钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础及其施工方法与流程

本发明涉及海水养殖网箱的锚固系统，更具体地，涉及一种钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础及其施工方法。

背景技术：
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我国20m等深线以内的海域面积约1600万公顷，40m等深线以内的海域面积约5000万公顷，海水养殖的发展空间巨大。但目前我国海上养殖区主要集中在15 m等深线以内的浅湾内，而超过20 m水深的海域利用率尚不足1%，远低于美国、日本和挪威等发达国家的水平。因此，大力发展20 m水深以上的深水网箱养殖，是解决我国食品供给保障的新途径之一。

然而，我国沿海年均遭受数个超强台风的袭击，台风路径影响范围内的海水网箱损毁严重，导致海水网箱养殖产业在一定程度上处于“靠天吃饭”的状态。

锚固系统是海上养殖网箱在水中的根基，起到固定、系泊网箱系统的作用。锚固系统在恶劣天气下的失效会导致网箱直接损毁。如海南省的深水网箱养殖业在每年的超强台风中相继遭到毁灭性的打击、损失惨重，其中大部分受灾深水网箱是因锚固基础破坏而被吹走损毁的。虽然锚固基础的造价占整个网箱系统总价的比重不大，但其失效后导致整个网箱系统全军覆没，具有控制网箱全局稳定的重要作用。

目前，国内海水网箱锚泊基础主要有三种方式：铁锚、木桩锚和水泥墩锚。其中铁锚借鉴于船舶的锚泊方法，锚体使用铸造件，锚泊力与锚体重量成正比，要获得足够的锚泊力需加大投资，重量较大的铁锚需专用工作船才能作业，且难以准确定位，优点是能用于海底较为复杂的海域；木桩锚价格相对便宜，一般要求木桩桩径大于40 cm、入土深度超过4.5 m、锚绳与水平海床夹角不大于17°，但其存在施工质量难以保证和木桩容易腐蚀的缺点，适合于水深较浅且为泥沙底质的海域；水泥墩锚价格适中，锚泊力与水泥墩重量成正比，水泥墩底部与海床之间的吸附作用力有限，在恶劣海况下容易发生走锚现象，适合于沙泥或沙质底质的海域。

因此，在吸收现有的各类锚固基础优点的基础上，有必要发展施工简便、造价低、锚泊力大的新型锚固基础形式。

技术实现要素：
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为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础及其施工方法，其造价低，施工简便，能提供较大的锚固力。

本发明的技术方案如下：

钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础，其特征在于，包括钢桩与伞状托盘，钢桩的中上部设有托架；伞状托盘由环向钢筋与径向钢筋均匀焊接而成伞状，伞状托盘底部中心设有环形板，环形板中心设有向上的套筒；工作时，伞状托盘的套筒套住钢桩上部，钢桩上的系泊孔与锚链一端系缚、固定，钢桩打入海床，朝伞状托盘口内投放碎石袋，碎石袋压住伞状托盘构成网箱锚固基础。

所述的钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的钢桩空心钢桩，钢桩底部为锥状桩尖，钢桩外壁中上部设有托架，托架由六块沿着环形均匀分布的三角形托板构成，托板上端平齐工作时顶住伞状托盘下端面；托架上方的钢桩上设有系泊孔，钢桩外壁中下部设有沿着环形均匀分布的四个梯形状翼板，翼板上下端均相互平齐。

所述的钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的伞状托盘的每根径向钢筋从底部中心向外依次为水平段、下弯段、上弯段、往外倾斜段构成，每根环向钢筋均为圆环状；环向钢筋焊接在径向钢筋的上侧；伞状托盘底部中心设有环形板，环形板中心设有向上的套筒，环形板内外壁分别与套筒外壁、径向钢筋焊接固定。

所述的钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的伞状托盘上套筒的内径大于钢桩的外径。

所述的钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的碎石袋为装满块石、碎石的编织袋或麻布袋等，且所装块石、碎石的最小粒径尺寸大于伞状托盘上环向钢筋与径向钢筋之间的孔洞。

一种钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、钢桩贯入海床：先将伞状托盘基于套筒套住钢桩的上部后，把锚链的一端系缚、固定在钢桩的系泊孔上，再利用辅助设备将钢桩打入至海床中；钢桩的入土深度为锥状桩尖至托架顶部之间的距离；

