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《软弱土明挖地下空间绿色支护系列技术及标准体系》科研成果公示

《软弱土明挖地下空间绿色支护系列技术及标准体系》科研成果公示

    受浙江省住房和城乡建设厅委托,我院和东通岩土科技(杭州)有限公司、浙江大学、中铁第四勘察设计院集团有限公司等承担了浙江省建设科研项目《软弱土明挖地下空间绿色支护系列技术及标准体系》的项目研究。项目第一负责人为刘兴旺,项目组其他成员为施祖元、胡安峰、童根树、袁静、谢康和、张磊、胡焕、张迪、李瑛、房凯、胡琦、陆琦。项目自2004年开始,2016年完成。2018年1月项目主要研究成果经浙江省科技厅组织的验收委员会一致同意通过验收,验收委员会一致认为“总体达到国际先进水平,部分成果达到国际领先水平”。

项目由浙江省住房和城乡建设厅推荐申报2018年浙江省科技进步奖。

主要的技术内容及成果如下:

1、开展了软弱土明挖地下空间土方开挖、潜水和承压水降水、施工动载等引起的地基固结变形理论研究工作,首次综合考虑了地基土的非线性、成层性以及非达西渗流等复杂因素,建立了相应的固结变形分析理论和地表沉降计算方法;提出了一种考虑基坑空间效应及土体强度的承压水突涌稳定分析方法。

2、揭示了超深地下空间分级组合支护结构的受力机理及变形规律,提出了考虑前后排支护结构相互作用的土压力计算模式,创立了分级组合支护结构的设计方法。

3、针对各种复杂工程和水文地质条件,开展了型钢水泥土连续墙的设计计算理论和施工技术研究。提出了装配式、可重复使用的型钢组合支撑稳定分析和设计方法,研发了预应力装配式型钢组合支撑成套技术,发明了预应力装配式拱形钢支撑。

4、开发了钢骨支腿地下连续墙技术,提出了相应的连续墙承载力和沉降计算方法。

本项目研发的型钢水泥土连续墙、预应力装配式型钢组合支撑技术广泛应用于浅层地下空间支护,部分技术如渠式切割水泥土连续墙、型钢组合支撑等可应用于深层地下空间支护;分级组合支护结构可用于超深地下空间支护。绿色理念覆盖了从围护墙施工至地下结构形成的全部施工过程,采用型钢水泥土连续墙、预应力装配式型钢组合支撑技术可重复使用材料、减少基坑施工时间;分级组合支护技术可充分利用基坑时空效应实现变形控制,技术经济指标较好。

研究获2项国家、1项浙江省自然科学基金资助。研究成果发表论文77篇,其中SCI收录16篇,EI收录51篇;授权国家发明专利15项,软件著作权7项,省级工法2项;形成专著2部;形成由1部国家行业标准和4部浙江省标准构成的标准体系。其代表性论文专著如下:

1) 刘兴旺施祖元(编著).《地下工程绿色支护设计与施工》,北京:中国建筑工业出版社,2016.

2) XIE Kang-he, WANG Kun, WANG Yu-lin, et al. Analytical solution for one-dimensional consolidation of clayey soils with a threshold gradient. Computers and Geotechnics, 2010, 37(4): 487-493.SCIEI

3) Kai Fang, Zhongmiao Zhang, Xingwang Liu, et al. Numerical analysis of the behavior of double-row support structure for braced excavation deepening. Journal of Civil Engineering and Management. 2013, 19(2): 169-176.SCI】

4) Tong G. S.; Xing G. R. Determination of buckling mode for braced elastic-plastic frames, Engineering Structures2007, 29: 2487-2496.【SCI

5) 李瑛,刘兴旺,曹国强深基坑局部深坑突涌稳定性计算研究,岩土工程学报,201436(3): 580-583EI

6) Hu An-Feng, Xia Chang-Qing, Cui Jun et al. Nonlinear consolidation analysis of natural structured clays under time-dependent loading. International Journal of Geomechanics, 2018, 18(2).【SCI

7) Xie K.H, Leo, C.J. Analytical solutions of one-dimensional large strain consolidation of saturated and homogeneous clays. Computers and Geotechnics, 2004, 31(4):301-314.SCI, EI

8) Tong G. S., Ji Y. Buckling of frames braced by flexural bracing,Journal of Constructional Steel Research2007, 63(2): 229-236.SCI】

9) Hu An-Feng, Xia Chang-Qing, Wu Hao, et al. A study on one-dimensional consolidation of layered structured aquitard soils in a leakage system. Marine Georesources & Geotechnology, 2017, 35(3): 318-329.【SCI

10) Zhongmiao Zhang, Kai Fang, Xingwang Liu. Simplified method of active earch pressure for special inner support structure, Advanced materials research. 2011, 4520-4523.

