适用于淤泥质海床的重力式刚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刚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刚性锚泊基础及其施工方法，其造价低，稳定性大，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刚性锚泊基础，其特征在于，包括基础框架与网兜，基础框架整体呈带底半球弧形网状结构，基础框架顶部和外壁中部分别设有开口与系泊环，基础框架内套装有与其架内腔尺寸相匹配的带底半球弧形网状结构的网兜；工作时系泊环上系泊有锚链，基础框架沉至预定海域的海床上，基础框架上部开口的上方抛入压重袋并填满网兜内部空腔。

所述的适用于淤泥质海床的重力式刚性锚泊基础，其特征在于，所述的基础框架采用钢管与钢筋在纵向与横向上交替焊接构成的带底半球弧形网状结构，其中钢管为基础框架的受力骨架，基础框架的顶部开口，基础框架的钢管外壁上设系泊环，系泊环位置处增设多道加固用斜向钢管连接。

所述的适用于淤泥质海床的重力式刚性锚泊基础，其特征在于，所述的网兜采用高强度纤维绳编织构成，网兜为与基础框架内腔相匹配的带底半球弧形网状结构，其网格尺寸比基础框架的网格尺寸小。

所述的适用于淤泥质海床的重力式刚性锚泊基础，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。

一种适用于淤泥质海床的重力式刚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、均匀绑定在基础框架的内腔，网兜与基础框架的内壁接触紧密，再把锚链固定、系泊在基础框架的系泊环上；

2）、沉入预定海域：

在基础框架的顶部开口四周均匀的多根绑定细绳，细绳的另一端绑定颜色鲜艳的气球，把组装好的基础框架整体平稳的沉至预定海域的海床，使基础框架的底部处于水平状态，调节细绳的长度使各气球直立漂浮于海面；

3）、抛入压重袋：

各气球围成的内部区域即为基础框架上部开口的外轮廓区域，在海面向各气球围成的内部区域均匀、对称的抛入足够多的压重袋，使基础框架的内部空间装满压重袋；

4）、沉放姿态校核：

基础框架在压重作用下逐步陷入淤泥质海床，确认足够多的压重袋7落入基础框架内且锚泊基础能承担既定的锚泊力时，即完成重力式刚性锚泊基础的施工作业。

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基础框架，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、本发明框架重心低，抗倾覆能力强，且上部开口较小，内部的压重袋难以逃逸基础框架，能提供较大的锚泊力；

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为本发明的基础框架结构示意图。

图2为本发明的基础框架受力钢管结构示意图。

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基础框架结构示意图。

图5为本发明的压重袋抛入基础框架示意图。

图6为本发明的锚泊基础系泊网箱示意图。

附图标记说明：

1、钢管；2、钢筋；3、系泊环；4、网兜；5、锚链；6、气球；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刚性锚泊基础，包括基础框架与网兜4，基础框架是由钢管1与钢筋2在纵向与横向交替焊接形成的带底半球弧形网状结构，基础框架上设顶部开口与系泊环3，网兜4是由高强度纤维绳编织而成、与基础框架内腔尺寸相匹配的带底半球弧形网状结构，施工时先将网兜4套入、绑定在基础框架的内腔，把锚链5固定、系泊在系泊环3上，再把基础框架平稳的沉至预定海域的海床，在基础框架上部开口的上方抛入足够多的压重袋7，使基础框架的内部空间装满压重袋7，从而形成重力式刚性锚泊基础。

所述的基础框架是由钢管1与钢筋2在纵向与横向交替焊接形成的带底半球弧形网状结构，如图1所示。钢管1形成基础框架的受力骨架，如图2所示。基础框架上设顶部开口与系泊环3，系泊环3位置处增设多道钢管1斜向连接进行局部加固，应满足应力集中的需要。基础框架各构件及焊接点的强度应满足在各类工况作用下不发生屈曲与破坏。

