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龚晓南:岩土工程专业博士 “把脉问诊”地基40年
来源:科技金融时报 2021-09-10 16:07:03

他是浙江省自己培养的第一位博士,也是我国自己培养的第一位岩土工程专业博士。

地基,建筑之“根”。国内大量分布着各种软弱地基、不良地基,如何在这样的地基上修建,他带领团队,进行了长达40余年的探索与研究,成绩斐然。

他就是中国工程院院士、浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心主任龚晓南。

国家的需要就是研究方向

1961年,龚晓南考入清华大学土建系工业与民用建筑专业。“刚进清华,有两幅大标语让我印象深刻,一是‘清华园——工程师的摇篮,二是‘为国家健康工作五十年’。”龚晓南回忆道:“大学不仅让我掌握现代土木工程知识,更重要的是让我明白了,科研必须考虑国家需求。”

6年的大学时光,“为祖国服务”这六个字深深埋入龚晓南的心里。本科毕业后,他就去到陕西凤县,投身于“大三线建设”当中。修铁路、架桥梁、筑防洪堤,这些其实与他学的专业还不太一样,可他认为工程需要他干什么,他就干什么,这一干就是十余年。

正式与岩土打起交道,并找到一辈子的研究方向,要从1978年龚晓南作为改革开放第一批研究生考入浙江大学土木系岩土工程专业开始。

1986年,龚晓南前往德国卡尔斯鲁厄大学土力学与地下工程研究所进行博士后研究,国外的先进技术让他眼界大开。“想学的东西太多,只能一边拼命汲取养分,一边时刻关注祖国建筑事业的发展状况。”在龚晓南看来,要先把国内急需的技术学好学透。

1988年,龚晓南回国后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,于是就将研究重点转到了复合地基。他还是那句话:“国家需要什么,我就研究什么。”

2019年1月8日,在国家科学技术奖励大会上,龚晓南领衔的“复合地基理论、关键技术及工程应用”获国家科技进步奖一等奖。如今,复合地基理论与技术被应用于遍布全国的建筑工程、高速公路、高速铁路、市政道路、港口和机场等工程建设领域。

一个工程一个“方子”

我国地域辽阔,工程地质条件复杂。软弱地基和不良地基处理,一直是困扰工程界的一大难题。如何在大片软土区域中进行土木工程建设呢?

传统地基的处理方法在承载力、稳定性、沉降等方面难以满足建设要求,另外桩基础的处理方法造价太高又难以大面积使用。相比之下,在地基中设置不同的增强体而形成的复合地基,其价廉物美的优势就体现了出来。

不过复合地基虽好,但不是简单地“复制粘贴”就可以的。早些时候,有些建设方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。

龚晓南反复强调,土是自然和历史的产物,因为年代不同、区域不同、构造不同,每一个工程所面临的地质条件都是千差万别的。所以,必须在大的理论框架下,对症下药,做到一个工程一个“方子”。

如今,京津城际高速铁路、京沪高速铁路、杭宁高速公路、乍嘉苏高速公路等遍布全国各地的高速公路和高速铁路都有复合地基理论与技术的身影。

龚晓南回忆起杭宁高速公路的建设,时至今日他对这项工程依然印象深刻。他说,这条高速公路是长三角一体化的重要大动脉,其中,浙江段跨越杭嘉湖平原,不仅软土层厚度变化大,而且与填土路堤连接处极容易形成颠簸,出现“跳车”现象。

面对难点,龚晓南带着他的团队,一次次到现场进行踏勘、设计、实施、检测。最后,团队提出的设计方案不仅将工期缩短了1年,且无需二次开挖。此外,他们通过设置复合地基处理过渡段,有效缓解了差异沉降,控制了“桥头跳车”现象。

杭宁高速上的防“跳车”经验,如今已普遍运用于软土地基高速公路的路堤与桥头连接。

除了复合地基,龚晓南还从事软黏土力学、基坑工程等领域的教学、科研与技术服务等工作。比如,杭州市区庆春路拓宽改造两旁建筑的基坑工程,许多都是他参与设计和实施的。如今每每经过庆春路段,龚晓南心中仍感到幸福和满足。

“我人生的主要工作是和泥巴打交道。别人往地上盖房子,我们是往地下造。‘地下’是‘地上’的根基,所以更要精心设计施工,绝对不能抱侥幸心理。”龚晓南说。

实践中出科研成果

1992年,龚晓南和他的团队来到位于宁波北仑的宁波善高化学有限公司工地现场上,他们通过足尺试验,研究了水泥搅拌桩的荷载传递规律。研究成果于1994年发表,作为从工程实践中出的科研成果,至今还是复合地基领域引用次数排名第一的论文。

1992年龚晓南较系统总结了国内外复合地基理论和实践方面的研究成果,出版第一部复合地基著作《复合地基》,对复合地基的定义、形成条件和分类做了明确的规定,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理论支撑,被誉为复合地基发展的第一个里程碑。

“我们这个专业,只在实验室、书本上研究是不够的,只有脚踩泥土、亲临现场才能获得第一手数据。”龚晓南说:“即便在浙江一省之内,温州、台州、宁波等地的软土厚度、土层物理力学性质也不一样。只有对现场多一些了解和研究,才能确保工程建设严谨、准确。”

直到现在,在研究和教学中,龚晓南还是要求学生、要求自己到实地去考察。

从1990年申请到国家自然科学基金项目“柔性桩复合地基承载力和变形计算与上部结构共同作用研究”开始,龚晓南就一头扎进了“复合地基”的研究。30余年的时间,从理论到实践,再从实践到凝练问题、解决问题,这段路,他重复了无数次。

谈起未来,与泥土打了大半辈子交道的龚晓南说:“还要继续不断努力,因为岩土工程研究是不可穷尽的,还有许多新问题等着我们去解决。”

(见习记者 陈旦)

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