矮塔斜拉桥成套施工关键技术研究及应用

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2019年度安徽省科学技术奖提名项目 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

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2

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。

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3

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

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 4

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 应用起止时间 主跨跨径

（m） 应用技术（创新点）

1 2 3 4 5 6

安徽省交通控股 集团有限公司 济祁高速（合肥段） 路基01标（寿县淮 河特大桥） 2014.04

2016.12 200 V V V V V V

安徽省交通投资 集团有限责任公 司 芜湖长江二桥土建

C3标（西河特大桥 主桥） 2014.06

2016.05 100 V V V V V V

六安市重点工程 建设管理局 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） 2014.12

2016.12 120

V V

合肥市公路管理 局 S103 （三河至庐城）

段改建03标（杭埠 河特大桥） 2014.01

2015.12 140 V V V

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 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5

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 ，

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、