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龚晓南院士:30年创新实践,为地基处理开出“良方”
日期:2021-04-21 08:56:10  来源:中华龚氏网   字号: T | T      点击:

原创: 小德 德先生

 

龚晓南院士荣获2018年国家科学技术进步奖一等奖

 

2019年1月8日,我国召开了2018年国家科学技术奖励大会,会上公布了国家最高奖项——国家科学技术奖。

 

龚晓南院士领衔的科研团队完成的“复合地基理论、关键技术及工程应用”项目,荣获了国家科学技术进步奖一等奖。

 

该项目创建了复合地基理论体系,使我国复合地基技术始终处于国际领先水平。

 

龚晓南

 

龚晓南是浙江大学教授、博士生导师,长期从事于土力学及基础工程理论研究和工程实践,在复合地基和地基处理理论及工程实践等领域成果卓著。

 

他发展的广义复合地基理论,形成完整工程应用体系,以及在地基处理和基坑工程等领域的创新成果被业界采用,在工程建设中得到了广泛应用,创造了巨大的社会效益和经济效益。

 

以国家需求为自己的研究方向

龚晓南1944年出生于浙江金华汤溪镇山下龚村,家中兄弟姐妹7人,他排行老大。贫困的家境,让他过早的成熟,他酷爱读书,认为知识可以改变命运。

 

14岁时他被汤溪中学录取,因家庭贫困,父母迟迟没让他去报到。最终父母拗不过一心想要读书的龚晓南,同意他去汤溪中学报到。

 

1961年9月,他进入清华大学工业与民用建筑专业学习,在校期间他学习刻苦、沉稳扎实,被选为班长和团支部书记。

 

回想那段清华时光,校园里两幅大的标语令他至今记忆犹新,一个是“清华园——工程师的摇篮”,另一个是“为祖国健康工作五十年”。这两句话让他养成了不断学习和坚持锻炼的习惯。

 

大学期间,他不仅掌握了现代土木工程知识,还被清华浓厚的爱国氛围所感染,形成了科研工作必须围绕国家需要来开展的思想。

 

他对铁路工程专家詹天佑的才华和爱国精神都非常崇拜,曾暗下决心要像詹天佑一样为祖国的土木工程建设事业做出自己的贡献。

 

1967年大学毕业后,他来到陕西凤县,投身到“大三线建设”当中。修公路、架桥梁、筑防洪堤……,工程需要他干什么,他就干什么,从不挑三拣四,而且一干就是十多年。

 

龚晓南作报告

 

真正找到自己的研究方向,是从1978 年他考入浙江大学研究生时算起。那一年新中国恢复了文革后首次研究生考试。

 

进入浙大后,他师从曾国熙教授,曾国熙是当时中国岩土工程领域为数不多的留学回国人员。从老师这里,他接受了土木工程领域的很多先进思想和先进理念。在老师的指引下,他走上了岩土研究的道路。

 

1984年浙大毕业后,他成为了中国岩土工程界培养的第一位博士,后又到德国卡尔斯鲁厄大学进行博士后研究,国外先进技术令他大开眼界,让他的职业素养得到了进一步提升。

 

在卡尔斯鲁厄大学四年里,他深感要学的东西太多,但主要先学国家急需的,因为满足国家的需要,才是他学习的终极目标。于是他一边关注中国建筑事业的发展,一边学习祖国发展最需要的知识。

 

上世纪80年代,改革开放初期的中国,大力发展现代化交通建设,急需高效、经济、快速的地基处理新技术。

 

因为地基是工程建设项目的重中之重。地基不稳,项目的安全施工、建设速度、工程造价以及投入使用等都会受到严重影响。因此,研发高性能的地基处理新技术,成为我国当时工程建设领域的重大需求。

 

于是他1988年回国后,很快把研发地基处理新技术当成了自己的工作重点。

 

“对症下药”,具体“工程”具体分析

在攻关过程中,他渐渐发现,中国地域面积广阔,地质条件复杂多样。对于许多软土区域的施工,传统地基的处理方法在承载力、稳定性以及沉降等方面均不能满足道路、铁路施工的需求;桩基础的处理方法造价高昂,无法广泛使用。

 

对于软土区域,有没有性价比高的地基处理方法呢?20世纪60年代,国外将采用碎石桩等散体材料桩加固的人工地基称为复合地基,复合地基可实现软土区域的施工。

 

但随着水泥土等柔性桩和钢筋混凝土等刚性桩技术在工程中的应用,什么是复合地基在当时我国工程界和学术界引起了很大的争论。

 

