水文測流纜道塔架基礎、地錨承載力設計實例分析

摘 要：水文測流鉛魚纜道是我國水文站主要測流設施。文章通過五營水文站水文電動纜道設計實例分析，重新計算了新選取的塔架基礎、地錨的承載力的各項要求，新選取的塔架基礎、地錨有效地提高了五營站水文測流鉛魚纜道的測洪能力。改變了原有手搖纜道測洪能力低、測驗設備陳舊的原始測流方式。經過科學計算，保證了設備、人員在水文流量測量工程中的安全，極大地提高了五營站水文測驗的精度和測洪能力要求。

關鍵詞：五營站；水文測流鉛魚纜道；塔架基礎；地錨；承載力分析

前言

水文測流纜道是我國水文測站進行測流、取沙的一項重要技術設備，主要是由主索、循環索、支架、地錨等設施設備組成。建設過程要做到準確可靠、經濟合理、方便實用。為達到各項要求，就要做到設計有科學根據、安全系數選用合理、用材適當等方面。文章主要通過五營水文站建設水文測流鉛魚纜道的實例對選用的塔架基礎和地錨進行科學的計算，保證所選取的塔架基礎、地錨能夠保證滿足水文測流鉛魚纜道測驗的要求。改變原有比較原始的手搖纜道測流現狀。通過計算分析水文測流鉛魚纜道在五營站的可行性，并利用實際計算結果對五營水文站進行改造升級。將分析結果利用到實際工作中。

1 五營水文測站概況

五營水文站于1955年5月設立，站級為基本流量站，位于伊春市五營區北四公里處，地理坐標為東經129°15′，北緯48°08′，集水面積4160km2，河長492km，距離河口346km，流域平均坡降3.14‰，河底平均坡降1.75‰，流域地勢北高南低，河流總的走向由東北流向西南。五營水文站系湯旺河水系上游控制站，為該流域防汛，水資源開發利用測取各項水文資料，對伊春林區經濟發展起著重要作用。

2 五營站水文測流纜道改進設計實例分析

2.1 五營站水文測流纜道現狀

五營水文站手搖纜車建于1980年，設計標準為二十年一遇洪水。手搖纜車為該站主要測驗設備，已經運行了20多年，近年來由于運行維護經費短缺，其主要部件破損嚴重。原有手搖纜道測量測驗最高水位為288.75m、可測最大流量1610m3/s、可測最大流速3.0m/s。如遇再高洪水只能放棄使用手搖纜道，給實際流量測驗工作帶來很大的困難。

2.2直氣壯改進設計分析

2.2.1 設計依據及要求

為整體提高五營站水文測流鉛魚纜道的實用性。改進水文測流鉛魚纜道的流量測驗能力。五營站改進后水文測流鉛魚纜道的測量標準要達到到五十年一遇洪水，流量測驗設計水位：289.76m、設計流量：2260m3/s、設計流速：5.0m/s、纜道承受設計風力：12.0m/s、水文測流鉛魚纜道主跨：297.0m、塔架基礎安全系數不小于3、地錨安全系數不小于3。

