钢桩外品字形分布伞状托盘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，涉及一种钢桩外品字形分布伞状托盘的网箱锚固基础及其施工方法。

背景技术：
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我国20m等深线以内的海域面积约1600万公顷，40m等深线以内的海域面积约5000万公顷，海水养殖的发展空间巨大。但目前我国海上养殖区主要集中在15 m等深线以内的浅湾内，而超过20 m水深的海域利用率尚不足1%，远低于美国、日本和挪威等发达国家的水平。因此，大力发展20 m水深以上的深水网箱养殖，是解决我国食品供给保障的新途径之一。

然而，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。

因此，在吸收现有的各类锚固基础优点的基础上，有必要发展施工简便、造价低、锚泊力大的新型锚固基础形式。

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钢桩外品字形分布伞状托盘的网箱锚固基础及其施工方法，其结构简单，布置灵活，经济性较好，能提供较大的锚固力。

本发明的技术方案如下：

钢桩外品字形分布伞状托盘的网箱锚固基础，其特征在于，包括一根钢桩、一个连系支架与三个伞状托盘，钢桩外壁上设有托架，托架上方的钢桩上设有系泊孔；连系支架中心设有支座套管，连系支架上端面设有以支座套管为中心的、三根呈品字形分布的定位柱；伞状托盘由环向钢筋与径向钢筋均匀焊接成伞状，伞状托盘中心设有套筒；工作时，支座套管套住钢桩上部且下端顶在托架上，钢桩上的系泊孔与锚链的一端系缚固定，三个伞状托盘通过套筒套在连系支架的三个定位柱上构成锚固基础，锚固基础下沉至预定海域的海床，钢桩打入海床，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。

所述的钢桩外品字形分布伞状托盘的网箱锚固基础，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三角形托板构成，托板为上端面平齐工作时顶住连系支架下端面。

所述的钢桩外品字形分布伞状托盘的网箱锚固基础，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。

所述的钢桩外品字形分布伞状托盘的网箱锚固基础，其特征在于，所述的连系支架整体沿中心轴对称分布，其主体为三根相互成120º的钢梁，相邻两个钢梁在设有肋板，三根钢梁交汇处设有圆形底板，圆形顶板上端面中心设有支座套管，支座套管与各钢梁及圆形底板交接处设有三角形加筋肋；在各钢梁的两端附近设有翼板，翼板与钢梁在水平面内相互垂直，在翼板与钢梁交汇处上端面设有纵向的定位柱，定位柱为空心钢管，定位柱上部设有施工孔。

所述的钢桩外品字形分布伞状托盘的网箱锚固基础，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。

所述的钢桩外品字形分布伞状托盘的网箱锚固基础，其特征在于，所述的伞状托盘上套筒的内径大于定位柱外径。

所述的钢桩外品字形分布伞状托盘的网箱锚固基础，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。

一种钢桩外品字形分布伞状托盘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：把连系支架基于支座套管套住钢桩的上部，再把锚链的一端系缚、固定在钢桩的系泊孔上，然后把三个伞状托盘基于套筒分别套住连系支架的三个定位柱，并在定位柱的施工孔上绑上施工辅助铁丝，然后把钢桩打入海床至设计深度；空心钢桩的入土深度为锥状桩尖至三角形托板顶部之间的距离；

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三个伞状托盘内、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；本发明刚度大、抗拔与抗倾覆能力强，能提供较大的锚泊力。

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、环形板；5、锥状桩尖；6、钢桩；7、托板；8、系泊孔；9、连系支架；10、肋板；11、翼板；12、定位柱；13、施工孔；14、支座套管；15、三角形加筋肋；16、环形板；17、碎石袋；18、锚链；19、网箱。

具体实施方式：

参见附图：

一种钢桩外品字形分布伞状托盘的网箱锚固基础，包括一根钢桩6、一个连系支架9与三个伞状托盘，钢桩6的中上部设有三角形托板7，连系支架9对称轴处设有支座套管14，连系支架9的三个钢梁端点附近设有翼板11与定位柱12；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套筒3；把连系支架9基于支座套管14套住钢桩6的上部，再把锚链18的一端系缚、固定在钢桩6的系泊孔8上，然后把三个伞状托盘基于套筒3分别套住连系支架9的三个定位柱12，并在定位柱12的施工孔13上绑上施工辅助铁丝，然后把钢桩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17，使碎石袋17压住三个伞状托盘，从而形成网箱锚固基础。

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的中上部对称、均匀的设有六块三角形托板7，其能阻挡、兜住连系支架9的支座套管14底部而使钢桩与连系支架9组装形成整体；六块三角形托板7的顶部在同一水平面上；钢桩6的顶部设有系泊孔8，供系泊网箱的锚链使用；也可设置多个系泊孔8，方便施工使用。

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17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12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。

连系支架9整体沿中心轴对称分布，其主体为三根相互成120º的钢梁，三个钢梁之间均匀的设有肋板10，中部对称轴位置处设有支座套管14，支座套管14与三个钢梁交接处设有三角形加筋肋15与底部环形板16；在各钢梁的端点附近设有翼板11，翼板11与钢梁在水平面内相互垂直，在翼板11与钢梁交点处设有纵向垂直的定位柱12，定位柱12的上部设有施工孔13。

钢桩6、伞状托盘与连系支架9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、伞状托盘与连系支架9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。

碎石袋17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17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17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17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。

一种钢桩外品字形分布伞状托盘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

把连系支架9基于支座套管14套住钢桩6的上部，再把锚链18的一端系缚、固定在钢桩6的系泊孔8上，然后把三个伞状托盘基于套筒3分别套住连系支架9的三个定位柱12，并在定位柱12的施工孔13上绑上施工辅助铁丝，然后把钢桩6打入海床至设计深度；钢桩6的入土深度为锥状桩尖5至三角形托板7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6连为一体，同时基于锚链18、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17，使碎石袋17均匀地落在三个伞状托盘内、压住伞状托盘。

施工中，应根据伞状托盘的直径划定碎石袋17的入水范围。碎石袋17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17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17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17，使伞状托盘尽量处于水平状态；确认足够多的碎石袋17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17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18已与系泊孔8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，把钢桩与具有压重的伞状托盘组合后，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；伞状托盘结构简单，重量相对较小，其压重来源于碎石袋，而碎石袋装入的块石与碎石，其取材方便、成本低廉；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；本发明刚度大、抗拔与抗倾覆能力强，能提供较大的锚泊力。

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。