技术领域
[0001] 本
发明涉及深
水网箱的锚泊技术领域，具体是一种可伸长的注浆式锚泊基础及其施工方法。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 另一方面，海洋工程中常用到鱼雷锚。鱼雷锚是动
力贯入锚的一种，一般长约15m，重达130吨。锚自身的形状类似鱼雷，故得名鱼雷锚。鱼雷锚可分为有
尾翼和无尾翼两种类型，有尾翼的锚身一般有4个尾鳍。鱼雷锚锚身形如圆柱状，内部中空，可以填充高
密度的材料如
混凝土、废金属等来增加自重和降低锚
重心而维持其
稳定性，下端部呈锥形状，便于贯入海床土体中。鱼雷锚安装快捷方便，安装时不需要借助任何外力，仅需在离海底足够高的
位置将其垂直释放，使其靠自身重力下落，并在碰撞海底时，借助高
加速度导致的巨大
惯性力而贯穿海床至一定深度。通常释放高度在距海底30m时能达到17m/s的最终碰撞速度，贯入深度约为7m，在150m时能达到30m/s以上，贯入深度约为20m。可见，鱼雷锚具有结构简单、可重复使用、制造成本低、安装便捷的特点，非常适合海上的施工环境。若能利用该优点，将鱼雷锚改造成一种施工工具，必将促进海洋锚泊基础施工技术的进步与发展。
[0004] 本发明关注的问题为：在淤泥、淤泥质黏土等软质海床土体中，利用鱼雷锚的施工便利性，发展一种基于鱼雷锚施工的深水网箱可伸长、注浆式新型锚泊基础，且具有施工简便、造价低、抗拔承载力大的特征。
发明内容
[0005] 本发明目的就是为了弥补已有技术的
缺陷，提供一种可伸长的注浆式锚泊基础及其施工方法，锚泊基础由上部
钢架、下部钢架与注浆体组成，施工过程中上部钢架与下部钢架可发生相对伸长，具有埋入海床深度大、高度大、抗拔承载力高的特征。
[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0007] 一种可伸长的注浆式锚泊基础，其特征在于：包括有注浆体以及相互配合的上部钢架和下部钢架，所述的上部钢架为由多根第一钢条和多根钢管围成的筒形结构，所述多根第一钢条和多根钢管的下端外侧固定连接有第一固定环，所述多根第一钢条的上端固定连接有环形端头，所述的环形端头外壁上固定连接有系泊环并连接有锚链，所述多根钢管的上端固定连接有圆环管，所述的圆环管固定连接在所述环形端头的下部，所述圆环管的内部中空，圆环管的一侧固定连接有与其内部相通连接管，圆环管与所述多根钢管形成内部互通的注浆通道；所述多根钢管的下端均封闭，多根钢管在朝向所述上部钢架中心的一侧均设有呈
自上而下依次分布的多个注浆孔；
[0008] 所述的下部钢架为由多根第二钢条围成的筒形结构，所述多根第二钢条的上端外侧固定连接有第二固定环，多根第二钢条的下端固定连接有锚头；所述下部钢架的相邻第二钢条之间的间隙正好能对应的嵌入、组装所述上部钢架的各第一钢条和各钢管，所述的上部钢架与下部钢架相互配合组装后，可进行背向拉伸与相向收缩运动，上部钢架与下部钢架背向拉伸至最大距离时，所述的第一固定环与第二固定环相互抵触；所述的注浆体为
浆液硬化板结体，注浆体包裹在背向拉伸至最大距离时的上部钢架与下部钢架的外部。
[0009] 所述的可伸长的注浆式锚泊基础，其特征在于：所述的多根第一钢条和多根钢管呈等间隔、交替分布。
[0010] 所述的可伸长的注浆式锚泊基础，其特征在于：所述的系泊环有二个，在所述环形端头外壁上呈相对分布。
[0011] 所述的可伸长的注浆式锚泊基础，其特征在于：所述的多根第二钢条呈等间隔分布。
[0012] 所述的一种可伸长的注浆式锚泊基础，其特征在于：所述多根第一钢条和多根钢管的内侧边缘至所述上部钢架中
心轴线的距离与所述多根第二钢条的内侧边缘至所述下部钢架中心轴线的距离相等。
[0013] 所述的一种可伸长的注浆式锚泊基础，其特征在于：所述的上部钢架与下部钢架相互配合组装后，上部钢架的各第一钢条、钢管与下部钢架各第二钢条呈等间隔、交替分布，组装后各相邻钢条、钢管之间不发生相互