争论的焦点是水泥土桩和钢筋混凝土桩的弹性模量,比地基土体高了几个数量级,桩和土还能共同作用形成复合地基吗?而且复合地基技术应用的初期荷载传递机理不明,设计方法欠妥,工程安全度差,工程事故频发等问题急待解决,复合地基基础理论研究在我国遇到了瓶颈。

 

1990年,龚晓南通过荷载传递机理分析,首次总结出复合地基的本质是在荷载的作用下,桩和桩间土能够共同直接承担上部荷载,这也是复合地基与浅基础和桩基础的主要不同。

 

1992年他完成了专著《复合地基》,书中首次提出了复合地基的理论框架、定义、形成条件以及分类方法,并创建了广义复合地基理论。他的《复合地基》成为了我国复合地基发展史上的第一座里程碑,为我国之后的施工建设的地基处理解决了很多难题。

 

广州到佛山的广佛高速建于1989年,是我国最早的高速公路之一,因为车流量增速较大,原有四车道在运行8年后,再也无法满足运力。

 

拓宽公路施工的第一步,就是新旧地基的融合与处理。如何用最少时间、最低成本、最大限度地实现六至八车道拓宽,成为当时拓宽广佛公路的主要问题。

 

这项卡脖子工程,最终被浙江大学的龚晓南及其团队创建的地基处理“良方”——复合地基处理技术所攻克。

 

杭宁高速公路的建设也让国内工程界大费脑筋。杭宁高速是长三角一体化的重要大动脉,但公路的浙江段跨越杭嘉湖平原,软土层厚度变化大,并且与填土路堤连接处极容易造成颠簸,出现“跳车”现象。

 

面对困难,龚晓南和他的团队人员,多次到现场实地踏勘、设计、实施和检测。多次测量和反复研究后,他和团队提出了专门解决“跳车”现象的复合地基方案,通过设置复合地基处理过渡段,有效缓解了差异沉降,解决了“桥头跳车”现象。不仅给工程缩减了一年工期,还省去了地基的二次开挖,大大节约了施工成本。

 

这个处理“跳车”的方案,已普遍运用于软土地基高速公路的路堤与桥头连接施工当中,大大降低了交通事故发生率。

 

在之后的施工中,龚晓南发现,复合地基技术虽好,却不能生搬硬套。因为随着年代不同、区域不同、地质构造不同,各个工程面临的地质条件千差万别。使用复合地基技术,必须在大的理论框架基础上,根据工程具体情况进行复合地基的专属方案定制。

 

到目前,他的团队已“问诊”了全国 40 余条高速公路和高速铁路,其中包括京津城际高速铁路、京沪高速铁路、乍嘉苏高速公路等重大工程项目。从1998年--2014年,龚晓南带领团队获得省部级多项大奖,在 2018年获得国家科技进步一等奖。

 

经过30年的理论研究和工程实践,他们从基础理论到设计和施工指南,再到技术标准、工程应用,完成了一套完整的工程应用体系,极大地推动了复合地基新技术的发展。

 

现在,龚晓南的复合地基理论与技术始终处于国际领先地位,被国内广泛应用于建筑工程、高速公路、高速铁路、市政道路、港航、机场等工程建设领域。近3年里,仅提供应用证明的工程,就实现了新增利润、节约工程造价高达35.38亿元。

 

除了复合地基,他还从事软黏土力学、基坑工程等领域的教学、科研与技术服务等工作。因在国家工程建设领域贡献巨大,2011年,他当选中国工程院院士,隶属于土木系。

 

教学中他强调:实践出真知

 

龚晓南和学生讨论试验样品

 

作为浙大土木工程专业的博士生导师,他告诉学生:自己的一生都是在和泥巴打交道,只有常去工地,才能拿到一手数据。要对具体地方进行具体分析,例如同在浙江省,但温州、台州、宁波等地的软土厚度、土层物理力学性质等并不一样,全国来说各地的地质条件更不相同。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。

 

用准确的数据对地基进行精心设计地基才能万无一失,如果抱侥幸心理就会后患无穷。

 

勤跑工地多年来一直是他的工作习惯。1992 年他的团队来到宁波一家公司的工地现场,通过足尺试验,研究了水泥搅拌桩的荷载传递规律,并形成了理论成果。这篇从工地里“跑出来”的成果,一直是复合地基领域引用排名第一的论文。现在75岁的龚晓南接到紧急电话后,仍会及时赶到工地现场进行查看。

 

截至2018年7月,他已培养了174名研究生,其中硕士91名,博士83名。他参与开设高等土力学等6门研究生课程,出版著作50多部。

龚氏全国理事会
(责任编辑:龚氏周刊)
    
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