其主要知识产权如下:

1) 发明专利,一种渠式切割水泥土连续墙的施工方法,胡焕,ZL201510550738.X

2) 发明专利,基坑斜杆型钢支撑体系,胡焕等,ZL201610249848.7

3) 发明专利,预应力钢拱基坑支护结构,童根树,刘兴旺,龚晓南,ZL201310335655.X

4) 发明专利,一种基坑加深后的支护系统加固结构,刘兴旺等,ZL201410127311.4

5) 发明专利,一种基坑加深后的立柱加固方法,刘兴旺等,ZL201410128560.5

6) 发明专利,带支腿地连续墙沉降计算方法,袁静等,ZL201410174486.0

7) 发明专利,水平荷载作用下带支腿地下连续墙计算方法,袁静等,ZL201410040844.9 

8) 发明专利,带支腿地下连续墙竖向承载力计算方法,袁静等,ZL201410174469.7

9) 发明专利,建筑基坑钢支撑结构,胡焕等,ZL201610291289.6

10) 发明专利,一种基坑用立柱桩,胡焕,ZL201510088963.6

11) 发明专利,渠式水泥土连续墙的冷缝处理方法,胡焕等,ZL201610194496.X

12) 发明专利,一种在卵石层中施工的立柱桩安装方法,胡焕等,ZL201610209396.X

 

教育部科技查新工作站和浙江省科技信息研究院分别对本项目进行国内外查新的结果表明,本项目的主要研究成果在国内外文献中均未见述及。经有关各方的精诚合作,项目顺利成功完成,建设工期及投资符合业主的规定目标。

项目主要完成人及贡献:

刘兴旺,排名第一,教授级高级工程师,浙江省建筑设计研究院,作为项目的总体负责、工程设计总负责人、专题研究的带头人,建立项目整体研究框架和技术路线,全面负责课题具体研究工作,对创新点1、2、3作出了创造性贡献;提出了超深地下空间分级组合支护结构及承压水控制技术,建立了复杂工程水文地质条件下型钢水泥土连续墙及型钢组合支撑设计计算理论;在该项目投入的工作量占本人工作总量的70%;论文22 篇,授权发明专利5项,专著1本,国家行业标准1部,浙江省标准和技术指南4部;负责的应用项目获全国优秀设计三等奖3项,省优秀设计一等奖5项。获浙江省科学技术奖二等奖1项,浙江省科技进步三等奖1项(第2)。

施祖元,排名第二,教授级高级工程师,浙江省建筑设计研究院,对本项目做出的贡献主要包括提出了渠式切割水泥土连续墙技术、软土基坑变形控制标准及环境灾害防治方法,作为第1完成人编制了国家行业标准及浙江省标准《渠式切割水泥土连续墙技术规程》、浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》,对创新点23作出了创造性贡献,在该项目投入的工作量占本人工作总量的50%。获授权国家发明专利3项,专著1本,论文5篇,浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》获2015年浙江省建设科技奖一等奖。曾获浙江省科技进步奖二等奖;分获20032015 浙江省科技进步二、三等奖各1项。

胡安峰,排名第三,副教授,浙江大学,提出了基于不同渗流规律的软土地基固结变形时效性分析方法和循环荷载作用下地基累积变形计算方法,开发了岩土工程监测软件JKJC,对创新点13作出了创造性贡献,在该项目投入的工作量占本人工作总量的70%;论文25篇,授权软件著作权3项。《带支腿地下连续墙设计计算及应用研究》曾获2015年浙江省科技进步三等奖。

童根树,排名第四,教授,浙江大学,提出了拱形基坑钢支撑结构,发明了大跨度预应力拱形钢支撑结构体系,指导完成对拱形基坑钢支撑结构的开发工作;建立了考虑立柱、托梁作用及施工偏差的多跨型钢组合支撑稳定性设计计算理论。曾获2007年“高层钢结构设计技术”获浙江省科技进步二等奖;2009年“现代钢结构稳定性关键技术研究与应用”获国家科技进步二等奖。

