适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础及其施工方法与流程

技术领域：

本发明涉及用于海水养殖网箱的锚泊系统，更具体地，涉及一种适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础及其施工方法。

背景技术：
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锚泊系统是网箱在水中的根基，其性能直接影响网箱的安全性。在恶劣天气情况下，网箱因锚泊系统失效而被风浪损毁、击沉的案例数不胜数。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。如海南省的深水网箱养殖业在每年的超强台风中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40cm、入土深度超过4.5m、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。

可见，性价比较高、使用较普遍的还是重力式水泥墩锚。但水泥墩锚的锚泊力取决于其体积与重量，个体重量越大所能提供的锚泊力越大。水泥墩锚的体积与重量越大，其制作、运输施工越困难。若能够采用“化整为零”的方法，使单个配重块的重量较小，由较多的配重块累积成重量较大的锚泊基础，可使重力式锚泊基础能提供较大的锚泊力。

另一方面，随着工业化、城市化进程的加速，建筑业相伴而产生的建筑垃圾日益增多，中国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的1/3以上。建筑垃圾含较多、重量较大的混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、沥青块等。若能把这些建筑垃圾应用至重力式网箱锚泊基础中去，废物再利用，为建筑垃圾的处理提供一种新途径，具有经济性与实用性。

因此，有必要发展施工简便、造价低、锚泊力大的新型重力式网箱锚泊基础形式。

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适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础及其施工方法，其造价低，布置灵活，施工简便，能提供较大的锚泊力。

本发明的技术方案如下：

适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础，其特征在于，包括钢索网袋与网兜，钢索网袋为球面弧形网状结构且上端开口，钢索网袋内套装并绑定有与其内腔尺寸相匹配网兜；所述钢索网袋中上部穿入锁口钢索，锁口钢索围成环形且两端对接固定，锁口钢索固定、系泊于有锚链，钢索网袋内填充有压重袋。

所述的适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础，其特征在于，所述的钢索网袋采用高强度钢索编织成的球面弧形网状结构，钢索网袋的上部留敞开式的开口，钢索网袋的高度为3/4球面直径长度。

所述的适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础，其特征在于，所述的网兜采用耐海水腐蚀的高强纤维绳编织构成，网兜且与钢索网袋内腔尺寸相匹配的球面弧形网状结构。

所述的适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础，其特征在于，所述的压重袋为装满混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、沥青块等建筑垃圾的编织袋或麻布袋，且所装建筑垃圾的最小粒径尺寸大于网兜的网格尺寸。

所述的适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础，其特征在于，所述的锁口钢索的长度大于钢索网袋留敞开式开口的周长。

一种适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、组装锚泊基础：

将网兜套入、均匀绑定在钢索网袋的内腔，网兜与钢索网袋的内壁接触紧密；把锁口钢索均匀穿入钢索网袋的中上部且两端封闭固定，锁口钢索的长度大于钢索网袋留敞开式开口的周长，再把锚链固定、系泊在锁口钢索上；

2）、沉入预定海域：

在钢索网袋的中上部均匀、对称的系缚多个浮筒与多根辅助绳索，再把钢索网袋平稳的沉至预定海域的海床，钢索网袋的底部接触海床，通过调节浮筒的位置使钢索网袋的上部开口处于水平状态；

3）、抛入压重袋：

各浮筒围成的内部区域即为钢索网袋的上部开口区域，在海面向各浮筒围成内部区域的中心抛入足够多的压重袋，使钢索网袋的内部空间装满压重袋，施工过程中随时通过辅助绳索校正钢索网袋的姿态，防止钢索网袋发生偏转、扭曲而导致压重袋无法进入其内腔；

4）、拉紧锁口钢索：

在确认进入钢索网袋内腔的压重袋数量达到设计要求后，移除浮筒，通过锚链施加拉力把锁口钢索拉紧进而使钢索网袋的开口逐渐缩小，使钢索网袋内部的压重袋无法从开口处脱离、逃逸钢索网袋，即完成重力式柔性锚泊基础的施工作业。后续使用过程中网箱通过锚链传递给锁口钢索的锚泊力，使锚泊基础的紧凑性、整体性得到进一步加强。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明结构简单，制作方便，成本较低，可根据不同锚泊力需求制成不同尺寸的钢索网袋，使其能兜住数量较多、累计重量较大的压重袋；