2）、抛入碎石袋压住伞状托盘：把锚链拉直处于铅垂线状态，沿着锚链指引的位置向锚链四周均匀抛入足够多的碎石袋，使碎石袋均匀地落在伞状托盘内、压住伞状托盘；

3）、锚固基础姿态校核：校核伞状托盘的沉放姿态，若发现伞状托盘发生倾斜时，应往向上倾斜的一侧再抛入一定的碎石袋，使伞状托盘尽量处于水平状态；确认足够多的碎石袋落入伞状托盘内且锚固基础能承担既定的锚泊力时，即完成网箱锚固基础的施工作业。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明钢桩打入海床至设计深度后，其能承受较大的水平荷载；具有足够压重的伞状托盘能承受较大的竖向荷载；将钢桩与具有压重的伞状托盘组合后，能充分发挥各自的优势，能抵抗水平荷载与竖向荷载随机组合的风浪作用；

2、本发明伞状托盘结构简单，重量相对较小，伞状托盘主要由环向钢筋与径向钢筋焊接而成，可根据不同锚泊力需求制成不同面积的网形伞状，能兜住数量较多、累计重量较大的碎石袋；

3、本发明伞状托盘的压重来源于碎石袋，而碎石袋装入一定粒径的块石与碎石，其取材方便、成本低廉；

4、本发明能适用于淤泥、沙泥质软质海床，也能适用于砂砾、软岩、硬岩等硬质海底，适用范围较广。

附图说明

图1为本发明的钢桩结构示意图。

图2为本发明的伞状托盘俯视图。

图3为本发明的伞状托盘仰视图。

图4为本发明的俯视立体图。

图5为本发明的仰视立体图。

图6为本发明与网箱连接的使用状态图。

附图标记说明：

1、锥状桩尖；2、翼板；3、托架；4、钢桩；5、系泊孔；6、环向钢筋；7、径向钢筋；8、套筒；9、环形板；10、碎石袋；11、锚链；12、网箱。

具体实施方式：

参见附图：

一种钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础，包括钢桩4与伞状托盘，钢桩4的中上部设有托架3，伞状托盘由环向钢筋6与径向钢筋7均匀焊接而成、整体呈轴对称分布，伞状托盘对称轴处设有套筒8，套筒8底部设有底部环形板9；待伞状托盘基于套筒8套住钢桩4的上部后，把锚链11的一端系缚、固定在钢桩4的系泊孔5上，然后把钢桩4打入海床至设计深度，再沿着锚链11指引的位置向锚链11四周抛入足够多的碎石袋10，使碎石袋10压住伞状托盘，使钢桩与带压重的伞状托盘组装形成锚固基础，共同为网箱提供锚泊力。

钢桩4底部为锥状桩尖1，桩尖锥角一般为10º~30º，使钢桩较为容易的贯入海床；钢桩4的中下部带四个对称分布的翼板2，呈梯形状，且使有坡角的斜边指向锥状桩尖1方向，方便钢桩的贯入；钢桩4的中上部对称、均匀的设有六块三角形托板3，其能阻挡、兜住伞状托盘上的底部环形板9而使钢桩与伞状托盘组装形成整体；托架3由六块沿着环形均匀分布的三角形托板构成，托板上端平齐工作时顶住伞状托盘下端面，六块三角形托板的顶部在同一水平面上；钢桩4的顶部设有系泊孔5，供系泊网箱的锚链使用；也可设置多个系泊孔5，方便施工使用。

钢桩4的入土深度为锥状桩尖1至三角形托板3顶面之间的距离；可根据不同的海床地质条件与锚泊力需求，设计相应的钢桩4的入土深度。

伞状托盘整体呈轴对称分布，由环向钢筋6与径向钢筋7均匀焊接而成，外形类似于伞状；径向钢筋7的形状依次为水平、下弯、上弯、往外倾斜，环向钢筋6呈圆形；环向钢筋6焊接在径向钢筋7的上部；环向钢筋6与径向钢筋7均匀焊接后，形成网状孔洞；碎石袋10中块石、碎石的粒径尺寸大于该网状孔洞的尺寸，伞状托盘能有效的兜住块石、碎石，形成稳定的有效配重。

伞状托盘对称轴处设有中空的套筒8，套筒8底部设有底部环形板9。底部环形板9与套筒8、径向钢筋7焊接在一起。

由于径向钢筋7有一段为下弯后上弯，该部分形成环状的凸起物，在伞状托盘接触海床后该环状凸起物在应力集中作用下容易陷入、扎入海床，有助于维持伞状托盘的稳定性、提高锚固基础的锚泊力。

可根据不同锚泊力需求制成不同面积的网形伞状，即伞状托盘的面积越大，其能兜住碎石袋的数量较多、累计重量较大，其能提供的锚泊力越大。

锚链上的锚泊力通过系泊孔5作用于钢桩4上，钢桩4通过三角形托板3再把部分锚泊力传递给伞状托盘；故托架3与钢桩4之间的焊缝应有足够的强度，在锚泊力作用下不能发生曲屈与失效。

