廣佛高速，我國(guó)最早的高速公路之一，1989年建成通車(chē)，是廣州到佛山的陸運(yùn)大通道。不曾想，因?yàn)檐?chē)流量實(shí)在太大，原有的四車(chē)道在運(yùn)行僅8年后，就無(wú)法滿足運(yùn)力。

拓寬公路，第一步就是新舊地基的融合及處理。如何最少時(shí)間、最低成本、最大效果地實(shí)現(xiàn)六至八車(chē)道拓寬，成為當(dāng)時(shí)橫亙?cè)谶@條高速公路上的重要卡口。

這個(gè)卡脖子難題最終被浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院教授、中國(guó)工程院院士龔曉南及其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的地基處理“良方”——復(fù)合地基處理技術(shù)所攻克。

龔曉南及其團(tuán)隊(duì)用30年理論研究和工程實(shí)踐，創(chuàng)建了復(fù)合地基理論體系，研發(fā)了系列高性能復(fù)合地基技術(shù)，形成了完整工程應(yīng)用體系，實(shí)現(xiàn)了地基的快速、經(jīng)濟(jì)和高效處理。今年，這張“良方”獲得了國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

 一個(gè)定義打開(kāi)研究死結(jié)

地基是工程建設(shè)項(xiàng)目的重中之重。地基穩(wěn)不穩(wěn)，牢不牢，不僅直接關(guān)系到項(xiàng)目的安全和使用，而且對(duì)建設(shè)速度、工程造價(jià)有著不小的影響。

傳統(tǒng)地基處理方法如堆載預(yù)壓法等難以滿足高承載力與穩(wěn)定性、低工后沉降和快速的地基處理要求，而樁基礎(chǔ)的承載力高、沉降小，但造價(jià)高，難以在大面積地基處理中使用。

20世紀(jì)60年代，國(guó)外將采用碎石樁加固的人工地基稱為復(fù)合地基。隨著我國(guó)工程建設(shè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)工程界和學(xué)術(shù)界對(duì)于復(fù)合地基的認(rèn)識(shí)不斷深入和發(fā)展，什么是復(fù)合地基在當(dāng)時(shí)引起了很大的爭(zhēng)論。

焦點(diǎn)問(wèn)題是，水泥土樁和鋼筋混凝土樁的彈性模量比地基土體高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，樁和土還能共同作用形成復(fù)合地基嗎？在復(fù)合地基技術(shù)應(yīng)用初期還存在荷載傳遞機(jī)理不明，設(shè)計(jì)方法欠妥，工程安全度差，工程事故多發(fā)等問(wèn)題急需解決，基礎(chǔ)理論研究仿佛打了個(gè)死結(jié)。

1990年，龔曉南解開(kāi)了這個(gè)結(jié)。他首次總結(jié)出復(fù)合地基的本質(zhì)是在荷載的作用下，樁和樁間土能夠共同直接承擔(dān)上部荷載，這也是復(fù)合地基與淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)之間的主要區(qū)別。

“樁基礎(chǔ)，荷載通過(guò)基礎(chǔ)先傳遞給樁體，再通過(guò)樁體傳遞給地基土體。而復(fù)合地基，一部分荷載通過(guò)基礎(chǔ)直接傳遞給地基土體，另一部分通過(guò)樁體傳遞給地基土體”龔曉南說(shuō)。

兩年后，龔曉南出版復(fù)合地基領(lǐng)域第一部專著，正式提出復(fù)合地基的科學(xué)定義——天然地基在地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。

在復(fù)合地基中如何讓土能“直接”參與到荷載分擔(dān)呢？龔曉南進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵的一點(diǎn)是要實(shí)現(xiàn)“樁與土變形協(xié)調(diào)”。

具體有兩個(gè)辦法。對(duì)于建筑物等剛性基礎(chǔ)下的復(fù)合地基，可以通過(guò)在基礎(chǔ)下合理設(shè)置砂石等柔性墊層，或合理選擇持力層來(lái)保證樁土變形協(xié)調(diào)，共同承擔(dān)上部荷載。

