自系泊局部铜网张力腿式网箱型浮式防波堤的制作方法

本实用新型涉及一种自系泊局部铜网张力腿式网箱型浮式防波堤，属海洋工程领域。

背景技术：
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浮式防波堤通常是由金属，钢筋混凝土和塑料等材料制造的浮式构件和锚泊系统组成的防浪设施，其主要优点有：可防止海水污染，因为它有很强的海水交换功能，随着水深的增加，其造价比固定式要便宜得多，安放位置可以很容易地改变，浮体、缆绳和锚具都很容易制造，特别适合所掩护的水域要求有良好水质交换条件的水产养殖设施，人工海水浴场等水域，用于预防常年主导风浪的影响，以取得节省投资和保持良好水质交换的双重效果。

浮式防波堤的消浪机理主要有以下几种：

波能反射：利用防波堤前部分反射能量的关系。防波堤的相对入水深度(D/d)是影响消浪效果的重要参数，其中D为防波堤入水深度，d为水深。

波列间的干涉消能：由于传递的波浪频率与结构本身运动产生的波浪频率不同，形成两波间波动的相互牵制和抵消。

紊动消能：水体与结构相互作用形成的碰撞，摩擦和绕流，破坏了原来波浪质点有规律的运动，转变为杂乱的紊动而达到消能目的。

波浪力作功：波浪力使结构产生位移或变形所做的功，有部分是不可逆转的能耗。

由微幅波理论得知：

1)当水深与波长之比d/λ＞0.5时为深水波，水体质点是循圆形轨迹运动，圆半径按指数规律从水面向下衰减，水质点的水平速度分量在水表面最大，随着水面而急剧减少，在半水深处的速度约为水面的1/5，由于浪的动能大部分靠近水面，采用浮堤消波效果很好。

(2)当d/≤0.05时为极浅水波，水质点几乎呈水平轨迹往复运动，其速度水平分量从水面到水底几乎不变。

(3)当0.05＜d/λ≤0.5时为浅水波，水质点轨迹为一椭圆，水平速度沿水深的衰减率介于深水波和极浅水波两者之间。

由于我们是掩护水产养殖设施为目标，而水产养殖设施水域深度在-20m以内属浅水波范围，因此，所建造的防波堤不但要着眼水面消波也要顾及水下，型式应充分合理组合波能反射，波列间的干涉消能，紊动消能及波浪力作功，使结构实用并且高效。

近年来国内外学者们提出了众多形式的浮式防波堤，由吴静萍等人模仿水生植物“浮漂”的结构型式，将28块圆形木板(每块平板直径为24cm，厚1.8cm)，排成4排7列铺于水面，模型整体尺寸为1.8m×1.0m。实验结果表明，该结构具有较好的消浪效果，见文献[3]。

由郑艳娜，董国海，等人构思的板一网式浮堤结构，主体为刚性不透水平板，吃水很小，板的下面由空心圆管支撑，提供板结构的刚度和浮力，沿波浪传播方向设置若干排网衣，网衣的下部系有重物使网衣下垂。通过实验，表明该型式的浮堤对于保障风浪中的深水养殖网箱具有较好的消浪性能。其原理是利用主体为 刚性不透水平板来抑制波能水质点垂向运动速度，其消浪机理是阻止波浪质点运动的垂直分量，衰减原有的部分波能来达到消浪的效果。沿波浪传播方向设置的若干排网衣，用来破坏部分水面下水质点的运动，利用水体与网衣之间相互作用形成的碰撞，摩擦和绕流，破坏原来波浪质点有规律的运动，转变为杂乱的紊动而达到消能的目的，见文献[4]。

依据上述公知的消浪机理及文献[3]，文献[4]前人从事过的探索，以古国维为第一专利权人，黎祖福教授、李仲钦教授、苏汉明高工、郑钟新高工共同研发，并已授权专利“柔性带阻尼帘浮板组合式浮式防波堤”(专利号：ZL2013 2 0295373.7)科学组合了波能反射，波列间的干涉消能，紊动消能及波浪力作功，使结构简单、经济、实用、高效、可操作性強又能抵御強台风，该专利随即由古国维主持施工图设计，并已在广东珠海海域建成使用，使用效果获好评。

本专利将在“柔性带阻尼帘浮板组合式浮式防波堤”专利基础上，结合网箱养殖及本人研发的自系泊浮筒式系泊专利技术，使浮式防波堤更可靠、更经济。

参考文献

[1]王永学，王国玉.近岸浮式防波堤结构的研究进展与工程应用[C].2002年度海洋工程学术会议论文集，江西南昌，2002：314

[2]胡嵋，李大鸣，秦崇仁.浅水区域浮箱式防波堤结构形式的试验研究.中国港湾建设.2007(151)：38-41.

{3]吴静萍，王仁康，郑晓伟等.浮漂式防波堤的试验研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2001，25(1)：91-93.

[4]董国海，郑艳娜，李玉成等.板一网结构浮式防波堤消浪性能的试验研究[J].工程力学，2006(7)：142-146.

