鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎及其施工方法與流程

本發明涉及海水養殖網箱的錨固系統，更具體地，涉及一種鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎及其施工方法。

背景技術：
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我國沿海年均遭受數個超強臺風的襲擊，臺風路徑影響范圍內的海水網箱損毀嚴重，導致海水網箱養殖產業在一定程度上處于“靠天吃飯”的狀態。錨固系統是海上養殖網箱在水中的根基，起到固定、系泊網箱系統的作用。錨固系統在惡劣天氣下的失效會導致網箱直接損毀。如在2014年的超強臺風“威馬遜”(最大風力17級)、“海鷗”(最大風力13級)及2015年的超強臺風“燦鴻”(最大風力16級)、“蘇迪羅”(最大風力17級)襲擊下，海南省的深水網箱養殖業相繼遭到毀滅性的打擊、損失慘重，其中大部分受災深水網箱是因錨固基礎破壞而被吹走損毀的。雖然錨固基礎的造價占整個網箱系統總價的比重不大，但其失效后導致整個網箱系統全軍覆沒，具有控制網箱全局穩定的重要作用。

目前，國內海水網箱錨泊基礎主要有三種方式：鐵錨、木樁錨和水泥墩錨。其中鐵錨借鑒于船舶的錨泊方法，錨體使用鑄造件，錨泊力與錨體重量成正比，要獲得足夠的錨泊力需加大投資，重量較大的鐵錨需專用工作船才能作業，且難以準確定位，優點是能用于海底較為復雜的海域；木樁錨價格相對便宜，一般要求木樁樁徑大于40 cm、入土深度超過4.5 m、錨繩與水平海床夾角不大于17°，但其存在施工質量難以保證和木樁容易腐蝕的缺點，適合于水深較淺且為泥沙底質的海域；水泥墩錨價格適中，錨泊力與水泥墩重量成正比，水泥墩底部與海床之間的吸附作用力有限，在惡劣海況下容易發生走錨現象，適合于沙泥或沙質底質的海域。

結合錨固基礎的制作、運輸、施工、造價、錨固效果等綜合因素可知，水泥墩錨是網箱錨固基礎中較受歡迎的基礎形式之一。但傳統的水泥墩錨存在使用數量多、布置分散、發揮作用不一致、單個錨點總體質量偏小、惡劣海況下容易發生走錨現象等局限性，尚有待改進。可見，有必要根據不同地質條件與錨泊力需求對包括水泥墩錨在內的傳統錨固基礎進行改進與創新設計。

技術實現要素：
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為了彌補現有技術問題的不足，本發明的目的是提供一種鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎及其施工方法，其結構簡單，施工方便，抗傾覆能力強，能提供較大的錨固力。

本發明的技術方案如下：

鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎，其特征在于，包括鋼樁、連系支架與水泥墩，鋼樁中上部設有托板；所述的連系支架對稱軸處設有與鋼樁相配合的套管，連系支架上端面設有三根以套管為中心呈品字形分布的定位柱；水泥墩中部設有預留孔；工作時待連系支架的套管套入鋼樁后，鋼樁打入海床，三個水泥墩通過預留孔套在連系支架上的三個定位柱上，三個水泥墩通過連系支架與鋼樁組裝構成網箱錨固基礎。

所述的鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎，其特征在于，所述的鋼樁為空心鋼樁，底部為錐狀樁尖，中上部設有圓形托板，圓形托板下端面與鋼樁連接處設有梯形加筋板，鋼樁的靠近頂部設有系泊孔。

所述的鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎，其特征在于，所述的連系支架整體沿中心軸對稱分布，其主體為三根相互夾角為120o的鋼梁，三根鋼梁之間設有肋板，中部對稱軸位置處設有套管，套管與鋼梁交接處設有三角形加筋板，在各鋼質橫梁兩端附近設有翼板，翼板與鋼質橫梁在水平面內相互垂直，各鋼梁與肋板交界處上端面設有吊環一，在翼板與鋼質橫梁交點處設有縱向的定位柱，定位柱為鋼管，定位柱的上部設有施工孔。

所述的鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎，其特征在于，所述的連系支架上的套管內徑大于鋼樁的外徑。

所述的鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎，其特征在于，所述的連系支架上翼板的長度與水泥墩的長度相同。

所述的鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎，其特征在于，所述的定位柱上的施工孔到其底部的距離，大于水泥墩的高度。

所述的鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎，其特征在于，所述的水泥墩為塊體狀，長度與寬度相同、高度小于寬度，水泥墩的四個側面上設有兩兩對稱分布的四個吊環二。

