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金塘大桥动床模型与桥墩局部冲刷研究
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浙江省科学技术奖项目推荐书 

成果类别: 3    行业评审组代码: 4     编号:     

 

项目名称

金塘大桥动床模型与桥墩局部冲刷研究

 

主要完成人

熊绍隆、韩海骞、邱建英、黄世昌、娄海峰、董海明、张舒羽、黄华定、耿兆铨、杨元平、郦丽娟

 

 主要完成单位

 

承担单位:浙江省水利河口研究院

协作单位:舟山市大陆连岛工程指挥部

 

                                    (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)86438378

 

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 Q R

 

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

 

浙江省科学技术厅 

   鉴定日期

20044

 

 

计划(基金)

名称和编号

 

国家发改交运(2005168

 

 

项目起止时间

 

 

起始:2003  年 1 月 10 日

 

完成:2004  年 4 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)

 

金塘大桥是舟山连岛的主体工程,东起舟山市金塘岛沥港镇,跨越灰鳖洋,西至宁波市镇海区新泓口,全长20.922 km。该工程的兴建将大大提高舟山作为长江流域和长江三角洲对外开放的海上门户和通道的区位优势。

本项目属于交通运输领域的技术开发类科研项目,通过对大量实测资料的分析,并应用数学模型、实体定床、动床模型与桥墩局部冲刷模型试验,得到了建桥对水流影响不大、对航道、锚地和镇海港无明显不良影响、对北仑港基本没有影响的结论,可靠地回答了备受关注的建桥对附近海域的影响问题;优化了桥轴线与桥跨布设方案,推荐方案已为初步设计采用;试验还得到了不同类型桥墩运行期可能最大冲刷深度与施工期的冲刷深度,成为桥墩桩基设计的关键依据之一。

金塘水域水流、泥沙与海床演变的系统研究为该海域其他后续工程的兴建提供了坚实的基础。由于桥墩类型较多、流速各异,浅滩与深槽流速差别较大,因而桥墩局部冲刷研究成果可为流态复杂的河口海岸地区桥墩局部冲刷坑深度取值参考应用。多种手段有机结合解决工程问题的综合研究方法可以为其他大型工程科研借鉴;多水边界浑水动床潮汐模型试验测量控制系统的成功研制已应用于其他河口海岸浑水动床模型试验;利用正态水槽模型进行桥墩等效阻力试验研究解决了数模中桥墩太多难以逐个模拟的难题,可为其他大型桥梁工程科研参考。

                                                    (不超过600个汉字)

 

发现、发明及创新点:

1、采用了实测资料分析、实体变态模型、水槽正态模型、大范围与局部数学模型等多种手段有机结合的综合研究方法;

2、首次对金塘水域水流、泥沙与海床演变进行了系统的分析研究;

3、首次利用变频调速系统进行了多水边界浑水动床潮汐模型试验的控制,成功地模拟了金塘水域多通道的潮流场,建成了稳定可靠、精度较高的测量控制系统,保证了水流泥沙和海床变形的相似。

4、利用正态水槽模型进行桥墩阻力试验研究,得到可靠的等效糙率提供给数学模型,较好地解决了数模中桥墩太多难以逐个模拟的难题。

                                                      (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

 

1 金塘大桥海域内岛屿及港口码头众多,流态与地形复杂,项目研究内容多、难度大,为一项少有的综合性的工程应用研究。研究者在对大量现场实测资料进行系统分析的基础上,抓住关键技术问题、运用多种手段进行深入研究,获得了有较高工程应用价值的成果。

2、我国对于长江、黄河等均有多年广泛系统的研究,对极其复杂的具有典型非恒定往复流特征的金塘水域虽也有些研究,但多为局部问题,就该水域水流、泥沙与海床演变进行系统分析研究尚属首次,从而为该科研项目的成功完成打下了坚实的基础。

3、变频调速闭环水位控制国内外已有单位进行研究,但为清水系统,本项研究在此基础上进行若干改进,完成了浑水控制系统,并成功进行了多水边界控制。

4、对于桥墩的数值模拟,当桥跨不多时,桥墩可按一定原则概化,也有少数用等效糙率进行计算。本工程桥墩多达300余个,为此先由正态水槽模型得到可靠的等效糙率,然后提供给数学模型进行计算,结果与实体模型试验基本一致,从而保证了建桥对水环境的影响研究的可靠性与桥轴线及桥孔布设优化的合理性。

5、桥墩在运行期的局部冲刷坑深度包括风浪和潮流导致的自然冲刷、建桥使过水断面缩窄产生的一般冲刷和桥墩阻水形成马蹄形漩流引起的局部冲刷三部分。对多跨度特大型桥梁,通常的解决办法是对各桥梁的较不利床面高程进行桥墩局部冲刷的正态水槽试验。本项目在系统分析金塘海域海床演变的基础上,得到了东部微冲、西部微淤的可靠结论,从而在中、西部桥墩自然冲刷的考量中,剔除了累计单向性淤积中的不可逆部分,再根据桥墩局部冲刷试验成果,得到了各桥梁段在确保安全可靠的前提下又较经济合理的海床局部冲刷高程。

