水文测流缆道塔架基础、地锚承载力设计实例分析

摘 要：水文测流铅鱼缆道是我国水文站主要测流设施。文章通过五营水文站水文电动缆道设计实例分析，重新计算了新选取的塔架基础、地锚的承载力的各项要求，新选取的塔架基础、地锚有效地提高了五营站水文测流铅鱼缆道的测洪能力。改变了原有手摇缆道测洪能力低、测验设备陈旧的原始测流方式。经过科学计算，保证了设备、人员在水文流量测量工程中的安全，极大地提高了五营站水文测验的精度和测洪能力要求。

关键词：五营站；水文测流铅鱼缆道；塔架基础；地锚；承载力分析

前言

水文测流缆道是我国水文测站进行测流、取沙的一项重要技术设备，主要是由主索、循环索、支架、地锚等设施设备组成。建设过程要做到准确可靠、经济合理、方便实用。为达到各项要求，就要做到设计有科学根据、安全系数选用合理、用材适当等方面。文章主要通过五营水文站建设水文测流铅鱼缆道的实例对选用的塔架基础和地锚进行科学的计算，保证所选取的塔架基础、地锚能够保证满足水文测流铅鱼缆道测验的要求。改变原有比较原始的手摇缆道测流现状。通过计算分析水文测流铅鱼缆道在五营站的可行性，并利用实际计算结果对五营水文站进行改造升级。将分析结果利用到实际工作中。

1 五营水文测站概况

五营水文站于1955年5月设立，站级为基本流量站，位于伊春市五营区北四公里处，地理坐标为东经129°15′，北纬48°08′，集水面积4160km2，河长492km，距离河口346km，流域平均坡降3.14‰，河底平均坡降1.75‰，流域地势北高南低，河流总的走向由东北流向西南。五营水文站系汤旺河水系上游控制站，为该流域防汛，水资源开发利用测取各项水文资料，对伊春林区经济发展起着重要作用。

2 五营站水文测流缆道改进设计实例分析

2.1 五营站水文测流缆道现状

五营水文站手摇缆车建于1980年，设计标准为二十年一遇洪水。手摇缆车为该站主要测验设备，已经运行了20多年，近年来由于运行维护经费短缺，其主要部件破损严重。原有手摇缆道测量测验最高水位为288.75m、可测最大流量1610m3/s、可测最大流速3.0m/s。如遇再高洪水只能放弃使用手摇缆道，给实际流量测验工作带来很大的困难。

2.2直气壮改进设计分析

2.2.1 设计依据及要求

为整体提高五营站水文测流铅鱼缆道的实用性。改进水文测流铅鱼缆道的流量测验能力。五营站改进后水文测流铅鱼缆道的测量标准要达到到五十年一遇洪水，流量测验设计水位：289.76m、设计流量：2260m3/s、设计流速：5.0m/s、缆道承受设计风力：12.0m/s、水文测流铅鱼缆道主跨：297.0m、塔架基础安全系数不小于3、地锚安全系数不小于3。

2.2.2 塔架基础验算

（1）塔架采用整体式基础

a.基本数据

基础几何尺寸：a=2.0m；b=2.0m；ht=2.5m

安全系数：抗倾复时取2.5

砼计算容重：无水浮力影响时取2200kg/m3

土壤容重：无水浮力影响时取1800kg/m3

抗剪角β1取37°

土壤许可耐压力[P]=3.5kg/cm2。

砼与湿砂的摩擦系数f取0.45。

垂直荷载Q=3746kg

基础自重G=2×2×2.5×2200=22000kg

架高h=11.50m

b.基础复核验算

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

（2）基础稳定条件按下式计算

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）被动土压力

E2=■mbh2t=■×7241.4×2×2.52=45258.75kg

（4）基础底面反作用力

Y=■

=■

=24552.58kg

（5）基础底面反作用力的偏心距

e=■-■■=■-■■=0.88

（6）侧面被动土压力X，X2分界面深度

Q2=■+■

=■+■= 0.63

所以：Q=■=0.79

（7）验算

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）计算结果

30498.575≤70574.97 合格

2.2.3 主索锚碇设计

（1）设计数据

锚碇几何尺寸：a=1.5m b=1.5m h=2.0m

锚体自重：G=1.5×1.5×2.0×2200=9900kg

主索加载拉力：H=4360.42kg

土壤容重：取1800kg/m3

混凝土浮容重：2200kg/m3

（2）锚锭的判定计算

T1=■[G0+G（E1+2E3+E2）f]

T2=■（E2+2E3f-E1+G0f）

a.主动土压力

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

b.被动土压力

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

c.两侧主动土压力

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

d.验算

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

因为T1>T2时，所以块锚的水平方向起决定性作用。

e.锚锭安全系数

KH=E2+2E3f-E1+PX

式中：H=Tcos？茁=4360.42×0.80=3488.34

KH=E2+2E3f-E1+PX

K=■=■=6.04

符合安全稳定条件

f.锚杆直径

取3.2cm

2.2.4 水文测流铅鱼缆道改进后产生的效益

五营站水文测流铅鱼缆道升级改造后提高了水文测验质量，将五营水文站测洪能力提高到五十年一遇洪水位，解决了设施设备陈旧、老化存在的隐患。确保快速测取洪峰流量，为防汛抢险及时提供决策依据，详见表1。

表1 五营站新旧铅鱼缆道功能对比表

3 结束语

水文测流缆道的建设，将有效地改变水文测报设施陈旧落后、监测水平低的现状。加快了水文测站现代化建设步伐，提高了水文测验质量，提高水文站的测洪能力，减轻了水文职工工作强度，提高了工作效率，确保了水文职工人身安全。文章通过实例计算过程介绍了水文测流缆道的设计要求和计算公式。为今后工作提供了方便途径。文章仅简单地介绍了水文测流缆道塔架基础、地锚的计算过程。水文测流铅鱼缆道其它部分的计算过程还有待提高。

参考文献

[1]水利部.SL443-2009.水文缆道测验规范[S].北京中国水利水电出版社，2006，6.

[2]长江流域规划办公室水文处.水文缆道[M].北京：水利电力出版社，1978.

[3]水利水电技术水文副刊编写委员会.水利水电技术（水文副刊）[M].北京：中国工业出版社，1965，4.

[4]邓先俊.陆地水文学[M].水利电力出版社，1984，2.

作者简介：白宁（1981-），男，黑龙江伊春人，工程师，主要从事水文测验和资料分析工作。

刘丙贺（1982-），男，黑龙江伊春人，工程师，从事水文预报和水文测验工作。