所述的鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎，其特征在于，所述的水泥墩中部設有貫穿的預留孔，其孔徑大于簡易繩索穿越、系縛施工孔后的總體直徑。

一種鋼樁外品字形分布水泥墩的網箱錨固基礎的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）、鋼樁貫入海床：先將連系支架上的套管套入鋼樁的上部，定位柱上三個施工孔上綁定施工輔助鐵絲，再將錨鏈的一端穿過鋼樁上的系泊孔并鎖定、固定，再利用輔助設備將鋼樁打入至預定海域海床中，鋼樁的入土深度為錐狀樁尖至圓形托板之間的距離；

2）、沉放水泥墩：將各施工孔上綁定的施工輔助鐵絲分別穿過水泥墩上的預留孔，基于水泥墩上的四個吊環二，將水泥墩平穩起吊，拉緊施工輔助鐵絲并調整水泥墩的姿態，使施工輔助鐵絲呈鉛垂線狀，水泥墩沿著鉛垂線狀的施工輔助鐵絲下放至海水中，直至使三個水泥墩接觸海床；

3）、錨固基礎姿態校核：校核水泥墩的沉放姿態，若發現水泥墩未套住鋼管時，需再次拉起水泥墩進行修正作業，直至確認水泥墩成功套住鋼管、且原先系泊施工輔助鐵絲的施工孔已高出水泥墩的頂面時，即完成網箱錨固基礎的施工作業。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：

1、本發明鋼樁打入海床至設計深度后，其能承受較大的水平荷載；水泥墩具有較大的重量，其能承受較大的豎向荷載。將水泥墩與鋼樁組合后，能充分發揮各自的優勢，能抵抗水平荷載與豎向荷載隨機組合的風浪作用；

2、本發明三個水泥墩對稱地分布于鋼樁四周，使整體具有較大的抗傾覆剛度，能提供較大的錨泊力；

3、本發明適用于淤泥、沙泥質軟質海床，也能適用于砂礫、軟巖、硬巖等硬質海底，適用范圍較廣。

附圖說明：

圖1為本發明的鋼樁結構示意圖。

圖2為本發明的連系支架結構示意圖。

圖3為本發明的水泥墩結構示意圖。

圖4為本發明的鋼樁與連系支架組裝后的結構示意圖。

圖5為本發明的立體圖。

圖6為本發明的仰視立體圖。

圖7為本發明與網箱連接的使用狀態圖。

附圖標記說明：

1、錐狀樁尖；2、鋼樁；3、梯形加筋板；4、圓形托板；5、系泊孔；6、連系支架；7、肋板；8、翼板；9、定位柱；10、套管；11、三角形加筋板；12、吊環一；13、施工孔；14、水泥墩；15、吊環二；16、預留孔；17、錨鏈；18、網箱。

具體實施方式：

參見附圖：

一種三個水泥墩均勻分布于鋼樁周邊的組裝式網箱錨固基礎，包括鋼樁2、連系支架6與水泥墩14，鋼樁2的中上部帶有圓形托板4，連系支架6對稱軸處設有套管10，水泥墩14中部設有貫穿的預留孔16，待連系支架6的套管10套住鋼樁2后，把鋼樁2打入海床設計深度，再把三個水泥墩14通過預留孔16套住連系支架6上的三個定位柱9上，使三個水泥墩14通過連系支架6與鋼樁2組裝構成錨固基礎，共同為網箱提供錨泊力。

鋼樁2為空心鋼樁，底部為錐狀樁尖1，樁尖錐角一般為10o~30o，使鋼樁較為容易的貫入海床；鋼樁2的中上部設有圓形托板4，圓形托板4的平面與鋼樁的軸線相互垂直；圓形托板4與鋼樁連接處均勻、對稱地設有六塊梯形加筋板3，確保圓形托板4受到較大荷載后不發生屈曲與失效；鋼樁2的頂部設有系泊孔5，供系泊網箱的錨鏈使用；在打樁過程中，可用繩索基于系泊孔5對作鋼樁2進行起吊作業；也可設置多個系泊孔5，方便施工使用。

鋼樁2的入土深度為錐狀樁尖1至圓形托板4之間的距離；可根據不同的海床地質條件與錨泊力需求，設計相應的鋼樁2的入土深度。

連系支架6整體沿中心軸對稱分布，其主體為三根相互夾角為120o的鋼梁，三根鋼梁之間設有肋板7，中部對稱軸位置處設有套管10，套管10的內徑大于鋼樁2的外徑，方便連系支架6與鋼樁2的套住連接；套管10與鋼梁交接處設有三角形加筋板11；在各鋼質橫梁兩端附近設有翼板8，翼板8與鋼質橫梁在水平面內相互垂直，翼板8的長度與水泥墩14的長度相同；各鋼梁上均勻、對稱設有吊環12，在翼板8與鋼質橫梁交點處設有縱向垂直的定位柱9，定位柱9采用鋼管，定位柱9的上部設有施工孔13。