接触。
[0014] 一种可伸长的注浆式锚泊基础的施工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
[0015] (1)、组装上部钢架、下部钢架和鱼雷锚：将上部钢架与下部钢架相互配合组装，使得下部钢架相邻第二钢条之间的间隙正好能对应的嵌入、组装上部钢架的各第一钢条和各钢管，组装后第一、二固定环均包裹在上部钢架和下部钢架的外围，上部钢架与下部钢架背向拉伸至最大距离时，第一固定环与第二固定环相互抵触；将锚链的端部采用分锚链对称的系泊在环形端头上的二个系泊环上，将注浆管绑定在锚链的一侧，且将注浆管与连接管固定连接；将上部钢架与下部钢架相向收缩到最小长度后，将无尾翼鱼雷锚的锚身穿越、套入上部钢架与下部钢架的内部，使得锚身的下端水平且压在锚头的顶面上，以下简称鱼雷锚，将施工绳索连接在鱼雷锚上端的吊杆上；使用后续可解脱的简单方式使鱼雷锚与上部钢架、下部钢架绑定相连，基于施工绳索平稳的起吊鱼雷锚使其垂直悬吊于海床上方；
[0016] (2)、释放施工绳索：下放锚链一定的长度使其处松弛状态且对鱼雷锚的快速下沉影响降到最低，然后释放施工绳索，使上部钢架、下部钢架在鱼雷锚自重作用下快速下沉并贯入海床；
[0017] (3)、注浆和移除鱼雷锚：将注浆管与注浆系统连接，开启注浆系统使浆液通过多根钢管上的多个注浆孔涌出；同时向上张拉施工绳索，张拉过程中使鱼雷锚与上部钢架、下部钢架之间的连接发生解脱与失效，使锚身与上部钢架、下部钢架逐步分离，最终将鱼雷锚拉起、移除，上部钢架和下部钢架遗留在海床土体中；鱼雷锚提离上部钢架和下部钢架时，注浆系统注入浆液的体积不小于上部钢架和下部钢架内部中空部分的体积；
[0018] (4)、注浆和拉伸上部钢架：继续注浆，同时向上张拉锚链，使上部钢架相对于下部钢架发生向上移动，即使得上部钢架与下部钢架进行背向拉伸运动，直至上部钢架向上移动至第一固定环与第二固定环相互抵触，即上部钢架与下部钢架背向拉伸至最大距离时，停止张拉锚链；浆液逐渐充满下部钢架和上部钢架的内部并向外围蔓延，当注入浆液的体积达到设计值后，停止注浆，浆液硬化板结后形成注浆体并包裹住下部钢架和上部钢架，下部钢架和上部钢架与注浆体结合成整体，形成锚泊基础。
[0019] 与
现有技术相比，本发明具有下列优点：
[0020] (1)、本发明的上部钢架和下部钢架基于无翼鱼雷锚施工贯入海床，鱼雷锚较大的自重能将上部钢架与下部钢架贯入至较深的海床中，安装便捷，施工时间短，非常适合海上的施工环境。
[0021] (2)、贯入海床时上部钢架与下部钢架相向收缩，长度小，与海床土体摩擦小，便于贯入海床；注浆时上部钢架与下部钢架背向拉伸至最大距离，相当于桩的长度大，后续与海床土体
摩擦力大，提高了锚泊基础的抗拔承载力。
[0022] (3)、本发明通过注浆管对上部钢架和下部钢架内部进行注浆，浆液填充上部钢架和下部钢架的内部并逐渐向外蔓延，最终浆液包裹上部钢架和下部钢架，相当于现浇
钢筋混凝土结构，整体性强；浆液硬化后与上部钢架和下部钢架形成整体，其与四周土体接触紧密，注浆体的自重、与四周土体的摩擦力、上覆海床土体的自重等构成锚泊基础的抗拔承载力，抗拔承载力较大。
附图说明
[0023] 图1为本发明上部钢架和下部钢架相向收缩后相叠合的结构示意图。
[0024] 图2为本发明上部钢架和下部钢架背向拉伸的结构示意图。
[0025] 图3为本发明上部钢架和下部钢架背向拉伸示至最大距离时的结构示意图。
[0026] 图4为本发明的上部钢架的三维结构示意图一。
[0027] 图5为本发明的上部钢架的三维结构示意图二。
[0028] 图6为本发明的上部钢架中的注浆管道的结构示意图。
[0029] 图7为本发明的上部钢架在第一固定环处的横截面剖面图。
[0030] 图8为本发明的下部钢架的三维结构示意图一。
