龚晓南院士：30年创新实践为地基处理开出“良方”

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广佛高速公路是中国最早的高速公路之一，是广州至佛山的主要陆路交通通道。

没想到，因为交通量太大，原来的四车道仅仅运营八年就不能满足通行能力。拓宽公路的第一步是新旧地基的整合和处理。如何以最少的时间、最低的成本、最大的效果拓宽六至八车道，成为当时高速公路上一个重要的卡口。

浙江大学建筑工程学院教授、中国工程院院士龚晓楠创造的地基处理“良方”，即复合地基处理技术，最终解决了这一难题。

基础是工程建设项目的重中之重。不稳定地基不仅直接关系到工程的安全和使用，而且对施工速度和工程造价也有很大影响。因此，地基处理是土木工程建设中最活跃的领域之一，研究和开发新型高性能地基处理技术是工程建设的重要需求。

"国家的需要是我们的研究方向."龚晓楠及其团队成员经过30年的理论研究和工程实践，从基础理论到设计和施工导则，再到技术标准和工程应用，形成了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及其在各个工程建设领域的广泛应用。

这套复合地基理论和技术一直处于世界领先地位，并已广泛应用于建筑工程、高速公路、高速铁路、市政道路、港口和机场等。，包括京津城际高速铁路、京沪高速铁路、杭宁高速公路和乍嘉苏高速公路等重大项目。在过去的三年中，仅提供申请证书就将增加利润，节省工程成本35.38亿元。

定义打开了研究的僵局

中国幅员辽阔，工程地质条件复杂。改革开放以来，工程建设规模日益扩大，混凝土施工中遇到的软基或不良地基问题越来越多。

传统的地基处理方法不能满足高承载力、高稳定性、低工后沉降和快速地基处理的要求，而桩基础承载力高、沉降小，但由于造价高，难以用于大面积地基处理。

有便宜又好的地基处理方法吗？不是没有。在此之前，在20世纪60年代，国外将碎石桩等散体材料桩加固的人工地基称为复合地基。随着我国工程建设的发展，国内工程界和学术界对复合地基的认识不断深化和发展。同时，随着水泥土等柔性桩和钢筋混凝土等刚性桩在工程中的应用，什么是复合地基在当时引起了很大的争议。

关键问题是水泥土桩和钢筋混凝土桩的弹性模量比地基土高几个数量级。桩和土能一起工作形成复合地基吗？在复合地基技术应用的初期，仍然存在一些亟待解决的问题，如荷载传递机理不清、设计方法不当、工程安全性差、工程事故频发等，基础理论研究似乎是一个死结。这个时候，站了起来，打开了龚的心结。1990年，龚晓楠首次总结出复合地基的本质是在荷载的作用下，桩和桩间土可以共同直接承受上部荷载，这是复合地基与浅基础和桩基的主要区别。

1992年，龚晓楠发表了复合地基领域的第一部专著，正式提出了复合地基的科学定义，即在地基处理过程中，对天然地基的部分土进行加固或置换，或在天然地基中设置加固材料，加固区域是由基体和钢筋组成的人工地基。

“桩基础，荷载首先通过基础传递到桩身，然后通过桩身传递到地基土。对于复合地基，一部分荷载通过地基直接传递到地基土，另一部分通过桩传递到地基土。”

那么，土怎样才能直接参与复合地基的荷载呢？龚晓楠的进一步研究发现，关键是要实现“桩土变形协调”。

有两种具体的方法。对于刚性基础下的复合地基，如建筑物，通过设置垫层或合理选择持力层，可以协调桩土变形，分担上部荷载。在刚性基础下的复合地基中设置砂石等柔性垫层，可以提高桩间土的承载比，充分利用桩间土的荷载潜力。另一方面，它还可以改善桩的上端应力状态，这对水泥搅拌桩复合地基具有重要意义。

对于路堤工程等柔性基础下的复合地基，桩与桩身之间的土可以共同承受上部荷载。然而，在荷载作用下，地基土首先承受较大的荷载，随着荷载的增加，地基土首先进入极限状态，而桩的承载力难以充分发挥。路堤下复合地基设置高刚度垫层可以有效提高复合地基中桩的荷载比，充分发挥桩的承载力，提高复合地基的承载力，有效减少复合地基的沉降。龚晓楠多次强调，采用桩复合地基加固路堤工程时，必须注意设置刚度较高的垫层，路堤工程应慎用刚度较高的无垫层桩复合地基。

