矮塔斜拉桥成套施工关键技术研究及应用

公示内容

一、 项目名称

矮塔斜拉桥成套施工关键技术研究及应用

二、 提名者及提名意见

（1）提名者

安徽省交通运输厅

（2）提名意见

针对现有矮塔斜拉桥施工建设难题，该项目采用技术研发、试验研究、数值模拟与工程应用相结合的研究方法，集成了成套高效、环保、节能的矮塔斜拉桥施工技术。研究内容丰富，创新性地提出采用永久钢护筒+正反循环叠合法钻孔桩基的施工方法，形成了加强肋嵌入式钢护筒、厚砂层掏渣、渣浆分离和生态截桩等关键技术，解决了河漫滩地质厚砂层钻孔土体敏感易扰动的难题；研发了多种适用于不同工况的围堰结构及其施工工艺，包括深水条件下的复合式单壁钢套箱、超深钢板桩围堰和钢管桩围堰，以及近堤高水位差条件下的复合式钢板桩围堰；针对大跨度0#块施工，研发提出了盖梁抱箍钢梁模板体系、箱梁顶板和底腹板钢筋的整体成型模架技术、装配式预应力牛腿托架法以及悬浇箱梁临时固结割除体系等系列关键技术；结合矮塔斜拉桥索塔刚度，研发了一种自适应密肋式索鞍结构；在保证护栏外观线形质量的基础上，提出了一种可有效增强其防撞性能的逆作法钢护栏施工方法；通过分析揭示主梁及斜拉索受力及变形的影响规律，提出了施工期全过程结构受力及变形控制技术。

目前已申请9项发明专利（已授权发明5项），授权13项实用新型专利和1项软件著作权，发表学术论文5篇，形成省部级工法6项，已获得中国公路建设行业协会科学技术一等奖1项，获得中国施工企业管理协会科技奖二等奖1项，获得安徽省交通科技进步一等奖1项，纳入省内地方标准2项，并先后培养了一大批技术人员，研究团队中职称破格晋升3人。项目创新成果已在国内多项桥梁工程中得到成功应用，产生了显著的社会与经济效益，推动了矮塔斜

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拉桥建设技术的创新发展。

根据申报安徽省科学技术奖的有关规定，经审查，提交的技术资料齐全、规范，符合申报要求，申报书所述技术内容真实可靠，提名该项目为2019年度安徽省科学技术奖（科学技术进步奖）一等奖。

三、 项目简介

本项目以安徽省淮河流域跨径最大的矮塔斜拉桥-寿春淮河特大桥（120+200+120m）为依托，安徽省公路桥梁工程有限公司与浙江大学城市学院开展产学研合作。针对淮河流域河漫滩桥梁的重大工程技术问题，通过技术研发、试验研究、数值模拟与工程应用相结合的研究手段，着重解决桩基、围堰承台、0#箱梁、斜拉索、钢护栏等重要结构物的施工技术难题，开展了深入系统的研究，取得了系列创新性成果，推动了全省乃至全国矮塔斜拉桥的设计和施工水平发展。

创新点1：创新性地提出采用永久钢护筒+正反循环叠合法钻孔桩基的施工方法，在揭示土体耦合钢护筒的稳定性受力机理基础上，集成了超长变截面抗震钻孔灌注桩和大直径超长组合灌注桩等成套施工工艺，具体形成了加强肋嵌入式钢护筒、厚砂层掏渣、渣浆分离和生态截桩等关键技术，解决了复杂地质钻孔土体敏感易扰动的难题。

创新点2：研发了多种适用于不同工况的围堰结构及其施工工艺，包括深水条件下的复合式单壁钢套箱、超深钢板桩围堰和钢管桩围堰，以及近堤高水位差条件下的复合式钢板桩围堰。提出了采用新型水刀组合结构的钢板桩插打循环工艺，存在大直径卵石影响钢管桩插打时的引孔换填技术；基于回砂平衡围堰内外土压力建立了围堰内支撑安装体系，开发了回砂平衡法围堰施工安全风险评估应用系统。

