项目名称

杭州市钱塘江四桥工程水域条件分析及模型试验研究

  主要完成人

史英标、谭永朝、林炳尧、邢艳、王敏、杨火其、伍冬领、

黄世昌、许荣华、王博、李志永

 主要完成单位

承担单位：浙江省水利河口研究院

协作单位：杭州市城市基础设施开发总公司、杭州市城建设计院有限公司

                              （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

 钱塘江四桥工程位于钱塘江河口段，洪潮水动力强劲，河床冲淤变化剧烈，冲淤幅度可达10m，水域条件远比其它河口复杂。课题组在收集大量实测资料并进行系统分析的基础上，通过多种研究手段的有机结合，得到了桥位河段设计条件下的水动力要素、建桥对钱塘江洪、潮水文条件及对工程附近涉水建筑物的影响的结论，所获得的研究成果居于国内领先水平，并经四桥工程设计、施工和建设单位采用，节约工程投资约1800万元。其研究方法及成果在钱塘江河口及其它强潮河口类似桥梁设计及施工中具有较大的推广应用价值。我厅推荐该成果申报省科技二等奖。

                                     （盖章）

项目联系

人及电话

 联系人：史英标

 电话：86438016

所属国民经济行业

       √

ABCDEFGHIJKLMNOP

  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

浙江省水利厅

   鉴定日期

2005年12月

计划（基金）

名称和编号

项目起止时间

起始：2001年1月1　日

完成：2005年12月1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）

本项目属于工程领域的技术开发类科研项目。

杭州市钱江四桥工程位于钱塘江河口段六和塔弯道及七甲微弯之间的过渡段，介于钱塘江大桥及钱江三桥之间，河床冲淤剧烈，幅度可达约10m，主槽摆幅大，深泓遍及整个河宽，涌潮作用强。在此河段进行桥梁建设，需要解决复杂河势变化条件下的桥跨布置、桥墩局部冲刷深度及涌潮对桥墩的作用力分布等关键问题，同时尽可能减少建桥对洪潮等水文条件的影响。

为解决上述关键问题，运用实测资料分析、整体物理模型试验、水槽局部冲刷模型、水槽涌潮模型试验及一、二维水流数学模型等方法，分析了桥位河段的河床演变规律，研究了建桥对河口行洪、潮汐等水环境及对工程附近河段海塘等涉水建筑物的影响，研究了在洪水作用下桥墩局部冲刷坑形态、深度和涌潮作用下桥墩的作用力及其三维分布等问题，并运用已建钱塘江二桥、六桥等实测冲刷坑资料对桥墩局部冲刷计算式进行了验证。通过多种研究手段的有机结合，得到了桥位河段设计条件下的水动力要素、建桥对钱塘江洪、潮水文条件及对工程附近涉水建筑物的影响和桥墩局部冲刷坑的可信结论，为钱江四桥工程设计及施工打下了坚实的基础。

本课题的研究成果已分别被四桥工程设计、施工和建设单位采用，对四桥工程建设产生了较大的社会经济效益，其研究方法及成果在钱塘江河口及其它强潮河口类似桥梁设计及施工中具有较大的推广应用价值。

                                                      （不超过600个汉字）

发现、发明及创新点：

1. 模型设计考虑了床底分层泥沙力学特性的不同，采用验证过的正态系列模型试验，研究了桥墩局部冲刷坑深度及其形态，减少了因分层床沙力学性质的差异对模型选沙及模型比尺等因素带来的试验成果偏差，建立了大洪水对桥墩冲刷坑深度的计算公式，对推进钱塘江河口建桥桥墩设计的技术进步作出了新的贡献。

2. 通过模型试验首次确定了多入射角条件下涌潮对桥墩的作用力、反射条件及其三维分布；采用数值模拟、水槽及整体模型试验综合研究了涌潮对桥墩作用力及引起的局部反射和建桥对洪、潮水流的影响，提出了新的成果。

