2018年度國家技術發(fā)明獎

年度國家技術發(fā)明獎安徽省提名項目公示（一）項目名稱老黏土地區(qū)預應力混凝土管樁基礎工程關鍵技術及應用（二）提名意見項目組歷經10多年的試驗研究和技術攻關，發(fā)明了玻璃纖維筋與鋼筋混合配筋的預制樁和抱箍式連接抗拔管樁等新樁型，形成了老黏土地區(qū)預應力混凝土管樁工程設計、施工及質量檢測系統(tǒng)性關鍵技術成果，完善了標準體系，成功解決了老黏土地區(qū)預應力混凝土管樁基礎應用存在的關鍵技術難題。研究成果已在2000多個重點建設項目中得到成功應用，取得了顯著的經濟效益和社會效益；在同等承載條件下，老黏土地區(qū)管樁與常規(guī)混凝土灌注樁相比，節(jié)約基礎工程造價30%以上，縮短工期40%以上。項目材料填寫規(guī)范，內容真實，經公示無異議。對照國家科學技術進步獎授獎條件，提名該項目為國家科技獎技術發(fā)明獎二等獎。（三）項目簡介隨著我國城市建設的快速發(fā)展，預應力混凝土管樁基礎在我國城市建設各個領域中得到推廣應用。管樁具有工廠化生產、承載力高、造價低、施工周期短及施工環(huán)保等特點，符合我國建筑工業(yè)化的發(fā)展方向，近年來用樁量逐年增加。但管樁在老黏土地區(qū)工程施工過程中存在顯著的擠土效應，經常出現(xiàn)管樁樁身上浮、沉樁深度達不到設計要求、管樁水平及抗拔承載力不足、施工后的管樁樁身混凝土強度難以確定、管樁樁身細小裂縫和位置的檢測存在局限等技術難題，給建設工程的安全構成重大隱患。課題組自2006年開始，對老黏土地區(qū)管樁的承載機理、沉降特性和施工質量監(jiān)控方法進行了系統(tǒng)的試驗研究，歷時近十年時間，形成了管樁新樁型研發(fā)、工程設計、施工及質量檢測等關鍵技術成果。取得的創(chuàng)新成果如下：1、發(fā)明了玻璃纖維筋與鋼筋混合配筋的預制樁和抱箍式連接抗拔管樁等新樁型，解決了老黏土地區(qū)管樁水平承載力與抗拔承載力不足的技術難題。2、揭示了老黏土地區(qū)管樁沉樁過程的擠土效應規(guī)律，得出了老黏土地區(qū)管樁的承載機理和沉降特性。采用理論分析、數(shù)值模擬及室內外試驗等研究方法，提出了管樁的單樁豎向極限承載力計算公式；基于圓孔擴張理論，模擬老黏土地區(qū)管樁壓入土體樁周土體應力場，推導出樁周土塑性區(qū)半徑，得出了老黏土地區(qū)管樁擠土效應規(guī)律，提出了消除老黏土地區(qū)管樁擠土效應的技術措施。3、發(fā)明了管樁全截面樁身混凝土抗壓強度檢驗方法。針對老黏土地區(qū)管樁在施工過程中常出現(xiàn)的管樁開裂或爆樁現(xiàn)象，為準確查明樁身混凝土強度，發(fā)明了管樁全截面樁身混凝土抗壓強度檢驗方法。4、創(chuàng)建了管樁焊接接頭的五段等效模型和接頭耦合系數(shù)的評價指標，建立了管樁的三維動力學模型，繪制管樁振動的三維波場圖；針對管樁低應變時域、頻域信號中缺陷反射不明顯的典型問題，首次提出了利用小波理論識別裂縫缺陷反射的原理和方法。獲授權發(fā)明專利14項，實用新型專利10項；主編地方標準5部，修訂地方標準1部，編制國家行業(yè)標準4部；出版專著5部；獲計算機軟件著作權1項；發(fā)表論文60余篇，其中EI收錄25篇；獲省中國施工企業(yè)管理協(xié)會科學技術獎科技創(chuàng)新成果一等獎1項，其中子課題獲省部級科技進步二等獎3項等。研究成果已在2000多個重點建設項目中得到成功應用，總用樁量約1.1億米。2014～2016年，產生直接經濟效益34.2億元；在同等承載條件下，老黏土地區(qū)管樁與常規(guī)混凝土灌注樁相比，節(jié)約基礎工程造價30%以上，縮短工期40%以上。