创新点3：针对大跨度0#块施工，研发了箱梁顶板和底腹板钢筋的整体成型模架技术，可通过横纵向定位构件和可移动模架等快速准确定位钢筋、预留孔及预埋件位置；提出了适用于任何墩身斜倒角位置的装配式预应力牛腿托架法，牛腿在形成三角自锁结构后与预埋抗剪钢板条优化组合，不会扰动主墩加密钢筋施工；建立了对悬浇箱梁临时固结结构的割除体系，无需初期时刻校准切割部位。

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创新点4：结合矮塔斜拉桥索塔刚度，研发了一种自适应密肋式索鞍结构及其成套施工技术。索鞍内设的密肋钢板加强了自身结构刚度，索鞍端头的密封连接装置有效解决了淮河流域雾湿天气对索鞍中斜拉索的腐蚀难题；疲劳荷载性能试验表明该结构同时避免了斜拉索受力后钢混结构体系的刚度匹配问题。

创新点5：在保证护栏外观线形质量的基础上，研发提出了护栏的逆作法施工工艺，尤其是挂板式护栏底座的关键施工技术。通过先将钢立柱安装调平，再施工最上层横梁，最后一次性浇筑混凝土底座和安装剩余横梁，有效提高了钢护栏与底座的连接强度和防撞性能。

创新点6：揭示了主梁及斜拉索受力及变形的影响规律，提出施工期全过程结构受力及变形控制技术，并形成了地方标准规范。考虑矮塔斜拉桥的整体主梁结构刚度特点，提出索导管锚固控制的定位方法，同时基于考虑斜拉索协调刚度影响的仿真模型计算，提出采用隔段法张拉斜拉索，提高斜拉索的施工效率和质量。

四、 客观评价

（1）成果鉴定

2018年7月17日，中国公路建设行业协会召开了该项目的成果评审会议，与会专家听取了项目成果汇报，审阅了相关技术资料后认为，本项目在矮塔斜拉桥施工技术方面创新突出，成果总体上达到国际先进水平。

（2）科技查新

委托安徽省科学技术情报研究所对本项目成果进行查新，经对检出的文献进行阅读、分析、对比后表明：采用永久钢护筒+正反循环叠合法钻孔桩基的施工工艺，采用新型水刀组合结构的钢板桩插打循环工艺，采用回砂平衡围堰内外土压建立的围堰内支撑安装体系，大跨度0#块装配式预应力牛腿托架法施工技术，新型索鞍结构以及逆作法钢护栏施工方法等，均未见相同报道。

（3）授权专利和软件著作权

项目研究成果立足于自主创新，已经申请国家知识产权局授权的国家专利22项，其中9项发明专利（已授权发明5项），授权实用新型专利13项；获得软件著作权1项。

（4）论文论著

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项目研究成果已在国内外高水平期刊发表了学术论文5篇，其中SCI收录1篇。

五、 应用情况

矮塔斜拉桥成套施工关键技术已成功推广应用于省内多座特大桥梁建设，包括济祁高速（合肥段）路基01标（寿县淮河特大桥）、芜湖长江二桥土建C3标（西河特大桥主桥）、六安市月亮岛过河通道赤壁路桥土建工程（六安市月亮岛过河通道赤壁路桥）、S103（三河至庐城）段改建03标（杭埠河特大桥）等项目，取得了显著的经济和社会效益，促进并推动了矮塔斜拉桥建设领域的科学技术进步。本项目研究成果应用情况如下表所示。

表1 应用情况统计表

应用单位 应用工程 主跨跨径应用起止时间 (m) 2014.04-2016.12 2014.06-2016.05 2014.12-2016.12 2014.01-2015.12 应用技术（创新点） 1 √ 2 √ 3 √ 4 √ 5 √ 6 √ 济祁高速（合肥段）安徽省交通控股路基01标（寿县淮集团有限公司 河特大桥） 安徽省交通投资芜湖长江二桥土建集团有限责任公C3标（西河特大桥司 主桥） 六安市月亮岛过河通六安市重点工程道赤壁路桥土建工程建设管理局 （六安市月亮岛过河通道赤壁路桥） S103（三河至庐城）合肥市公路管理段改建03标（杭埠局 河特大桥） 200 100 √ √ √ √ √ √ 120 √ √ 140 √ √ √ 六、 主要知识产权和标准规范等目录