對(duì)于類(lèi)似路堤工程等柔性基礎(chǔ)下的復(fù)合地基，樁間土和樁體一般可共同承擔(dān)上部荷載，但地基土體首先承受較大荷載，樁的承載力較難得到充分發(fā)揮。設(shè)置剛度較大的墊層，就可以有效增加復(fù)合地基中的樁體所承擔(dān)荷載的比例。

新理論一出，立馬在業(yè)界引起了震動(dòng)。1996年，由龔曉南組織的全國(guó)復(fù)合地基理論與實(shí)踐學(xué)術(shù)討論會(huì)在浙江杭州召開(kāi)并將相關(guān)論文集出版，出版社定價(jià)80元一本，而當(dāng)時(shí)城鎮(zhèn)職工一個(gè)月的工資也就六七百元。“我們都覺(jué)得定價(jià)太貴了，但出乎意料的是，會(huì)議開(kāi)完已經(jīng)買(mǎi)不著了?！饼彆阅险f(shuō)，“當(dāng)時(shí)人們不怕貴，因?yàn)檫@個(gè)是新東西，在工程中有用?！?/span>

一個(gè)工程，一個(gè)“方子”

隨著復(fù)合地基理論的發(fā)展和技術(shù)研究的不斷深化，復(fù)合地基的應(yīng)用從最初的建筑工程慢慢拓展到了公路、鐵路建設(shè)。但是單純的“復(fù)制粘貼”，直接把建筑中復(fù)合地基的計(jì)算方法應(yīng)用到路堤工程中，也出現(xiàn)過(guò)一些安全事故。

“土是自然和歷史的產(chǎn)物，形成年代不同、區(qū)域不同，土體的成分構(gòu)造不同。每一個(gè)工程所面臨的地質(zhì)條件是千差萬(wàn)別的，在大的理論框架下，我們還要對(duì)癥下藥，一個(gè)工程，一個(gè)‘方子’。”龔曉南說(shuō)。

作為長(zhǎng)三角一體化的重要大動(dòng)脈，杭寧高速公路浙江段于2000年建造，跨越杭嘉湖平原，大部分地區(qū)為河相、湖相沉積，軟土分布范圍廣，軟土層厚度變化大。高速公路建設(shè)起來(lái)難度很大。

由于特殊的地質(zhì)地貌，這一路段一般線路多采用堆載預(yù)壓法處理，但這種方法在處理涵洞和通道地基上產(chǎn)生了困難。預(yù)壓完成后再進(jìn)行開(kāi)挖不僅工期長(zhǎng)而且影響當(dāng)?shù)厝罕娊煌?；但如果采用樁基礎(chǔ)，工程費(fèi)用較大，而且與填土路堤連接處容易產(chǎn)生沉降差，形成顛簸出現(xiàn)“跳車(chē)”現(xiàn)象。

工程中遇到什么瓶頸難題，龔曉南團(tuán)隊(duì)就研究什么。龔曉南立刻帶著團(tuán)隊(duì)成員一起現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)、實(shí)施、檢測(cè)與科研。在涵洞和通道地基上改用低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基處理，同時(shí)在涵洞和通道兩側(cè)側(cè)設(shè)置采用復(fù)合地基處理的過(guò)渡段，通過(guò)改變復(fù)合地基的樁長(zhǎng)和置換率，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合地基和堆載預(yù)壓兩種地基處理方法之間差異沉降的平緩過(guò)渡。

這樣的方法將工期縮短了一年左右，且不需要進(jìn)行二次開(kāi)挖，同時(shí)有效地控制了“橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象。在杭寧高速上的防“跳車(chē)”經(jīng)驗(yàn)，如今普遍運(yùn)用于軟土地基高速公路的路堤與橋頭連接處，通過(guò)復(fù)合地基處理過(guò)渡段，緩解差異沉降。

