具有两伞状托盘与两钢桩的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，涉及一种具有两伞状托盘与两钢桩的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具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础及其施工方法，其抗倾覆能力强，能提供较大的锚固力。

本发明的技术方案如下：

具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础，其特征在于，包括两根钢桩、一个连系支架与两个伞状托盘，钢桩靠近上部设有托杆与紧固孔，连系支架上端面中心设有支座，支座两侧的连系支架上设有定位柱，支座上还设有系泊孔和系泊环，连系支架上还设有分布在定位柱连线两侧的安装孔；伞状托盘由环向钢筋与径向钢筋均匀焊接成伞状，伞状托盘底部中心设有向上的套筒；工作时，两根钢桩套在安装孔内且下端压在托杆并紧固，支座的系泊孔或系泊环与锚链一端系缚固定，两个伞状托盘通过套筒分别套在定位柱上构成锚固基础，锚固基础下沉至预定海域的海床，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。

所述的具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础，其特征在于，所述的钢桩为块体状，其底部为锥状桩尖，钢桩靠近上部设有托杆、紧固孔与备用孔。

所述的具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础，其特征在于，所述的连系支架整体沿中心轴对称分布，其主体为两根相互垂直的钢质横梁与钢质纵梁，连系支架上端面中心设有支座，支座与钢梁上端面交接处对称地设有四块三角形加筋板，支座上自上至下设有系泊孔与系泊环；其中一根钢质横梁靠近两端处设有翼板，翼板与钢梁在水平面内相互垂直，在翼板与钢梁交点处的上端面设有纵向的定位柱，定位柱采用空心钢管，定位柱上部设有施工孔；另一根钢质纵梁靠近两端设有安装孔，安装孔为长条形孔；各钢梁两两之间设有平面内连接的肋板，肋板与钢梁交接处的钢梁上端面设有吊环一。

所述的具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础，其特征在于，所述的伞状托盘上的套筒的内径大于定位柱外径。

所述的具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础，其特征在于，所述的连系支架上翼板的长度不小于伞状托盘底部直径。

所述的具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础，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。

所述具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础，其特征在于，所述的伞状托盘的每根径向钢筋从底部边缘向上倾斜折弯构成，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。

所述的具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础，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。

一种具有两伞状托盘与两钢桩的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长条形孔分别套住两个钢桩且压在托杆后，用螺栓穿过螺栓孔进行固定，再把锚链的一端系缚、固定在连系支架上支座的系泊孔或系泊环上，然后把两个伞状托盘基于空心套筒分别套住连系支架的两个定位柱，并在定位柱的施工孔上绑上施工辅助铁丝，然后把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）、抛入碎石袋压住伞状托盘：把施工辅助铁丝拉直处于铅垂线状态，沿着施工辅助铁丝指引的位置向施工辅助铁丝四周均匀抛入足够的碎石袋，使碎石袋均匀地落在四个伞状托盘内、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。

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、本发明所提伞状托盘结构简单，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、本发明所提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、本发明两个伞状托盘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；

5、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为本发明的伞状托盘俯视图。

图2为本发明的伞状托盘仰视图。

图3为本发明的钢桩结构示意图。

图4为本发明的连系支架结构示意图。

图5为本发明的钢桩与连系支架组装示意图。

图6为本发明的俯视立体图。

图7为本发明的仰视立体图。

图8为本发明与网箱连接的使用状态图。

附图标记说明：

1、环向钢筋；2、径向钢筋；3、套筒；4、底部环形板；5、锥状桩尖；6、钢桩；7、托杆；8、紧固孔；9、备用孔；10、钢质横梁；11、钢质纵梁；12、肋板；13、翼板；14、定位柱；15、施工孔；16、安装孔；17、吊环；18、三角形加筋板；19、支座；20、系泊孔；21、系泊环；22、紧固件；23、碎石袋；24、锚链；25、网箱。

具体实施方式：

参见附图：

一种具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础，包括两根钢桩6、一个连系支架与两个伞状托盘，钢桩6靠近上部设有托杆7与紧固孔（螺栓孔）8，连系支架对称轴处设有支座19，伞状托盘由环向钢筋1与径向钢筋2均匀焊接而成、整体呈轴对称分布，伞状托盘对称轴处设有中空的套筒3。待连系支架的两个安装孔16分别套住两个钢桩6且压在托杆7后，用紧固件（螺栓）22穿过紧固孔8进行固定，再把锚链24的一端系缚、固定在连系支架上支座19的系泊孔20或系泊环21上，然后把两个伞状托盘基于套筒3分别套住连系支架的两个定位柱14，并在定位柱14的施工孔15上绑上施工辅助铁丝，然后把两根钢桩6打入海床至设计深度，再沿着施工辅助铁丝指引的位置向施工辅助铁丝四周抛入足够多的碎石袋23，使碎石袋23压住两个伞状托盘，最终使两个具有压重的伞状托盘通过连系支架与两根钢桩6组装形成锚固基础，共同为网箱提供锚泊力。

