有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎及其施工方法與流程
2023-05-08 23:42:51 1
本發明涉及海水養殖網箱的錨固系統，更具體地，涉及一種有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎及其施工方法。
背景技術：
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我國20m等深線以內的海域面積約1600萬公頃，40m等深線以內的海域面積約5000萬公頃，海水養殖的發展空間巨大。但目前我國海上養殖區主要集中在15 m等深線以內的淺灣內，而超過20 m水深的海域利用率尚不足1%，遠低於美國、日本和挪威等發達國家的水平。因此，大力發展20 m水深以上的深水網箱養殖，是解決我國食品供給保障的新途徑之一。
然而，我國沿海年均遭受數個超強颱風的襲擊，颱風路徑影響範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於「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。如海南省的深水網箱養殖業在每年的超強颱風中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佔整個網箱系統總價的比重不大，但其失效後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。其中鐵錨借鑑於船舶的錨泊方法，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，優點是能用於海底較為複雜的海域；木樁錨價格相對便宜，一般要求木樁樁徑大於40 cm、入土深度超過4.5 m、錨繩與水平海床夾角不大於17 °，但其存在施工質量難以保證和木樁容易腐蝕的缺點，適合於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，適合於沙泥或沙質底質的海域。
因此，在吸收現有的各類錨固基礎優點的基礎上，有必要發展施工簡便、造價低、錨泊力大的新型錨固基礎形式。
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有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎及其施工方法，其結構簡單，布置靈活，能提供較大的錨固力。
本發明的技術方案如下：
有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎，其特徵在於，包括一個桶形基礎、一個連繫支架與三個傘狀託盤，桶形基礎的桶頂中部設有支座，支座中上部設有系泊孔；連繫支架上端面中心設有支座套管，連繫支架上端面設有以支座套管為中心呈品字形分布的三根定位柱；傘狀託盤由環向鋼筋與徑向鋼筋均勻焊接成傘狀，傘狀託盤底部中心設有套筒；工作時，支座套管套在桶形基礎上的支座上，支座上的系泊孔與錨鏈一端系縛固定，三個傘狀託盤通過套筒分別套住三個定位柱上，桶形基礎、連繫支架、三個傘狀託盤構成錨固基礎，錨固基礎下沉至預定海域的海床，朝傘狀託盤口內投放碎石袋，碎石袋壓住傘狀託盤構成網箱錨固基礎。
所述的有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的桶形基礎為底部開口、頂部封閉的中空圓柱形鋼結構基礎，桶形基礎的桶頂中部設有支座，支座中上部設有系泊孔，桶形基礎側壁靠近頂部處設有進出水閥。
所述的有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的傘狀託盤的每根徑向鋼筋從底部邊緣向上傾斜折彎構成，每根環向鋼筋均為圓環狀；環向鋼筋焊接在徑向鋼筋的上側；傘狀託盤底部中心設有環形板，環形板中心設有向上的套筒，環形板內外壁分別與套筒外壁、徑向鋼筋焊接固定。
所述的有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的連繫支架整體沿中心軸對稱分布，其主體為三根相互成120º夾角的鋼梁，連繫支架上端面中心設有支座套管，三根鋼梁之間設有以支座套管為中心的環形肋板；在各鋼梁靠近端部設有翼板，翼板與鋼梁在水平面內相互垂直，在翼板與鋼梁交點處設有縱向定位柱，定位柱為空心鋼管，定位柱上部設有施工孔。
所述的有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的連繫支架上的環形肋板與鋼梁在同一平面內，且環形肋板的內徑與外徑均在桶形基礎頂板直徑的1/2~3/4之間取值。