[0031] 图9为本发明的下部钢架的三维结构示意图二。
[0032] 图10为本发明的下部钢架在第二固定环处的横截面剖面图。
[0033] 图11为本发明施工用的鱼雷锚的三维结构示意图。
[0034] 图12为图11的剖面图。
[0035] 图13为施工时上部钢架、下部钢架和鱼雷锚的组装示意图。
[0036] 图14为施工时上部钢架和鱼雷锚组装后在第一固定环处的横截面剖面图。
[0037] 图15为施工时下部钢架和鱼雷锚组装后在第二固定环处的横截面剖面图。
[0038] 图16为本发明上部钢架和下部钢架施工前垂吊于海床上方的示意图。
[0039] 图17为本发明上部钢架和下部钢架依靠鱼雷锚贯入海床的示意图。
[0040] 图18为鱼雷锚撤除后的上部钢架和下部钢架的
姿态示意图。
[0041] 图19为基于锚链拉伸上部钢架至最大距离时的结构示意图。
[0042] 图20为基于注浆管注浆后形成的锚泊基础示意图。
[0043] 附图标记说明：1、锚头；2-1、第一固定环；2-2、第二固定环；3、多根钢管；4-1、多根第一钢条；4-2、多根第二钢条；5、圆环管；6、连接管；7、环形端头；8、系泊环；9、多个注浆孔；10、注浆管；11、锚身；12、端头；13、吊杆；14、填充物；15、锚链；16、施工绳索；17、注浆体；A、海床面。
具体实施方式
[0044] 参见附图，一种可伸长的注浆式锚泊基础，包括有注浆体17以及相互配合的上部钢架和下部钢架，上部钢架为由多根第一钢条4-1和多根钢管3(一般不少于二根)围成的筒形结构，多根第一钢条4-1和多根钢管3的下端外侧固定连接有第一固定环2-1，多根第一钢条4-1的上端固定连接有环形端头7，环形端头7外壁上固定连接有系泊环8并连接有锚链15，多根钢管3的上端固定连接有圆环管5，圆环管5固定连接在环形端头7的下部，圆环管5的内部中空，圆环管5的一侧固定连接有与其内部相通连接管6，圆环管5与多根钢管3形成内部互通的注浆通道；多根钢管3的下端均封闭，多根钢管3在朝向上部钢架中心的一侧均设有呈自上而下依次分布的多个注浆孔9；
[0045] 下部钢架为由多根第二钢条4-2围成的筒形结构，多根第二钢条4-2的上端外侧固定连接有第二固定环2-2，多根第二钢条4-2的下端固定连接有锚头1；下部钢架的相邻第二钢条之间的间隙正好能对应的嵌入、组装上部钢架的各第一钢条和各钢管，上部钢架与下部钢架相互配合组装后，可进行背向拉伸与相向收缩运动，上部钢架与下部钢架背向拉伸至最大距离时，第一固定环2-1与第二固定环2-2相互抵触；注浆体为浆液硬化板结体，注浆体包裹在背向拉伸至最大距离时的上部钢架与下部钢架的外部。
[0046] 上述提及的“上部”、“下部”、“上端”、“下端”、“外侧”等方位词，是基于所提锚泊基础施工时的姿态来确定的。施工时上部钢架和下部钢架悬吊于海床上方，且处于
铅锤状态，如图17～图19所示。在此姿态下，来确定各方位词的具体指向，
说明书中其它地方所提的方位词也按此姿态推定得到。上述方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了描述方便，而不是指示或者暗示所指的装置或者构件必须具有特定的方位、构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0047] 本发明中，多根第一钢条4-1和多根钢管3呈等间隔、交替分布。
[0048] 系泊环8有二个，在环形端头7外壁上呈相对分布。
[0049] 多根第二钢条4-2呈等间隔分布。
[0050] 多根第一钢条4-1和多根钢管3的内侧边缘至上部钢架中心轴线的距离与多根第二钢条4-2的内侧边缘至下部钢架中心轴线的距离相等。
[0051] 上部钢架与下部钢架相互配合组装后，上部钢架的各第一钢条、钢管与下部钢架各第二钢条呈等间隔、交替分布，组装后各相邻钢条、钢管之间不发生相互接触。
