廣佛高速，我國(guó)最早的高速公路之一，是廣州到佛山的陸運(yùn)大通道。

不曾想，因?yàn)檐嚵髁繉?shí)在太大，原有的四車道在運(yùn)行僅8年后，就無法滿足運(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。

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。因此，地基處理是土木工程建設(shè)中最活躍的領(lǐng)域之一，研發(fā)高性能地基處理新技術(shù)是工程建設(shè)的重大需求。

“國(guó)家的需要就是我們的研究方向?！饼彆阅霞捌鋱F(tuán)隊(duì)成員，歷時(shí)30年的理論研究和工程實(shí)踐，從基礎(chǔ)理論到設(shè)計(jì)和施工指南，再到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工程應(yīng)用，形成了一套完整的工程應(yīng)用體系，極大地推動(dòng)了復(fù)合地基新技術(shù)的發(fā)展和在各工程建設(shè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

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、高速鐵路、市政道路、港航、機(jī)場(chǎng)等工程建設(shè)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。 

一個(gè)定義打開研究死結(jié)

我國(guó)地域遼闊，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，改革開放以來，工程建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，因而在具體建設(shè)中，遇到越來越多的軟弱地基或不良地基問題。

傳統(tǒng)地基處理方法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。

有沒有價(jià)廉物美的地基處理方法呢？也不是沒有。在此之前的20世紀(jì)60年代，國(guó)外將采用碎石樁等散體材料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。與此同時(shí)，隨著水泥土等柔性樁和鋼筋混凝土等剛性樁技術(shù)在工程中的應(yīng)用，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)等問題急需解決，基礎(chǔ)理論研究仿佛打了個(gè)死結(jié)。這個(gè)時(shí)候，龔曉南站出來打開了這個(gè)結(jié)。1990年，龔曉南通過荷載傳遞機(jī)理分析，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。

1992年，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。

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

那么，復(fù)合地基中如何讓土能“直接”參與到荷載呢？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，可通過在基礎(chǔ)下合理設(shè)置墊層，或合理選擇持力層來保證樁土變形協(xié)調(diào)，共同承擔(dān)上部荷載。在剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基中設(shè)置砂石等柔性墊層，一方面可增加樁間土承擔(dān)荷載的比例，較充分利用樁間土的荷載潛能；另一方面也可改善樁體上端的受力狀態(tài)，這對(duì)水泥攪拌樁復(fù)合地基很有意義。

對(duì)于類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。但在荷載作用下地基土體首先承受較大荷載，并隨荷載增加率先進(jìn)入極限狀態(tài)，而樁的承載力較難得到充分發(fā)揮。在路堤下復(fù)合地基中設(shè)置剛度較大的墊層，可有效增加復(fù)合地基中的樁體所承擔(dān)荷載的比例，發(fā)揮樁體的承載能力，提高復(fù)合地基承載力，有效減小復(fù)合地基的沉降。龔曉南多次強(qiáng)調(diào)，在采用樁體復(fù)合地基加固路堤工程時(shí)一定要重視設(shè)置剛度較大的墊層，沒有設(shè)置剛度較大墊層的樁體復(fù)合地基在路堤工程中應(yīng)慎用。

在復(fù)合地基理論方面，龔曉南對(duì)復(fù)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(fù)合地基的荷載傳遞機(jī)理和位移場(chǎng)特性，提出了承載力和沉降分析理論，創(chuàng)建了復(fù)合地基理論體系，為復(fù)合地基的工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了關(guān)鍵的理論支撐，被譽(yù)為我國(guó)復(fù)合地基發(fā)展的第一個(gè)里程碑。

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。“我們都覺得定價(jià)太貴了，但出乎意料的是，會(huì)議開完已經(jīng)買不著了?！饼彆阅险f，“當(dāng)時(shí)人們不怕貴，因?yàn)檫@個(gè)是新東西，在工程中有用?！?/p>

一個(gè)工程，一個(gè)“方子”