 

 

 

                                                     (不超过800个汉字)

 

 应用情况

 1、金塘水域水流、泥沙与海床演变系统的研究为本工程科研打下了坚实的基础。研究的主要成果为工程可行性研究批复和初步设计提供了可靠的科学依据,解决了上述不同阶段的若干关键问题。

2、多点同步水文测验与同步水下地形测量为数学模型与实体模型的验证提供了必要的条件,通过实测水下地形资料的分析对该水域海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得到建桥对水流影响不大、对航道、锚地和镇海港无明显不良影响、对北仑港基本没有影响的结论,可靠地回答了备受关注地建桥对附近海域的影响问题。

3、大范围数模提供了桥位海域涨、落急流场的可靠结果,实体定床模型对不同轴线不同桥孔布设方案水流的影响进行了比较分析,两者综合为桥轴线与桥孔布设方案比选提供了可靠的科学依据,结果均为设计部门采纳。

4、桥墩局部冲刷坑深度与相应床面高程已作为本工程各类桥墩桩基设计的主要依据,其结果还可为流态复杂的河口海岸地区桥墩局部冲刷坑深度取值参考应用。

5多种手段有机结合解决工程问题的综合研究方法和多水边界浑水动床潮汐模型试验测量控制系统已成功地推广应用于其他河口海岸工程科研项目中。

                                                  (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     2260                                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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

各栏目的计算依据:

 

桥墩不利冲刷高程应考虑自然冲刷、建桥引起的普遍冲刷与桥墩局部冲刷。对单向淤积为主的西部和冲淤交替的中部桥梁段,不用海床最低包络线作为运行期桥墩局部冲刷的起始高程,而是根据中、西部海床演变特征,剔除了累计单向性淤积中的不可逆部分,结合桥墩局部冲刷的试验结果,得到运行期不利床面高程,从而使中部6km、西部8km的桥墩桩基长度分别减小0.5m2.0m,总计节省工程投资2260万元。

 

社会效益:

 

舟山市位于浙江省东北部的东海海域,是我国新兴的海岛、港口、旅游城市,也是国务院批准的沿海经济开发区。金塘大桥是舟山大陆连岛工程的主体,总投资70亿元,该特大桥与连岛工程其他4座桥梁的建设对充分利用舟山深水岸线资源,推进宁波、舟山港口一体化进程,改善陆岛交通条件,促进长江三角洲地区的经济及舟山地方特色经济的发展,加强国防建设等都起到极大的推动作用,其社会效益显著。

 

 *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:

 

金塘大桥为国内外少有的建于复杂海域的超长多跨桥梁,工程海域内岛屿及港口码头众多,地形及流态复杂,项目研究内容多、难度大,为一项少有的综合性的工程应用研究。研究者在对大量现场实测资料进行系统分析的基础上,抓住关键技术问题、运用多种手段进行深入研究,获得了有工程应用价值的成果,主要结论均为设计采用。同时在学术上取得了创新,主要有:

1、采用了实测资料分析、实体变态模型、水槽正态模型、大范围与局部数学模型等多种手段有机结合的综合研究方法;

2、首次对金塘水域水流、泥沙与海床演变进行了系统的分析研究;

3、首次利用变频调速系统进行了浑水动床潮汐模型试验的控制,成功地模拟了金塘水域多通道的潮流场,建成了稳定可靠、精度较高的测量控制系统,保证了水流泥沙和海床变形的相似。

4、利用正态水槽模型进行桥墩阻力试验研究,得到可靠的等效糙率提供给数学模型,较好地解决了数模中桥墩太多难以逐个模拟的难题。

综上所述,本项成果总体上达到国际先进水平。

建议进一步深入开展风暴潮对海床冲淤影响的研究。                                                

不超过400个汉字)

 


 

                       

 

序号

鉴定会职务

 

工作单位

所学专业

现从事专业

职务职称

  

1

主任委员

陈新

中铁大桥勘测设计院

桥梁

桥梁

中国工程院院士

陈新

2

副主任委员

刘家驹

南京水利科学研究院

水道港口

海岸泥沙运动

教授级高工

刘家驹

3

副主任委员

陈文彪

珠江水利委员会科研所

水利

河流泥沙动力学

教授级高工

陈文彪

4

委员

许文斌

浙江省水利厅

水工

水利

总工

许文斌

5

委员

林国雄

杭州湾大桥工程指挥部

桥梁

桥梁

副总、教授级高工

林国雄

6

委员

张东生

河海大学

物理海洋

河口海岸

教授、博导

张东生

7

委员

王长德

武汉大学

水工

水工

教授、博导

王长德

8

委员

应仁芳

国家海洋局海洋二所

物理海洋

物理海洋

研究员

应仁芳

9

委员

孙志林

浙江大学

水利

泥沙及河流动力学

教授、博导

孙志林

 

