夯实“中国建造”基础

——专访中国工程院院士、浙江大学教授

龚晓南

    在轨道交通的建设工地和专业研讨会中，人们经常可以看到一个倍感亲切的身影——中国工程院院士、浙江大学教授龚晓南，或专心致志地和技术人员讨论工程上的问题，或乐此不疲地分享自己对于地下工程的感悟。

    这位从金华汤溪镇山下龚村一户贫寒农家走出的岩土工程专家，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。他多年来在岩土工程领域取得的一系列创新成果，为举世瞩目的“中国建造”夯实稳固的基础。

    “国家的需要就是我们的研究方向。”这是龚晓南始终坚守的信念。改革开放初期，龚晓南深感国家建设急需发展高效、经济、快速的地基处理新技术，于是带领团队埋头攻关数十年，从创建理论到研发技术，再到一个个工程应用，给出了极富创造性的答案——复合地基。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，这一创新成果获得2018年度国家科技进步奖一等奖。

    亲切、谦逊、激情满满，这是记者眼中的龚晓南。那么近年来龚晓南院士有哪些新的感悟？地下工程的安全性如何进一步得到保障？ 

    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。

    绷紧安全之弦

    近年来，我国轨道交通蓬勃发展，在各大城市中，地下交通网络的建设正成为推动城市可持续发展的重要动力。那么庞大的地下工程安全如何保障呢？

    “地下工程的安全风险控制，永远要放在第一位”，龚晓南严肃地回答，“同时，也要加大力度应用智慧科技，施工方法要不断创新，才能够应对更复杂的地下工程环境，更好地控制安全风险。”那么，哪些安全风险亟待我们进一步提高认知？龚晓南为我们简单地举例说明。

    地下水的控制

    地下水控制的重要性及控制技术的发展全行业都有深刻的认识，大部分的基坑工程事故是源于地下水没有有效的控制，要控制好地下水，归纳一下主要是三大类，降低地下水位、割断地下水的渗入、恢复地下水位。通过应用降排水技术、截水技术和回灌技术就可以有效控制。在地下工程里面采用不透水帷幕的设置方法，大致分了几类，比较早期的用钢筋混凝土桩与水泥土桩组合形成排桩墙，后来是钢筋混凝土桩排桩墙，再后来发展TRD工法和CSM工法，极少数的情况也会用冻结法来形成冻结土墙。但这些技术很难分出好差，也都出过事故，最重要的是要根据工程条件和地质条件，设计和施工单位要合理地选用控制技术并以高度负责的态度进行施工。

    变形控制

    在地下水工程施工里面，龚晓南认为变形控制是极为“头疼”的问题，一个是环境影响，另一个是施工的互相影响，现在一个城市地铁线网越来越密集，线网之间互相影响，这种互相影响的控制是设计施工中的难题。可以采取的措施有加大围护结构的刚度、控制地下水、对地基基础进行加固等。其中，龚晓南强调说，有人建议加大围护结构的刚度就要把围护墙增大，但是实际效果却没有增加支撑体系刚度的效果来的好，几十米深的墙，加个50公分，投资很大，还不如在支撑上多动脑筋，特别是现在钢支撑还可以加运维力。控制地下水、减少环境影响办法很多，但还是需要综合考虑，没有哪个方法是绝对好或绝对差的。

    施工技术创新

    对于施工技术的应用及创新，龚晓南颇为重视，比如传统的TRD工法、CSM工法、MJS工法等。此外，龚晓南还提到了近几年发展较快的技术，比如基坑工程钢支撑技术，从引进国外到自主产权，钢支撑的项目有很多优点，绿色低碳都比钢筋混凝土有优势，但是钢支撑对技术要求非常高。再比如可拆除锚杆技术，因锚杆技术在基坑里面适用的条件下较为经济的，施工较快，但也存在一些缺点，目前全国有将近20家企业在从事可拆除锚杆技术的研发和施工，浙江杭州占比较高。还有PC工法，用高频振动，基坑完成了再拔出来，从绿色低碳的角度，PC工法优势最大，基本上都是可回收，但是在施工过程中也会有很多问题。

