水文測(cè)流纜道塔架基礎(chǔ)、地錨承載力設(shè)計(jì)實(shí)例分析

摘 要：水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道是我國(guó)水文站主要測(cè)流設(shè)施。文章通過(guò)五營(yíng)水文站水文電動(dòng)纜道設(shè)計(jì)實(shí)例分析，重新計(jì)算了新選取的塔架基礎(chǔ)、地錨的承載力的各項(xiàng)要求，新選取的塔架基礎(chǔ)、地錨有效地提高了五營(yíng)站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的測(cè)洪能力。改變了原有手搖纜道測(cè)洪能力低、測(cè)驗(yàn)設(shè)備陳舊的原始測(cè)流方式。經(jīng)過(guò)科學(xué)計(jì)算，保證了設(shè)備、人員在水文流量測(cè)量工程中的安全，極大地提高了五營(yíng)站水文測(cè)驗(yàn)的精度和測(cè)洪能力要求。

關(guān)鍵詞：五營(yíng)站；水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道；塔架基礎(chǔ)；地錨；承載力分析

前言

水文測(cè)流纜道是我國(guó)水文測(cè)站進(jìn)行測(cè)流、取沙的一項(xiàng)重要技術(shù)設(shè)備，主要是由主索、循環(huán)索、支架、地錨等設(shè)施設(shè)備組成。建設(shè)過(guò)程要做到準(zhǔn)確可靠、經(jīng)濟(jì)合理、方便實(shí)用。為達(dá)到各項(xiàng)要求，就要做到設(shè)計(jì)有科學(xué)根據(jù)、安全系數(shù)選用合理、用材適當(dāng)?shù)确矫妗Ｎ恼轮饕ㄟ^(guò)五營(yíng)水文站建設(shè)水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的實(shí)例對(duì)選用的塔架基礎(chǔ)和地錨進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算，保證所選取的塔架基礎(chǔ)、地錨能夠保證滿足水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道測(cè)驗(yàn)的要求。改變?cè)斜容^原始的手搖纜道測(cè)流現(xiàn)狀。通過(guò)計(jì)算分析水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道在五營(yíng)站的可行性，并利用實(shí)際計(jì)算結(jié)果對(duì)五營(yíng)水文站進(jìn)行改造升級(jí)。將分析結(jié)果利用到實(shí)際工作中。

1 五營(yíng)水文測(cè)站概況

五營(yíng)水文站于1955年5月設(shè)立，站級(jí)為基本流量站，位于伊春市五營(yíng)區(qū)北四公里處，地理坐標(biāo)為東經(jīng)129°15′，北緯48°08′，集水面積4160km2，河長(zhǎng)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(shì)北高南低，河流總的走向由東北流向西南。五營(yíng)水文站系湯旺河水系上游控制站，為該流域防汛，水資源開(kāi)發(fā)利用測(cè)取各項(xiàng)水文資料，對(duì)伊春林區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用。

2 五營(yíng)站水文測(cè)流纜道改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

2.1 五營(yíng)站水文測(cè)流纜道現(xiàn)狀

五營(yíng)水文站手搖纜車建于1980年，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇洪水。手搖纜車為該站主要測(cè)驗(yàn)設(shè)備，已經(jīng)運(yùn)行了20多年，近年來(lái)由于運(yùn)行維護(hù)經(jīng)費(fèi)短缺，其主要部件破損嚴(yán)重。原有手搖纜道測(cè)量測(cè)驗(yàn)最高水位為288.75m、可測(cè)最大流量1610m3/s、可測(cè)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(shí)際流量測(cè)驗(yàn)工作帶來(lái)很大的困難。

2.2直氣壯改進(jìn)設(shè)計(jì)分析

2.2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及要求

為整體提高五營(yíng)站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的實(shí)用性。改進(jìn)水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的流量測(cè)驗(yàn)?zāi)芰ΑＮ鍫I(yíng)站改進(jìn)后水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到到五十年一遇洪水，流量測(cè)驗(yàn)設(shè)計(jì)水位：289.76m、設(shè)計(jì)流量：2260m3/s、設(shè)計(jì)流速：5.0m/s、纜道承受設(shè)計(jì)風(fēng)力：12.0m/s、水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道主跨：297.0m、塔架基礎(chǔ)安全系數(shù)不小于3、地錨安全系數(shù)不小于3。