團(tuán)隊(duì)還解決了軟弱黃土地區(qū)高速公路的路基工后差異沉降控制難題，已經(jīng)應(yīng)用于蘭海高速公路、尹中高速公路、巉柳高速公路等。

國(guó)家需要什么，我就研究什么

龔曉南是浙江省培養(yǎng)的第一位博士，也是中國(guó)巖土工程界培養(yǎng)的第一位博士。1986年，他前往德國(guó)Karlsruhe大學(xué)土力學(xué)與地下工程研究所進(jìn)行博士后研究，1988年回國(guó)。

軟土地基承載力低、沉降量大，無(wú)法滿足工程建設(shè)要求；樁基礎(chǔ)在技術(shù)上可滿足要求，但造價(jià)高，難以在大面積地基處理中使用。我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，建設(shè)資金短缺，急需地基處理新技術(shù)，龔曉南回國(guó)后，就將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)到了復(fù)合地基。

“國(guó)家需要什么，我就研究什么?！?/span>龔曉南說(shuō)。

從1990年申請(qǐng)到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“柔性樁復(fù)合地基承載力和變形計(jì)算與上部結(jié)構(gòu)共同作用研究”開(kāi)始，龔曉南就一頭扎了進(jìn)去，勤勤懇懇地研究了近30年。從理論到實(shí)踐，再?gòu)膶?shí)踐中凝練問(wèn)題，理論再研究，這段路重復(fù)了無(wú)數(shù)次。

龔曉南常說(shuō)，自己是浙大教授，也是巖土工程師，以解決實(shí)際中的問(wèn)題為自己的興趣?！叭绻F(xiàn)在有人說(shuō)某個(gè)地方有什么問(wèn)題，龔老師你來(lái)一下，我再忙也會(huì)去的?！?/span>

如今，龔曉南團(tuán)隊(duì)研發(fā)出系列高性能新型復(fù)合地基技術(shù)，滿足了不同類(lèi)型的工程建設(shè)需要：研發(fā)了承載力高、沉降小、固結(jié)快的系列高性能復(fù)合樁體，單樁承載力提高30%—100%，造價(jià)降低30%—50%；研發(fā)了可實(shí)現(xiàn)樁土剛度與強(qiáng)度沿豎向優(yōu)化的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基技術(shù)和剛?cè)嵝詷稄?fù)合地基技術(shù)，比樁基礎(chǔ)降低造價(jià)20%—25%。

這套復(fù)合地基理論與技術(shù)始終處于國(guó)際領(lǐng)先地位，被廣泛應(yīng)用于建筑工程、高速公路、市政道路、港航、機(jī)場(chǎng)等領(lǐng)域，包括京津城際高速鐵路、京滬高速鐵路、杭寧高速公路、乍嘉蘇高速公路等重大工程。近3年里，僅提供應(yīng)用證明的工程就新增利潤(rùn)和節(jié)約工程造價(jià)達(dá)35.38億元。

談到這次獲獎(jiǎng)，龔曉南說(shuō)，團(tuán)隊(duì)圍繞復(fù)合地基已經(jīng)開(kāi)展了30年的研究和實(shí)踐，這期間他本人指導(dǎo)關(guān)于復(fù)合地基領(lǐng)域的博士論文26篇，碩士論文28篇。這次獲獎(jiǎng)，浙大方面的老師雖然只有3個(gè)人，但這26位博士、28位碩士，還有龔曉南的老師和同事都有貢獻(xiàn)?！拔覀?nèi)齻€(gè)只是代表，功勞是屬于整個(gè)大團(tuán)隊(duì)的?！?/span>

“這次拿獎(jiǎng)了以后還要繼續(xù)做復(fù)合地基，因?yàn)檠芯渴遣豢筛F盡的，還會(huì)有新的問(wèn)題等著我們?nèi)ソ鉀Q?！饼彆阅险f(shuō)。

浙江24小時(shí)2019年1月8日