为复合地基处理开出良方

广佛高速,我国最早的高速公路之一,是广州到佛山的陆运大通道。

不承想,因为车流量实在太大,原有的四车道在运行仅8年后,就无法满足运力。拓宽公路,第一步就是新旧地基的融合及处理。

这个卡脖子难题最终被浙江大学建筑工程学院教授、中国工程院院士龚晓南及其团队创建的地基处理“良方”——复合地基处理技术所攻克。

“国家的需要就是我们的研究方向。”龚晓南及其团队历时30年的理论研究和工程实践,极大地推动了复合地基新技术的发展和在工程建设领域的广泛应用。

一个定义打开研究死结

我国地域辽阔,工程地质条件复杂,改革开放以来,工程建设规模日益扩大,因而在具体建设中,遇到越来越多的软弱地基或不良地基问题。

传统地基处理方法难以满足高承载力与稳定性和快速的地基处理要求,而桩基础的承载力高、沉降小,但造价高,难以在大面积地基处理中使用。

有没有价廉物美的地基处理方法呢?1990年,龚晓南通过荷载传递机理分析,首次总结出复合地基的本质是在荷载的作用下,桩和桩间土能够共同直接承担上部荷载,这也是复合地基与浅基础和桩基础之间的主要区别。

1992年,龚晓南出版复合地基领域第一部专著,正式提出复合地基的科学定义——天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基。

龚晓南对复合地基的定义、形成条件和分类作了明确的规定,揭示了复合地基的荷载传递机理和位移场特性,提出了承载力和沉降分析理论,创建了复合地基理论体系,为复合地基的工程设计和应用提供了关键的理论支撑,被誉为我国复合地基发展的第一个里程碑。

一个工程,一个“方子”

从1990年到本世纪初的10多年里,复合地基的理论和技术随着研究不断深化。这个理论指导实践的过程,也让建设方看到了复合地基的显著优点,复合地基的应用从最初的建筑工程慢慢拓展到了公路、铁路建设。但是单纯的“复制粘贴”,直接把建筑中复合地基的计算方法应用到路堤工程中,也出现过一些安全事故。

问题症结在哪里?团队做了深入细致的研究,揭示了基础刚度对复合地基工作性状的影响机理,建立了路堤下复合地基计算分析理论,成功将复合地基应用从建筑工程拓宽到公路、铁路等领域,可以说龚晓南的研究引领了整个行业发展。

作为长三角一体化的重要大动脉,杭宁高速公路浙江段于2000年建造,跨越杭嘉湖平原,大部分地区为河相、湖相沉积,软土分布范围广,软土层厚度变化大。龚晓南带着团队成员现场设计、实施、检测与科研,将原来涵洞和通道堆载预压法处理改用低强度混凝土桩复合地基处理,比原设计的塑料排水板堆载预压处理方案的工期缩短了一年左右,而且不需要进行二次开挖。

为了能让复合地基理论及关键技术更方便地应用于类工程,龚晓南团队建立了复合地基设计方法和技术标准,形成了复合地基工程应用体系,主编了复合地基领域第一部国家标准《复合地基技术规范》及其他主要规范,为复合地基设计、施工和检测提供了全面的依据和支撑。

30年如一日为工程服务

龚晓南是浙江省培养的第一位博士,也是中国岩土工程界培养的第一位博士。1986年,他前往德国Karlsruhe大学土力学与地下工程研究所进行博士后研究,1988年回国。

当看到国家建设急需发展高效、经济和快速的地基处理新技术时,回国后的龚晓南就将研究重点转到了复合地基,一头扎了进去。30年来,从理论到实践,再从实践中凝练问题,理论再研究,这段路重复了无数次。

30年来,龚晓南用理论研究和工程实践成果改写了教科书,使复合地基成为与浅基础、桩基础并列的土木工程三种主要地基基础形式之一,并成为本科生和研究生教材与教学的重要内容、种基础类设计手册和指南的重要章节,为行业人才培养发挥了重要作用。

谈到这次获奖,龚晓南表示,团队围绕复合地基已经开展了30年的研究和实践。这次获奖,浙大方面的老师虽然只有3个人,但这26位博士、28位硕士,还有龚晓南的老师和同事都有贡献。“我们三个只是代表,功劳是属于整个大团队的”。

本报北京1月8日电

《中国教育报》2019年01月09日第4版