2.2.2 塔架基礎(chǔ)驗(yàn)算

（1）塔架采用整體式基礎(chǔ)

a.基本數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)幾何尺寸：a=2.0m；b=2.0m；ht=2.5m

安全系數(shù)：抗傾復(fù)時(shí)取2.5

砼計(jì)算容重：無(wú)水浮力影響時(shí)取2200kg/m3

土壤容重：無(wú)水浮力影響時(shí)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(shù)f取0.45。

垂直荷載Q=3746kg

基礎(chǔ)自重G=2×2×2.5×2200=22000kg

架高h(yuǎn)=11.50m

b.基礎(chǔ)復(fù)核驗(yàn)算

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

（2）基礎(chǔ)穩(wěn)定條件按下式計(jì)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(dòng)土壓力

E2=■mbh2t=■×7241.4×2×2.52=45258.75kg

（4）基礎(chǔ)底面反作用力

Y=■

=■

=24552.58kg

（5）基礎(chǔ)底面反作用力的偏心距

e=■-■■=■-■■=0.88

（6）側(cè)面被動(dòng)土壓力X，X2分界面深度

Q2=■+■

=■+■= 0.63

所以：Q=■=0.79

（7）驗(yàn)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(jì)算結(jié)果

30498.575≤70574.97 合格

2.2.3 主索錨碇設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

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(jì)算

T1=■[G0+G（E1+2E3+E2）f]

T2=■（E2+2E3f-E1+G0f）

a.主動(dòng)土壓力

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

b.被動(dòng)土壓力

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

c.兩側(cè)主動(dòng)土壓力

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

d.驗(yàn)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?yàn)門1>T2時(shí)，所以塊錨的水平方向起決定性作用。

e.錨錠安全系數(shù)

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(wěn)定條件

f.錨桿直徑

取3.2cm

2.2.4 水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道改進(jìn)后產(chǎn)生的效益

五營(yíng)站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道升級(jí)改造后提高了水文測(cè)驗(yàn)質(zhì)量，將五營(yíng)水文站測(cè)洪能力提高到五十年一遇洪水位，解決了設(shè)施設(shè)備陳舊、老化存在的隱患。確保快速測(cè)取洪峰流量，為防汛搶險(xiǎn)及時(shí)提供決策依據(jù)，詳見(jiàn)表1。

表1 五營(yíng)站新舊鉛魚(yú)纜道功能對(duì)比表

3 結(jié)束語(yǔ)

水文測(cè)流纜道的建設(shè)，將有效地改變水文測(cè)報(bào)設(shè)施陳舊落后、監(jiān)測(cè)水平低的現(xiàn)狀。加快了水文測(cè)站現(xiàn)代化建設(shè)步伐，提高了水文測(cè)驗(yàn)質(zhì)量，提高水文站的測(cè)洪能力，減輕了水文職工工作強(qiáng)度，提高了工作效率，確保了水文職工人身安全。文章通過(guò)實(shí)例計(jì)算過(guò)程介紹了水文測(cè)流纜道的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算公式。為今后工作提供了方便途徑。文章僅簡(jiǎn)單地介紹了水文測(cè)流纜道塔架基礎(chǔ)、地錨的計(jì)算過(guò)程。水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道其它部分的計(jì)算過(guò)程還有待提高。

參考文獻(xiàn)

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[3]水利水電技術(shù)水文副刊編寫(xiě)委員會(huì).水利水電技術(shù)（水文副刊）[M].北京：中國(guó)工業(yè)出版社，1965，4.

[4]鄧先俊.陸地水文學(xué)[M].水利電力出版社，1984，2.

作者簡(jiǎn)介：白寧（1981-），男，黑龍江伊春人，工程師，主要從事水文測(cè)驗(yàn)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(yù)報(bào)和水文測(cè)驗(yàn)工作。