單根鋼樁與單個水泥墩組裝式網箱錨固基礎及其施工方法與流程
2023-12-02 20:15:52
本發明涉及用於海水養殖網箱的錨固系統，更具體地，涉及一種單根鋼樁與單個水泥墩組裝式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。如在2014年的超強颱風「威馬遜」(最大風力17級)、「海鷗」(最大風力13級)及2015年的超強颱風「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。
結合錨固基礎的製作、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單根鋼樁與單個水泥墩組裝式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：
單根鋼樁與單個水泥墩組裝式網箱錨固基礎，其特徵在於，包括鋼樁與水泥墩，鋼樁外壁上設有託架，水泥墩中部設有預留孔，工作時，鋼樁打入海床，水泥墩通過預留孔套住鋼樁且壓在託架上，鋼樁與水泥墩組裝構成網箱錨固基礎。
所述的單根鋼樁與單個水泥墩組裝式網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的鋼樁為空心鋼樁，鋼樁底部設有錐狀樁尖，鋼樁外壁中上部設有十字形的託架，託架上下側的鋼樁外壁上分別設有四個對稱分布的梯形狀翼板、系泊孔。
所述的單根鋼樁與單個水泥墩組裝式網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的託架由四根鋼棒呈水平十字形分布在鋼樁外壁中上部構成，在一條直線上的兩根兩端距離與水泥墩的長度相同，託架下端面與鋼樁連接處的底部設有三角形加筋板。
所述的單根鋼樁與單個水泥墩組裝式網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的水泥墩為塊體狀，水泥墩長度與寬度相同、高度小於寬度，水泥墩中部設有貫穿的預留孔，水泥墩的四個側面上設有兩兩對稱分布的四個吊環。
所述的單根鋼樁與單個水泥墩組裝式網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的水泥墩中部設有貫穿的預留孔，其孔徑大於錨鏈穿越、鎖定、系縛系泊孔後的總體直徑。
所述的單根鋼樁與單個水泥墩組裝式網箱錨固基礎，其特徵在於，所述的鋼樁上系泊孔到託架的距離，大於水泥墩的高度。
7、一種單根鋼樁與單個水泥墩組裝式網箱錨固基礎的施工方法，其特徵在於，包括如下步驟：
1）、鋼樁貫入海床：在預定海域，先將錨鏈的一端穿過系泊孔並鎖定、固定，再利用輔助設備將鋼樁打入至海床中，鋼樁的入土深度為錐狀樁尖至託架之間的距離；
2）、沉放水泥墩：將錨鏈的另一端穿過水泥墩上的預留孔，基於水泥墩上的四個吊環，將水泥墩平穩起吊，拉緊錨鏈並調整水泥墩的姿態，使錨鏈呈鉛垂線狀，水泥墩沿著鉛垂線狀的錨鏈下放至海水中，直至水泥墩接觸海床面；
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空心鋼樁時，需再次拉起水泥墩進行修正作業，直至確認原先系泊錨鏈的系泊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後，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、本發明鋼樁上設有四個對稱分布的翼板，其能有效阻止錨固基礎在風浪作用下的扭矩與轉動；
3、本發明所提的錨固系統能適用於淤泥、沙泥質軟質海床，也能適用於砂礫、軟巖、硬巖等硬質海底，適用範圍較廣；
4、本發明所提的錨固基礎結構簡單，施工方便，抗傾覆能力強，能提供較大的錨固力。
附圖說明：
圖1為本發明的鋼樁結構示意圖。
圖2為本發明的水泥墩結構示意圖。
圖3為本發明的立體圖。
圖4為本發明的仰視立體圖。
圖5為本發明與網箱連接的使用狀態。
附圖標記說明：
1、錐狀樁尖；2、鋼樁；3、託架；4、加筋板；5、系泊孔；6、翼板；7、水泥墩；8、吊環；9、預留孔；10、錨鏈；11、網箱。
具體實施方式：
參見附圖：