所述的有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的連繫支架上支座套管的內徑大於桶形基礎上支座外徑。
所述的有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的連繫支架上翼板長度不小於傘狀託盤底部直徑。
所述的有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的傘狀託盤上的套筒內徑大於定位柱外徑。
所述的有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的碎石袋為裝滿塊石、碎石的編織袋或麻布袋等，且所裝塊石、碎石的最小粒徑尺寸大於傘狀託盤上環向鋼筋與徑向鋼筋之間的孔洞。
一種有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎的施工方法，其特徵在於，包括如下步驟：
1）、桶形基礎貫入海床：把連繫支架基於支座套管套住桶形基礎上的支座，再把錨鏈的一端系縛、固定在支座的系泊孔上，然後把三個傘狀託盤基於套筒分別套住連繫支架的三個定位柱，並在定位柱的施工孔上綁上施工輔助鐵絲，然後通過進出水閥抽取負壓把桶形基礎沉貫至設計深度；
2）、拋入碎石袋壓住傘狀託盤：把施工輔助鐵絲拉直處於鉛垂線狀態，沿著施工輔助鐵絲指引的位置向施工輔助鐵絲四周均勻拋入足夠的碎石袋，使碎石袋均勻地落在三個傘狀託盤內、壓住傘狀託盤；
3）、錨固基礎姿態校核：校核傘狀託盤的沉放姿態，若發現傘狀託盤發生傾斜時，應往向上傾斜的一側再拋入一定的碎石袋，使傘狀託盤儘量處於水平狀態；確認足夠多的碎石袋落入傘狀託盤內且傘狀託盤能承擔既定的錨泊力時，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、本發明桶形基礎沉貫至設計深度後，其能承受較大的水平荷載；具有足夠壓重的傘狀託盤能承受較大的豎向荷載；將桶形基礎與具有壓重的傘狀託盤組合後，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、本發明所提傘狀託盤結構簡單，重量相對較小，傘狀託盤主要由環向鋼筋與徑向鋼筋焊接而成，可根據不同錨泊力需求製成不同面積的網形傘狀，能兜住數量較多、累計重量較大的碎石袋；
3、本發明所提傘狀託盤的壓重來源於碎石袋，而碎石袋裝入一定粒徑的塊石與碎石，其取材方便、成本低廉。
附圖說明
圖1為本發明的傘狀託盤俯視圖。
圖2為本發明的傘狀託盤仰視圖。
圖3為本發明的桶形基礎結構示意圖。
圖4為本發明的連繫支架示意圖。
圖5為本發明的桶形基礎與連繫支架組裝示意圖。
圖6為本發明的俯視立體圖。
圖7為本發明的仰視立體圖。
圖8為本發明與網箱連接的使用狀態圖。
附圖標記說明：
1、環向鋼筋；2、徑向鋼筋；3、套筒；4、環形板；5、桶形基礎；6、支座；7、系泊孔；8、進出水閥；9、連繫支架；10、翼板；11、環形肋板；12、支座套管；13、定位柱；14、施工孔；15、碎石袋；16、錨鏈；17、網箱。
具體實施方式：
參見附圖：
一種有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎，包括一個桶形基礎5、一個連繫支架9與三個傘狀託盤，桶形基礎5的桶頂中部設有支座6，連繫支架9對稱軸處設有支座套管12，連繫支架9的三個鋼梁端點附近設有翼板10與定位柱13；傘狀託盤由環向鋼筋1與徑向鋼筋2均勻焊接而成、整體呈軸對稱分布，傘狀託盤對稱軸處設有中空的套筒3；把連繫支架9基於支座套管12套住桶形基礎5的支座6，再把錨鏈16的一端系縛、固定在支座6的系泊孔7上，然後把三個傘狀託盤基於套筒3分別套住連繫支架9的三個定位柱13，並在定位柱13的施工孔14上綁上施工輔助鐵絲，然後把桶形基礎5負壓沉貫至設計深度，再沿著施工輔助鐵絲指引的位置向施工輔助鐵絲四周拋入足夠多的碎石袋15，使碎石袋15壓住三個傘狀託盤，從而形成網箱錨固基礎。
桶形基礎5為底部開口、頂部封閉的中空圓柱形鋼結構基礎，桶形基礎5的桶頂中部設有支座6，支座6的中上部設有系泊孔7，桶形基礎5的頂部附近側面設有進出水閥8；通過進出水閥8抽取負壓，可使桶形基礎5在負壓及自重的作用下貫入海床；把進出水閥8設置在桶基側面，是為了使桶頂的連繫支架9觸碰不到進出水閥8，以免造成進出水閥8的損壞。
傘狀託盤整體呈軸對稱分布，由環向鋼筋1與徑向鋼筋2均勻焊接而成，外形類似於傘狀；環向鋼筋1呈圓形，徑向鋼筋2的形狀依次為水平與上彎傾斜；環向鋼筋1焊接在徑向鋼筋2的上部。環向鋼筋1與徑向鋼筋2均勻焊接後，形成網狀孔洞；碎石袋15中塊石、碎石的粒徑尺寸大於該網狀孔洞的尺寸，傘狀託盤能有效的兜住塊石、碎石，形成穩定的有效配重。
