当前位置:首页  媒体浙大

浙大院士龚晓南领衔攻克高速公路卡脖子难题

30年创新实践,为地基处理开出“良方”

发布时间:2019-01-11来源:科技金融时报作者:林洁 柯溢能 吴雅兰 卢绍庆0

  广佛高速,我国最早的高速公路之一,是广州到佛山的陆运大通道。不曾想,因为车流量实在太大,原有的四车道在运行仅8年后,就无法满足运力。拓宽公路,第一步就是新旧地基的融合及处理。如何用最少时间、最低成本、最大效果地实现六至八车道拓宽,成为当时横亘在这条高速公路上的重要“卡口”难题。

  这个卡脖子难题最终被浙江大学建筑工程学院教授、中国工程院院士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。龚晓南及其团队成员,历时30年的理论研究和工程实践,从基础理论到设计和施工指南,再到技术标准、工程应用,形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和其在各工程建设领域的广泛应用。

  这套复合地基理论与技术始终处于国际领先地位,被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,包括京津城际高速铁路、京沪高速铁路、杭宁高速公路、乍嘉苏高速公路等重大工程。近3年里,仅提供应用证明的工程就新增利润和节约工程造价达35.38亿元。

  龚晓南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。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形变计算与上部结构共同作用研究”开始,龚晓南就一头扎了进去,勤勤恳恳地研究了近30年。

  这个理论指导实践的过程,也让建设方看到了复合地基的显著优点,复合地基的应用从最初的建筑工程慢慢拓展到了公路、铁路建设。但是单纯的“复制粘贴”,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。

  问题症结在哪里?团队做了深入细致的研究,通过模型试验、数值分析,发现了路堤工程与建筑工程中复合地基的承载机理和变形特性有显著差异。

  随后,团队开展了大量理论研究,揭示了基础刚度对复合地基工作性状的影响机理,建立了路堤下复合地基计算分析理论,成功将复合地基应用从建筑工程拓宽到公路、铁路等领域,可以说龚晓南的研究引领了整个行业发展。

  “土是自然和历史的产物,形成的年代不同、区域不同,土体的成分构造也不同。每一个工程所面临的地质环境是千差万别的,在大的理论框架下,我们还要对症下药,一个工程,一个‘方子’。”龚晓南说。

  作为长三角一体化的重要大动脉,杭宁高速公路浙江段于2000年建造,跨越杭嘉湖平原,大部分地区为河相、湖相沉积,软土分布范围广,软土层厚度变化大。高速公路建设中既要处理好地基稳定性问题、有效控制工后沉降和沉降差,又要尽量减小在施工期对当地群众交通的影响,难度很大。

  由于特殊的地质地貌,这一路段一般线路多采用堆载预压法处理,工程在对涵洞和通道地基如何处理上犯了难。如果还是采用堆载预压法处理,预压完成后再进行开挖,不仅工期长而且影响当地群众交通。但如果采用桩基础,虽然施工时间缩短,但是工程费用较大,而且与填土路堤连接处容易产生沉降差,形成颠簸,出现“跳车”现象。

  为了解决这一难题,龚晓南团队提出,将原来涵洞和通道堆载预压法处理改用低强度混凝土桩复合地基处理,同时在涵洞和通道两侧设置采用复合地基处理的过渡段,通过改变复合地基的桩长和置换率,实现了复合地基和堆载预压两种地基处理方法之间差异沉降的平缓过渡。龚晓南带着团队成员一起到现场设计、实施、检测与科研。这比原设计的塑料排水板超载预压处理方案的工期缩短了1年左右,而且不需要进行二次开挖,处理后路基工后沉降和不均匀沉降较小,有效地控制了“桥头跳车”现象。

  在杭宁高速上的防“跳车”经验,如今普遍运用于软土地基高速公路的路堤与桥头连接处,通过复合地基处理过渡段,缓解差异沉降。

  为什么在中国,复合地基这么受到欢迎?这是因为软土地基承载力低、沉降量大,无法满足工程建设要求;桩基础在技术上可满足要求,但造价高,难以在大面积地基处理中使用。我国作为一个发展中国家,建设资金短缺,这给复合地基理论和实践的发展提供了很好的机遇。

  经过长期研究,龚晓南团队研发出系列高性能新型复合地基技术,满足了不同类型的工程建设需要;研发了承载力高、沉降小、固结快的系列高性能复合桩体,单桩承载力提高30%~100%,造价降低30%~50%;研发了可实现桩土刚度与强度沿竖向优化的长短桩复合地基技术和刚柔性桩复合地基技术,比桩基础造价低20%~25%。

  团队还解决了软弱黄土地区高速公路的路基工后差异沉降控制难题,已经应用于兰海高速公路、尹中高速公路、巉柳高速公路等。

  与土打了大半辈子交道的龚晓南,深深爱着脚下的这片土地,他希望用他的艺术与技术让这片土地能发挥更大的作用。他说:“这次拿奖了以后还要继续做复合地基,因为研究是不可穷尽的,还会有新的问题等着我们去解决。”


《科技金融时报》2019年1月11日02版