袁静,排名第五,教授级高级工程师,浙江省建筑设计研究院,研发渠式切割水泥土连续墙技术,解决了复杂地层超深截水帷幕的技术难题;开发了钢骨支腿地下连续墙技术,提出了相应的连续墙承载力和沉降计算方法。曾获省科学技术进步奖二等奖、三等奖各二项,省建设科学技术奖一等奖三项、二等奖三项、三等奖一项。

谢康和,排名第六,教授,浙江大学,开展了软土基坑开挖、潜水和承压水降水等引起的地基固结变形理论研究工作,对创新点1、3做出了创造性贡献。主要贡献为:(1)建立了考虑非达西渗流、水位变化、循环荷载和越流补给的基坑静动力固结变形分析理论,提出了变形计算方法;(2)开发了岩土工程监测软件JKJC。获得软件著作权1项,发表论文30余篇。曾获国家科技进步三等奖一项,国家教育部科技进步一、二等奖各一项, 浙江省科技进步一等奖一项,二、三等奖各二项。

张磊,排名第七,副教授,浙江大学,参与开发拱形基坑钢支撑结构,并对拱形基坑钢支撑结构的受力性能进行了计算分析和现场试验研究。

胡焕,排名第八,东通岩土科技(杭州)有限公司,建立预应力装配式型钢组合支撑成套技术,并进行标准化;将课题成果应用于近百项工程;授权9项国家发明专利。

张迪,排名第九,教授级高级工程师,中铁第四勘察设计院集团有限公司,在多项重大工程明挖基坑围护设计中应用了本项目的技术,并结合施工实际情况反馈了应用情况,进一步完善了项目的理论体系与实际应用技术。“杭州庆春路过江隧道建造关键技术研究与工程应用”曾获浙江省2013 年度科学技术奖一等奖;“地下工程施工过程平衡稳定理论的建立与安全控制技术”曾获浙江省2014 年度科学技术进步奖二等奖。

李瑛,排名第十,高级工程师,浙江省建筑设计研究院,建立深基坑承压水抗突涌分析三维理论模型;反分析型钢支撑刚度;建立考虑横梁、立柱等的型钢支撑稳定性分析方法。

房凯,排名第十一,讲师,山东科技大学,揭示了超深地下空间分级组合支护结构的受力机理及变形规律,提出了考虑前后排支护结构相互作用的土压力计算模式,创立了分级组合支护结构的设计方法。

胡琦,排名第十二,副教授,东通岩土科技(杭州)有限公司,建立预应力装配式型钢组合支撑成套技术,并进行标准化;根据现场实施效果完善课题成果;授权6项国家发明专利。

陆琦,排名第十三,高级工程师,杭州市钱江新城建设开发有限公司,在多项重大工程应用本项目的技术,并结合施工实际情况反馈了应用情况,进一步完善了项目的理论体系与实际应用技术。

第一完成单位浙江省建筑设计研究院全面负责本项目的理论研究、技术开发及应用推广,对全部3个创新点都作出创造性贡献。主要贡献为:(1)提出了考虑基坑空间效应及土体强度的承压水突涌分析方法;(2)建立了复杂地质条件下型钢水泥土连续墙设计计算理论;(3)提出了钢骨支腿连续墙沉降和承载力计算方法;(4)提出了超深地下空间分级组合支护结构及其设计计算方法。主编国家行业标准1部,浙江省标准4部,授权国家发明专利6项,专著1本,论文25篇,完成128项应用项目的设计。

研究成果已直接应用于杭州、上海、南京、天津、南昌、昆明等地百余项大型工程,其中杭州国贸总部大楼、钱江新城D-09等7个项目设5层及以上地下室,最大开挖深度34.3m;杭州东站枢纽、钱江隧道、杭州环城北路地下通道等多个项目为浙江省重大交通基础设施项目。与传统技术相比,本项目形成的绿色支护系列技术平均节能比可达32.3%,减排比(碳排放)可达37.3%;应用项目获全国优秀设计三等奖5项,省部级优秀设计一等奖7项。

公示自即日始10天,凡对上述项目申报省科学技术进步奖有意见者,请及时以书面或口头形式向院科技研发中心反映。

联系电话:0571-56097837

 

浙江省建筑设计研究院

2018年35

 

 

 

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