二根钢桩与多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，涉及一种二根钢桩与多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二根钢桩与多个水泥墩组装式网箱锚固基础及其施工方法，其抗倾覆与抗拔能力强，能提供较大的锚泊力。

本发明的技术方案如下：

二根钢桩与多个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，包括两根钢桩、连系支架与多个水泥墩，钢桩上设有托杆与固定孔；连系支架对称轴处及其两侧设有三个间隔分布的支座，连系支架端部与外侧支座之间对称设有安装孔，连系支架上还设有多个对称分布在支座连线两侧的定位柱；水泥墩中部设有预留孔；工作时，连系支架上的安装孔分别套住两个钢桩且压在托杆后，利用紧固件穿过固定孔固定，把两个钢桩打入海床，再把四个水泥墩通过预留孔依次套在四个定位柱上，使四个水泥墩通过连系支架与两根钢桩组装构成锚固基础。

所述的二根钢桩与多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，其底部为锥状桩尖上部自下至上依次间隔设有托杆、固定孔、备用孔。

所述的二根钢桩与多个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的连系支架整体沿中心轴对称分布，其主体为一根主连梁与两根次连梁，次连梁与主连梁在水平平面内垂直相交，次连梁与主连梁相交处设有肋板；中部对称轴位置处、次连梁与主连梁相交处均设有支座；支座与钢梁交接处设有三角形加筋肋，支座上段自上至下间隔设有系泊孔与系泊环；在次连梁的两端附近设有翼板，翼板与次连梁在水平平面内相互垂直；在翼板与次连梁交点处设有纵向的定位柱，定位柱为空心钢管，定位柱上部设有施工孔；在主连梁两端附近分别设有安装孔；所述的支座外周的主连梁、次连梁对称设有六个吊环一。

所述的二根钢桩与多个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的连系支架上的安装孔为长条形孔，其宽度略大于钢桩的外径，其长度为钢桩外径的三倍以上。

所述的二根钢桩与多个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的连系支架上翼板的长度不小于水泥墩的长度。

所述的二根钢桩与多个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的定位柱上的施工孔到其底部的距离，大于水泥墩的高度。

所述的二根钢桩与多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，其长度与宽度相同、高度小于宽度，水泥墩中部设有贯穿的预留孔，水泥墩的四个侧面两两对称设有四个吊环二。

所述的二根钢桩与多个水泥墩组装式网箱锚固基础，其特征在于，所述的水泥墩中部的预留孔，其孔径大于施工用简易绳索系缚施工孔后的总体直径。

一种二根钢桩与多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：先将连系支架的两个安装孔分别套住两个钢桩且压在托杆后，用紧固件穿过固定孔进行固定，连系支架上的四个施工孔上绑定施工辅助铁丝，将锚链的一端穿过支座上的系泊孔或系泊环并锁定、固定，再利用辅助设备将两根钢桩按照拟定间距打入至预定海域海床中；钢桩的入土深度为锥状桩尖至托杆之间的距离；

2）、沉放水泥墩：将四个施工孔上绑定的施工辅助铁丝分别穿过四个水泥墩上的预留孔，基于水泥墩上的四个吊环二，将水泥墩平稳起吊，拉紧施工辅助铁丝并调整水泥墩的姿态，使施工辅助铁丝呈铅垂线状，水泥墩沿着铅垂线状的施工辅助铁丝下放至海水中，直至使四个水泥墩依次接触海床；

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定位柱时，需再次拉起水泥墩进行修正作业，直至确认水泥墩成功套住定位柱、且原先系泊施工辅助铁丝的施工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、本发明四个水泥墩与两个钢桩呈对称性分布，使整体具有较大的抗拔与抗倾覆刚度，能提供较大的锚泊力；

3、本发明适用于淤泥、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为本发明的连系支架结构示意图。

图3为本发明的水泥墩结构示意图。

图4为本发明的钢桩与连系支架组装后的结构示意图。

图5为本发明的俯视立体图。

图6为本发明的仰视立体图。

图7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、钢桩；3、托杆；4、固定孔；5、备用孔；6、连系支架；7、次连梁；8、翼板；9、安装孔；10、支座；11、系泊孔；12、系泊环；13、定位柱；14、三角形加筋肋；15、吊环一；16、肋板； 17、施工孔；18、紧固件；19、水泥墩；20、吊环二；21、预留孔；22、锚链；23、网箱。