從1990年到本世紀(jì)初的十多年里，復(fù)合地基的理論和技術(shù)隨著研究不斷深化。工程中遇到什么瓶頸難題，龔曉南團(tuán)隊(duì)就研究什么，從需求出發(fā)，一步步解決，一步步突破。

這個(gè)理論指導(dǎo)實(shí)踐的過程，也讓建設(shè)方看到了復(fù)合地基的顯著優(yōu)點(diǎn)，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)過一些安全事故。

問題癥結(jié)在哪里？團(tuán)隊(duì)做了深入細(xì)致的研究，從模型試驗(yàn)、數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn)了路堤工程與建筑工程中復(fù)合地基的承載機(jī)理和變形特性有顯著差異。

隨后，團(tuán)隊(duì)開展了大量理論研究，揭示了基礎(chǔ)剛度對(duì)復(fù)合地基工作性狀的影響機(jī)理，建立了路堤下復(fù)合地基計(jì)算分析理論，成功將復(fù)合地基應(yīng)用從建筑工程拓寬到公路、鐵路等領(lǐng)域，可以說龔曉南的研究引領(lǐng)了整個(gè)行業(yè)發(fā)展。

“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’?！饼彆阅险f。

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)中既要處理好地基穩(wěn)定性問題、有效控制工后沉降和沉降差，又要盡量減小在施工期對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娊煌ǖ挠绊懀y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，工程在對(duì)涵洞和通道地基如何處理上產(chǎn)生了困難。如果還是采用堆載預(yù)壓法處理，預(yù)壓完成后再進(jìn)行開挖不僅工期長(zhǎng)而且影響當(dāng)?shù)厝罕娊煌?；但如果采用樁基礎(chǔ)，雖然施工時(shí)間縮短，但是工程費(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”現(xiàn)象。

為了解決這一難題，龔曉南團(tuán)隊(duì)提出，將原來涵洞和通道堆載預(yù)壓法處理改用低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基處理；同時(shí)在涵洞和通道二側(cè)設(shè)置采用復(fù)合地基處理的過渡段，通過改變復(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)壓二種地基處理方法之間差異沉降的平緩過渡。龔曉南帶著團(tuán)隊(duì)成員一起現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)、實(shí)施、檢測(cè)與科研。這比原設(shè)計(jì)的塑料排水板堆載預(yù)壓處理方案的工期縮短了1年左右，而且不需要進(jìn)行二次開挖，處理后路基工后沉降和不均勻沉降較小，有效地控制了“橋頭跳車”現(xiàn)象。

在杭寧高速上的防“跳車”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，通過復(fù)合地基處理過渡段，緩解差異沉降。

為什么在中國(guó)，復(fù)合地基這么受到歡迎？這是因?yàn)檐浲恋鼗休d力低、沉降量大，無法滿足工程建設(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，這給復(fù)合地基理論和實(shí)踐的發(fā)展提供了很好的機(jī)遇。

經(jīng)過長(zhǎng)期研究，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%。

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。

“復(fù)合地基技術(shù)已成為我省高速公路建設(shè)不可或缺的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，得到了大面積的推廣和應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?！备拭C省交通運(yùn)輸廳總工程師楊惠林在接受采訪時(shí)說。

為了能讓復(fù)合地基理論及關(guān)鍵技術(shù)更方便地應(yīng)用于各類工程，龔曉南團(tuán)隊(duì)建立了復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成了復(fù)合地基工程應(yīng)用體系，主編了復(fù)合地基領(lǐng)域第一部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》及其他主要規(guī)范，為復(fù)合地基設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)提供了全面的依據(jù)和支撐。同時(shí)，龔曉南非常重視應(yīng)用推廣工作。他常說，自己是浙大教授，也是巖土工程師，以解決實(shí)際中的問題為自己的興趣?！叭绻F(xiàn)在有人說某個(gè)地方有什么問題，龔老師你來一下，我再忙也會(huì)去的。”