（四）客觀評價一）與國內外相關技術的比較2016年12月02日安徽省科學技術情報研究所出具《科技查新報告》（2016C2404214）結論為：“本項目針對老黏土地區(qū)管樁的承載特性、老黏土中管樁的側摩阻力與端摩阻力取值研究、老黏土中管樁的擠土效應研究、老黏土中管樁全截面抗壓強度檢測方法及玻璃纖維筋與鋼筋混合配筋的預制樁研究等技術內容，在所查國內外文獻范圍內，均未見有相同的報道。”二）法定檢測機構的檢測報告2016年安徽省建筑工程質量第二監(jiān)督檢測站出具的《檢測報告》（2016PDP751）結論為：“本項目研發(fā)的玻璃纖維筋復合配筋預應力混凝土管樁（PRC-G600-AB110-12）的抗裂彎矩為437.5kN?m，極限彎矩為889.7kN?m，抗裂剪力為758.1kN，均高于《先張法預應力混凝土管樁》（GB13476-2009）和《混合配筋預應力混凝土管樁》（DBJT19-34-2009）的要求。”三）項目驗收評價意見1、2010年度住房和城鄉(xiāng)建設部科學計劃項目《低應變應用于預應力管樁完整性檢測的研究與實踐》（2010-K3-23）項目驗收意見中指出：“項目通過理論分析、室內試驗、現(xiàn)場試驗與數(shù)值模擬相結合的方法，系統(tǒng)研究了預應力管樁中裂縫缺陷判別和焊接接頭質量檢測的問題，揭示了應力波在樁身中傳播的衰減規(guī)律，針對現(xiàn)有規(guī)范確定管樁缺陷位置誤差較大的問題，提出了科學的改進方法。在安徽省近300個建設工程項目中得到成功應用，產生了重大的經濟和社會效益?！?、2012年度住房和城鄉(xiāng)建設廳科學計劃項目《預應力混凝土管樁在老黏土地區(qū)應用關鍵技術研究》（2012YF-22）項目驗收意見中指出：“項目以安徽省老黏土地區(qū)特有的工程地質條件為研究基礎，通過理論分析、室內試驗、現(xiàn)場試驗與數(shù)值模擬相結合的方法，系統(tǒng)研究了預應力混凝土管樁在老黏土地區(qū)設計、施工、檢測及管樁質量事故處理等關鍵技術，揭示了老黏土地區(qū)預應力混凝土管樁的承載機理、擠土效應規(guī)律及管樁承載力與休止期的變化規(guī)律，提出了一種針對樁身結構承載力的檢驗方法，解決了安徽老黏土地區(qū)預應力混凝土管樁設計與施工存在的關鍵技術問題，經濟效益和社會效益顯著，應用前景廣闊，對老黏土地區(qū)管樁工程質量和安全具有重要的理論與現(xiàn)實意義?！彼模╉椖胯b定評價意見1、2010年度住房和城鄉(xiāng)建設部科學計劃項目《低應變應用于預應力管樁完整性檢測的研究與實踐》（2010-K3-23）項目鑒定意見中指出：“……系統(tǒng)研究了預應力管樁中裂縫缺陷判別和焊接接頭質量檢測的問題，揭示了應力波在樁身中傳播的衰減規(guī)律，針對現(xiàn)有規(guī)范確定管樁缺陷位置誤差較大的問題，提出了科學的改進方法。鑒定委員會認為該成果總體上達到國際先進水平?！?、2012年度住房和城鄉(xiāng)建設廳科學計劃項目《預應力混凝土管樁在老黏土地區(qū)應用關鍵技術研究》（2012YF-22）項目鑒定意見中指出：“……系統(tǒng)研究了預應力混凝土管樁的承載與變形機理，研發(fā)玻璃纖維筋與鋼筋混合配筋的預制樁等新樁型。項目的創(chuàng)新研究成果已在安徽省建筑、交通、市政、水利等領域建設項目中廣泛應用，取得了顯著的經濟與社會效益，研究成果總體達到國際先進水平，其中新樁型研發(fā)居國際領先?！?