单根钢桩与单个水泥墩组装式网箱锚固基础及其施工方法与流程

本发明涉及用于海水养殖网箱的锚固系统，更具体地，涉及一种单根钢桩与单个水泥墩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。如在2014年的超强台风“威马逊”(最大风力17级)、“海鸥”(最大风力13级)及2015年的超强台风“灿鸿”(最大风力16级)、“苏迪罗”(最大风力17级)袭击下，海南省的深水网箱养殖业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。

结合锚固基础的制作、运输、施工、造价、锚固效果等综合因素可知，水泥墩锚是网箱锚固基础中较受欢迎的基础形式之一。但传统的水泥墩锚存在使用数量多、布置分散、发挥作用不一致、单个锚点总体质量偏小、恶劣海况下容易发生走锚现象等局限性，尚有待改进。可见，有必要根据不同地质条件与锚泊力需求对包括水泥墩锚在内的传统锚固基础进行改进与创新设计。

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单根钢桩与单个水泥墩组装式网箱锚固基础及其施工方法，其结构简单，施工方便，抗倾覆能力强，能提供较大的锚固力。

本发明的技术方案如下：

单根钢桩与单个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，包括钢桩与水泥墩，钢桩外壁上设有托架，水泥墩中部设有预留孔，工作时，钢桩打入海床，水泥墩通过预留孔套住钢桩且压在托架上，钢桩与水泥墩组装构成网箱锚固基础。

所述的单根钢桩与单个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的钢桩为空心钢桩，钢桩底部设有锥状桩尖，钢桩外壁中上部设有十字形的托架，托架上下侧的钢桩外壁上分别设有四个对称分布的梯形状翼板、系泊孔。

所述的单根钢桩与单个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的托架由四根钢棒呈水平十字形分布在钢桩外壁中上部构成，在一条直线上的两根两端距离与水泥墩的长度相同，托架下端面与钢桩连接处的底部设有三角形加筋板。

所述的单根钢桩与单个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的水泥墩为块体状，水泥墩长度与宽度相同、高度小于宽度，水泥墩中部设有贯穿的预留孔，水泥墩的四个侧面上设有两两对称分布的四个吊环。

所述的单根钢桩与单个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的水泥墩中部设有贯穿的预留孔，其孔径大于锚链穿越、锁定、系缚系泊孔后的总体直径。

所述的单根钢桩与单个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的钢桩上系泊孔到托架的距离，大于水泥墩的高度。

7、一种单根钢桩与单个水泥墩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：在预定海域，先将锚链的一端穿过系泊孔并锁定、固定，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之间的距离；

2）、沉放水泥墩：将锚链的另一端穿过水泥墩上的预留孔，基于水泥墩上的四个吊环，将水泥墩平稳起吊，拉紧锚链并调整水泥墩的姿态，使锚链呈铅垂线状，水泥墩沿着铅垂线状的锚链下放至海水中，直至水泥墩接触海床面；

3）、锚固基础姿态校核：校核水泥墩的沉放姿态，若发现水泥墩未套住空心钢桩时，需再次拉起水泥墩进行修正作业，直至确认原先系泊锚链的系泊孔已高出水泥墩的顶面时，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；水泥墩具有较大的重量，其能承受较大的竖向荷载；将水泥墩与钢桩组合后，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、本发明钢桩上设有四个对称分布的翼板，其能有效阻止锚固基础在风浪作用下的扭矩与转动；

3、本发明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；

4、本发明所提的锚固基础结构简单，施工方便，抗倾覆能力强，能提供较大的锚固力。

附图说明：

图1为本发明的钢桩结构示意图。

图2为本发明的水泥墩结构示意图。

图3为本发明的立体图。

图4为本发明的仰视立体图。

图5为本发明与网箱连接的使用状态。

附图标记说明：

1、锥状桩尖；2、钢桩；3、托架；4、加筋板；5、系泊孔；6、翼板；7、水泥墩；8、吊环；9、预留孔；10、锚链；11、网箱。

具体实施方式：

参见附图：

一种单根钢桩与单个水泥墩组装式网箱锚固基础，包括钢桩2与水泥墩7，钢桩2的中上部带有托架3，水泥墩7中部设有中空的预留孔9，待空心钢桩2打入海床设计深度后，把水泥墩7通过预留孔9套住空心钢桩2且压在钢棒托架3上，使钢桩与水泥墩组装构成锚固基础，共同为网箱提供锚泊力。

