水泥墩分布于钢桩两侧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，涉及一种水泥墩分布于钢桩两侧网箱锚固基础及其施工方法。

背景技术：
：

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：
：

为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种水泥墩分布于钢桩两侧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：

水泥墩分布于钢桩两侧的网箱锚固基础，其特征在于，包括钢桩、连系支架与水泥墩，钢桩的中上部带有托架；所述连系支架对称轴处设有套管，连系支架上端面两端设有纵向的定位柱；所述水泥墩中部设有预留孔；工作时，连系支架的套管套入钢桩上段，钢桩打入海床，两个水泥墩通过预留孔套在连系支架上的两个定位柱上，两个水泥墩通过连系支架与钢桩组装构成网箱锚固基础。

所述的水泥墩分布于钢桩两侧的网箱锚固基础，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托架，托架上方的钢桩上设有系泊孔，托架由多个均匀分布在钢桩外壁上的托板构成，托板为上端面平齐工作时顶住连系支架下端面。

所述的水泥墩分布于钢桩两侧的网箱锚固基础，其特征在于，所述的连系支架整体沿中心轴对称分布，其主体为一钢质横梁，中部对称轴位置处设有套管，在钢质横梁两端附近设有翼板，翼板与钢质横梁在水平面内相互垂直，在翼板与钢质横梁交点处设有纵向垂直的定位柱，定位柱为定位柱，定位柱上部设有施工孔。

所述的水泥墩分布于钢桩两侧的网箱锚固基础，其特征在于，所述的连系支架上的套管内径大于钢桩的外径。

所述的水泥墩分布于钢桩两侧的网箱锚固基础，其特征在于，所述的连系支架上翼板的长度与水泥墩的长度相同。

所述的水泥墩分布于钢桩两侧的网箱锚固基础，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。

所述的水泥墩分布于钢桩两侧的网箱锚固基础，其特征在于，所述的水泥墩为块体状，长度与宽度相同、高度小于宽度，水泥墩的四个侧面上设有两两对称分布的四个吊环。

所述的水泥墩分布于钢桩两侧的网箱锚固基础，其特征在于，所述的水泥墩中部设有贯穿的预留孔，其孔径大于简易绳索穿越、系缚施工孔后的总体直径。

一种水泥墩分布于钢桩两侧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：先将连系支架上的套管套入钢桩的上部，连系支架上两端定位柱上的施工孔上绑定施工辅助铁丝，再将锚链的一端穿过钢桩上的系泊孔并锁定、固定，再利用辅助设备将钢桩打入至预定海域海床中，钢桩的入土深度为锥状桩尖至托板顶部之间的距离；

2）、沉放水泥墩：将两个施工孔上绑定的施工辅助铁丝分别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，直至水泥墩接触海床；

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、本发明两个水泥墩对称地分布于钢桩两侧，使整体具有较大的抗倾覆刚度，能提供较大的锚泊力；

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。

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为本发明的立体图。

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、托架；4、系泊孔；5、连系支架；6、翼板；7、定位柱；8、套管；9、施工孔；10、水泥墩；11、吊环；12、预留孔；13、锚链；14、网箱。

具体实施方式：

参见附图：

一种水泥墩分布于钢桩两侧的组装式网箱锚固基础，包括钢桩2、连系支架5与水泥墩10，钢桩2的中上部带有托板3，连系支架5对称轴处设有套管8，水泥墩10中部设有中空的预留孔12，待连系支架5的套管8套住钢桩2后，把钢桩2打入海床设计深度，再把两个水泥墩10通过预留孔12套住连系支架5上的两个定位柱7上，使两个水泥墩10通过连系支架5与钢桩2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的中上部带托架3，托架3由均匀、对称分布在钢桩2外壁上的六块三角形托板，三角形托板的斜边指向锥状桩尖1方向，六块托板的顶部在同一水平面上；钢桩2的顶部设有系泊孔4，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4对作钢桩2进行起吊作业；也可设置多个系泊孔4，方便施工使用。

钢桩2的入土深度为锥状桩尖1至托板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2的入土深度。

连系支架5整体沿中心轴对称分布，其主体为一钢质横梁，中部对称轴位置处设有套管8，套管8的内径大于钢桩2的外径，方便连系支架5与钢桩2的套住连接；在钢质横梁两端附近设有翼板6，翼板6与钢质横梁在水平面内相互垂直，翼板6的长度与水泥墩10的长度相同；在翼板6与钢质横梁交点处设有纵向垂直的定位柱7，定位柱7为空心钢管，定位柱7的上部设有施工孔9。

水泥墩10的长度与宽度相同，且高度小于宽度，这样使水泥墩10的重心较低，不容易发生倾覆，水泥墩10的四个侧面上两两对称设有四个吊环11，供水泥墩10的搬运、起吊使用；水泥墩10中部的预留孔12，其孔径大于简易绳索穿越、系缚施工孔9后的总体直径。

钢桩2、连系支架5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5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4到托架3的距离，大于套管8的高度；系泊孔4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4在锚泊力作用下不能发生屈曲与失效。

定位柱7上施工孔9到其底部的距离，大于水泥墩10的高度，一般地，施工孔9到定位柱7底部的距离应为水泥墩10高度的两倍以上。

一种水泥墩分布于钢桩两侧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5上的空心套管8套入钢桩2的上部，再将锚链13的一端穿过钢桩2上的系泊孔4并锁定、固定，在岸上或船上预先完成锚链13与钢桩2的连接。连系支架5上两端的施工孔9上绑定施工辅助铁丝，可为沉桩过程中调整连系支架的姿态。利用辅助设备将钢桩2打入至预定海域海床中，钢桩2的入土深度为锥状桩尖1至托板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13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

基于连系支架5上两端施工孔9上绑定的施工辅助铁丝，调整连系支架5的方位，尽量使连系支架5的长轴走向与施工海域的主要水流、风暴方向相同，提高锚固基础的抗倾覆能力；

将两个施工孔9上绑定的施工辅助铁丝分别穿过水泥墩10上的预留孔12，基于水泥墩10上的四个吊环11，将水泥墩10平稳起吊，拉紧施工辅助铁丝并调整水泥墩10的姿态，使施工辅助铁丝呈铅垂线状，水泥墩10沿着铅垂线状的施工辅助铁丝下放至海水中，直至水泥墩10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10能垂直的下沉套住空心钢管7，施工辅助铁丝起到引导、定位与纠正水泥墩10下沉方向的作用。

3）、锚固基础姿态校核

检查水泥墩10的沉放姿态，需确认水泥墩10是否成功套住空心钢管7；若发现水泥墩10未套住空心钢管7时，需再次拉起水泥墩10进行修正作业，直至确认原先系泊施工辅助铁丝的施工孔9已高出水泥墩10的顶面时，即完成网箱锚固基础的施工作业。由于前期锚链13已与系泊孔4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；两个水泥墩对称地分布于钢桩两侧，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；所提的锚固基础结构简单，组装施工方便，海上施工时间短。

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。