一種單根鋼樁與單個水泥墩組裝式網箱錨固基礎，包括鋼樁2與水泥墩7，鋼樁2的中上部帶有託架3，水泥墩7中部設有中空的預留孔9，待空心鋼樁2打入海床設計深度後，把水泥墩7通過預留孔9套住空心鋼樁2且壓在鋼棒託架3上，使鋼樁與水泥墩組裝構成錨固基礎，共同為網箱提供錨泊力。
鋼樁2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的中下部帶四個對稱分布的翼板6，呈梯形狀，且使有坡角的斜邊指向錐狀樁尖1方向，方便鋼樁的貫入；鋼樁2的中上部帶十字架狀的託架3，其每邊的長度與水泥墩7的長度相同；鋼棒託架3與空心鋼樁2連接處的底部設有三角形加筋板4，防止託架3在水泥墩7的重力作用下發生較大變形；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，可用繩索基於系泊孔5對作空心鋼樁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的入土深度為錐狀樁尖1至託架3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長度；鋼樁2各部件與整體的強度，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到十字形託架3的距離，大於水泥墩7的高度；一般地，系泊孔5到十字架狀鋼棒託架3的距離應為水泥墩7高度的兩倍以上；特別地，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變形與屈曲。
水泥墩7的長度與寬度相同，且高度小於寬度，這樣使水泥墩7的重心較低，不容易發生傾覆；水泥墩7的四個側面兩兩對稱地設有四個吊環8，吊環一般位於各個面的中部，供水泥墩7的搬運、起吊使用。
水泥墩7中部設有貫穿的預留孔9，其孔徑大於錨鏈10穿越、鎖定、系縛系泊孔5後的總體直徑，這樣可使錨鏈10在岸上或船上提前與系泊孔5進行固定連接，不需在水下連接作業，且不影響水泥墩7的沉放施工；即錨鏈10連接系泊孔5後，水泥墩7還能較容易、方便的穿過系泊孔5而下沉、套住鋼樁2。
一種單根鋼樁與單個水泥墩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
先將錨鏈10的一端穿過系泊孔5並鎖定、固定，在岸上或船上預先完成錨鏈10與空心鋼樁2的連接。在預定海域，利用輔助設備將空心鋼樁2打入至海床中。空心鋼樁2的入土深度為錐狀樁尖1至鋼棒託架3之間的距離。
施工時，可設計、加工一個前段帶榫的鋼質輔助杆件，把榫插入鋼樁上部的空心內部，並使用簡易繩索或工程膠水使輔助杆件與空心鋼樁2連為一體，同時基於錨鏈10與輔助杆件把空心鋼樁2垂直的立於預定海床，通過錘擊輔助杆件把空心鋼樁2貫入海床中。空心鋼樁2被貫入至設計深度後，旋轉、扭動輔助杆件，破壞之前的簡易繩索或工程膠水，拔出輔助杆件即完成空心鋼樁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，若空心鋼樁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
將錨鏈10的另一端穿過水泥墩7上的預留孔9，基於水泥墩7上的四個吊環8，將水泥墩7平穩起吊，拉緊錨鏈並調整水泥墩7的姿態，使錨鏈呈鉛垂線狀，水泥墩7沿著鉛垂線狀的錨鏈下放至海水中，直至水泥墩7接觸海床。
施工時使錨鏈呈鉛垂線狀，是為了使水泥墩7能垂直的下沉套住空心鋼樁2，錨鏈起到引導、定位與糾正水泥墩7的下沉方向作用；水泥墩7垂直下沉過程中，與錨鏈的摩擦較小。
3）、錨固基礎姿態校核
檢查水泥墩7的沉放姿態，需確認水泥墩7是否成功套住空心鋼樁2。若發現水泥墩7未套住空心鋼樁2時，需再次拉起水泥墩7進行修正作業，直至確認原先系泊錨鏈10的系泊孔5已高出水泥墩7的頂面時，即完成網箱錨固基礎的施工作業。由於前期錨鏈10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；鋼樁上設有四個對稱分布的翼板，其能有效阻止錨固基礎在風浪作用下的扭轉；所提的錨固系統能適用於淤泥、沙泥質軟質海床，也能適用於砂礫、軟巖、硬巖等硬質海底，適用範圍較廣；所提的錨固基礎結構簡單，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。