主 要 完 成 单 位 情 况

 

序号

完 成 单 位 名 称

邮政编码

详 细 通 信 地 址

隶属省部

单位属性

1

浙江省水利河口研究院

主要完成单位

310020

杭州市凤起东路50

浙江省

1

2

舟山市大陆连岛工程指挥部

主要协作单位

316000

舟山市定海人民中路160

浙江省

5

注:1.完成单位序号超过9个可加附页。其顺序必须与鉴定证书封面上的完全一致。

    2.完成单位名称必须填写全称,不得简化,与单位公章完全一致,并填入完成单位名称的第一栏中,其下属机构名称则填入第二栏中。

    3.详细通信地址要定明省(自治区、直辖市)、市(地区)、县(区)、街道和门牌号码。

    4.隶属省部是指本单位和行政关系隶属哪一个省、自治区、直辖市或国务院部门主管。并奖其名称填入表中。如果本单位有地方/部门双重隶属关系,请按主要的隶属关系填写。

5.单位属性是指本单位在  1.独立科研机构 2.大专院校  3.国有企业  4.民营企业  5.其他 五类性质中属于哪一类,在栏中选填1.2.3.4.5.即可。

主 要 完 成 人 员 情 况

序号

姓名

性别

出生

年月

技术职称

文化

程度

工作单位

对成果创造性贡献

本人

签名

1

熊绍隆

1942.4

教授级高工

研究生

浙江省水利河口研究院

项目总负责,制定技术路线,提出研究方法

 

2

韩海骞

1977.5

工程师

大学

浙江省水利河口研究院

实体模型与桥墩局部冲刷模型两分项负责

 

3

邱建英

1955.3

教授级高工

大学

舟山市大陆连岛工程指挥部

负责工程方案的制定

 

4

黄世昌

1966.12

教授级高工

研究生

浙江省水利河口研究院

项目副总负责,协助分管实测资料分析

 

5

娄海峰

1978.10

助理工程师

大学

浙江省水利河口研究院

局部数模负责,大范围数模主要完成人员

 

6

董海明

1969.3

高级工程师

大学

舟山市大陆连岛工程指挥部

协助工程方案的制定

 

7

张舒羽

1976.8

工程师

研究生

浙江省水利河口研究院

实测资料分析负责

 

8

黄华定

1969.7

高级工程师

大学

舟山市大陆连岛工程指挥部

协助工程方案的制定

 

9

耿兆铨

1944.8

教授级高工

研究生

浙江省水利河口研究院

大范围数学模型负责

 

10

杨元平

1974.4

工程师

研究生

浙江省水利河口研究院

实体模型与桥墩局部冲刷模型主要完成人员

 

11

郦丽娟

1944.1

高级工程师

大学

浙江省水利河口研究院

实体模型与桥墩局部冲刷模型控制仪器负责

 

 注:1.主要完成人员顺序必须与鉴定证书上的顺序完全一致,并与推荐书封页主要完成人员的顺序一致。

    2.本人签名栏不得代签。

         


 

第一主要完成人情况

  姓名

熊绍隆

   性别

  

  民族

  

 

出生地

 湖北 省 汉川  市(县)

  出生日期

19424

  党派

中共党员

工作单位

浙江省水利河口研究院

联系电话

0571-86438378

通讯地址及邮政编码

杭州市凤起东路50

310020

家庭住址

杭州市滨江新苑一幢404

住宅电话

0571-86552707

电子信箱

slxiong@163.com

毕业学校

武汉大学(原武汉水利电力学院)

文化程度

研究生

学位

硕士

职务、职称

教授级高级工程师

专业、专长

河流海岸

动力学

毕业

时间

1967(本科)

1981(研究生)

曾获奖励及荣誉称号情况:

 负责课题获浙江省科学技术二等奖1项、省科技进步三等奖2项,独著或主笔论文获浙江省自然科学优秀论文一等奖1篇,二等奖5篇。

 参加本项目的起止时间

    2003  1        2004      4   

(技术)

 

 

  

根据本项工程科研的技术要求,制定以长系列实测资料分析为基础、大范围数学模型与实体定床模型试验相结合分析建桥对水环境影响、动床模型探讨建桥对港口航道影响、正态水槽模型研究桥墩局部冲刷的课题总体技术路线,确定各分项的技术要求,指出课题的难点与关键,编制工作大纲。与两主要分项整体物模和水槽正态模型的负责人共同完成模型设计并参与试验,指导和协助解决各分项在研究过程中的难题,及时协调各分项的相互关系与进度。负责报告编写与统稿。

 

 

 

本人签名:                        单位盖印:

                                      

 

 

 

 

 


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