钱塘江明清海塘防冲板桩墙工程技术研究----
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浙江省科学技术奖项目推荐书

成果类别:社会公益类     行业评审组代码:         编号:

  项目名称

钱塘江明清海塘防冲板桩墙工程技术研究

  主要完成人

周素芳、王杏会、沈国明、朱冠天、夏唐代、邬越民、金南兰

 主要完成单位

 

浙江省钱塘江管理局

浙江大学岩土工程研究所

                              (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:周素芳

 电话:86526066

所属国民经济行业

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  任务来源

 

 

A BC D E F G H I J K

 L M N O PQR

 

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

浙江省水利厅

   鉴定日期

2003 12 

 

计划(基金)

名称和编号

 

 

浙江省水利厅科技计划RI0309

项目起止时间

起始:19961220 日

完成:2003年 1210

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)

 

钱塘江明清海塘是钱塘江河口重要古堤防工程,至今仍有海宁段等老海塘据守临江一线,保护着杭嘉湖和苏淞南缘平原700万亩耕地及700余万人口生命财产的安全。该海塘雄伟壮观,砌筑精致,与长城、大运河媲美为我国古代三大土木工程。限于当时技术条件,存在塘基偏高弱点,历史上曾出现多次塘脚冲毁坍塘事故,酿灾惨重。近年来,江道主流持续逼近海宁塘前,涌潮顶冲剧烈,原塘脚护坦及木排桩大片冲失,塘基出露,险情严重。由于地基土软弱,鱼鳞老海塘结构特殊,水动力强,加固施工条件十分恶劣,明清海塘塘脚加固成为长期来亟待解决的技术难题。

为确保海塘防潮安全,中央和省政府对北岸重点险段海宁明清老海塘等列入国家基建项目和省重点工程加固建设,并就海宁塘脚防冲工程列作本项目专题研究。

1、本项目针对海宁明清鱼鳞石塘独特结构和承受强涌潮顶冲、塘基偏高、塘前滩地刷深严重等情况,运用水工程多学科领域研究了在塘脚打长板桩建防冲连续墙的设计方案,不仅能有效地防护塘脚冲刷,而且可提高海塘整体抗滑稳定度,使古海塘达百年一遇防洪潮标准,保障了北岸广大地区的防洪潮安全,对促进该地区的经济社会可持续发展具有重大意义。

2、项目围绕打长板桩建防冲连续墙进行了系统的技术研究,运用水文学、水力学、土力学,结构力学及机械学等多门学科理论研究,对防冲板桩墙作用机理进行分析论证,首创了专用于直立塘锤打塘前落差6m滩地长板桩的步履式多功能打桩机,具有移动、吊桩就位、打桩、回转避潮、冲抓等整套功能系统。操作遥控、效率高、质量好,突破了施工技术难题。在国内外尚未发现同类机型。

3、对打桩引起地表振动对老海塘稳定的影响进行了土动力学理论研究,建立了动力响应数学计算模型,结合现场监测,提出打桩振动控制标准,指导施工实践,保证了老海塘在施工中的安全。打桩动力影响计算模型技术先进,应用在海塘建设中未见类似文献报道。

4、本项目经济效益和社会效益显著。在海宁明清海塘建设完成塘长9.9km,节省工程投资5000余万元(合工程总投资的16%以上)。并保持了古海塘原有建筑雄姿风格和钱江涌潮壮观特色,维护了难得的历史文物遗产和观潮文化。同时,本研究成果有效地稳固了海宁明清海塘,保护了杭嘉湖和苏淞南缘平原地区防洪潮安全,有着巨大社会效益和经济效益。利用该成果建成的钱塘江北岸险段标准塘工程已获2002年度国家优质工程鲁班奖和省优秀设计钱江杯奖。

5、本研究成果在上虞、桐庐等城市防洪工程已推广应用完建堤长8km,节省投资达15%以上,有效地保护了姚北、慈溪广大平原和桐庐城区的防洪安全,取得了显著的社会经济效益。随着国民经济的快速发展,城市空间的进一步扩大,城市防洪及沿江、沿海一带堤防工程越来越显得重要。本项研究成果对堤防、港口等类似工程均具有广泛的推广应用前景。

 

                                                   (不超过600个汉字)

发现、发明及创新点

 

钱塘江海宁明清海塘型式独特,塘身高大,塘前潮强流急,滩地多变,施工条件十分恶劣,为国内外罕见。本项目研究成果及创新点如下:

1、本项目对海宁明清海塘采用塘前打长板桩建防冲墙的加固方案,构思新颖,科学合理,不仅能有效地防护塘脚冲刷,而且通过板桩的合适加长提高了塘身整体抗滑稳定度,解决了长期来钱塘江明清海塘塘脚防冲技术难题。在明清海塘加固史上是一个创举。

2、率先研制了专用于直立塘锤打塘前落差6m滩地长板桩的步履式多功能打桩机,具有移动、吊桩就位、打桩、回转避潮、冲抓等整套完善功能系统。操作遥控、效率高、质量好、成本低。在国内外尚未发现同类机型,突破了历史上长期来亟待解决的施工技术难题,达国际先进水平。该成果获得国家专利。

3、对打桩过程产生地表振动影响,采用有限单元法得出打桩影响范围及振动幅度,结合现场监测提出打桩振动控制标准,指导施工实践,保证了老海塘在施工中的安全。打桩动力影响计算模型技术先进,应用在海塘建设中未见类似文献报道。

本项目研究成果先进合理,总体上达到国内先进水平。在潮强流急的涌潮区,建板桩墙的施工技术达到国际先进水平。并取得了显著的社会和经济效益。

 

                                                     (不超过400个汉字)

保密要点:

                                                    

                                                      (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

 

本项目地处举世闻名的钱塘江强涌潮地区,钱塘江明清老海塘结构特殊,水动力强,加固施工条件十分恶劣,为国内外罕见。本项目针对海宁明清鱼鳞石塘独特结构和承受强涌潮顶冲、塘基偏高、塘前滩地刷深严重等情况,运用水工程多学科领域研究了在塘脚打长板桩建防冲连续墙的设计方案,采用步履式多功能柴油锤桩机,从老海塘塘顶打落差5~6m塘前板桩建防冲连续墙,以防护老海塘塘脚冲刷,同时提高海塘整体抗滑稳定度。通过板桩连续墙的作用机理分析和计算论证、打桩动力影响研究、首创步履式多功能柴油锤桩机(获国家专利)突破打桩技术,攻克了长期来老海塘塘脚防冲和同时提高海塘整体抗滑稳定的技术难题,使古海塘达百年一遇防洪潮标准,顺利建成钱塘江北岸标准海塘工程,有力保障了杭嘉湖、苏淞南缘平原地区的防洪潮安全,同时保持了古海塘原有建筑风貌和钱江涌潮壮观特色。

通过国家教育部科技查新中心浙江工作站的查新综合比较,在国内外均未发现类似工程技术,本项目有以下创新点:

1.除此查新课题组发表的文献外,未见采用步履式多功能桩机从石塘顶部锤打落差5~6m塘前滩地板桩(桩长12m)构成垂直防冲板桩墙的国内外文献报道。

2.除此查新课题组工程初期桩基研究的协作单位发表的1篇文献外,未见其他有关在海塘、滩地、护坦施工中使用的打桩机的外文文献报道。

3.未见有关海塘打桩施工过程的原位变形观测和动力影响的理论分析的国内外文献报道。

4.未见有关海塘塘脚防冲板桩墙抗滑作用机理分析和计算研究的国内外文献报道。

项目鉴定委员会一致认为,该成果设计思路新颖,理论分析合理,施工技术独创,社会效益和经济效益显著。经科技成果查新,未见与该项目研究成果类同的国内外文献报道。该研究成果总体上达到国内领先水平,并在强涌潮大流速河段板桩墙施工技术上达到国际先进水平。

 

                                                     (不超过800个汉字)

 

应用情况

 

本项目研究首先是在钱塘江北岸重点险段海宁明清老海塘300m试验段进行。该试验段于1996年开工,也同时揭开了我省大规模标准海塘建设序幕。该段是海宁明清海塘加固建设最为棘手的涌潮顶冲段,位于历史上陈汶港和大缺口两大坍塘段之间,是标准塘建设的关键段、卡口段。通过本项目研究努力,成功地建成了板桩防冲墙和标准海塘。继后本研究又推广应用至海宁全线江道弯曲、潮流顶冲段,并进一步改进和完善打桩工艺,提高工程质量,降低成本,共计加固完成海宁老海塘堤长9.9km,节省工程投资5000余万元(合工程总投资的16%以上),有效地稳固了海宁明清海塘,保护了杭嘉湖和苏淞南缘平原地区700万亩耕地及700余万人口生命财产的安全,并保持了古海塘原有建筑雄姿风格和钱江涌潮壮观特色,维护了难得的历史文物遗产和观潮文化,有着巨大社会效益和经济效益。利用该成果建成的钱塘江北岸险段标准塘工程已获2002年度国家优质工程鲁班奖和省优秀设计钱江杯奖。

