项目名称

杭州湾跨海大桥河工模型与桥墩局部冲刷研究

主要完成人

熊绍隆 朱瑶宏 曾剑 吕忠达 韩海骞 徐元祥 曹颖 沈和诚 潘存鸿 查雅平 胡勇

朱军政 谢亚力 郦丽娟 邵盛伟

 主要完成单位

浙江省水利河口研究院

杭州湾大桥工程指挥部

                                    （省内第一完成单位盖印）

市科技行政部门、省级厅（局）推荐意见及建议奖励等级

                                           （盖章）

项目联系

人及电话

 联系人：熊绍隆

 电话：(0571)86516945

所属国民经济行业

√

 ABCDEF  G  HIJKLMN

OP

  任务来源

 √

A BC D E  F  G H I J K

 L M N O P QR

成果水平

√        √

1.国际领先2.国际先进

3.国内领先4.国内先进

主持鉴定单位

浙江省科技厅、水利厅 

   鉴定日期

2002年9  月

计划（基金）

名称和编号

计基础[2001]2624号

项目起止时间

起始：2001　　年　1　月　10　日

完成：2002　　年　8　月　10　日

项目简介（所属科学技术领域、主要内容、特点、推广应用、产业化情况）

杭州湾大桥北起海盐县郑家埭，南至慈溪市丰收闸，全长35.673 km，总投资（不包括引线）118 亿元，是跨越杭州湾的第一座、也是迄今世界上最长的跨海湾公路桥梁。

本课题为交通运输领域的重大工程科研项目，是定床模型、补充试验、动床模型与桥墩局部冲刷三个专题的综合。课题运用长系列实测资料分析、大范围与局部潮流数学模型、整体潮汐河工定床与悬移质动床模型（整体物模）、水槽正态断面模型的有机结合共同完成以下主要任务：

1、  研究建桥对水环境如潮位、流速、潮量、上游泄洪、特别是对钱塘江涌潮的影响（大

范围数模与定床物模）；

2、  通过建桥对水环境影响分析和各桥梁段法向与涨、落急主流尽量一致的原则，优化桥

轴线与桥跨布设方案（大数模与定床物模）；

3、  探讨建桥对南、北航道与乍浦港的冲淤影响（动床物模）；

4、  研究不同桥梁段不同类型桥墩在运行期与施工期的局部冲刷坑深度与相应床面高程

（局部数模与水槽模型）。

杭州湾口门开阔、水浅潮强、涌潮汹涌，桥位河段水流为典型的非恒定往复流，涨、落急主流常不一致，河床冲淤变幅较大，加之桥长孔多（600 多跨），数模、物模尤其是悬移质动床模型试验难度为国内外罕见。

采用上述多种研究方法的有机结合，得到了建桥对水环境影响不大、对钱塘江涌潮基本没有影响、对乍浦港与南、北航道无明显不良影响的可信结论，优化了桥轴线与桥跨布设方案，为工程的可行性提供了可靠的、关键性的科学依据。试验得到的不同类型桥墩运行期与施工期的局部冲刷坑深度，已为初步设计全部采用，不仅成为桩基设计的重要依据，而且可为具有往复流特征的潮汐河口桥墩局部冲刷坑深度取值时参考应用。

                                                      （不超过600个汉字）

发现、发明及创新点：

 由国内知名的13 位水流泥沙、水文、水工、桥梁、航运专家组成的鉴定委员会经过认真审议，一致认为“钱塘江河口海湾是举世闻名的强潮海湾，海域开阔、流态复杂、海床多变，研究工作难度之大实属罕见。研究者在掌握大量现场实测资料并进行系统分析的基础上，抓住关键技术问题进行深入研究，获得了很有价值的研究成果，主要创新点有：

1、实体模型中成功地进行了涌潮的模拟，并得到了建桥对涌潮基本没有影响的结论；

2、在同一模型中正确模拟口外海滨段的冲刷和淤积；

3、首次提出以多年河床下包络线作为桥墩冲刷的起始冲刷高程的概念；

4、采用当前国内外先进的测试仪器，研制了浑水强潮河口模型试验测量和控制系统，特别是分布式浑水生潮系统和沙量随潮变化的加沙系统，测量精度较高，系统稳定可靠，保证了水流泥沙和河床变形的相似。”

                                                      （不超过400个汉字）

保密要点：

           内部

                                                      （不超过100个汉字）

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

关于建桥对水环境的影响问题，国内多运用数学模型与实体模型（物模）的有机结合并以物模为主、国外则多采用数模予以研究。杭州湾大桥长达35.673 km，数学模型的范围必须相当大，该桥多达600 余跨，桥墩的逐个模拟数模困难较大；对于冲淤变幅较大的河段，研究建桥对航道与港口的冲淤影响，物模具有更明显的优势。根据查新报告，未见有关潮汐河口潮流段悬移质实体动床模型方面的研究报道。本课题以长系列实测资料系统分析为基础，由数学模型提供边界条件，运用实体定床与悬移质动床模型试验，分别研究了建桥对水环境和航道与港口冲淤的影响，得到了较为合理可信的结论，研究方法较前人有明显进展。