[0052] 锚头1呈圆锥形形状，其上表面水平。
[0053] 图1表示了上部钢架与下部钢架相向收缩至最小距离的情况，图2表示了上部钢架与下部钢架背向伸长时的情况，图3表示了上部钢架与下部钢架背向伸长至最大距离时的情况。
[0054] 本发明的锚泊基础使用鱼雷锚进行施工；鱼雷锚包括锚身11，锚身11内部中空，锚身11的下端呈水平状，锚身11的上端设有端头12，端头12的外径大于锚身11的外径，端头12的内部设置吊杆13；锚身11的外径小于上部钢架与下部钢架的内部中空直径，端头12的外径大于上部钢架与下部钢架的外径。鱼雷锚的结构如图11与图12所示。
[0055] 环形端头7与端头12的内径与外径均分别相等。
[0056] 锚身11的内部中空，中空处装入填充物14，填充物14可选用高密度的材料如混凝土、废金属等，用以增加鱼雷锚自重和降低鱼雷锚重心，维持鱼雷锚贯入海床过程中的稳定性与铅垂度。
[0057] 锚身11的长度大于上部钢架和下部钢架的长度，使鱼雷锚与收缩状态的上部钢架和下部钢架组装时锚身11的底部能接触、压住锚头1的上端面。施工时，鱼雷锚与上部钢架、下部钢架的组装如图13所示，横截面如图14与图15所示。
[0058] 一种可伸长的注浆式锚泊基础的施工方法，具体包括以下步骤：
[0059] (1)、组装上部钢架、下部钢架和鱼雷锚：将上部钢架与下部钢架相互配合组装，使得下部钢架相邻第二钢条之间的间隙正好能对应的嵌入、组装上部钢架的各第一钢条和各钢管，组装后第一、二固定环2-1、2-2均包裹在上部钢架和下部钢架的外围，上部钢架与下部钢架背向拉伸至最大距离时，第一固定环2-1与第二固定环2-2相互抵触；将锚链15的端部采用分锚链对称的系泊在环形端头7上的二个系泊环8上，将注浆管10绑定在锚链15的一侧，且将注浆管10与连接管6固定连接；将上部钢架与下部钢架相向收缩到最小长度后，将无尾翼鱼雷锚的锚身11穿越、套入上部钢架与下部钢架的内部，使得锚身11的下端水平且压在锚头1的顶面上，以下简称鱼雷锚，将施工绳索16连接在鱼雷锚上端的吊杆13上；使用后续可解脱的简单方式使鱼雷锚与上部钢架、下部钢架绑定相连，基于施工绳索16平稳的起吊鱼雷锚使其垂直悬吊于海床上方，如图16所示。
[0060] (2)、释放施工绳索：下放锚链15一定的长度使其处松弛状态且对鱼雷锚的快速下沉影响降到最低，然后释放施工绳索16，使上部钢架、下部钢架在鱼雷锚自重作用下快速下沉并贯入海床，如图17所示。
[0061] 由于上部钢架与下部钢架相向收缩至最小距离，外表面积最小，与海床土体摩擦小，便于贯入海床。上部钢架和下部钢架基于无翼鱼雷锚施工贯入海床，鱼雷锚较大的自重能将上部钢架和下部钢架贯入至较深的海床中，安装便捷，施工时间短，非常适合海上的施工环境。
[0062] 对于淤泥、淤泥质软质海床土体，海床表层土体强度低、厚度大，锚泊基础需埋入较深、抵达强度相对较高的土层，才能具有较大的锚泊力。采用重量较大的鱼雷锚进行施工，能够实现该目标。
[0063] (3)、注浆和移除鱼雷锚：将注浆管10与注浆系统连接，开启注浆系统使浆液通过多根钢管3上的多个注浆孔9涌出；同时向上张拉施工绳索16，张拉过程中使鱼雷锚与上部钢架、下部钢架之间的连接发生解脱与失效，使锚身11与上部钢架、下部钢架逐步分离，最终将鱼雷锚拉起、移除，上部钢架和下部钢架遗留在海床土体中，如图18所示；鱼雷锚提离上部钢架和下部钢架时，注浆系统注入浆液的体积不小于上部钢架和下部钢架内部中空部分的体积。
[0064] 移除鱼雷锚的同时进行注浆，确保鱼雷锚向上移动时产生的空隙体积及时被注浆体填充，防止被海床土体填充而降低了后续注浆板结体的整体强度。
[0065] 由于鱼雷锚的四周被上部钢架和下部钢架所包围，鱼雷锚外壁与上部钢架和下部钢架之间存在缝隙，故鱼雷锚受到的摩阻力较小，起吊鱼雷锚所需的荷载较小，便于海上施工(如果鱼雷锚四周被海床土体包围，起吊鱼雷锚将非常困难)。