傘狀託盤對稱軸處設有中空的套筒3，套筒3底部設有底部環形板4；底部環形板4與套筒3、徑向鋼筋2焊接在一起；套筒3的內徑大於定位柱13的外徑。
可根據不同錨泊力需求製成不同面積的網形傘狀，即傘狀託盤的面積越大，其能兜住碎石袋的數量較多、累計重量較大，其能提供的錨泊力越大。
連繫支架9整體沿中心軸對稱分布，其主體為三根相互成120º夾角的鋼梁，中部對稱軸位置處設有支座套管12，三根鋼梁之間以支座套管12為對稱軸設有環形肋板11；環形肋板11與鋼梁在同一平面內，且環形肋板11的內徑與外徑均在桶形基礎5頂板直徑的1/2~3/4之間取值；環形肋板11的作用是使連繫支架9與桶形基礎5頂板之間有較大面積的接觸，避免連繫支架9發生傾斜與扭曲，對錨固基礎的整體穩定性有利。
在連繫支架9各鋼梁端點附近設有翼板10，翼板10與鋼梁在水平面內相互垂直，翼板10的長度不小於傘狀託盤底部水平圓盤的直徑；在翼板10與鋼梁交點處設有縱向垂直的定位柱13，定位柱13的上部設有施工孔14。
桶形基礎5、傘狀託盤與連繫支架9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；桶形基礎5、傘狀託盤與連繫支架9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。
碎石袋15為裝滿塊石、碎石的編織袋或麻布袋等，且所裝塊石、碎石的最小粒徑尺寸大於傘狀託盤上環向鋼筋1與徑向鋼筋2之間的孔洞；碎石袋15沉入海中一段時間後編織袋或麻布袋會腐蝕、老化與破碎，最終塊石、碎石會自由散落開來；只要塊石、碎石的粒徑尺寸足夠大，其不從環向鋼筋1與徑向鋼筋2之間的孔洞中漏出，傘狀託盤的穩定性就不會受到影響。
傘狀託盤上環向鋼筋1或徑向鋼筋2，若在碎石袋15的不均勻壓力作用下發生一定的變形，其一般不會影響錨固基礎錨泊力的正常發揮。
傘狀託盤整體呈扁平的軸對稱傘狀，其重心較低，抗傾覆能力較強；傘狀託盤四周向上傾斜一定的角度，使得碎石袋15中的塊石、碎石在海流作用下不容易脫離、逃逸傘狀託盤本體；優選的，傘狀託盤四周向上傾斜的角度（與水平面的夾角）在10º~30º之間。
一種有桶形基礎及三個傘狀託盤的網箱錨固基礎的施工方法，詳細描述如下：
1）、桶形基礎貫入海床
把連繫支架9基於支座套管12套住桶形基礎5上的支座6，再把錨鏈16的一端系縛、固定在支座6的系泊孔7上，然後把三個傘狀託盤基於套筒3分別套住連繫支架9的三個定位柱13，並在定位柱13的施工孔14上綁上施工輔助鐵絲，然後通過進出水閥8抽取負壓把桶形基礎5沉貫至設計深度。
桶形基礎5的沉貫深度為桶底到桶頂的距離；同時基於錨鏈16、施工輔助鐵絲與輔助杆件把桶形基礎5及連繫支架9垂直的立於預定海床，通過抽取負壓使桶形基礎5逐漸貫入海床；若桶形基礎5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）、拋入碎石袋壓住傘狀託盤
把施工輔助鐵絲拉直處於鉛垂線狀態，沿著施工輔助鐵絲指引的位置向施工輔助鐵絲四周均勻拋入足夠的碎石袋15，使碎石袋15均勻地落在三個傘狀託盤內、壓住傘狀託盤。
施工中，應根據傘狀託盤的直徑劃定碎石袋15的入水範圍。碎石袋15的入水範圍，應略小於以鉛垂線狀態施工輔助鐵絲為中心、傘狀託盤為半徑的圓形範圍；且碎石袋15沉放順序，應以鉛垂線狀態的施工輔助鐵絲為中心對稱、均勻地投放，以避免傘狀託盤在不均勻荷載作用下發生傾斜；碎石袋15在傘狀託盤上較合理的堆疊形狀是：以鉛垂線狀態的施工輔助鐵絲為中心對稱性分布，中部略高，四周略低，質量分布均勻。
3）、錨固基礎姿態校核
校核傘狀託盤的沉放姿態，若發現傘狀託盤發生傾斜時，應往向上傾斜的一側再拋入一定的碎石袋15，使傘狀託盤儘量處於水平狀態。確認足夠多的碎石袋15落入傘狀託盤內且傘狀託盤能承擔既定的錨泊力時，即完成網箱錨固基礎的施工作業。
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，若碎石袋15壓重使傘狀託盤發生幅度較小的傾斜，其對錨固作用的正常發揮影響較小；由於前期錨鏈16已與系泊孔7相連，故不需再派潛水員進行水下系泊作業。
本發明桶形基礎能承受較大的水平荷載，具有足夠壓重的傘狀託盤能承受較大的豎向荷載，把桶形基礎與具有壓重的傘狀託盤組合後，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；傘狀託盤結構簡單，重量相對較小，其壓重來源於碎石袋，而碎石袋裝入的塊石與碎石，其取材方便、成本低廉；整體剛度大、抗拔與抗傾覆能力強，能提供較大的錨泊力。
本發明不局限於上述具體實施方式，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範圍之內。