钢桩2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2的中下部带四个对称分布的翼板6，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2的中上部带十字架状的托架3，其每边的长度与水泥墩7的长度相同；钢棒托架3与空心钢桩2连接处的底部设有三角形加筋板4，防止托架3在水泥墩7的重力作用下发生较大变形；钢桩2的顶部设有系泊孔5，供系泊网箱的锚链使用。在打桩过程中，可用绳索基于系泊孔5对作空心钢桩2进行起吊作业；也可设置多个系泊孔5，方便施工使用。

钢桩2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；钢桩2的入土深度为锥状桩尖1至托架3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2长度；钢桩2各部件与整体的强度，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。

钢桩2上系泊孔5到十字形托架3的距离，大于水泥墩7的高度；一般地，系泊孔5到十字架状钢棒托架3的距离应为水泥墩7高度的两倍以上；特别地，系泊孔5到桩顶的距离，应满足锚链作用下钢桩应力集中的需要，即系泊孔5在锚泊力作用下不能发生变形与屈曲。

水泥墩7的长度与宽度相同，且高度小于宽度，这样使水泥墩7的重心较低，不容易发生倾覆；水泥墩7的四个侧面两两对称地设有四个吊环8，吊环一般位于各个面的中部，供水泥墩7的搬运、起吊使用。

水泥墩7中部设有贯穿的预留孔9，其孔径大于锚链10穿越、锁定、系缚系泊孔5后的总体直径，这样可使锚链10在岸上或船上提前与系泊孔5进行固定连接，不需在水下连接作业，且不影响水泥墩7的沉放施工；即锚链10连接系泊孔5后，水泥墩7还能较容易、方便的穿过系泊孔5而下沉、套住钢桩2。

一种单根钢桩与单个水泥墩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

先将锚链10的一端穿过系泊孔5并锁定、固定，在岸上或船上预先完成锚链10与空心钢桩2的连接。在预定海域，利用辅助设备将空心钢桩2打入至海床中。空心钢桩2的入土深度为锥状桩尖1至钢棒托架3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空心内部，并使用简易绳索或工程胶水使辅助杆件与空心钢桩2连为一体，同时基于锚链10与辅助杆件把空心钢桩2垂直的立于预定海床，通过锤击辅助杆件把空心钢桩2贯入海床中。空心钢桩2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空心钢桩2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，若空心钢桩2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）、沉放水泥墩

将锚链10的另一端穿过水泥墩7上的预留孔9，基于水泥墩7上的四个吊环8，将水泥墩7平稳起吊，拉紧锚链并调整水泥墩7的姿态，使锚链呈铅垂线状，水泥墩7沿着铅垂线状的锚链下放至海水中，直至水泥墩7接触海床。

施工时使锚链呈铅垂线状，是为了使水泥墩7能垂直的下沉套住空心钢桩2，锚链起到引导、定位与纠正水泥墩7的下沉方向作用；水泥墩7垂直下沉过程中，与锚链的摩擦较小。

3）、锚固基础姿态校核

检查水泥墩7的沉放姿态，需确认水泥墩7是否成功套住空心钢桩2。若发现水泥墩7未套住空心钢桩2时，需再次拉起水泥墩7进行修正作业，直至确认原先系泊锚链10的系泊孔5已高出水泥墩7的顶面时，即完成网箱锚固基础的施工作业。由于前期锚链10已与系泊孔5相连，故不需再派潜水员进行水下系泊作业。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：钢桩能承受较大的水平荷载，水泥墩能承受较大的竖向荷载，把水泥墩与钢桩组合后，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；钢桩上设有四个对称分布的翼板，其能有效阻止锚固基础在风浪作用下的扭转；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；所提的锚固基础结构简单，施工方便，抗倾覆能力强，能提供较大的锚固力。

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。