一种由废旧轮胎累叠形成的网箱锚泊基础

刘金龙，刘洁群

(1.合肥学院 建筑工程系，安徽 合肥 230601；2.合肥学院 计算机科学与技术系，安徽 合肥 230601)

我国20 m等深线以内的海域面积约1 600万公顷，40 m等深线以内的海域面积约5 000万公顷，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[1,2]。因此，大力发展20 m水深以上的深水网箱养殖，向海洋索取资源、拓宽生存空间，发展“海洋牧场”、建立“海上粮仓”，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。特别地，锚泊基础是养殖网箱在海水中的根基，起固定、系泊网箱系统的作用，锚泊基础的失效将导致整个网箱系统的溃败。如在2014年的超强台风“威马逊”(最大风力17级)、“海鸥”(最大风力13级)及2015年的超强台风“灿鸿”(最大风力16级)、“苏迪罗”(最大风力17级)袭击下，海南省的深水网箱养殖业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泊基础破坏而被吹走损毁的[3-5]。虽然锚泊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，水泥墩锚由于其制作简单、施工简便、性价比高在网箱锚泊系统中使用较为普遍，其主要依靠自身重力提供锚泊力。如海南省部分深水网箱的水泥墩锚体积达到1.5 m3、重量达到3.75吨，但在12级以上台风袭击下仍会发生走锚、损毁现象。水泥墩锚属于重力式锚，若要提高水泥墩锚的锚泊力，就需增加水泥墩锚的体积与重量，但水泥墩锚的体积过大导致制作与搬运的难度加大。可见，水泥墩锚的体积与重量有合理限值，难以按需增加与扩大。因此，有待发展新型的重力式锚泊基础，促进深水网箱的发展。

1 废旧轮胎制作锚泊基础

我国每年产生的废旧轮胎居世界前列，2015年全国废旧轮胎产生量达到3.3亿条、重量达到约1 200万吨，并以每年约8%～10%的速度增长。到2020年，我国废旧轮胎年产量将达2 000万吨。如何安全、环保的处理与日俱增的废旧轮胎，是亟待解决的问题[6，8]。若能够把废旧轮胎用于制作网箱锚泊基础，一方面可以降低网箱锚泊基础的成本与施工难度、提高锚泊基础的锚泊力，另一方面也为废旧轮胎的再利用提供新途径，显然符合资源再利用的发展需求。

1.1 废旧轮胎配重块

本文拟提供一种由废旧轮胎制作与组装而成的网箱重力式锚泊基础，其主要由废旧轮胎配重块构成。废旧轮胎配重块为废旧轮胎内部凹槽空间内绑扎构造钢筋并浇筑混凝土形成，且在对称轴处设置预留孔，如图1所示。文中附图标记统一说明如下：1—废旧轮胎；2—钢筋混凝土；3—预留孔；4—锚固板；5—肋板；6—环形板；7—套孔；8—锚链；9—网箱。

图1 废旧轮胎配重块示意图

以常见小轿车轮胎型号195/60R15为例，其内腔体积约为0.055 m3，内槽浇筑钢筋混凝土后整体重量约为130 kg。若废旧轮胎层叠形成的网箱锚泊基础共用20个该类型的废旧轮胎配重块，总重量约为2.6吨；若使用30个该类型的废旧轮胎配重块，总重量约为3.9吨。如采用大卡车的废旧轮胎制作配重块，其重量更大。尽量选用同一型号的废旧轮胎制作配重块。

利用废旧轮胎制作配重块，一方面废旧轮胎为外框架可省去模板，另一方面废旧轮胎可有效保护其内槽内的钢筋混凝土，混凝土内仅配少量构造钢筋即可，整体价格低廉，具有经济性与实用性。

1.2 锚固支架

锚固支架主体为三根相互成120°夹角的锚固板，三根锚固板的一端通过环形板相连，环形板的中部设置套孔，三根锚固板之间均匀、对称地设置肋板，锚固板的外端呈尖状，如图2所示。套孔的直径大于废旧轮胎配重块上预留孔的直径。锚固板的长度为废旧轮胎直径的两倍以上。

图2 锚固支架结构示意图

锚固支架的三根锚固板相互成120°夹角，使得锚泊基础平卧于海床时，不管姿态如何锚固支架的两根锚固板均能接触、插入海床中，一方面可起到固定锚泊基础的作用，避免锚泊基础发生横向与侧向的滑动、滚动；另一方面增加锚泊基础与海床的摩擦力，为锚泊基础提供足够的抓地力。