具体实施方式：

参见附图：

一种二根钢桩与多个水泥墩组装式网箱锚固基础，包括两根钢桩2、一个连系支架6与四个水泥墩19，钢桩2靠近上部设有托杆3与固定孔（螺栓孔）4，连系支架6对称轴处及次连梁处共设有三个支座10，水泥墩19中部设有中空的预留孔21，待连系支架6的两个安装孔（长条形孔）9分别套住两个钢桩2且压在托杆3后，用紧固件（螺栓）18穿过固定孔（螺栓孔）4进行固定，然后把两个钢桩2按照拟定间距打入海床设计深度，再把四个水泥墩19通过预留孔21依次套在四个定位柱13上，使四个水泥墩19通过连系支架6与两根钢桩2组装形成锚固基础，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靠近上部设有托杆3，其主要作用是托住套在钢桩2上的连系支架6，故其长度应大于连系支架6上长条形孔9的长度；钢桩2靠近上部设有固定孔（螺栓孔）4，供连系支架6上的长条形孔9套住钢桩2后连接紧固件（螺栓）18进行限位、锁定作用；钢桩2的最上部还设有备用孔5，供施工过程中的钢桩吊装使用，也可作为螺栓孔4的备用孔。

特别地，连系支架6传递过来的锚泊力，通过螺栓孔4内的螺栓18传递给钢桩2，故固定孔（螺栓孔）4与紧固件（螺栓）18应具有足够的强度与刚度，在受到较大荷载后不发生屈曲与失效，以满足复杂工况下荷载的传递需要。

钢桩2的入土深度为锥状桩尖1至托杆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的入土深度。

连系支架6整体沿中心轴对称分布，其主体为一根主连梁与两根次连梁7，次连梁7与主连梁在水平平面内垂直相交，次连梁7与主连梁相交处设有肋板16；中部对称轴位置处设有支座10，次连梁7与主连梁相交处也设有支座10；支座10与钢梁交接处设有三角形加筋肋14，支座10上部自上至下间隔设有系泊孔11与系泊环12；故网箱的锚链既可以系缚在系泊孔11上，也可以系缚在系泊环12上；连系支架6共设有三个支座10，故可同时供多个网箱系泊使用。

连系支架6上次连梁7的两端附近设有翼板8，翼板8与次连梁7在水平平面内相互垂直，翼板8的长度不小于水泥墩19的长度；在翼板8与次连梁7交点处设有纵向垂直的定位柱13，定位柱13的上部设有施工孔17；在主连梁两端附近设有长条形孔9；连系支架6上对称地共设六个吊环15一。

水泥墩19的长度与宽度相同，且高度小于宽度，这样使水泥墩19的重心较低，不容易发生倾覆；水泥墩19的四个侧面上两两对称设有四个吊环二20，供水泥墩19的搬运、起吊使用；水泥墩19中部的预留孔21，其孔径大于施工用简易绳索系缚施工孔17后的总体直径。

钢桩2、连系支架6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、连系支架6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。

连系支架6上施工孔17到定位柱13底部的距离，大于水泥墩19的高度；一般地，施工孔17到定位柱13底部的距离应为水泥墩19高度的两倍以上。

两根钢桩2之间的间距为两个安装孔（长条形孔）9中心点之间的距离；两个水泥墩19之间的间距为同一次连梁上两个定位柱13中心点之间的距离；连系支架6上的安装孔（长条形孔）9，其宽度略大于钢桩2的外径，其长度为钢桩2外径的三倍以上；长条形孔9的长度大于钢桩2的外径，这样使钢桩2在贯入海床过程中具有一定的活动度与偏移量，方便工程施工。

一种二根钢桩与多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

先将连系支架6的两个安装孔（长条形孔）9分别套住两个钢桩2且压在托杆3后，用固定孔（螺栓）18穿过紧固件（螺栓孔）4进行固定，连系支架6上的四个施工孔17上绑定施工辅助铁丝，将锚链22的一端穿过支座10上的系泊孔11或系泊环12并锁定、固定，再利用辅助设备将两根钢桩2按照拟定间距打入至预定海域海床中；钢桩2的入土深度为锥状桩尖1至托杆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2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钢桩2连为一体，同时基于锚链22、吊环一15上的吊绳与辅助杆件把钢桩2垂直的立于预定海床，通过锤击辅助杆件把钢桩2贯入海床中；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

将四个施工孔17上绑定的施工辅助铁丝分别穿过四个水泥墩19上的预留孔21，基于水泥墩19上的四个吊环20，将水泥墩19平稳起吊，拉紧施工辅助铁丝并调整水泥墩19的姿态，使施工辅助铁丝呈铅垂线状，水泥墩19沿着铅垂线状的施工辅助铁丝下放至海水中，直至使四个水泥墩19依次接触海床。

施工时使施工辅助铁丝呈铅垂线状，是为了使水泥墩19能垂直的下沉套住定位柱13，施工辅助铁丝起到引导、定位与纠正水泥墩19下沉方向的作用。

3）、锚固基础姿态校核

检查水泥墩19的沉放姿态，需确认水泥墩19是否成功套住定位柱13；若发现水泥墩19未套住定位柱13时，需再次拉起水泥墩19进行修正作业，直至确认原先系泊施工辅助铁丝的施工孔17已高出水泥墩19的顶面时，即完成网箱锚固基础的施工作业；由于前期锚链22已与系泊孔11或系泊环12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；四个水泥墩与两个钢桩呈对称性分布，使整体具有较大的抗拔与抗倾覆刚度，能提供较大的锚泊力，并可同时系泊多个网箱；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。