1．专利情况（申请发明专利9项(授权5项)，授权实用新型专利13项） （1）发明专利，一种密封装置、应用该装置的索鞍密封连接结构及施工方法，中国，ZL201610258458.6，2018-03-30，安徽省公路桥梁工程有限公司，石怀远、沈维成、刘向前、刘晓晗、刘邓、徐大振、王其见，有效。

（2）发明专利，近堤高水位差复合式钢板桩围堰水中承台施工方法，中国，ZL201610173505.7，2017-10-03，浙江大学城市学院，王新泉，有效。

（3）发明专利，一种基于回砂平衡法条件下围挡式深水承台施工方法，中国，ZL201510582372.4，2017-01-18，安徽省公路桥梁工程有限公司，孙学

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军、沈维成、石怀远、刘向前、徐大振、王其见、陈小虎，有效。

（4）发明专利，箱梁顶板钢筋整体成型模架及施工方法，中国，ZL201610172612.8，2017-06-23，浙江大学城市学院，王新泉、崔允亮、丁智，有效。

（5）发明专利，箱梁底腹板钢筋整体成型模架及施工方法，中国，ZL201610172372.1，2017-06-09，浙江大学城市学院，王新泉、崔允亮、丁智，有效。

（6）发明专利，一种裂隙地质钻孔灌注桩施工方法，中国，201810426981.4，申请日2018-05-07，安徽省公路桥梁工程有限公司，孙学军、彭申凯、钱申春、杜海峰、刘要武、任杰、崔健，已公开。

（7）发明专利，一种钢管桩围堰引孔换填施工方法，申请号201811352289.8，申请日2018-11-14，安徽省公路桥梁工程有限公司，刘晓晗、沈维成、徐磊、熊祖发、钱申春、彭申凯、任杰、崔健、危明，已公开。

（8）发明专利，逆做钢护栏的施工方法，中国，申请号201910168514.0，申请日2019-03-06，安徽省公路桥梁工程有限公司，沈维成，彭申凯，刘晓晗，崔健，已受理。

（9）发明专利，挂板式护栏底座的施工方法，中国，申请号201910168539.0，申请日2019-03-06，安徽省公路桥梁工程有限公司，孙学军，彭申凯，钱申春，刘晓晗，任杰，杜海峰，崔健，已受理。

（10）实用新型专利，悬浇箱梁临时固结割除体系，中国ZL201820634562.5，2019.03.29，安徽省公路桥梁工程有限公司，杜海峰、孙学军、彭申凯、任杰、刘要武、杨文柱、李绍鹏，有效。

（11）实用新型专利，大直径超长变截面钻孔灌注桩结构，中国，ZL201820673570.0，2019-02-01，安徽省公路桥梁工程有限公司，孙学军、彭申凯、钱申春、崔健、刘要武、刘晓晗、杨文柱，有效。

（12）实用新型专利，大直径超长组合灌注桩结构，中国，ZL201820673691.5，2019-02-01，安徽省公路桥梁工程有限公司，孙学军、彭申凯、钱申春、杜海峰、崔健、任杰、沈维成，有效。

（13）实用新型专利，钻孔灌注桩掏渣筒结构，中国，

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ZL201820673746.2，2019-02-01，安徽省公路桥梁工程有限公司，孙学军、彭申凯、钱申春、杜海峰、刘要武、任杰、崔健，有效。

（14）实用新型专利，钻孔灌注桩渣浆分离装置，中国，ZL201820673572.X，2019-02-01，安徽省公路桥梁工程有限公司，孙学军、彭申凯、钱申春、杜海峰、刘要武、任杰、刘晓晗，有效。

（15）实用新型专利，钻孔灌注桩生态截桩装置，中国，ZL201820673567.9，2019-02-01，安徽省公路桥梁工程有限公司，崔健、孙学军、彭申凯、钱申春、刘晓晗、任杰、杜海峰，有效。

（16）实用新型专利，一种索鞍的固定装置，中国，ZL201721564172.7，2018-06-12，安徽省公路桥梁工程有限公司，熊祖发、沈维成、章勤、王帅、曽钊钊，有效。