                                                      （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

与当前国际、国内河流及河口建桥技术相比，钱塘江建桥有以下难点：

1、河口动力强、涌潮破坏力大和河床冲淤剧烈

钱塘江河口段潮流强劲，实测最大潮差高达9m，最大垂线平均流速超过4m/s，且河床冲淤变化剧烈频繁，冲淤幅度可达10m，远比其它河口复杂。

2、洪水作用下桥墩局部冲刷模型的合理设计

泥沙研究水平我国总体处于世界领先水平。在对钱塘江河口河床冲淤变化剧烈条件下，采用历史下包线高程作为起冲高程，又用系列模型试验解决了床沙分层模拟困难，减少了模型选沙及比尺等因素对试验成果带来的偏差，提高了模型的可靠性。

3、研究了涌潮对桥墩的作用及引起的局部反射对海塘护坡作用力的影响

考虑了多种入射角下涌潮对桥墩的作用力及引起的对海塘作用力的研究是本项研究的特殊点。本课题通过局部水槽模型试验、整体模型试验综合研究了桥墩涌潮压力和涌潮反射对海塘的影响，也是其独特之处。

                                                    （不超过800个汉字）

推广应用情况

本项目的研究成果已为钱江四桥工程可行性研究、初步设计及工程施工和工程附近钱塘江海塘加固设计所应用。

1. 研究得到的四桥设计条件下的流速、流量、水位及涌潮等水文要素、工程河段河床演变规律及由此得到的桥跨布置方案为四桥设计单位所采纳。设计部门根据《钱塘江四桥工程水域条件分析及模型试验研究》的研究成果，经桥跨布置的优化设计，调整了桥跨的布置，桥墩个数由原来的11个桥墩减少为10个，离海塘的距离由原来的15m变为50m，减少了桥墩对附近海塘塘脚的影响。

2. 桥墩局部冲刷试验及涌潮作用力试验的成果为桥梁的初步设计所采用。设计单位根据桥墩局部冲刷的试验的成果，通过桥墩优化设计，抬高了基础桩基的高程，桥墩承台顶面也由原来的-1.0m高程抬高到0.0m高程，每个桥墩的施工完成时间可缩短10天，整个工程工期可缩短约三个月。

3. 桥墩的局部冲刷试验成果及涌潮作用力试验成果在桥梁施工中得到了较好的应用。四桥施工的栈桥方案采用20年一遇标准设计，2002年9月钱塘江河口发生特大台风暴潮，施工栈桥冲毁约400m。中国人民保险公司根据《钱塘江四桥工程水域条件分析及模型试验研究》成果，经复核施工栈桥设计满足施工设计的要求，施工单位得到理赔，如没有深入的研究成果作基础，要得到中国人民保险公司全额理赔是相当困难的。

4. 桥墩的局部冲刷试验及涌潮作用力试验的主要成果在桥梁附近的海塘加固设计中得到应用。建桥后，桥梁边墩与海塘塘脚间流速2～5%,桥下游40～100m范围内塘脚冲刷1m左右，100～200m范围冲刷0.5～0.1m，涌潮对海塘护面作用力增加10kpa，这些设计参数在海塘加固设计中得到了应用。

5. 通过本课题的研究得到钱塘江河口段内建桥对钱塘江河口洪潮水文条件影响及桥墩局部冲刷坑的研究方法在江东大桥、钱江十桥、钱塘江九堡大桥及之江大桥等水文及河床演变研究中得到了较好的应用。

6. 在泥沙研究(2005年第1期)、桥梁建设(2005年第2期)及第九届河流泥沙国际学术讨论会论文集等公开刊物上发表了“钱塘江河口洪水特性及动床预报模型”、“钱江四桥局部冲刷试验研究”、“Application of 1-D mobile-bed model in flood proevention of the Qiantang estuary” 等论文。

                                                 （不超过800个汉字）

经济效益 （直接效益）1800.0                      单位：万元（人民币）

项目总投资额

四桥工程项目7.6亿元，本项科研项目投资额120万元

        栏目

年份

新增销售额

  新增利润

新增税收

创收外汇

（美元）

节支总额

2002年

700.0

2004年

1100.0

各栏目的计算依据：

以《钱塘江四桥工程水域条件分析及模型试验研究》的科研成果为科学依据，经优化设计调整了桥跨的布置，桥墩个数由原来的11个减少为10个，减少费用700万。离海塘的距离由原来的15m变为50m，减少了桥墩对附近海塘塘脚的影响，节约了建桥对防洪堤影响的加固费用约600万元；抬高了基础桩基的高程，桥墩承台顶面由原来的-1.0m高程抬高到0.0m高程，使每个桥墩的施工完成时间缩短了10天，整个工程工期缩短了约三个月，由此节约工程投资约500万元。