承擔(dān)了珠江三角洲大部分高速公路建設(shè)的廣東省公路建設(shè)有限公司總工程師吳玉剛在接受采訪時(shí)說，在珠江三角洲高速公路的建設(shè)中，復(fù)合地基得到了廣泛應(yīng)用，在解決軟基高填方路堤的穩(wěn)定、沉降及擴(kuò)建公路路堤加寬沉降控制等方面發(fā)揮了巨大作用，有效提高了公路建設(shè)質(zhì)量，縮短了建設(shè)工期，降低了工程造價(jià)。

30年如一日為工程服務(wù)

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)。

當(dāng)回國(guó)后的龔曉南看到國(guó)家建設(shè)急需發(fā)展高效、經(jīng)濟(jì)和快速的地基處理新技術(shù)時(shí)，就將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)到了復(fù)合地基。龔曉南說：“國(guó)家需要什么，我就研究什么?！?/p>

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)踐中凝練問題，理論再研究，這段路重復(fù)了無數(shù)次。

1992年龔曉南團(tuán)隊(duì)來到位于寧波北侖的寧波善高化學(xué)有限公司工地現(xiàn)場(chǎng)上，團(tuán)隊(duì)通過足尺試驗(yàn)，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，至今已被他引480次。作為從工地里“跑出來”的理論成果，已經(jīng)成為復(fù)合地基領(lǐng)域引用排名第一的論文。

此外，龔曉南在教學(xué)方面也投入了大量精力，他用30年來的理論研究和工程實(shí)踐成果改寫了教科書，使復(fù)合地基成為與淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)并列的土木工程三種主要地基基礎(chǔ)形式之一，并成為本科生和研究生教材與教學(xué)的重要內(nèi)容、基礎(chǔ)類各種設(shè)計(jì)手冊(cè)和指南的重要章節(jié)，為行業(yè)人才培養(yǎng)發(fā)揮了重要作用。

龔曉南的學(xué)生、浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院俞建霖博士說：“在指導(dǎo)過程中，龔老師非常強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是要解決工程建設(shè)中的問題，實(shí)實(shí)在在地為工程建設(shè)服務(wù)?！?/p>

在研究生課程方面，龔曉南主講過六門課，其中有四五門課程是他開設(shè)的。這些課程建設(shè)過程中，龔曉南先上課，后逐步形成自己的教材。如《高等土力學(xué)》這一教材出版以后，十年后才陸續(xù)有其他老師出版相關(guān)教材。

很多教材是在點(diǎn)滴積累中匯聚而成的。1978年龔曉南到浙大讀研，導(dǎo)師曾國(guó)熙先生要求寫小論文，龔曉南一直堅(jiān)持，讀研時(shí)寫讀書筆記，工作后結(jié)合工程寫“一題一議”。“我的老師比較強(qiáng)調(diào)寫論文，鼓勵(lì)我們多寫讀書筆記。《土塑性力學(xué)》就是由我在讀博士時(shí)的讀書筆記匯合而成。”龔曉南說，曾先生也非常重視工程實(shí)踐，常帶學(xué)生去工地，教會(huì)大家結(jié)合工程去學(xué)習(xí)。

談到這次獲獎(jiǎng)，龔曉南說，團(tuán)隊(duì)圍繞復(fù)合地基已經(jīng)開展了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”。

土力學(xué)創(chuàng)始人太沙基在晚年曾說過這樣一句話：“土力學(xué)與其說是科學(xué)，不如說是藝術(shù)。”龔曉南也認(rèn)為，巖土工程分析在很大程度上取決于工程師的判斷，具有很高的藝術(shù)性，巖土工程分析中應(yīng)將藝術(shù)和技術(shù)美妙地結(jié)合起來。

與土打了大半輩子交道的龔曉南，深深愛著腳下的這片土地，他用他的藝術(shù)與技術(shù)讓這片土地能發(fā)揮更大的作用。他說：“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)有新的問題等著我們?nèi)ソ鉀Q。”

（文 柯溢能 吳雅蘭/攝影 盧紹慶）