在复合地基理论方面，龚晓楠明确了复合地基的定义、形成条件和分类，揭示了复合地基的荷载传递机理和位移场特征，提出了承载力和沉降分析理论，建立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重要的理论支持，被誉为我国复合地基发展的第一座里程碑。

当新理论问世时，它立即引起了业界的震惊。1996年，由龚晓楠组织的全国复合地基理论与实践研讨会在浙江杭州召开，相关论文发表。出版社每本定价80元，当时城市工人的月薪是六七百元。“我们都觉得价格太贵了，但没想到会后就买不到了。”龚晓楠说:“当时人们并不害怕昂贵，因为这是一个新东西，在工程上很有用。”

一个项目，一个“药方”

从1990年到本世纪初，复合地基的理论和技术随着研究的深入而不断发展。项目中遇到什么瓶颈问题，龚晓楠的团队会一步一步研究解决什么，逐步突破。

这一理论指导了实践过程，也使施工方看到了复合地基的显著优点。复合地基的应用已经从最初的建设项目逐渐扩展到公路和铁路建设。然而，简单的“复制粘贴”直接将建筑物中复合地基的计算方法应用到路堤工程中，出现了一些安全事故。

症结何在?该团队做了深入细致的研究。通过模型试验和数值分析，发现路堤工程和建筑工程复合地基的承载机理和变形特性存在显著差异。

随后，团队开展了大量的理论研究，揭示了地基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的计算分析理论，成功地将复合地基的应用从建筑工程拓展到道路、铁路等领域。可以说，龚晓楠的研究引领了整个行业的发展。

“土壤是自然和历史的产物，它的组成和结构在不同的时代和地区是不同的。每个项目面临的地质条件非常不同。在大的理论框架下，我们必须开出正确的药物、一个项目和一个“处方”龚小楠说道。

杭宁高速公路浙江段作为长江三角洲一体化的重要动脉，于2000年建成，横跨杭嘉湖平原。大多数地区沉积在河流和湖泊相。软土分布广泛，软土层厚度变化很大。很难处理好地基的稳定性，有效控制工后沉降和沉降差，最大限度地减少施工期间对当地交通的影响。

由于特殊的地质和地貌，该段的主线常采用预压法，这给涵洞和通道的地基处理带来了困难。如果仍然采用堆载预压法，预压完成后的开挖不仅施工周期长，还会影响当地的交通；但是，如果采用桩基础，虽然缩短了施工时间，但工程造价高，且与填筑路堤的接缝处容易产生沉降差，造成颠簸和“跳车”。

为了解决这个问题，龚晓楠的团队提出用低强度混凝土桩复合地基处理代替原有的涵洞和渠道预压法；同时，在涵洞和通道两侧设置复合地基处理过渡段。通过改变复合地基的桩长和置换率，实现了复合地基与堆载预压之间差异沉降的平稳过渡。龚晓楠带领团队成员在现场进行设计、实施、测试和研究。与原设计的塑料排水板预压处理方案相比，工期缩短了一年左右，无需二次开挖。经过处理后，路基工后沉降和不均匀沉降较小，有效控制了“桥头跳车”现象。

杭宁高速公路防“跳车”的经验现已广泛应用于软土地基上的高速公路路堤与桥头交界处，过渡段采用复合地基处理，以减轻不均匀沉降。

为什么复合地基在中国如此受欢迎？这是因为软土地基承载力低，沉降大，不能满足工程建设的要求；桩基础可以满足技术要求，但由于造价高，在大面积地基处理中难以使用。作为发展中国家，我国建设资金短缺，这为复合地基理论和实践的发展提供了良好的机遇。

经过长期研究，龚晓楠团队开发了一系列高性能新型复合地基技术，满足了不同类型工程建设的需要；开发了一系列承载力高、沉降小、固结快的高性能复合桩。单桩承载力提高了30%~100%，造价降低了30% ~ 50%；开发了长短桩复合地基技术和刚柔桩复合地基技术，可以优化桩和土沿竖向的刚度和强度，比桩基础造价降低20%~25%。