、住房和城鄉(xiāng)建設廳科學計劃項目《預應力管樁施工質量監(jiān)控關鍵技術研究與應用》項目鑒定意見中指出：“……針對預應力管樁中裂縫缺陷判別和焊接接頭質量檢測存在的問題，理論分析了應力波在管樁中傳播影響因素，闡明了管樁低應變動測三維波場特征，論證了激振點與拾振點的最佳位置關系，提出了確定管樁缺陷位置改進方法和接頭焊接質量監(jiān)測方法，解決了管樁質量檢測的技術難題。在安徽省近300個建設工程項目中得到成功應用，取得了顯著的經濟和社會效益，應用前景廣闊。鑒定委員會認為該成果總體達到國內領先水平?！蔽澹﹪鴥韧庵匾剟钛芯砍晒@中國施工企業(yè)管理協(xié)會科學技術獎科技創(chuàng)新成果一等獎；子課題獲安徽省科技進步二等獎2項、建華工程獎集體二等獎1項等。六）國內外同行的學術性評價意見中國工程院龔曉南院士對專著《預應力混凝土管樁應用新技術》作序評價如下：“該書既有對預應力混凝土管樁應用新技術介紹，也有對成功經驗的總結和失敗教訓的記錄，更有很多創(chuàng)新性研究成果。如管樁在老黏土地區(qū)的應用研究、管樁土塞效應與擠土效應研究、填芯混凝土抗拔承載力研究、管樁的抱箍式連接技術、管樁的混合配筋研究、管樁作為支護樁應用研究、玻璃纖維筋在管樁中應用研究、管樁接頭質量檢測技術、管樁樁身裂縫檢測技術等……對普及預應力混凝土管樁技術、保證工程質量、提高行業(yè)整體技術水平、推動行業(yè)技術進步必將起到積極作用。”七）媒體報道中國建設報于2014年05月29日第76期對《先張法預應力混凝土抗拔管樁》（抱箍式連接）項目的專題報道：“該成果是解決了以往管樁用于抗拔樁的技術問題，使抗拔樁的可靠性和耐久性更高，提高了建筑物的安全性，取得了較好的經濟效益和社會效益。”（五）推廣應用情況研究成果已成功應用于我省的高速公路、高層建筑、市政橋梁等2000多個重點工程建設項目，典型項目包括：蕪湖長江二橋、濟祁高速、合肥融科城、合肥元一柏莊及濱湖沁園及便民服務中心項目等，總用樁量約1.1億米，目前預應力混凝土管樁用樁量已占我省總用樁量60%以上。通過研究成果的推廣應用，建華建材（安徽）有限公司近三年產生直接經濟效益34.2億元。本項目的研究成果保障了建設工程的質量安全，取得了顯著的經濟效益和社會效益。（六）主要知識產權證明目錄1、發(fā)明專利 一種玻璃纖維筋與鋼筋混合配筋的混凝土預制樁 中國 ZL201510020857.4 2016年5月25日 證書號第2086252號 安徽省建筑科學研究設計院 郭楊、吳平 有效2、發(fā)明專利 一種管樁樁身混凝土全截面強度檢驗方法 中國 ZL201410310097.6 2016年3月23日證書號第1996031號 安徽省建筑科學研究設計院 郭楊、崔偉、吳平、柯宅邦、費愛民 有效3、發(fā)明專利 深層平板載荷試驗裝置 中國 ZL201410328015.0 2014年7月10日 證書號第2015823號 安徽省金田建筑設計咨詢有限責任公司 葛凌、趙利利、王江濤、楊成斌 有效4、發(fā)明專利 一種用于復合地基處理的剛性樁及其生產方法 中國 ZL201310215763.3 2016年2月24 日證書號第1960319號 建華建材（中國）投資有限公司 陳巧、陳芳斌、油妍利 有效5、發(fā)明專利 先張法預應力混凝土樁、生產方法及樁與承臺的連接方法 中國 ZL201410121268.0 2016年3月2 日證書號第1970538號 建華建材（中國）投資有限公司 陳芳斌、趙偉華、油妍利、陳巧 有效6、發(fā)明專利 一種方樁樁身混凝土全截面強度檢驗方法 中國 ZL201410310088.7 2016年3月30 日證書號第2005328號 安徽省建筑科學研究設計院 