2、本发明的压重来源于压重袋，而压重袋主要装入一定粒径的重量较大的建筑垃圾，其取材方便、成本低廉，为建筑垃圾的经济再利用提供了一条新途径；

3、本发明与传统锚泊基础不同，本技术所提锚泊基础不存在倾覆破坏模式，钢索网袋的任意柔性变形对锚泊力的发挥基本无影响，锚泊基础的承载力由钢索材料强度与压重控制；

4、本发明的施工不需要大型起重设备，也不需要派人下水作业，施工简便，海上作业时间短。

附图说明

图1为本发明的钢索网袋结构示意图。

图2为本发明的钢索网袋主视图。

图3为本发明的网兜结构示意图。

图4为本发明的网兜套入钢索网袋结构示意图。

图5为本发明的钢索网袋沉入海床示意图。

图6为本发明的压重袋抛入钢索网袋示意图。

图7为本发明的锚泊基础系泊网箱示意图。

附图标记说明：

1、钢索网袋；2、网兜；3、浮筒；4、锁口钢索；5、锚链；6、辅助绳索；7、压重袋；8、网箱；a、海平面；b、海床面。

具体实施方式：

参见附图：

一种适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础，包括钢索网袋1与网兜2，钢索网袋1是由高强度钢索编织成的球面弧形网状结构，网兜2是由高强度纤维绳编织而成、与钢索网袋1内腔尺寸相匹配的球面弧形网状结构，施工时先将网兜2套入、绑定在钢索网袋1的内腔，把锁口钢索4均匀穿入钢索网袋1的中上部且两端封闭固定，再把锚链5固定、系泊在锁口钢索4上，在钢索网袋1的中上部均匀、对称的系缚浮筒3与辅助绳索6，再把钢索网袋1平稳的沉至预定海域的海床且用浮筒控制其姿态，在钢索网袋1的上方抛入足够多的压重袋7，使钢索网袋1的内部空间装满压重袋7，通过锚链5把锁口钢索4拉紧、缩小封口，从而形成重力式柔性锚泊基础。

钢索网袋1是由高强度钢索编织成的球面弧形网状结构，钢索网袋1的上部留敞开式的开口，钢索网袋1的高度为3/4球面直径长度，如图1与图2所示。

钢索网袋1是由纵横交错的高强度钢索编织而成，各钢索的交织点需紧密相连，交织点在外荷载作用下不发生松弛与滑动，属于固定连接；即钢索网袋1在外荷载作用下，网格各节点处的钢索不发生变形与相互运动，仅网格的形状发生变化。钢索网袋1整体呈球面弧形网状结构，钢索网袋1的宽度为球体直径，钢索网袋1的高度为3/4球体直径，即钢索网袋1上部1/4球体直径范围为开口部位，压重袋7从上部开口部位进入钢索网袋1的内部。

网兜2是由耐海水腐蚀的高强纤维绳编织而成、与钢索网袋1内腔尺寸相匹配的球面弧形网状结构，如图3所示。网兜2所用高强纤维绳具有强度高、抗老化、耐腐蚀、耐酸缄、耐磨、耐海水腐蚀、弹性好等特点，能满足较多压重袋7压在网兜2上的强度需要。

网兜2的外形尺寸与钢索网袋1的外形尺寸相同，网兜2能完整的嵌入钢索网袋1的内腔，可使用辅助绳索把网兜2绑扎、系缚在钢索网袋1的内腔，使网兜2处于完全舒展状态，如图4所示。

压重袋7为装满混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、沥青块等建筑垃圾的编织袋或麻布袋，且所装建筑垃圾的最小粒径尺寸大于网兜2的网格尺寸；尽量选用密度较大、尺寸较大的建筑垃圾装入压重袋中。

设计中仅按钢索网袋1的1/2球体体积装满压重袋7，钢索网袋1上部开口一定范围内不宜装有压重袋7，方便外力作用下锁口钢索4把开口拉紧与缩小，使压重袋7无法脱离、逃逸出钢索网袋1内腔；可设计体积较大的钢索网袋1，使其能装入累计足够多的压重袋7，从而能提供较大的锚泊力。

假设钢索网袋1的球体直径14.0m，压重袋7累计体积按1/2球体体积计算为718m³，假设压重袋的重度19kn/m³，则锚泊基础有效自重为6462kn。锚泊基础的竖向自重与水平向摩擦力的组合即为能提供的最大锚泊力。常见的水泥墩锚体积为1.5m³有效重量为22.5kn，本技术所提锚泊基础的自重可达传统水泥墩锚自重的200倍以上，故所提锚泊基础能提供较大的锚泊力。还可根据需要，把多个所提锚泊基础联合在一起，能提供更大的锚泊力。

对于淤泥质海床来说，其压缩性大、强度小，装入一定重量压重袋7的钢索网袋1能陷入淤泥质海床较大的深度。网箱受到的风浪荷载通过锚链传递给锁口钢索4，锁口钢索4拉紧使钢索网袋1的开口使其进一步缩小，钢索网袋1内腔的压重及其与海床的摩擦力共同构成锚泊力。

由于内腔装满压重袋7的钢索网袋1属于柔性结构，与传统锚泊基础相比，其不存在倾覆的破坏模式，钢索网袋1根据受力情况发生相应柔性变形，即钢索网袋1受荷后形成不规则的柔性封闭体。本技术所提钢索网袋1形成的重力式柔性锚泊基础的唯一破坏形态为：内腔装满压重袋7的钢索网袋1在较大锚泊力作用下沿海床发生拖动与滑移，即形成走锚现象。而只要累计压重袋7的重量足够大，就能杜绝走锚现象的发生。