    龚晓南认为，技术总是在时间的推进中不断发现问题并优化，没有永恒的技术，只有不断创新的技术。

    岩土工程是一门艺术

    四十多年的岩土工程研究，让龚晓南充满感悟和思考，他在微博中谦虚地谈道：入门岩土工程至今己过四十年，近年常思考一些问题，愈思考愈觉得自己认识的肤浅，能力的不足。

    上世纪末，受卢肇钧院士和孙钧院士邀请，龚晓南撰文展望新世纪岩土工程的发展。文章分别刊于岩土工程学报和《岩土工程问题与前赡》，以及卢肇钧院士的文章“关于土力学发展与展望的综合述评”中。龚晓南的主要观点是岩土工程发展主要取决于工程建设需要和研究对象岩土材料的特性，也受相关学科如计算机技术、测试技术发展的影响。

    龚晓南饶有兴致地说：“从那时起，我愈来愈觉得岩土材料特性对岩土工程学科定位、学科发展、研究方法、岩土工程教育都具有非常重要的影响，有时甚至是决定性影响。愈来愈觉得Terzaghi（美籍奥地利土力学家，现代土力学的创始人）晚年坚信岩土工程是门应用科学，更是一门艺术的正确性和重要性。”

    2005年龚晓南在“加强对岩土工程性质的认识，提高岩土工程研究和设计水平”一文中谈到“我理解这里艺术（art）不同于一般绘画、书法等艺术。岩土工程分析在很大程度上取决于工程师的判断，具有很高的艺术性。岩土工程分析应将艺术和技术美妙地结合起来。”

    Terzaghi在《工程实用土力学》序中写道：“工程师们必须善于利用一切方法和所有材料-包括经验总结、理论知识和土工试验。但是除非对这些材料加以细心有区别地应用，否则这些材料都是无益的。因为几乎每一个有关土力学的实际问题都是至少有某些特点是没有先例的。”Terzaghi在《理论土力学》序中强调：“作者（指Terzaghi自己）的大部分力量将用来提炼工地经验，并对有关土的物理性质知识应用到实际问题上去的技术加以发展。” 龚晓南感慨道：“土力学创始人Terzaghi在创建土力学过程的这些教导至今还很值得我们思考，还很值得我们重视。”

    那么如何才能成为一名优秀的岩土工程师？龚晓南给出了建议：岩土工程分析中需要强调工程师综合判断，“不求计算精确,只求判断正确”。理论力学、材料力学和土力学的知识对岩土工程师特别重要，没有学好理论力学、材料力学和土力学，在岩土工程分析中不可能做好综合判断，也不可能成为一个优秀的岩土工程师，更谈不上艺术性了。

    将一辈子的工作当成是一门艺术，将一辈子的研究成果当成 “认识还很肤浅”，龚晓南让我们“轨道交通人”明白，多一份热爱、多一份谦虚，行业的未来才能充满光明！

    结语

    作为浙江大学的教授，龚晓南非常重视教育教学，如今早已桃李满天下。他用四十年多年来的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，成为本科生和研究生教材与教学的重要内容。龚晓南还突破传统的教学模式，在浙大土木系率先实施“大土木”教育，拓宽学生的知识面；新建道路桥梁、建筑经济管理、防灾减灾等学科；在他当系主任的 5 年间，土木系设立了一级学科博士点和博士后流动站。

    地下工程专业，打交道的对象是大地，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，做到“对症下药”。工程项目遇到难题，龚晓南总是亲自“出诊”。跨越浙江，北至牡丹江，南达广东，复合地基技术的枝蔓早已“根深叶茂”。技术用到哪里，龚晓南的脚步就走到哪里。仅全国高速公路和高速铁路，龚晓南团队就已“问诊”40余条，其中包括京津城际高速铁路、京沪高速铁路等重大工程项目。龚晓南坚定地说：“工地上有问题，我再忙也会去的。”

    “地下”是“地上”的基础，更要严谨、准确。轨道交通地下工程更是重中之重。谈起未来，龚晓南依然斗志昂扬：研究是不可穷尽的，越深入就越觉得还有很多的未知，大半辈子都在跟泥巴打交道，前方就算再泥泞，也不要停下脚步！

人物简介

    龚晓南，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，浙江大学建筑工程学院教授、博士生导师，金华市科协名誉主席。龚院士长期从事土力学及基础工程教学、理论研究和工程实践，在地基处理及复合地基、基坑工程和岩土工程高级技术人才培养等领域业绩突出，至今已发表刊物论文600多篇，出版著作、教材和工程手册等50多部，已获得国家和省、部级科技和教学成果奖19项，领衔的《复合地基理论、关键技术及工程应用》获国家科技进步一等奖，领衔的《“大土木”教育理念下土木工程卓越人才“贯通融合”培养体系创建与实践》获国家级教学成果二等奖。