一種由廢舊輪胎累疊形成的網箱錨泊基礎

劉金龍，劉潔群

(1.合肥學院 建筑工程系，安徽 合肥 230601；2.合肥學院 計算機科學與技術系，安徽 合肥 230601)

我國20 m等深線以內的海域面積約1 600萬公頃，40 m等深線以內的海域面積約5 000萬公頃，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%，遠低于美國、日本和挪威等發達國家的水平[1,2]。因此，大力發展20 m水深以上的深水網箱養殖，向海洋索取資源、拓寬生存空間，發展“海洋牧場”、建立“海上糧倉”，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。特別地，錨泊基礎是養殖網箱在海水中的根基，起固定、系泊網箱系統的作用，錨泊基礎的失效將導致整個網箱系統的潰敗。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泊基礎破壞而被吹走損毀的[3-5]。雖然錨泊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，水泥墩錨由于其制作簡單、施工簡便、性價比高在網箱錨泊系統中使用較為普遍，其主要依靠自身重力提供錨泊力。如海南省部分深水網箱的水泥墩錨體積達到1.5 m3、重量達到3.75噸，但在12級以上臺風襲擊下仍會發生走錨、損毀現象。水泥墩錨屬于重力式錨，若要提高水泥墩錨的錨泊力，就需增加水泥墩錨的體積與重量，但水泥墩錨的體積過大導致制作與搬運的難度加大?？梢?，水泥墩錨的體積與重量有合理限值，難以按需增加與擴大。因此，有待發展新型的重力式錨泊基礎，促進深水網箱的發展。

1 廢舊輪胎制作錨泊基礎

我國每年產生的廢舊輪胎居世界前列，2015年全國廢舊輪胎產生量達到3.3億條、重量達到約1 200萬噸，并以每年約8%～10%的速度增長。到2020年，我國廢舊輪胎年產量將達2 000萬噸。如何安全、環保的處理與日俱增的廢舊輪胎，是亟待解決的問題[6，8]。若能夠把廢舊輪胎用于制作網箱錨泊基礎，一方面可以降低網箱錨泊基礎的成本與施工難度、提高錨泊基礎的錨泊力，另一方面也為廢舊輪胎的再利用提供新途徑，顯然符合資源再利用的發展需求。

1.1 廢舊輪胎配重塊

本文擬提供一種由廢舊輪胎制作與組裝而成的網箱重力式錨泊基礎，其主要由廢舊輪胎配重塊構成。廢舊輪胎配重塊為廢舊輪胎內部凹槽空間內綁扎構造鋼筋并澆筑混凝土形成，且在對稱軸處設置預留孔，如圖1所示。文中附圖標記統一說明如下：1—廢舊輪胎；2—鋼筋混凝土；3—預留孔；4—錨固板；5—肋板；6—環形板；7—套孔；8—錨鏈；9—網箱。

圖1 廢舊輪胎配重塊示意圖

以常見小轎車輪胎型號195/60R15為例，其內腔體積約為0.055 m3，內槽澆筑鋼筋混凝土后整體重量約為130 kg。若廢舊輪胎層疊形成的網箱錨泊基礎共用20個該類型的廢舊輪胎配重塊，總重量約為2.6噸；若使用30個該類型的廢舊輪胎配重塊，總重量約為3.9噸。如采用大卡車的廢舊輪胎制作配重塊，其重量更大。盡量選用同一型號的廢舊輪胎制作配重塊。

利用廢舊輪胎制作配重塊，一方面廢舊輪胎為外框架可省去模板，另一方面廢舊輪胎可有效保護其內槽內的鋼筋混凝土，混凝土內僅配少量構造鋼筋即可，整體價格低廉，具有經濟性與實用性。

1.2 錨固支架

錨固支架主體為三根相互成120°夾角的錨固板，三根錨固板的一端通過環形板相連，環形板的中部設置套孔，三根錨固板之間均勻、對稱地設置肋板，錨固板的外端呈尖狀，如圖2所示。套孔的直徑大于廢舊輪胎配重塊上預留孔的直徑。錨固板的長度為廢舊輪胎直徑的兩倍以上。

圖2 錨固支架結構示意圖

錨固支架的三根錨固板相互成120°夾角，使得錨泊基礎平臥于海床時，不管姿態如何錨固支架的兩根錨固板均能接觸、插入海床中，一方面可起到固定錨泊基礎的作用，避免錨泊基礎發生橫向與側向的滑動、滾動；另一方面增加錨泊基礎與海床的摩擦力，為錨泊基礎提供足夠的抓地力。

