[00143290]根式仿生基础成套技术

(1)课题来源与背景 传统的桩基础在实际工程应用中表现出良好的竞争优势的同时,也存在未能充分发挥桩-土共同作用、材料利用率不高等不足。特别是深厚覆盖层区域的大跨径桥梁,超大的上部荷载要求桩长越来越长,往往表现出长细比失调、施工难、工期长、质量难以保障、材料用量大、性价比低、造价高、不利于资源节约及环境保护等缺点。为此,如何充分利用深厚覆盖层土体的承载力,有效带动桩周更多的土体发挥作用是当前大型桥梁基础设计与施工的关键。研究团队在安徽省交通运输厅结合厅科技项目、《悬索桥新型根式锚碇基础技术研究》部省联合攻关课题、安徽省科技攻关面上计划《大跨径悬索桥新型根式基础关键技术、先进工艺和装备》的支持下开展研究。 （2）技术原理与性能指标 研发团队于2005年创新性地提出一种根式仿生基础结构形式,它是采用在基础侧壁顶推预制根键的方法,使根键与主体结构侧壁固接,从而充分发挥根键地基梁承载特性,以提高基础承载力的一种类似树根的仿生基础。根式基础突破了传统桩基础的承载特性,将水平向预制构件分布于各个土层中,实现土体与桩基之间的刚度协调,积极调动了桩周土体的承载力;与同条件的桩基对比,竖向承载力提高25%以上,水平承载力提高30%以上,抗拔力提高2倍以上,具有更好的抗震性能。 （3）技术的创造性与先进性 项目获得的主要创新点如下： [1]首创了根式仿生基础结构形式,提出了根式仿生基础设计理论及承载力计算方法,通过多项模型试验、工程测试对根式仿生基础设计理论进行了验证。 [2]研发了适用于根式仿生基础的施工工艺,制定了相应的工法,发明了水下混凝土超高压可重复使用的自浮内模系统,形成了根式仿生基础的关键施工技术。 [3]研制了与根式仿生基础施工相匹配的小直径自平衡多向顶进装备、大直径自平衡双向顶进装备、大直径非对称单向顶进装备以及自动化施工平台等专用施工装备。 [4]通过材料的优化及科学组配,发明了适用于海洋及其它环境下根式仿生基础的高抗裂高抗蚀复合硅酸盐水泥及其制备方法。 （4）技术成熟度、适用范围和安全性 系列根式仿生基础在解决传统基础未充分发挥桩-土共同作用、材料利用率不高等不足的基础上,为今后的特大型桥梁提供了一种新型基础形式。其可满足工程建设过程中各种工况的要求,可根据实际工况选择不同直径的根式仿生基础,可实心可空心,可干环境也可涉水作业。同时全机械化的施工,效率高、安全质量可控,在公路工程、铁路工程、市政工程、建筑工程、海洋工程、电力工程等行业,都具有广泛应用的前景。 （5）应用情况和安全性 研究成果鉴定意见认为“根式基础是一项原创性的科技成果,具有重大的理论突破和应用价值,总体上达到国际领先水平”。目前,根式仿生基础在合淮阜高速淮河大桥、马鞍山长江大桥、望东长江大桥、池州长江大桥、安徽省白石天河特大桥等众多工程项目上得到了成功应用,累计产生直接经济效益3200余万元,间接经济效益和社会效益巨大。除了在公路交通行业中应用外,根式仿生基础在高压电塔、海洋风电、高铁、高层建筑等行业也开展了初步应用研究。 该项目研究获国家发明专利9项、实用新型专利9项、软件著作权1项,省级工法3项,发布实施地方标准1部、中国工程建设协会标准1部,出版专著1部,发表40余篇论文。 （6）历年获奖情况 获中国公路学会科学技术特等奖（交通部奖）等奖项,被列入2014年及2017年交通运输建设科技成果推广目录,开展了根式仿生基础规模化工程应用的池州长江大桥被列为交通运输部科技示范工程。