郭楊、崔偉、柯宅邦、吳平、費愛民 有效7、發(fā)明專利 用于抗拔樁基的連接結構及其連接方法 中國 ZL201010198765.2 2012年7月8日證書號第1003392號 江蘇建華管樁有限公司 陳芳斌、陳巧 有效8、發(fā)明專利 一種預制混凝土后注漿樁及注漿工藝 中國 ZL201210585706.X 2016年4月13日證書號第2018628號 建華建材投資有限公司 陳芳斌、陳巧 有效9、發(fā)明專利 一種混凝土樁與承臺的連接方法 中國 ZL201110112915.8 2012年1月25日證書號第899967號 江蘇建華管樁有限公司 陳芳斌、陳巧 有效10、發(fā)明專利 一種測量土壤充分淋濾后沉降量的試驗方法 中國 ZL201310719634.8 2016年3月2日證書號第1965359號 安徽省金田建筑設計咨詢有限責任公司 楊成斌、張能欽、何文軍 有效（七）主要完成人情況郭楊，排名第一，項目負責人，正高級工程師。工作單位與完成單位：安徽省建筑科學研究設計院。擔任項目負責人與主要完成人，是發(fā)明點一、二、三、四的主要貢獻者和原創(chuàng)提出者；發(fā)明了玻璃纖維筋與鋼筋混合配筋預制樁和抱箍式連接抗拔管樁等新樁型；發(fā)明了管樁全截面樁身混凝土抗壓強度檢驗方法，準確查明了樁身混凝土強度；創(chuàng)建了管樁焊接接頭的五段等效模型和接頭耦合系數(shù)的評價指標，建立管樁三維動力學模型。楊成斌，排名第二，項目主要負責人，教授。工作單位與完成單位：安徽省金田建筑設計咨詢有限公司。發(fā)明點二、三、四技術實施的相關技術負責人和主要完成人；提出了老黏土地區(qū)管樁沉樁過程的擠土效應規(guī)律；發(fā)明了深層平板載荷試驗裝置；積極推動了相關理論和關鍵技術在多個重點工程中的推廣應用；參與提出了老黏土地區(qū)管樁的承載機理和沉降特性。吳平，排名第三，工程師。工作單位與完成單位：安徽省建筑科學研究設計院。發(fā)明點一、三、四技術實施的主要完成人；玻璃纖維筋與鋼筋混合配筋預制樁研制及試驗的主要完成人，并進行推廣應用研究；管樁全截面樁身混凝土抗壓強度檢驗方法的提出、試驗以及推廣的主要完成人。戴良軍，排名第四，副總經理、總工程師，正高級工程師。工作單位與完成單位：安徽建工集團有限公司。發(fā)明點一、二的相關技術負責和主要完成人；負責玻璃纖維筋與鋼筋混合配筋預制樁和抱箍式連接抗拔管樁的具體研究；推動了相關理論和關鍵技術在多個重點工程中的推廣應用；參與老黏土地區(qū)管樁承載機理和沉降特性的研究，參與提出管樁的單樁豎向極限承載力計算公式。楊余明，排名第五，總經理，高級工程師。工作單位與完成單位：建華建材（安徽）有限公司。發(fā)明點一、二、三技術實施的主要完成人；玻璃纖維筋與鋼筋混合配筋預制樁、抱箍式連接抗拔管樁施工工藝的主要完成人，并進行推廣應用研究；負責管樁全截面樁身混凝土抗壓強度檢驗方法推廣應用。陳巧，排名第六，主任，工程師。工作單位：建華建材（江蘇）有限公司，完成單位：建華建材（安徽）有限公司。發(fā)明點一技術實施的主要完成人；發(fā)明了預制樁與承臺的連接方法；推動了預制樁在工程中的應用；發(fā)明了抱箍式連接抗拔管樁，推動該新樁型在工程中的應用。（八）完成人合作關系說明自2006年以來，安徽省建筑科學研究設計院聯(lián)合建華建材（安徽）有限公司、安徽建工集團有限公司及安徽省金田建筑設計咨詢有限責任公司等單位，通過“產學研”深入研究，系統(tǒng)地開展了對老黏土地區(qū)管樁的承載機理、沉降特性和施工質量監(jiān)控進行了系統(tǒng)的試驗研究，形成了新樁型研發(fā)、工程設計、施工及質量檢測