本研究成果已在上虞、桐庐城市防洪堤建设中予以推广应用,在上虞市城区百官于曹娥江沿岸建堤长6km;在桐庐县城富春江、分水江汇合口沿岸建堤长2km。并为工程节省投资达15%以上,有效地保护了姚北、慈溪广大平原和桐庐城区的防洪安全。取得了显著的社会经济效益。

 

 

                                                 (不超过800个汉字)

 

*应用情况栏目基础研究类项目填写研究论文、学术专著发表国内外引用情况

经济效益      5200                                    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

 

 

 

 

5200万元

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

各栏目的计算依据:

 

 

 

排架自由落锤打桩每根1550元,多功能打桩机打桩每根为450元,按打桩堤段长9.9km计,采用板桩防冲工程及改进后,工程总投资节省为:

1550-450)(元/根)*3(根/m*9900m*1.6=5200万元

 

社会效益:

 

钱塘江海宁明清海塘是历史悠久的古海塘。通过本研究技术成果加固后,解决了长期来钱塘江明清海塘塘脚防冲技术难题,使其达到了防御百年一遇台风暴潮设计标准,有效地稳固了钱塘江明清海塘,保护了杭嘉湖和苏淞南缘平原地区700万亩耕地及700余万人口生命财产的安全,并保持了古海塘原有建筑风貌和钱江涌潮壮观特色,维护了难得的历史文物遗产和观潮文化,有着巨大社会效益和经济效益。

由于本项目工程设计先进,结构新颖,质量优良,荣获2002年度国家优秀工程鲁班奖和省优秀设计钱江杯奖。

 

 

*经济效益栏目基础研究类项目可不填写

享有自主知识产权情况

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:

1、钱塘江明清老海塘加固工程于1998年列入国家基建项目和省重点工程。在海宁强涌潮顶冲段采用建防冲板桩墙方案,设计构思新颖,方案科学合理,解决了长期以来存在的防冲技术难题。在施工条件十分恶劣的明清海塘加固史上,是一项创举。

2、首次研制出了具有移位、避潮、冲抓、吊桩、施打等特点的多功能打桩机,打桩质量好、效率高、成本低,对堤防、港口等类似工程均具有广泛的推广应用前景。

3、经过打桩动力响应理论分析,提出了打桩振动的控制标准,经现场检测,证明正常打桩方式所引起的振动对老海塘的影响很小,该项成果为具有重要文物意义的明清海塘加固施工提供了依据。

4、该项成果已在海宁明清海塘成功应用9.9km,节省投资达5000余万元,经济效益显著,并已在类似工程中推广应用。利用该成果建成的钱塘江北岸险段标准塘工程已获2002年度国家优质工程鲁班奖和省优秀设计钱江杯奖。

鉴定委员会认为,该成果设计思路新颖,理论分析合理,施工技术独创,社会效益和经济效益显著。经科技成果查新,未见与该项目研究成果类同的国内外文献报道。该研究成果总体上达到国内领先水平,并在强涌潮大流速河段板桩墙施工技术上达到国际先进水平。

                                               

(不超过400个汉字)

 

鉴 定 委 员 会 名 单

 

 

序号

 

鉴定会职务

姓 名

工作单位

所学专业

现从事专业

职称职务

签名

1

主任

许文斌

浙江省水利厅

水工

水利

高工/总工

 

2

副主任

潘少华

河海大学

港航

海岸工程

教授/副主编

 

3

副主任

陈文华

华东勘测设计研究院

岩土

岩土

教高/主任

 

4

委员

张忠苗

浙江大学

岩土

岩土

教 授

 

5

委员

 

浙江省防汛防旱指挥部办公室

水文

防汛、管理

教高/副主任

 

6

委员

李寿星

浙江省水利管理总站

水工

水工管理

高工/副主任

 

7

委员

吴保旗

浙江省水利水电技术咨询中心

水工

工程咨询

高工/主任

 

8

委员

潘存鸿

浙江省水利河口研究院

流体力学

河口海岸