文/本刊記者 汪玚 實(shí)習(xí)記者 李會(huì)連

不唯上、不唯書、只為實(shí)
——專訪第十屆茅以升科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)土力學(xué)及巖土工程大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邉⒔鸬Z

文/本刊記者 汪玚 實(shí)習(xí)記者 李會(huì)連

和大多數(shù)耄耋之年的老人不同，劉金礪并沒選擇閑庭漫步、養(yǎng)花賞魚、含飴弄孫的悠然生活，而是繼續(xù)著他傾注了56年的心血的土木工程事業(yè)。

雖身兼地基基礎(chǔ)研究所顧問總工程師、土木工程學(xué)會(huì)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)會(huì)樁基學(xué)術(shù)委員會(huì)主任委員、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)地基基礎(chǔ)委員會(huì)主任委員、國(guó)際土力學(xué)與巖土工程協(xié)會(huì)會(huì)員、北京市建委科學(xué)技術(shù)委員會(huì)委員、北京城建科技促進(jìn)會(huì)巖土工程專業(yè)委員會(huì)主任委員、土木工程學(xué)報(bào)和巖土工程學(xué)報(bào)編委等多重身份，但這位精神矍鑠的老人，不僅有著年輕于同齡人的外貌，還仍舊保持著年輕時(shí)的韌勁——每遇問題，必一門心思鉆進(jìn)去，不得結(jié)論不罷休。

不久前，在劉金礪獲得第十屆茅以升科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)土力學(xué)及巖土工程大獎(jiǎng)前夕，記者有幸在中國(guó)建筑科學(xué)研究院采訪到了這位德高望重的土木工程專家。

“實(shí)踐表明這種計(jì)算方法更符合實(shí)際工程的需要”

“從事巖土工程研究工作56年來，茅老重視工程實(shí)踐、科研為工程服務(wù)的思想貫穿于我的科研工作全過程，我工作中取得一些成就也得益于這種求實(shí)精神。”劉金礪一句話概括了他對(duì)茅老的尊崇之情，也總結(jié)了自己一生為之奮斗的事業(yè)。

劉金礪對(duì)記者說，從事科研工作需要在繼承前人成果的基礎(chǔ)上有所發(fā)展，要實(shí)事求是，“不唯上、不唯書、只為實(shí)”，根據(jù)實(shí)際工程需求大膽創(chuàng)新，小心求證。

“以前的群樁水平承載力試驗(yàn)是小比例、樁頂沒有嵌入承臺(tái)的室內(nèi)模型試驗(yàn)，這種試驗(yàn)在以往的文獻(xiàn)中通常要考慮樁距、排列和樁數(shù)進(jìn)行折減，”但是，隨著社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對(duì)工程的美學(xué)性和復(fù)雜性提出了更高的要求，這樣，前人的小比例試驗(yàn)就不再符合實(shí)際的需求。“就需要我們自己慢慢摸索，想辦法解決難題。”

“根據(jù)實(shí)際工程的需要，需要進(jìn)行幾十組大比尺模型試驗(yàn)，這種試驗(yàn)不論是樁身強(qiáng)度控制，還是位移控制，綜合效應(yīng)系數(shù)都大于1，我們的試驗(yàn)是模擬實(shí)際工程樁頂嵌入承臺(tái)5cm形成有限約束，既減小了樁身的正、負(fù)彎矩，又降低了水平位移，在這項(xiàng)試驗(yàn)中唯一的對(duì)水平承載力起削弱效應(yīng)的因素是前后樁的相互影響?！?/p>

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)大比尺試驗(yàn)成果，劉金礪和試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)提出了群樁水平承載力分項(xiàng)綜合效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算法，并把這種計(jì)算方法列入規(guī)范，應(yīng)用于實(shí)際工程的測(cè)算。“實(shí)踐表明這種計(jì)算方法更符合實(shí)際工程的需要?！闭劦竭@里，劉金礪臉上洋溢著笑容。

群樁水平承載力大比尺試驗(yàn)，得出了更符合實(shí)際工程需要的計(jì)算方法，那群樁豎向承載力大比尺現(xiàn)場(chǎng)又會(huì)帶來哪些驚喜呢？

通過幾十組大比尺現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)，劉金礪團(tuán)隊(duì)證明在常規(guī)樁距條件下，群樁豎向承載力不應(yīng)該考慮群樁效應(yīng)進(jìn)行折減?！斑@是因?yàn)槿簶抖俗枇Υ嬖谠鰪?qiáng)效應(yīng)，側(cè)阻力對(duì)于粉土、砂土存在沉降硬化增強(qiáng)效應(yīng)，對(duì)于黏性土，群樁效應(yīng)對(duì)側(cè)阻削弱影響較小。”劉金礪解釋道。

