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巖土工程專業(yè)博士龔曉南:“把脈問診”地基40年

2021-09-10 11:16:43 來源:科技金融時報

他是浙江省自己培養(yǎng)的第一位博士,也是我國自己培養(yǎng)的第一位巖土工程專業(yè)博士。

地基,建筑之“根”。國內(nèi)大量分布著各種軟弱地基、不良地基,如何在這樣的地基上修建,他帶領團隊,進行了長達40余年的探索與研究,成績斐然。

他就是中國工程院院士、浙江大學濱海和城市巖土工程研究中心主任龔曉南。

國家的需要就是研究方向

1961年,龔曉南考入清華大學土建系工業(yè)與民用建筑專業(yè)。“剛進清華,有兩幅大標語讓我印象深刻,一是‘清華園——工程師的搖籃,二是‘為國家健康工作五十年’。”龔曉南回憶道:“大學不僅讓我掌握現(xiàn)代土木工程知識,更重要的是讓我明白了,科研必須考慮國家需求。”

6年的大學時光,“為祖國服務”這六個字深深埋入龔曉南的心里。本科畢業(yè)后,他就去到陜西鳳縣,投身于“大三線建設”當中。修鐵路、架橋梁、筑防洪堤,這些其實與他學的專業(yè)還不太一樣,可他認為工程需要他干什么,他就干什么,這一干就是十余年。

正式與巖土打起交道,并找到一輩子的研究方向,要從1978年龔曉南作為改革開放第一批研究生考入浙江大學土木系巖土工程專業(yè)開始。

1986年,龔曉南前往德國卡爾斯魯厄大學土力學與地下工程研究所進行博士后研究,國外的先進技術讓他眼界大開。“想學的東西太多,只能一邊拼命汲取養(yǎng)分,一邊時刻關注祖國建筑事業(yè)的發(fā)展狀況。”在龔曉南看來,要先把國內(nèi)急需的技術學好學透。

1988年,龔曉南回國后看到國家建設急需發(fā)展高效、經(jīng)濟和快速的地基處理新技術,于是就將研究重點轉(zhuǎn)到了復合地基。他還是那句話:“國家需要什么,我就研究什么。”

2019年1月8日,在國家科學技術獎勵大會上,龔曉南領銜的“復合地基理論、關鍵技術及工程應用”獲國家科技進步獎一等獎。如今,復合地基理論與技術被應用于遍布全國的建筑工程、高速公路、高速鐵路、市政道路、港口和機場等工程建設領域。

一個工程一個“方子”

我國地域遼闊,工程地質(zhì)條件復雜。軟弱地基和不良地基處理,一直是困擾工程界的一大難題。如何在大片軟土區(qū)域中進行土木工程建設呢?

傳統(tǒng)地基的處理方法在承載力、穩(wěn)定性、沉降等方面難以滿足建設要求,另外樁基礎的處理方法造價太高又難以大面積使用。相比之下,在地基中設置不同的增強體而形成的復合地基,其價廉物美的優(yōu)勢就體現(xiàn)了出來。

不過復合地基雖好,但不是簡單地“復制粘貼”就可以的。早些時候,有些建設方直接把建筑中復合地基的計算方法應用到路堤工程中,也出現(xiàn)過一些安全事故。

龔曉南反復強調(diào),土是自然和歷史的產(chǎn)物,因為年代不同、區(qū)域不同、構造不同,每一個工程所面臨的地質(zhì)條件都是千差萬別的。所以,必須在大的理論框架下,對癥下藥,做到一個工程一個“方子”。

如今,京津城際高速鐵路、京滬高速鐵路、杭寧高速公路、乍嘉蘇高速公路等遍布全國各地的高速公路和高速鐵路都有復合地基理論與技術的身影。

龔曉南回憶起杭寧高速公路的建設,時至今日他對這項工程依然印象深刻。他說,這條高速公路是長三角一體化的重要大動脈,其中,浙江段跨越杭嘉湖平原,不僅軟土層厚度變化大,而且與填土路堤連接處極容易形成顛簸,出現(xiàn)“跳車”現(xiàn)象。

面對難點,龔曉南帶著他的團隊,一次次到現(xiàn)場進行踏勘、設計、實施、檢測。最后,團隊提出的設計方案不僅將工期縮短了1年,且無需二次開挖。此外,他們通過設置復合地基處理過渡段,有效緩解了差異沉降,控制了“橋頭跳車”現(xiàn)象。

杭寧高速上的防“跳車”經(jīng)驗,如今已普遍運用于軟土地基高速公路的路堤與橋頭連接。

除了復合地基,龔曉南還從事軟黏土力學、基坑工程等領域的教學、科研與技術服務等工作。比如,杭州市區(qū)慶春路拓寬改造兩旁建筑的基坑工程,許多都是他參與設計和實施的。如今每每經(jīng)過慶春路段,龔曉南心中仍感到幸福和滿足。

“我人生的主要工作是和泥巴打交道。別人往地上蓋房子,我們是往地下造。‘地下’是‘地上’的根基,所以更要精心設計施工,絕對不能抱僥幸心理。”龔曉南說。

實踐中出科研成果

1992年,龔曉南和他的團隊來到位于寧波北侖的寧波善高化學有限公司工地現(xiàn)場上,他們通過足尺試驗,研究了水泥攪拌樁的荷載傳遞規(guī)律。研究成果于1994年發(fā)表,作為從工程實踐中出的科研成果,至今還是復合地基領域引用次數(shù)排名第一的論文。

1992年龔曉南較系統(tǒng)總結了國內(nèi)外復合地基理論和實踐方面的研究成果,出版第一部復合地基著作《復合地基》,對復合地基的定義、形成條件和分類做了明確的規(guī)定,揭示了復合地基的荷載傳遞機理和位移場特性,提出了承載力和沉降分析理論,創(chuàng)建了復合地基理論體系,為復合地基的工程設計和應用提供了理論支撐,被譽為復合地基發(fā)展的第一個里程碑。

“我們這個專業(yè),只在實驗室、書本上研究是不夠的,只有腳踩泥土、親臨現(xiàn)場才能獲得第一手數(shù)據(jù)。”龔曉南說:“即便在浙江一省之內(nèi),溫州、臺州、寧波等地的軟土厚度、土層物理力學性質(zhì)也不一樣。只有對現(xiàn)場多一些了解和研究,才能確保工程建設嚴謹、準確。”

直到現(xiàn)在,在研究和教學中,龔曉南還是要求學生、要求自己到實地去考察。

從1990年申請到國家自然科學基金項目“柔性樁復合地基承載力和變形計算與上部結構共同作用研究”開始,龔曉南就一頭扎進了“復合地基”的研究。30余年的時間,從理論到實踐,再從實踐到凝練問題、解決問題,這段路,他重復了無數(shù)次。

談起未來,與泥土打了大半輩子交道的龔曉南說:“還要繼續(xù)不斷努力,因為巖土工程研究是不可窮盡的,還有許多新問題等著我們?nèi)ソ鉀Q。”(見習記者 陳旦)