки (заглубления) в грунт и способ последующего нагружения сваи.

Для увеличения удерживающей способности сваи часто применяют дооборудование сваи дополнительными конструктивными элементами: юбками, зонтообразными или грушевидными расширениями, дополнительными лапами и т.п.

Обычным способом установки якорных свай в грунт является их забивка с помощью вибромолота со стандартной буровой установки. В зависимости от типа грунта в месте установки сваи могут применяться сопутствующий при забивке подмыв грунта или предварительное разбуривание и последующая после установки сваи ее цементация. Якорные сваи относятся к неизвлекаемому из грунта оборудованию после окончания их использования, поэтому они не применяются в системах заякорения мобильных (передвижных) установок.

Якорные сваи не стандартизованы и для каждого места установки и применяемой системы заякорения должны разрабатываться по индивидуальному (специальному) проекту.

Конструктивно якорные сваи могут быть спроектированы и рассчитаны для восприятия практически любых нагрузок от натяжения якорных связей, характерных для систем заякорения современных плавучих сооружений, используемых в морской нефтегазовой индустрии. Наиболее широко якорные сваи применяются в долговременных системах пространственного заякорения с длинными или укороченными якорными связями.

К свайным якорям также могут быть отнесены винтовые якоря и свайные якоря с раскрывающимися лапами (рисунки 4.16 и 4.17).

Рисунок 4.16 - Винтовой якорь (схема)

Рисунок 4.17 - Свайный якорь с раскрывающимися лапами (схема)

Конструктивно винтовые якоря представляют собой цилиндрический полый или сплошной вертикальный ствол с рымом (для присоединения якорной связи) и винтовой лопастью вдоль ствола для передачи нагрузки на грунт. Винтовые якоря заглубляются (завинчиваются) в грунт на необходимую глубину с подмывом или без подмыва грунта с помощью специальных установок (кабестанов).

Свайные якоря с раскрывающимися лапами представляют собой цилиндрический вертикальный ствол с шарнирно прикрепленными к нему в нижней части оперенными плоскостями (лапами), которые при погружении (забивке) якоря в грунт находятся в сложенном состоянии (для снижения сопротивления грунта). При приложении первоначальной нагрузки к якорю происходит раскрытие лап и якорь приводится в рабочее положение для последующего его использования.

В бывшем СССР в 70-х годах 20-го века по индивидуальным проектам были разработаны, изготовлены и испытаны винтовые якоря и свайные якоря с раскрывающимися лапами, обеспечивающие их удерживающую способность до 100 тонн. Однако эффективная установка и использование этих якорей возможно только на глинистых и песчаных грунтах.

В связи с этим, из-за конструктивной сложности таких якорей, «чувствительности» их к грунту в месте их установки, а также из-за сложной технологии их установки в грунте дальнейшая разработка и использование якорей этих типов, обеспечивающих большую держащую силу, представляются проблематичными.