[5]“柔性带阻尼帘浮板组合式浮式防波堤”专利号：ZL2013 2 0295373.7发明人：古国维，黎祖福、李仲钦、苏汉明、郑钟新

[6]“自系泊柔性连接张力腿式抗风浪网箱”专利号：ZL2013 2 0614048.1发明人：古国维，专利权人：古国维

[7]“深水系泊柱”专利号201320095246.2发明人：古国维 专利权人：古国维

技术实现要素：
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本实用新型的目的是科学组合波能反射，波列间的干涉消能，紊动消能及波浪力作功，使结构简单、经济、实用、高效、可操作性强又能抵御强台风，同时还可用作网箱养殖的浮式防波堤，为此，本实用新型的技术方案是：

1.由一串“自系泊局部铜网张力腿式网箱”连接起来构成浮式防波堤，放置在与常年主导风浪入射方向垂直的纵向，网箱纵横相间布置悬挂阻尼帘的板状浮体，水下锚或桩通过系泊缆连接到网箱浮筒上，由一串连接起来构成浮式防波堤的“自系泊局部铜网张力腿式网箱”，其构造是浮力柱之浮筒底端悬挂悬重体，悬重体下连接自系泊压重，同时浮筒吊耳连接外系泊系统，与浮力柱之浮筒焊接的撑杆，固定内置铜网的框架，双层网衣挂接在内置铜网框架两侧的立柱上，双层网衣间挂接浮块。而水下锚或桩推荐采用锚式链节及大拉力锚集成系统。

2.上述的自系泊局部铜网张力腿式网箱采用的浮力柱，具有重心在下，浮心在上，直立自浮，永不倾倒，可随水位涨落升沉，并具有双系泊系统的结构特点 及优势。

3.上述的网箱纵横相间布置悬挂阻尼帘的板状浮体，是夹芯玻璃钢的板状浮体，通长的钢筋拉环置于上下两侧玻璃钢层内，悬挂阻尼帘用废旧网衣做成，废旧网衣底部挂接条状或块状悬重体，悬重体用混凝土捣制而成。

本实用新型的优点是结构合理、经济、可操作性强，不必大型工程船舶安装，结构固定在自系泊浮力柱形成的弹性系统上，安全性好，内置铜网的框架，因铜网不长污损生物，能始终保持海水流动通畅，使网箱内水体的有良好交换，特别要指出是本实用新型将网衣粘附污损生物之害变为利，即用最简单经济办法构筑了通常浮式防波堤所采用的钢筋混凝土大型箱体。另一特点是纵横相间布置悬挂阻尼帘的板状浮体同时也是浮鱼礁，有利于网箱内养殖鱼的生长，本实用新型对于日益发展的深水养殖事业无疑有重要意义的发明。

附图说明：

图1自系泊局部铜网张力腿式网箱浮式防波堤单元平面布置示意图；

图2是A放大图，表述了本实用新型各构件与浮筒的相互关系；

图3是1-1剖视图，表述了本实用新型竖向构造示意图；

图4是2-2剖视图，表述了内置铜网的框架构造及各构件间相互关系；

图5是节点大样1，表述了内置铜网框架的方管骨架剖面放大图；

图6是悬挂阻尼帘的板状浮体轴测立体图；

图7是推荐的锚式链节及大拉力锚集成系统示意图。

其中：1.浮力柱的高浮力浮筒，2.吊耳，3.外系泊缆，4.悬重体，5.自系泊压重，6.撑杆，7.内置铜网的框架总成，701.框架的方管骨架，702.填充的泡沫塑料，703.挂接网衣立柱支承座，704.挂接网衣立柱，8.铜网，9.片状网衣，901.网衣的浮块，10.网箱底部网衣，11.缆绳，12.悬挂阻尼帘的板状浮体总成，1201.硬质泡沫塑料，1202.钢丝网，1203.玻璃钢层，1204.挂环，1301.大拉力锚，1302.锚式链节，1303.锚链。

具体实施方式

在陆上完成浮力柱的高浮力浮筒1建造，和内置铜网的框架总成7制作，以及悬重体4及自系泊压重5准备，通常悬重体4及自系泊压重5由混凝土捣制而成，但也可利用建筑垃圾代替，同时备好片状网衣9，片状网衣是商品网衣连接上下力纲。

浮力柱的高浮力浮筒1，及内置铜网的框架总成7制作是常规的钢结构作业，与陆上房屋钢结构作业相比，要求要高一些，并有密闭性要求，要求制作应严格遵守建造程序，材料选择上应选择可焊性好的钢材，在焊接环节上应有完善的焊接程序，焊缝检测程序，焊接人员应持合格的焊工证书，严禁无证或等级不够人员施焊。浮筒1直径大市场没有成品管时，要自行或委托由钢板制作成管段。内置铜网的框架7之方管骨架701，内要填充泡沫塑料，并且要求浮力与自重平衡，通过水平及竖向撑杆与浮筒1相连，所谓内置铜网，是指铜网8点焊在框架7上。

通常由混凝土捣制而成悬重体4及自系泊压重5，首先由浮吊将自系泊压重5沉放入设定的海床，自系泊压重5与悬重体4连接的铁链端部挂上标志浮球，同时，应先投放的还有外系泊系统，外系泊系统推荐锚式链节及大拉力锚集成系统。

由于本实用新型的防波堤是由一串“自系泊局部铜网张力腿式网箱”连接起来构成，因此，可参考本人已授权的自系泊张力腿式网箱相关专利，如参考文献[6]等，具体实施方式不需要再作重复的描述，总的原则是利用浮力柱会自浮自立特点，先按浮力柱+上下缆绳构造柔性网箱骨架，再附加上网衣9、悬挂阻尼帘的板状浮体总成12等部件的技术路线去做。

相比以古国维为第一专利权人，黎祖福教授、李仲钦教授、苏汉明高工、郑钟新高工共同研发，并已授权专利“柔性带阻尼帘浮板组合式浮式防波堤”(专利号：ZL2013 2 0295373.7)由于引入自系泊浮力柱技术，及锚式链节及大拉力锚集成系统技术，因此，本实用新型的防波堤在技术上，在可靠性上都有质的飞跃，这对于日益发展的深水养殖事业无疑是有重要应用价值的。