2.2.2 塔架基礎驗算

（1）塔架采用整體式基礎

a.基本數據

基礎幾何尺寸：a=2.0m；b=2.0m；ht=2.5m

安全系數：抗傾復時取2.5

砼計算容重：無水浮力影響時取2200kg/m3

土壤容重：無水浮力影響時取1800kg/m3

抗剪角β1取37°

土壤許可耐壓力[P]=3.5kg/cm2。

砼與濕砂的摩擦系數f取0.45。

垂直荷載Q=3746kg

基礎自重G=2×2×2.5×2200=22000kg

架高h=11.50m

b.基礎復核驗算

X=317.51kg X1=735.02kg Z=131.23kg Z1=735.02kg PB=96.03kg

（2）基礎穩定條件按下式計算

其中：RX=X+X1=1052.53 RZ=Z+P？棕=131.23

R=■=1060.82

M=rtg245°+■=1800×tg245°+■=1800×4.023=7241.4kg

（3）被動土壓力

E2=■mbh2t=■×7241.4×2×2.52=45258.75kg

（4）基礎底面反作用力

Y=■

=■

=24552.58kg

（5）基礎底面反作用力的偏心距

e=■-■■=■-■■=0.88

（6）側面被動土壓力X，X2分界面深度

Q2=■+■

=■+■= 0.63

所以：Q=■=0.79

（7）驗算

KRh=2.5×1060.82×11.50=30498.575

=■（1-2×0.793）+24552.58（0.88+0.45×2.5）+45258.75×0.45×1

=980.61+49227.92+20366.44

=70574.97

（8）計算結果

30498.575≤70574.97 合格

2.2.3 主索錨碇設計

（1）設計數據

錨碇幾何尺寸：a=1.5m b=1.5m h=2.0m

錨體自重：G=1.5×1.5×2.0×2200=9900kg

主索加載拉力：H=4360.42kg

土壤容重：取1800kg/m3

混凝土浮容重：2200kg/m3

（2）錨錠的判定計算

T1=■[G0+G（E1+2E3+E2）f]

T2=■（E2+2E3f-E1+G0f）

a.主動土壓力

E1=■（h■■-h■■）？酌tg245°-■=■（22-02）×1800×0.249=1344.6kg

b.被動土壓力

E2=■（h■■-h■■）？酌tg245°+■=■（22-02）×1800×4=21600kg

c.兩側主動土壓力

E3=■？酌b（h■■-h■■）tg245°-■=■×1800×2×（22-02）×0.249=1792.8kg

d.驗算

T1=■[G0+G（E1+2E3+E2）f]

=■[0+9900（1344.6+2×1792.8+21600）×0.45]

=70915224.6

T2=■（E2+2E3f-E1+G0f）

=■（21600+2×1792.8×0.45-1344.6+0×0.45）=17495.14

70915224.6>17495.14

因為T1>T2時，所以塊錨的水平方向起決定性作用。

e.錨錠安全系數

KH=E2+2E3f-E1+PX

式中：H=Tcos？茁=4360.42×0.80=3488.34

KH=E2+2E3f-E1+PX

K=■=■=6.04

符合安全穩定條件

f.錨桿直徑

取3.2cm

2.2.4 水文測流鉛魚纜道改進后產生的效益

五營站水文測流鉛魚纜道升級改造后提高了水文測驗質量，將五營水文站測洪能力提高到五十年一遇洪水位，解決了設施設備陳舊、老化存在的隱患。確保快速測取洪峰流量，為防汛搶險及時提供決策依據，詳見表1。

表1 五營站新舊鉛魚纜道功能對比表

3 結束語

水文測流纜道的建設，將有效地改變水文測報設施陳舊落后、監測水平低的現狀。加快了水文測站現代化建設步伐，提高了水文測驗質量，提高水文站的測洪能力，減輕了水文職工工作強度，提高了工作效率，確保了水文職工人身安全。文章通過實例計算過程介紹了水文測流纜道的設計要求和計算公式。為今后工作提供了方便途徑。文章僅簡單地介紹了水文測流纜道塔架基礎、地錨的計算過程。水文測流鉛魚纜道其它部分的計算過程還有待提高。

參考文獻

[1]水利部.SL443-2009.水文纜道測驗規范[S].北京中國水利水電出版社，2006，6.

[2]長江流域規劃辦公室水文處.水文纜道[M].北京：水利電力出版社，1978.

[3]水利水電技術水文副刊編寫委員會.水利水電技術（水文副刊）[M].北京：中國工業出版社，1965，4.

[4]鄧先俊.陸地水文學[M].水利電力出版社，1984，2.

作者簡介：白寧（1981-），男，黑龍江伊春人，工程師，主要從事水文測驗和資料分析工作。

劉丙賀（1982-），男，黑龍江伊春人，工程師，從事水文預報和水文測驗工作。