钢索网袋1、网兜2与锁口钢索4各节点及整体的强度，应能承担各类工况下锚链传递过来的锚泊力而不因应力集中发生屈曲与失效。

优选地，网兜2所用高强纤维绳的抗拉强度大于所述装满压重袋7锚泊基础中网兜纤维绳所承受最大拉力的两倍以上；

优选地，网兜2的网格尺寸不大于10cm×10cm；

优选地，钢索网袋1的网格尺寸不大于20cm×20cm。

一种适用于淤泥质海床的重力式柔性锚泊基础的施工方法，详细描述如下：

1）、组装锚泊基础：

将网兜2套入、均匀绑定在钢索网袋1的内腔，网兜2与钢索网袋1的内壁接触紧密，在水流作用下网兜2不会发生卷曲与缠绕；把锁口钢索4均匀穿入钢索网袋1的中上部且两端封闭固定，锁口钢索4的长度大于钢索网袋1留敞开式开口的周长，再把锚链5固定、系泊在锁口钢索4上。

锁口钢索4均匀的穿入钢索网袋1与网兜2的上部靠近开口处的网眼中，后续网箱的锚泊力完全依赖锁口钢索4传递给钢索网袋1，故锁口钢索4与钢索网袋1交汇处的各点必然发生较大的应力集中，锁口钢索4与钢索网袋1应能适应这种应力集中的需要而不发生屈曲与破坏。必要时，可见锁口钢索4与钢索网袋1交汇处的各点增加辅助绳索，以满足应力扩散的需要。

2）、沉入预定海域：

在钢索网袋1的中上部均匀、对称的系缚多个浮筒3与多根辅助绳索6，再把钢索网袋1平稳的沉至预定海域的海床，钢索网袋1的底部接触海床，通过调节浮筒3的位置使钢索网袋1的上部开口处于水平状态，如图5所示。

浮筒3的作用是调节与约束钢索网袋1在海中的状态，使其上部开口处于水平状态，方便后续压重袋7抛入开口中。系缚浮筒3的绳索应带有尺寸刻度，以便准确掌握各系缚点的深度，通过控制系缚各浮筒3的绳索长度来控制钢索网袋1的姿态。一般地，只有系缚各浮筒3的绳索长度相同时，钢索网袋1的上部开口才可能处于水平状态。

辅助绳索6是起到人工调整钢索网袋1上部开口状态的作用，一般由工人坐在船舶上手拉辅助绳索6进行操控。当压重袋7抛入过程中发生失误、压在钢索网袋1的外围而导致钢索网袋1开口面积缩小时，可通过拉扯辅助绳索6使压重袋7滑入海中而不影响后续压重袋7的抛入作业。

3）、抛入压重袋：

各浮筒3围成的内部区域即为钢索网袋1的上部开口区域，在海面向各浮筒3围成内部区域的中心抛入足够多的压重袋7，使钢索网袋1的内部空间装满压重袋7，如图6所示。施工过程中随时通过辅助绳索6校正钢索网袋1的姿态，防止钢索网袋1发生偏转、扭曲而导致压重袋7无法进入其内腔。

应根据钢索网袋1的尺寸与压重袋7的体积预先计算锚泊基础所需压重袋7的总体数量，实际中按略高于该数量进行物料准备。由于沉入水中方位的不同，不同压重袋7之间难以紧密堆叠，必然存在一定的相互架立空间。但在后续使用过程中，柔性的钢索网袋1受力发生变形，使得不同压重袋7之间的位置越来越紧凑，最终形成一个整体共同抵抗锚链传递给过来的风浪荷载。

在压重袋7逐步沉入钢索网袋1内腔的过程中，钢索网袋1将发生不规则的柔性变形。施工过程中应随时利用浮筒3与辅助绳索6调整钢索网袋1的姿态，使后续压重袋7能准确、方便的抛入钢索网袋1的内腔，避免压重袋7无法进入钢索网袋1内腔而形成无效施工。

在压重袋7逐步沉入钢索网袋1内腔的过程中，钢索网袋1将逐渐下沉，浮筒3可能被拉入水中，施工过程中应及时调整系缚各浮筒3绳索的长度，使浮筒3始终直立漂浮于海面。

4）、拉紧锁口钢索：

在确认进入钢索网袋1内腔的压重袋7数量达到设计要求后，移除浮筒3，通过锚链5施加拉力把锁口钢索4拉紧进而使钢索网袋1的开口逐渐缩小，使钢索网袋1内部的压重袋7无法从开口处脱离、逃逸钢索网袋1，即完成重力式柔性锚泊基础的施工作业，如图7所示。后续使用过程中网箱8通过锚链5传递给锁口钢索4的锚泊力，使锚泊基础的紧凑性、整体性得到进一步加强。

钢索网袋1与锁口钢索4各接触点及整体的强度应能应力集中需要而不发生屈曲与失效。所提重力式柔性锚泊基础不存在倾覆破坏模式，钢索网袋1的任意柔性变形对锚泊力的发挥基本无影响，锚泊基础的承载力由钢索网袋1与锁口钢索4的材料强度控制。由于前期锚链5已与锁口钢索4相连，故不需再派潜水员进行水下系泊作业。

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。