钢桩6底部为锥状桩尖5，桩尖锥角一般为10º~30º，使钢桩较为容易的贯入海床。钢桩6靠近上部设有托杆7，其主要作用是托住套在钢桩6上的连系支架，故其长度应大于连系支架上安装孔16的长度。钢桩6靠近上部设有紧固孔8，供连系支架上的安装孔16套住钢桩6后连接紧固件进行限位、锁定作用。钢桩6的最上部还设有备用孔9，供施工过程中的钢桩吊装使用，也可作为紧固孔8的备用孔使用。

特别地，连系支架传递过来的锚泊力，通过紧固孔8内的紧固件22传递给钢桩6，故紧固孔8与紧固件22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6的入土深度为锥状桩尖5至托杆7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6的入土深度。

连系支架整体沿中心轴对称分布，其主体为两根相互垂直的钢质横梁10与钢质纵梁11，中部对称轴位置处设有支座19，支座19与钢梁交接处对称地设有四块三角形加筋板18，支座19上设有系泊孔20与系泊环21；故网箱的锚链24既可以系缚在系泊孔20上，也可以系缚在系泊环21上，甚至多个网箱可同时通过锚链系缚在系泊孔20与系泊环21上。

在连系支架的钢质横梁10两端附近设有翼板13，翼板13与钢梁在水平面内相互垂直，翼板13的长度不小于伞状托盘底部水平圆盘的直径；在翼板13与钢梁交点处设有纵向垂直的定位柱14，定位柱14的上部设有施工孔15；在钢质纵梁11两端附近设有安装孔16；各钢梁上均匀、对称设有四个吊环17，且各钢梁之间通过肋板12加固连接。

伞状托盘整体呈轴对称分布，由环向钢筋1与径向钢筋2均匀焊接而成，外形类似于伞状；环向钢筋1呈圆形，径向钢筋2的形状依次为水平与上弯倾斜；环向钢筋1焊接在径向钢筋2的上部；环向钢筋1与径向钢筋2均匀焊接后，形成网状孔洞；碎石袋23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3，套筒3底部设有底部环形板4。底部环形板4与套筒3、径向钢筋2焊接在一起。套筒3的内径大于定位柱14的外径。

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。

钢桩6、连系支架与伞状托盘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6、连系支架与伞状托盘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。

两根钢桩6之间的间距为两个安装孔16中心点之间的距离；连系支架上的安装孔16，其宽度略大于钢桩6的外径，其长度为钢桩6外径的三倍以上；安装孔16的长度大于钢桩6的外径，这样使钢桩6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。

碎石袋23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1与径向钢筋2之间的孔洞；碎石袋23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1与径向钢筋2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1或径向钢筋2，若在碎石袋23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23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。

一种具有两伞状托盘与两钢桩的网箱锚固基础的施工方法，详细描述如下：

1）、钢桩贯入海床

先将连系支架的两个安装孔16分别套住两个钢桩6且压在托杆7后，用紧固件22穿过紧固孔8进行固定，再把锚链24的一端系缚、固定在连系支架上支座19的系泊孔20或系泊环21上，然后把两个伞状托盘基于套筒3分别套住连系支架的两个定位柱14，并在定位柱14的施工孔15上绑上施工辅助铁丝，然后把两根钢桩6按照拟定间距打入至预定海域海床中。钢桩6的入土深度为锥状桩尖5至托杆7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钢桩6连为一体，同时基于锚链24、吊环17上的吊绳、施工辅助铁丝与辅助杆件把钢桩6垂直的立于预定海床，通过锤击辅助杆件把钢桩6贯入海床中。钢桩6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6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6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

把施工辅助铁丝拉直处于铅垂线状态，沿着施工辅助铁丝指引的位置向施工辅助铁丝四周均匀抛入足够的碎石袋23，使碎石袋23均匀地落在四个伞状托盘内、压住伞状托盘。

施工中，应根据伞状托盘的直径划定碎石袋23的入水范围。碎石袋23的入水范围，应略小于以铅垂线状态施工辅助铁丝为中心、伞状托盘为半径的圆形范围。且碎石袋23沉放顺序，应以铅垂线状态的施工辅助铁丝为中心对称、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23在伞状托盘上较合理的堆叠形状是：以铅垂线状态的施工辅助铁丝为中心对称性分布，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23，使伞状托盘尽量处于水平状态。确认足够多的碎石袋23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23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24已与系泊孔20或系泊环21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，把伞状托盘与钢桩组合后，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；两个伞状托盘与两个钢桩呈对称性分布，使整体具有较大的抗倾覆刚度，能提供较大的锚泊力；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。