（17）实用新型专利，一种钢筋笼，中国，ZL201621297399.5，2017-07-21，安徽省公路桥梁工程有限公司，孙学军、彭申凯、钱申春、石怀远、沈维成、张庆书、李绍鹏，有效。

（18）实用新型专利，一种密肋式索鞍压浆结构，中国，ZL201620350383.X，2016-11-23，安徽省公路桥梁工程有限公司，石怀远、沈维成、刘向前、彭申凯、刘邓、王其见、徐大振，有效。

（19）实用新型专利，一种密封装置，中国，ZL201620350381.0，2016-11-16，安徽省公路桥梁工程有限公司，石怀远、沈维成、刘向前、刘晓晗、刘邓、徐大振、王其见，有效。

（20）实用新型专利，一种钢板桩水刀固定结构，中国，ZL201520149625.4，2015-07-15，安徽省公路桥梁工程有限公司，孙学军、彭申凯、刘晓晗、张玉明、牛奔、邵嘉兵、崔健，有效。

（21）实用新型专利，一种斜倒角薄壁高墩牛腿托架，中国，ZL201520202311.6，2015-07-29，安徽省公路桥梁工程有限公司，石怀远、沈维成、刘向前、彭申凯、刘晓晗、刘邓、李绍鹏、冯林，有效。

（22）实用新型专利，一种深水桩基础用加强肋嵌入式钢护筒，中国，ZL201420460354.X，2015-07-15，安徽省公路桥梁工程有限公司，沈维成、石怀远、彭申凯、刘晓晗、刘向前，有效。

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2. 软件著作权（1项）

（1）回砂平衡围堰施工安全风险评估应用系统V1.0（2018SR1007004）。 3. 工法（省部级工法6项）

（1）基于回砂平衡条件下围挡式深水承台施工工法，2018年度省级工法，AHGF20-18。

（2）矮塔斜拉桥密肋式索鞍施工工法，2018年度部级工法，GGG（皖）C2096-2018。

（3）矮塔斜拉桥桩基础施工工法，2017年度部级工法，GGG（皖）C3040-2017。

（4）SA级挂板式钢护栏逆作法施工工法，2017年度部级工法，GGG（皖）C3049-2017。

（5）大跨度0#装配式预应力牛腿托架施工工法，2016年度省级工法，GGG（皖）C3001-2016。

（6）静压植桩机压入钢板桩施工工法，2015年度省级工法，AHGF88-14。 4. 论文（公开发表论文5篇，其中SCI论文1篇）

（1）Wang Xin-Quan, Cui Yun-Liang, Qi Chang-Guang, et al. In-Situ Study on Nondestructive Detection of Pile Integrity Using Lateral Excitation[J]. Soil Mechanics and Foundation Engineering, 2017, 53(6): 398-404.

（2）沈维成. 寿春淮河特大桥施工关键技术解决措施探析[J]. 安徽建筑, 2017(03): 147-149.

（3）石怀远, 马冲冲, 徐大振. 简述矮塔斜拉桥主梁索导管的定位[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2016(04): 221-222.

（4）石怀远. 气举法在围堰吸泥工程中的应用与分析[J]. 建筑工程技术与设计, 2015(07): 153-153.

（5）沈维成. 济祁高速淮河特大桥深水钢板桩围堰施工技术[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2015(03): 233-235.

5. 标准规范（地方标准2项）

（1）安徽省地方标准“公路水运工程预应力数控张拉施工技术规程”，标准号：DB34/T 3175-2018，实施日期：2018年09月08日，主编单位：安徽

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省公路桥梁工程有限公司等，主要编写人员：彭申凯、沈维成、刘晓晗等。

（2）安徽省地方标准“公路水运工程预应力孔道数控压浆施工技术规程”，标准号：DB34/T 3176-2018，实施日期：2018年09月08日，主编单位：安徽省公路桥梁工程有限公司等，主要编写人员：钱申春、崔健等。

七、 主要完成人情况

1. 钱申春，排名第一，总经理，正高级工程师。工作单位与完成单位：安徽

省公路桥梁工程有限公司。对本项目技术创造性贡献：作为本项目总负责人，落实项目立项、总体指导、推广应用等工作，对主要创新点1、2、4、5和6做出创造性贡献。

2. 王新泉，排名第二，岩土所副所长，教授。工作单位与完成单位：浙江大

学城市学院。对本项目技术创造性贡献：作为本项目设计及科研分项负责人，主持项目调研、科研结果审核、项目小结、技术提炼、推广应用等工作，对主要创新点1、2、3和6做出创造性贡献。