[0066] (4)、注浆和拉伸上部钢架：继续注浆，同时向上张拉锚链15，使上部钢架相对于下部钢架发生向上移动，即使得上部钢架与下部钢架进行背向拉伸运动，直至上部钢架向上移动至第一固定环2-1与第二固定环2-2相互抵触，即上部钢架与下部钢架背向拉伸至最大距离时，停止张拉锚链15，如图19所示；浆液逐渐充满下部钢架和上部钢架的内部并向外围蔓延，当注入浆液的体积达到设计值后，停止注浆，浆液硬化板结后形成注浆体17并包裹住下部钢架和上部钢架，下部钢架和上部钢架与注浆体17结合成整体，形成锚泊基础，如图20所示。
[0067] 注浆管10一般采用中空、柔性、无接缝的塑料管，能承受一定的注浆压力，价格低廉，施工结束后无需回收。注浆管10应具有足够的强度，在施工过程中不发生破损与断裂。由于注浆具有一定的压力，故注浆体17能将强度较低的海床土体压缩、挤开。
[0068] 由于下部钢架的下端设有重量较大的锚头1，且下部钢架内部已填满注浆、上部钢架与下部钢架之间摩擦力较小，故锚链15拉力提起上部钢架时，下部钢架不会跟随上部钢架一起向上移动，在下部钢架基本不动的情况下上部钢架逐渐上移，直至上部钢架向上移动至上部钢架与下部钢架的第一固定环2-1与第二固定环2-2相互抵触。
[0069] 注浆时上部钢架与下部钢架背向拉伸至最大距离，长度大，后续与海床土体摩擦力大，提高了锚泊基础的抗拔承载力；通过注浆管10对上部钢架和下部钢架内部进行注浆，浆液填充上部钢架和下部钢架的内部并逐渐向外蔓延，最终浆液包裹上部钢架和下部钢架，相当于现浇
钢筋混凝土结构，整体性强。浆液硬化板结后与上部钢架和下部钢架形成整体，其与四周土体接触紧密，注浆体17的自重、与四周土体的摩擦力、上覆海床土体的自重等构成锚泊基础的抗拔承载力，抗拔承载力较大。
[0070] 浆液的
固化板结需要一定的时间，锚泊基础上方被扰动破坏海床土体的强度恢复也需要一定时间。故应待浆液充分固化板结、海床土体强度恢复达到要求后，所提锚泊基础方可投入使用。
[0071] 最终浆液逐渐包裹上部钢架和下部钢架的内部和外部形成不规则的几何体。这种不规则几何体难以用图形表示，故图20中呈对称状态的注浆体实际上是不存在的，其仅作为注浆体的一种简单示意图，不代表实际情况。
[0072] 本发明所提的“可伸长”，是指施工期间上部钢架与下部钢架之间的间距也伸长。施工结束后上部钢架与下部钢架之间的距离是固定的，无法再伸长。
[0073] 浆液硬化板结后与上部钢架和下部钢架形成整体，其与四周土体接触紧密，注浆体的自重、与四周土体的摩擦力、上覆海床土体的自重等构成锚泊基础的抗拔承载力，抗拔承载力较大。本发明的施工不需要派人下水作业，施工简便，海上作业时间短，综合成本低。
[0074] 注浆体17为硬化后的
水泥砂浆、水泥浆、混凝土浆、钢
纤维混凝土浆或化学粘胶剂。可根据锚泊基础的强度要求、施工便利性、造价等因素选择注浆所用浆液的具体成分。
[0075] 本发明注浆系统的注浆方法为静压注浆、脉冲注浆、高压
喷射注浆法、电动化学注浆法、压密注浆法、袖
阀管静压注浆法或定向注浆法。可根据锚泊基础的施工阻力、造价等因素选择合适的注浆方法。
[0076] 附图中仅展示了锚泊基础的部分形状及部分连接方式的情况，按照所提思路，可以改变各构件的形状、各部分的连接方式，形成其他相关类型的可伸长的注浆式锚泊基础，其均属于本发明的等效
修改与变更，此处不再赘述。
[0077] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本
实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
[0078] 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。