伞状托盘上套筒8的内径大于钢桩4外径，使钢桩4能够方便的套入套筒8中。

伞状托盘与钢桩4的各部件均为钢质或铁质材料，各部件通过焊接连接成整体；伞状托盘与钢桩4的各部件及整体的强度，应能承担各类工况下锚链传递过来的锚泊力而不发生屈曲与失效。

碎石袋10为装满块石、碎石的编织袋或麻布袋等，且所装块石、碎石的最小粒径尺寸大于伞状托盘上环向钢筋6与径向钢筋7之间的孔洞；碎石袋10沉入海中一段时间后编织袋或麻布袋会腐蚀、老化与破碎，最终块石、碎石会自由散落开来；只要块石、碎石的粒径尺寸足够大，其不从环向钢筋6与径向钢筋7之间的孔洞中漏出，伞状托盘的稳定性就不会受到影响。

伞状托盘上环向钢筋6或径向钢筋7，若在碎石袋10的不均匀压力作用下发生一定的变形，其一般不会影响锚固基础锚泊力的正常发挥。

伞状托盘整体呈扁平的轴对称伞状，其重心较低，抗倾覆能力较强；伞状托盘四周向上倾斜一定的角度，使得碎石袋10中的块石、碎石在海流作用下不容易脱离、逃逸伞状托盘本体；优选的，伞状托盘四周向上倾斜的角度（与水平面的夹角）在10º~30º之间。

一种钢桩与伞状托盘组装式网箱锚固基础的施工方法，详细描述如下：

1）、钢桩贯入海床

先将伞状托盘基于套筒8套住钢桩4的上部后，把锚链11的一端系缚、固定在钢桩4的系泊孔5上，在预定海域，利用辅助设备将钢桩4打入至海床中；钢桩4的入土深度为锥状桩尖1至托架3顶部之间的距离。

施工时，可设计、加工一个前段带榫的钢质辅助杆件，把榫插入钢桩上部的内部，并使用简易绳索或工程胶水使辅助杆件与钢桩4连为一体，同时基于锚链11与辅助杆件把钢桩4垂直的立于预定海床，通过锤击辅助杆件把钢桩4贯入海床中；钢桩4被贯入至设计深度后，旋转、扭动辅助杆件，破坏之前的简易绳索或工程胶水，拔出辅助杆件即完成钢桩4的沉贯作业。

网箱主要依靠锚固基础提供锚泊力，而对锚固基础的变形无特别要求，若钢桩4沉贯过程中发生幅度较小的倾斜，其对锚固作用的正常发挥影响较小。

2）、抛入碎石袋压住伞状托盘

把锚链11拉直处于铅垂线状态，沿着锚链11指引的位置向锚链11四周均匀抛入足够的碎石袋10，使碎石袋10均匀地落在伞状托盘内、压住伞状托盘。

施工中，应根据伞状托盘的直径划定碎石袋10的入水范围。碎石袋10的入水范围，应略小于以铅垂线状态锚链11为中心、伞状托盘为半径的圆形范围；且碎石袋10沉放顺序，应以铅垂线状态的锚链11为中心对称、均匀地投放，以避免伞状托盘在不均匀荷载作用下发生倾斜；碎石袋10在伞状托盘上较合理的堆叠形状是：以铅垂线状态的锚链11为中心对称性分布，中部略高，四周略低，质量分布均匀。

3）、锚固基础姿态校核

校核伞状托盘的沉放姿态，若发现伞状托盘发生倾斜时，应往向上倾斜的一侧再抛入一定的碎石袋10，使伞状托盘尽量处于水平状态；确认足够多的碎石袋10落入伞状托盘内且伞状托盘能承担既定的锚泊力时，即完成网箱锚固基础的施工作业。

网箱主要依靠锚固基础提供锚泊力，而对锚固基础的变形无特别要求，若碎石袋10压重使伞状托盘发生幅度较小的倾斜，其对锚固作用的正常发挥影响较小；由于前期锚链11已与系泊孔5相连，故不需再派潜水员进行水下系泊作业。

本发明钢桩能承受较大的水平荷载，具有足够压重的伞状托盘能承受较大的竖向荷载，把钢桩与具有压重的伞状托盘组合后，充分发挥各自的优势，可使网箱能承受较大的随机风浪荷载；伞状托盘结构简单，重量相对较小，其压重来源于碎石袋，而碎石袋装入的块石与碎石，其取材方便、成本低廉；所提的锚固系统能适用于淤泥、沙泥质软质海床，也能适用于砂砾、软岩、硬岩等硬质海底，适用范围较广。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。