关于桥墩局部冲刷问题，国内外有不少以水槽试验为主得到的经验公式，但多为河道建桥的局部冲刷，且桩基的型式不多，对具往复流特征的河口海湾桥墩局部冲刷的试验较少，根据查新报告，强潮河口至今未见桥墩局部冲刷试验的相关报导。杭州湾大桥多达600 余跨，桥墩类型、桩基型式与排列多样，现有公式难以给出可靠的冲刷坑深度，更无法描述冲刷坑的形态。本课题运用水槽正态断面模型试验，由数模提供非恒定往复流边界条件与水流率定条件，按起动相似与水下休止角接近的原则合理地选择模型沙，得到了不同类型桥墩运行期和施工期冲刷坑深度，其结果的可靠性已为现场试桩试验证实，国内外河流与感潮河口如长江口多座大桥及欧美若干桥梁的局部冲刷试验成果建桥前均未被实践检验；以最低床面的下包络线作为运行期的起冲高程（查新报告表明，国内外相关文献中均未见按长系列实测资料确定运行期的起冲高程的报导），得到运行期冲刷坑深度与相应床面高程，可靠地回答了冲淤变幅较大河段的桥墩局部冲刷问题；上述均亦较前人有明显进展。

鉴定委员会一致认为，本项研究的创新点有四个方面（详见前页），“综上所述，本项成果总体达到国际先进水平，其中实体模型中涌潮的模拟方法和试验技术以及分布式浑水生潮系统和沙量随潮变化的加沙系统方面达到国际领先水平”。

                                                     （不超过800个汉字）

 应用情况

  1、多点同步水文测验与同步水下地形测量为整体模型的验证提供了必要的条件，长系列实测水下地形资料分析使对河势与河床变化有了清晰的了解，在高精度定、动床模型验证的基础上所得建桥对钱塘江涌潮基本没有影响、对乍浦港亦无明显不良影响的结论较好地回答了原国务院总理朱镕基同志所提出的建桥对涌潮、对乍浦港影响与桥梁施工技术三大问题中的两大难题。为工程的立项与可行性提供了可靠的、关键性的科学依据。

2、大范围数模提供了桥位河段涨、落急流场的可靠结果，物模对不同轴线不同桥孔布设方案水环境影响进行了比较分析，两者综合为桥轴线与桥孔布设方案的优化提供了可靠的科学依据，结果均为设计部门采纳。

3、桥墩局部冲刷坑深度与相应床面高程不仅成为各类桥墩桩基设计的主要依据，而且由于桥墩类型较多、流速各异，边滩与主槽流速差别较大，使其结果可为具有往复流特征的潮汐河口桥墩局部冲刷坑深度取值参考应用。

4、潮汐河口悬移质动床模型时间变态的处理与模型沙选择、高精度多口门分布式浑水生潮系统与沙量随潮变化的加沙系统的研制与可靠运行可为其他潮汐河口浑水动床模型试验参考应用。

5、实体模型中涌潮的初步成功模拟为研究涌潮开辟了一条新的途径。

                                                 （不超过800个汉字）

经济效益               10000                        单位：万元（人民币）

项目总投资额

回收期（年）

栏目

年份

新增利润

新增税收

创收外汇（美元）

节支总额

10000

各栏目的计算依据：

 经济效益(节支总额)为原桥跨方案与非通航孔部分缩窄方案的造价差值（见证明）。

社会效益：

 杭州湾大桥是我国五纵七横国道主干线同江至三亚线跨越杭州湾的便捷通道。大桥的建成将能更好地发挥同三线的整体功能，更好地发挥上海的龙头作用，有力地促进长江三角洲和宁波经济的发展，极大地缓解沪杭甬高速公路与杭州过境交通的压力，有利于江、浙、沪旅游业的发展和国防建设，具有极大的经济效益与社会效益。项目总投资可研与初设分别为108亿与118亿，税后与税前投资回收期分别为10.2年与8.1年，具有较强的盈利能力与抗风险能力。

本课题较好地回答了建桥对钱塘江涌潮、航道与乍浦港的影响问题，成为大桥立项与可研报批的关键依据；优化了桥轴线与桥孔布设方案，提出了桥墩局部冲刷坑的深度与相应床面高程，为桥轴线与桥跨的合理布设、工程的安全可靠运行提供了有力的保证和坚实的基础。

国别

申请号

专利号

项目名称

其他知识产权情况：（如著作权、商标权、技术秘密、动值特新品种审定、药品、医疗器械、农药、食品或饲料添加剂等）

主要鉴定（评审）意见：

 一、课题通过多种研究手段的有机结合获得建桥对水环境的影响不大，对钱塘江涌潮与上游泄洪基本没有影响，对乍浦港与南、北航道均无明显不良影响的明确结论,为桥轴线的选择、桥孔间距的优化、桥墩桩基型式的确定提供了科学的依据。

二、钱塘江河口海湾是举世闻名的强潮海湾，海域开阔、流态复杂、海床多变，研究工作难度之大实属罕见。研究者在掌握大量现场实测资料并进行系统分析的基础上，抓住关键技术问题进行深入研究，获得了很有价值的研究成果，主要创新点有：

1、实体模型中成功地进行了涌潮的模拟，并得到了建桥对涌潮基本没有影响的结论；

2、在同一模型中正确模拟口外海滨段的冲刷和淤积；

3、首次提出以多年河床下包络线作为桥墩冲刷的起始冲刷高程的概念；

4、采用当前国内外先进的测试仪器，研制了浑水强潮河口模型试验测量和控制系统，特别是分布式浑水生潮系统和沙量随潮变化的加沙系统，测量精度较高，系统稳定可靠，保证了水流泥沙和河床变形的相似。

三、综上所述，本项成果总体达到国际先进水平，其中实体模型中涌潮的模拟方法和试验技术以及分布式浑水生潮系统和沙量随潮变化的加沙系统方面达到国际领先水平。

四、实体模型与数学模型的相互印证有待加强。                                                 

不超过400个汉字）