该团队还解决了软土地区路基工后差异沉降控制问题，并在蓝海高速公路、尹仲高速公路、。刘高速公路等。

“复合地基技术已成为我省公路建设中不可缺少的关键技术，得到了广泛的推广和应用，取得了显著的经济效益和社会效益。”甘肃省交通厅总工程师杨会林在接受采访时说。

为了使复合地基理论和关键技术更方便地应用于各种工程，龚晓楠的团队建立了复合地基的设计方法和技术标准，形成了复合地基工程的应用体系，并编制了第一个国家标准《复合地基技术规范》等复合地基领域的主要规范，为复合地基的设计、施工和检测提供了全面的依据和支持。同时，龚小楠非常重视应用和推广。他经常说自己是浙江大学教授和岩土工程师，对解决实际问题很感兴趣。“如果有人说现在某个地方出了问题，龚老师，到这里来，如果我忙的话，我会再去的。”

广东省公路建设有限公司总工程师吴育刚在接受采访时表示，复合地基在珠江三角洲高速公路建设中得到了广泛应用，在解决软土地基高路堤的稳定和沉降、控制路堤加宽沉降方面发挥了巨大作用，有效提高了公路建设质量，缩短了工期，降低了工程造价。

为项目服务30年

龚晓楠是浙江省培养的第一位博士，也是中国培养的第一位岩土工程博士。1986年赴德国卡尔斯鲁厄大学土壤力学与地下工程研究所进行博士后研究，1988年回国。

回国后，龚晓楠看到国家建设急需开发高效、经济、快速的新型地基处理技术，就把研究重点转向了复合地基。龚小楠说:“我会研究国家需要什么。”

自1990年申请国家自然科学基金项目“柔性桩复合地基与上部结构承载力和变形计算的相互作用研究”以来，龚晓楠潜心钻研了近30年。从理论到实践，从实践到简明问题，从理论到再研究，这条道路已经重复了无数次。

1992年，龚晓楠一行来到位于宁波北仑的宁波高珊化工有限公司，通过足尺试验研究了水泥搅拌桩的荷载传递规律。这项研究成果发表于1994年，至今已被他引用480次。作为《在工地上跑》的理论成果，它已成为复合地基领域被引用的第一篇论文。

此外，龚小楠还在教学上投入了大量的精力。他用30年来的理论研究和工程实践成果改写了教材，使复合地基成为土木工程中仅次于浅基础和桩基的三种主要基础形式之一，成为本科生和研究生教材和教学的重要组成部分，也是各种基础课设计手册和指南的重要章节，在行业人才培养中发挥了重要作用。

龚晓楠和浙江大学建筑与工程学院的学生于建林博士说:“龚老师在指导过程中强调要解决工程建设中的问题，切实为工程建设服务。”

至于研究生课程，龚晓楠讲了六门课，其中有四五门是他自己开的。在这些课程的建设过程中，龚小楠先上课，然后逐渐形成了自己的教材。例如，在教科书《高级土力学》出版后，其他教师在十年后相继出版了相关的教科书。

大量的教材是通过积累收集的。1978年，龚晓楠去浙江大学读研究生。他的导师曾国玺先生要求写一篇小论文。龚晓楠在考研期间坚持写读书笔记，工作之余结合工程写作“一题一议”。"我的老师强调写论文，并鼓励我们写更多的阅读笔记. "《土壤塑性力学》是我当医生时的读书笔记龚晓楠说，曾老师也很重视工程实践，经常带学生去工地，教大家结合工程学习。

在谈到该奖项时，龚晓楠说，该团队围绕复合地基进行了30年的研究和实践，期间他亲自指导了复合地基领域的26篇博士论文和28篇硕士论文。浙江大学只有3名教师，但这26名医生和28名硕士，以及龚晓楠的老师和同事都做出了贡献。“我们三个只是代表，功劳属于整个大团队”。

土力学的创始人太沙基晚年曾说过:“土力学与其说是科学，不如说是艺术。”龚晓楠还认为，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，因此，岩土工程分析应该将艺术与技术完美地结合起来。

龚晓楠一生大部分时间都在与土壤打交道，他非常热爱脚下的土地。他用自己的艺术和技术让土地发挥更大的作用。他说:“获奖后，我们将继续做复合地基，因为研究是取之不尽，用之不竭的，还会有新的问题等着我们去解决。”

来源：搜狐微门户