錨固支架的各構件均為鋼質或鐵質，各構件通過焊接形成整體。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。

1.3 錨泊基礎的施工

廢舊輪胎層疊形成的網箱錨泊基礎的施工方法，描述如下：

1)沉放點定位

可預先在岸上或船上，把錨鏈的一端穿過套孔與錨固支架系縛與固定。系縛部應滿足各類惡劣工況作用而不發生松動與失效。在預定海域，選定較為平整的海床，把系縛好錨鏈的錨固支架扔入海中，并使錨固支架水平的接觸海床。

2)沉放廢舊輪胎配重塊

把廢舊輪胎配重塊通過預留孔套住錨鏈，并把錨鏈拉直使其垂直海面，再使廢舊輪胎配重塊在自重作用下沿著豎直的錨鏈滑入海中，如此循環沉放多個廢舊輪胎配重塊。在套入一定數量的廢舊輪胎配重塊后，再把一個錨固支架基于套孔套住錨鏈滑入海中，接著再沉放多個廢舊輪胎配重塊。如此交替循環，最終形成錨固支架與多個廢舊輪胎配重塊間隔、交替分布的結構形式，如圖3所示。

圖3 錨泊基礎結構示意圖

錨鏈起到引導、定位廢舊輪胎配重塊下沉的作用。保持錨鏈豎直狀態，一方面使廢舊輪胎配重塊下沉的過程中與錨鏈之間的摩擦較小，另一方面使各廢舊輪胎配重塊在海床上能平整地堆疊、碼放。

3)平臥層疊形成的廢舊輪胎配重塊

錨固支架與廢舊輪胎配重塊沉放結束后，其初始理想姿態為垂直立于海床上。利用外力斜拉錨鏈，使原先垂直立于海床上的層疊狀廢舊輪胎配重塊發生傾覆，最終倒塌形成平臥狀，傾覆后三角狀的錨固支架必然有兩個錨固板扎入海床中，使錨固支架與廢舊輪胎配重塊共同與海床發生摩擦提供錨泊力，從而形成網箱錨泊基礎，如圖4所示。

圖4 錨泊基礎連接網箱示意圖

由于各廢舊輪胎配重塊之間靠錨鏈相連，而錨鏈為柔性結構，故各廢舊輪胎配重塊在自重作用下壓迫海床發生下沉。若海床不均勻，部分廢舊輪胎配重塊可能陷入海床中較深，而部分廢舊輪胎配重塊可能陷入海床中較淺，但這并不影響錨泊力的發揮。相反，廢舊輪胎配重塊陷入海床后，還能增加與海床之間的摩擦，進而提高錨泊力。各廢舊輪胎配重塊之間即使未緊密接觸而具有一定的距離，也對錨泊力無影響。

利用外力斜拉錨鏈使堆疊的廢舊輪胎配重塊呈平臥狀，確認各錨固支架已插入海床后，即完成網箱錨泊基礎的施工作業。整個過程不需派潛水員進行水下作業。

實際情況中，可根據錨泊力的需要來確定廢舊輪胎配重塊與錨固支架的具體數量。本設計方案的優勢在于，對廢舊輪胎配重塊與錨固支架的數量無限制，可根據實際情況靈活選用。鑒于廢舊輪胎配重塊與錨固支架的成本較低，建議盡量選用較多數量的廢舊輪胎配重塊與錨固支架，使形成的網箱錨泊基礎具有足夠的安全儲備。

特別地，所提錨泊基礎較適用于淤泥質、砂質等軟質海床中，即需確保錨固板能順利插入海床中。在硬質海床中，海床強度較高，錨固板無法插入海床中，導致錨固支架的固定作用失效，錨泊基礎在外力作用下可能發生橫向與側向的滑動與滾動，導致錨泊基礎的錨泊效果降低。

多個錨固支架扎入海床中能提供足夠的抓地力，使得錨泊基礎整體與海床緊密接觸，能提供較大的錨泊力；所提的錨泊基礎施工簡便，海上作業時間短，不需進行水下作業，無需大型起重設備，施工成本低。

2 結語

錨泊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。雖然錨泊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。傳統的水泥墩錨受到體積與重量的限制，難以提供較大的錨泊力。本文以廢舊輪胎為依托，提出了一種由廢舊輪胎累疊形成的網箱錨泊基礎，其制作與施工簡便，海上作業時間短，無需大型起重設備，能提供較大的錨泊力，具有經濟性與實用性。

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