基础框架呈半球弧形网状结构，底部为半球直径处，整体重心较低。基础框架顶部设开口，压重袋7从顶部开口处抛入、下沉进入其内部。顶部开口的面积不能太小，以影响压重袋7的顺利沉入；当然顶部开口的面积也不能太大，确保使用过程中压重袋7难以逃逸基础框架。

所述的网兜4是由高强度纤维绳编织而成、与基础框架内腔尺寸相匹配的带底半球弧形网状结构，其网格尺寸比基础框架的网格尺寸更小，如图3所示。网兜4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4上的强度需要。

网兜4的外形尺寸与基础框架的外形尺寸相同，网兜4能完整的嵌入基础框架的内腔，可使用辅助绳索把网兜4绑扎、系缚在基础框架的内腔，使网兜4处于完全舒展状态，如图4所示。

所述的压重袋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4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。

只要累计压重袋7的重量足够大，压重袋7压在基础框架的底部，使基础框架陷入软质海床一定的深度。锚链需把整个锚泊基础拖动、滑移或倾覆，才能使锚泊基础破坏与失效。

假设基础框架形成的球面直径为16.0m，压重袋7累计体积按70%半球体体积计算约为750m³，假设压重袋的重度19kn/m³，则锚泊基础有效自重为6750kn。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250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的基础框架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基础框架，基础框架相应发生一定的变形与变位，但由于基础框架的重心较低、上部开口的面积较小，故锚泊基础难以发生倾覆破坏，内部的压重袋7也难以逃离锚泊基础，故所提锚泊基础能提供较大、持久的锚泊力。

所提锚泊基础较适用于淤泥质海床。事实上，只要海床表面较平整，本技术所提锚泊基础也能适用于沙泥底甚至岩石等硬质海床，故所提锚泊基础具有广泛的适用性。

本技术所提基础框架形成的重力式刚性锚泊基础的较可能破坏形态为：内腔装满压重袋7的基础框架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。

优选地，网兜4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4的网格尺寸不大于10cm×10cm；

优选地，基础框架的网格尺寸不大于20cm×20cm。

一种适用于淤泥质海床的重力式刚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4套入、均匀绑定在基础框架的内腔，网兜4与基础框架的内壁接触紧密，在水流作用下网兜4不会发生卷曲与缠绕，如图4所示。再把锚链5固定、系泊在基础框架的系泊环3上。

用辅助绳索把网兜4绑扎、固定在基础框架的内腔，使网兜4处于完全展开状态，网兜4在水流冲击作用下不会发生体积明显变化。

2）、沉入预定海域：

在基础框架的顶部开口四周均匀的多根绑定细绳，细绳的另一端绑定颜色鲜艳的气球6，把组装好的基础框架整体平稳的沉至预定海域的海床，使基础框架的底部处于水平状态，调节细绳的长度使各气球6直立漂浮于海面，如图5所示。

所选海域海床面应相对较平整，使基础框架平稳的坐落在海床面上。使用细绳绑定气球6直立漂浮于海面，是为了标记海底基础框架的轮廓与方位，是一种廉价的标记方法。

3）、抛入压重袋：

各气球6围成的内部区域即为基础框架上部开口的外轮廓区域，在海面向各气球6围成的内部区域均匀、对称的抛入足够多的压重袋7，使基础框架的内部空间装满压重袋7。

应根据基础框架的尺寸与压重袋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，锚泊基础的设计过程中应考虑到这种因素，使基础框架能够兜住足够多的压重袋7。

在后续使用过程中风浪作用下，各压重袋7之间将逐渐堆叠紧密，整体向中下部移动、铺展开来，对提高锚泊基础的抗倾覆能力有利。

4）、沉放姿态校核：

基础框架在压重作用下逐步陷入淤泥质海床，确认足够多的压重袋7落入基础框架内且锚泊基础能承担既定的锚泊力时，即完成重力式刚性锚泊基础的施工作业。

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，若压重袋7使基础框架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5已与系泊环3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。