水泥墩14為塊體狀，長度與寬度相同，且高度小于寬度，這樣使水泥墩14的重心較低，不容易發生傾覆；水泥墩14的四個側面設有兩兩對稱分布的四個吊環15，供水泥墩14的搬運、起吊使用；水泥墩14中部的預留孔16，其孔徑大于簡易繩索穿越、系縛施工孔13后的總體直徑。

鋼樁2、連系支架6的各部件均為鋼質或鐵質材料，各部件通過焊接連接成整體；鋼樁2、連系支架6各部件及整體的強度，應能承擔各類工況下錨鏈傳遞過來的錨泊力而不發生屈曲與失效。

鋼樁2上系泊孔5到圓形托板4的距離，大于套管10的高度；系泊孔5到樁頂的距離，應滿足錨鏈作用下鋼樁應力集中的需要，即系泊孔5在錨泊力作用下不能發生屈曲與失效。

連系支架6上施工孔13到定位柱9底部的距離，大于水泥墩14的高度；一般地，施工孔13到定位柱9底部的距離應為水泥墩14高度的兩倍以上。

一種三個水泥墩均勻分布于鋼樁周邊的組裝式網箱錨固基礎的施工方法，詳細描述如下：

1）、鋼樁貫入海床

先將連系支架6上的空心套管10套入鋼樁2的上部，再將錨鏈17的一端穿過鋼樁2上的系泊孔5并鎖定、固定，在岸上或船上預先完成錨鏈17與鋼樁2的連接；連系支架6上三個施工孔13上綁定施工輔助鐵絲，可為沉樁過程中調整連系支架6的姿態。利用輔助設備將鋼樁2打入至預定海域海床中；鋼樁2的入土深度為錐狀樁尖1至圓形托板4之間的距離。

施工時，可設計、加工一個前段帶榫的鋼質輔助桿件，把榫插入鋼樁上部的空心內部，并使用簡易繩索或工程膠水使輔助桿件與鋼樁2連為一體，同時基于錨鏈17與輔助桿件把鋼樁2垂直的立于預定海床，通過錘擊輔助桿件把鋼樁2貫入海床中；鋼樁2被貫入至設計深度后，旋轉、扭動輔助桿件，破壞之前的簡易繩索或工程膠水，拔出輔助桿件即完成鋼樁2的沉貫作業。

網箱主要依靠錨固基礎提供錨泊力，而對錨固基礎的變形無特別要求，若鋼樁2沉貫過程中發生幅度較小的傾斜，其對錨固作用的正常發揮影響較小。

2）、沉放水泥墩

將各施工孔13上綁定的施工輔助鐵絲分別穿過水泥墩14上的預留孔16，基于水泥墩14上的四個吊環15，將水泥墩14平穩起吊，拉緊施工輔助鐵絲并調整水泥墩14的姿態，使施工輔助鐵絲呈鉛垂線狀，水泥墩14沿著鉛垂線狀的施工輔助鐵絲下放至海水中，直至三個水泥墩14均接觸海床。

施工時使施工輔助鐵絲呈鉛垂線狀，是為了使水泥墩14能垂直的下沉套住定位柱9，施工輔助鐵絲起到引導、定位與糾正水泥墩14下沉方向的作用。

3）、錨固基礎姿態校核

檢查水泥墩14的沉放姿態，需確認水泥墩14是否成功套住定位柱9；若發現水泥墩14未套住定位柱9時，需再次拉起水泥墩14進行修正作業，直至確認原先系泊施工輔助鐵絲的施工孔13已高出水泥墩14的頂面時，即完成網箱錨固基礎的施工作業；由于前期錨鏈17已與系泊孔5相連，故不需再派潛水員進行水下系泊作業。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：鋼樁能承受較大的水平荷載，水泥墩能承受較大的豎向荷載，把水泥墩與鋼樁組合后，充分發揮各自的優勢，可使網箱能承受較大的隨機風浪荷載；三個水泥墩對稱地分布于鋼樁四周，使整體具有較大的抗傾覆剛度，能提供較大的錨泊力；所提的錨固系統能適用于淤泥、沙泥質軟質海床，也能適用于砂礫、軟巖、硬巖等硬質海底，適用范圍較廣。

本發明不局限于上述具體實施方式，根據上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，本發明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本發明的保護范圍之內。