3. 彭申凯，排名第三，总工程师，正高级工程师。工作单位与完成单位：安

徽省公路桥梁工程有限公司。对本项目技术创造性贡献：作为本项目科研分项主要工作人员。落实项目调研、开展、工作检查、报告整理等工作，对主要创新点1、2、3、5和6做出创造性贡献。

4. 刘晓晗，排名第四，副总工程师，高级工程师。工作单位与完成单位：安

徽省公路桥梁工程有限公司。对本项目技术创造性贡献：作为本项目设计、科研协调及参与人员。落实项目立项、报告整理及项目推进等工作，对主要创新点1、2、3、4、5和6做出创造性贡献。

5. 沈维成，排名第五，总工办主管，高级工程师。工作单位与完成单位：安

徽省公路桥梁工程有限公司。对本项目技术创造性贡献：作为本项目设计主要负责人，负责工程设计指导、技术改进等工作，对主要创新点1、2、3、4、5和6做出创造性贡献。

6. 崔健，排名第六，技术中心副主任，工程师。工作单位与完成单位：安徽

省公路桥梁工程有限公司。对本项目技术创造性贡献：作为本项目科研分项成员。落实工程应用、科研指导、技术改进等工作，对主要创新点1和5做出创造性贡献。

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7. 刁红国，排名第七，讲师。工作单位与完成单位：浙江大学城市学院。对

本项目技术创造性贡献：作为本项目科研主要审核人员，负责科研指导等工作，对主要创新点2、3和6做出创造性贡献。

8. 牛奔，排名第八，分公司副总经理，高级工程师。工作单位与完成单位：

安徽省公路桥梁工程有限公司。对本项目技术创造性贡献：作为本项目科研分项成员。落实工程应用、科研指导、技术改进等工作，对主要创新点1做出创造性贡献。

9. 石怀远，排名第九，分公司副总经理，高级工程师。工作单位与完成单位：

安徽省公路桥梁工程有限公司。对本项目技术创造性贡献：作为本项目科研分项成员。落实工程应用、科研指导、技术改进等工作，对主要创新点1、2、3、4和5做出创造性贡献。

10. 刘向前，排名第十，项目经理，高级工程师。工作单位与完成单位：安徽

省公路桥梁工程有限公司。对本项目技术创造性贡献：作为本项目科研分项成员。落实工程应用、科研指导、技术改进等工作，对主要创新点1、2、3、4、5做出创造性贡献。

八、 主要完成单位及创新推广贡献

第一完成单位：安徽省公路桥梁工程有限公司，主要创新推广贡献：负责项目课题的管理和指导课题研究的实施，制定工作大纲，负责开展创新成果研究工作，总结提炼项目成果，落实推广应用，以及负责研究队伍的建设和人才培养等。

第二完成单位：浙江大学城市学院，主要创新推广贡献：全程参与课题决策和研究方向的确定，指导方案设计、试验分析、数值模拟和报告编写，协助开展课题研究成果的推广应用工作。

九、 完成人合作关系说明

本项目由安徽省公路桥梁工程有限公司和浙江大学城市学院共同完成，主要完成人为钱申春、王新泉、彭申凯、刘晓晗、沈维成、崔健、刁红国、牛奔、石怀远、刘向前。主要完成人之间的合作关系体现在共同进行项目规划建设、关键技术开发及推广应用等方面，概要说明如下：

项目第一完成人与隶属于第二完成单位（浙江大学城市学院）的王新泉、

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刁红国在该项目的开发过程中合作，共同就主要创新技术方向进行了识别、决策，并推动了相关创新技术的开发应用。

项目第三完成人与刘晓晗、沈维成、崔健、牛奔、石怀远、刘向前在该项目的开发过程中，合作共同组建项目团队并进行创新技术的具体开发及推广应用。

此外，本项目所有完成人均知晓且同意申报2019年度安徽省科学技术奖（科学技术进步奖）一等奖。

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