间接效益：

2002年9月钱塘江河口发生特大台风暴潮，施工栈桥冲毁约400m。中国人民保险公司根据《钱塘江四桥工程水域条件分析及模型试验研究》成果，经复核施工满足施工设计要求，施工单位得到全额525万元的理赔，如没有深入的研究成果作基础，不可能得到中国人民保险公司全额理赔。(间接效益525万元)

社会效益：

1. 钱江四桥工程于2004年10月竣工通车，工程投资约7.6亿元。钱江四桥是杭州市第一座跨钱塘江的特大型城市桥梁，能满足不同的交通需求。它的建成，不仅为杭州市实施“沿江开发、跨江发展”战略创造了必要条件，且极大地缓解了杭州市交通压力。

2. 研究成果直接为工程设计、施工提供科学依据。钱江四桥荣获杭州市西湖杯奖（优质工程），浙江省市政金杯示范工程，浙江省钱江杯奖（优质工程），中国市政工程金杯示范工程，2005年度中国建筑工程的最高奖项 “鲁班奖”。

国别

申请号

专利号

项目名称

其他知识产权情况：（如著作权、软件登记、商标权、动植特新品种审定、药品、医疗器械、农药、食品或饲料添加剂、行业标准等证书）

鉴定（评审）意见：（全文）

2005年12月23日，浙江省水利厅在杭州组织和主持召开了杭州市钱塘江四桥水域条件分析及模型试验研究的鉴定会议，会议鉴定委员会由7位专家组成（名单附后），专家们在听取了承担单位浙江省水利河口研究院关于研究成果及后评价的汇报和阅读了成果应用单位的应用证明后，进行了认真的讨论，形成鉴定意见如下：

一、钱塘江四桥水域条件分析及模型试验研究报告，运用实测资料分析、整体物理模型试验、水槽局部冲刷模型、水槽涌潮模型试验及一、二维水流数学模型等方法，分析了桥位河段的河床演变规律，研究了建桥对河口行洪、潮汐等水环境及对工程附近河段海塘等涉水建筑物的影响，研究了在洪水作用下桥墩局部冲刷坑形态、深度和涌潮作用下桥墩的作用力及其分布等问题，并运用已建钱塘江二桥、六桥等实测冲刷坑资料对桥墩局部冲刷计算式进行了验证。通过多种研究手段的有机结合，得到了桥位河段设计条件下的水动力要素、建桥对钱塘江洪、潮水文条件及对工程附近涉水建筑物的影响的结论可信，为桥跨布置、桥墩设计和施工提供了科学的依据，其成果已分别被工程设计、施工和建设单位采用，取得了良好的经济效益。

二、钱塘江河口洪潮水动力条件复杂，河床冲淤剧烈，最大冲淤幅度可达10米左右，研究工作难度大。课题组在收集大量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，其主要创新点有：

1. 采用正态系列模型试验，研究钱塘江河口段桥墩局部冲刷坑深度及其形态，减少了因模型选沙及模型比尺等因素对试验成果带来的偏差，建立的大洪水对桥墩冲刷坑深度的计算公式，对推进钱塘江河口建桥桥墩设计的技术进步作出了新的贡献。

2. 通过模型试验首次确定了设计条件下涌潮对桥墩的作用力及其三维分布；采用数值模拟、模型试验综合研究了涌潮对桥墩作用引起的局部反射及建桥对洪、潮水流的影响，提出了新的成果。

三、综上所述，本项成果在总体上达到国内领先水平。

四、建议加强工程运行期的涌潮作用力及大洪水下桥墩局部冲刷的监测与分析。

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

主任委员

沈焕庭

华东师范大学

河口海岸

教授、博导

2

副主任委员

赵方锴

浙江省交通规划设计研究院

港口航道

教授级高工

3

委员

杨国录

武汉大学

水沙数学模型

教授、博导

4

委员

孙志林

浙江大学

河流海岸动力学

教授、博导

5

委员