锚固支架的各构件均为钢质或铁质，各构件通过焊接形成整体。各部件与整体的强度，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。

1.3 锚泊基础的施工

废旧轮胎层叠形成的网箱锚泊基础的施工方法，描述如下：

1)沉放点定位

可预先在岸上或船上，把锚链的一端穿过套孔与锚固支架系缚与固定。系缚部应满足各类恶劣工况作用而不发生松动与失效。在预定海域，选定较为平整的海床，把系缚好锚链的锚固支架扔入海中，并使锚固支架水平的接触海床。

2)沉放废旧轮胎配重块

把废旧轮胎配重块通过预留孔套住锚链，并把锚链拉直使其垂直海面，再使废旧轮胎配重块在自重作用下沿着竖直的锚链滑入海中，如此循环沉放多个废旧轮胎配重块。在套入一定数量的废旧轮胎配重块后，再把一个锚固支架基于套孔套住锚链滑入海中，接着再沉放多个废旧轮胎配重块。如此交替循环，最终形成锚固支架与多个废旧轮胎配重块间隔、交替分布的结构形式，如图3所示。

图3 锚泊基础结构示意图

锚链起到引导、定位废旧轮胎配重块下沉的作用。保持锚链竖直状态，一方面使废旧轮胎配重块下沉的过程中与锚链之间的摩擦较小，另一方面使各废旧轮胎配重块在海床上能平整地堆叠、码放。

3)平卧层叠形成的废旧轮胎配重块

锚固支架与废旧轮胎配重块沉放结束后，其初始理想姿态为垂直立于海床上。利用外力斜拉锚链，使原先垂直立于海床上的层叠状废旧轮胎配重块发生倾覆，最终倒塌形成平卧状，倾覆后三角状的锚固支架必然有两个锚固板扎入海床中，使锚固支架与废旧轮胎配重块共同与海床发生摩擦提供锚泊力，从而形成网箱锚泊基础，如图4所示。

图4 锚泊基础连接网箱示意图

由于各废旧轮胎配重块之间靠锚链相连，而锚链为柔性结构，故各废旧轮胎配重块在自重作用下压迫海床发生下沉。若海床不均匀，部分废旧轮胎配重块可能陷入海床中较深，而部分废旧轮胎配重块可能陷入海床中较浅，但这并不影响锚泊力的发挥。相反，废旧轮胎配重块陷入海床后，还能增加与海床之间的摩擦，进而提高锚泊力。各废旧轮胎配重块之间即使未紧密接触而具有一定的距离，也对锚泊力无影响。

利用外力斜拉锚链使堆叠的废旧轮胎配重块呈平卧状，确认各锚固支架已插入海床后，即完成网箱锚泊基础的施工作业。整个过程不需派潜水员进行水下作业。

实际情况中，可根据锚泊力的需要来确定废旧轮胎配重块与锚固支架的具体数量。本设计方案的优势在于，对废旧轮胎配重块与锚固支架的数量无限制，可根据实际情况灵活选用。鉴于废旧轮胎配重块与锚固支架的成本较低，建议尽量选用较多数量的废旧轮胎配重块与锚固支架，使形成的网箱锚泊基础具有足够的安全储备。

特别地，所提锚泊基础较适用于淤泥质、砂质等软质海床中，即需确保锚固板能顺利插入海床中。在硬质海床中，海床强度较高，锚固板无法插入海床中，导致锚固支架的固定作用失效，锚泊基础在外力作用下可能发生横向与侧向的滑动与滚动，导致锚泊基础的锚泊效果降低。

多个锚固支架扎入海床中能提供足够的抓地力，使得锚泊基础整体与海床紧密接触，能提供较大的锚泊力；所提的锚泊基础施工简便，海上作业时间短，不需进行水下作业，无需大型起重设备，施工成本低。

2 结语

锚泊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。虽然锚泊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。传统的水泥墩锚受到体积与重量的限制，难以提供较大的锚泊力。本文以废旧轮胎为依托，提出了一种由废旧轮胎累叠形成的网箱锚泊基础，其制作与施工简便，海上作业时间短，无需大型起重设备，能提供较大的锚泊力，具有经济性与实用性。

参考文献：

[1]许条建.离岸组合式网箱水动力特征研究[D].大连：大连理工大学(博士学位论文)，2013.

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