“突破傳統(tǒng)理論”

實(shí)際工程種類繁雜，施工難易程度不同，既有理論不能滿足所有工程的需要，這就需要不斷地突破傳統(tǒng)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論和方法。

在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面，針對(duì)高層建筑、主裙連體建筑、大體量罐體等出現(xiàn)的差異沉降大、基礎(chǔ)內(nèi)力大、材料消耗大等問題，劉金礪提出了變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)理論與方法，“我們的思路是：突破傳統(tǒng)理念，根據(jù)結(jié)構(gòu)型式、荷載分布、地質(zhì)特征，并考慮相互作用效應(yīng)，優(yōu)化地基基礎(chǔ)支撐剛度分布，包括調(diào)整樁徑樁長(zhǎng)，樁基與復(fù)合樁基結(jié)合，復(fù)合地基與天然地基結(jié)合，增強(qiáng)與弱化結(jié)合，減沉與增沉結(jié)合，這樣最終實(shí)現(xiàn)差異沉降和基礎(chǔ)內(nèi)力最小化。”

在樁基沉降計(jì)算方面，將線集中力下的Mindlin—Geddes解改造為考慮樁徑因素、分布于樁側(cè)表面和樁端平面分布力作用下的應(yīng)力解，并求出樁端以下的均化應(yīng)力數(shù)值解。由此建立了Mindlin解均化應(yīng)力群樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算法?！盀榉奖銘?yīng)用，我們給出了計(jì)算表格和計(jì)算程序。初步驗(yàn)證表明，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值符合程度是很好的，不需要修正?！?/p>

除了創(chuàng)新理論，劉金礪還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了樁端樁側(cè)后注漿技術(shù)，“目前，這種技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了上海中心、天津‘117’和津塔等建筑的建造過程中，這開創(chuàng)了軟土地區(qū)超高層使用灌注樁的先例?！?/p>

這種技術(shù)是在鋼筋籠上設(shè)置樁端、樁側(cè)后注漿裝置，灌注樁身混凝土后實(shí)施注漿，加固樁端沉渣、樁側(cè)泥皮以及周圍一定范圍的土體，從而大幅度提高單樁承載力，增幅達(dá)40%（細(xì)粒土）至120%（粗粒土），并使沉降減小20～30%?！斑@種技術(shù)的注漿閥構(gòu)造簡(jiǎn)單、性能可靠；注漿操作方便、質(zhì)量可控；樁側(cè)注漿處于樁土界面位置，因此可做到無損注漿?！眲⒔鸬Z這樣總結(jié)這種技術(shù)的特點(diǎn)。

樸素的一座三層小樓，在中國(guó)建筑科學(xué)研究院并不起眼，但就是在這里，劉金礪攻克了一個(gè)個(gè)土力學(xué)難題

“有朝一日或許會(huì)取代彈性理論進(jìn)行分析計(jì)算”

試驗(yàn)中由樁側(cè)土豎向位移觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，軟土、砂土中應(yīng)力傳遞水平范圍遠(yuǎn)小于硬土、黏性土，更小于彈性理論值，這是為什么？

“我想這是根源于土的有限連續(xù)性，地基應(yīng)力分布理論解是基于理想連續(xù)介質(zhì)彈性理論。而土體是一種有限連續(xù)介質(zhì)，尤以砂土、軟土的連續(xù)性弱，所以才會(huì)導(dǎo)致這種試驗(yàn)結(jié)果?！边@個(gè)答案，促使劉金礪在共同作用分析中建立了樁土剛度凝聚矩陣的自然對(duì)數(shù)修正模型，由此提高了計(jì)算結(jié)果的可靠性。

“我進(jìn)而聯(lián)想到沉降計(jì)算與實(shí)測(cè)為什么會(huì)隨土的模量而變化等諸多問題，在連續(xù)介質(zhì)彈性理論計(jì)算土中應(yīng)力可能是一個(gè)主要因素。因此，討論其根源并將有限連續(xù)性介質(zhì)的應(yīng)力分布理論列為重大課題進(jìn)行研究，有朝一日或許會(huì)取代彈性理論進(jìn)行分析計(jì)算。”

當(dāng)然，這是一項(xiàng)復(fù)雜的研究，不是一個(gè)人，也不是一朝一夕就能完成的。劉老認(rèn)為這項(xiàng)研究還有賴于廣大的巖土工程科技工作者，尤其是年青一代的努力。

“茅以升科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)土力學(xué)及巖土工程大獎(jiǎng)”這一土木工程行業(yè)國(guó)內(nèi)最高級(jí)別獎(jiǎng)項(xiàng)，或許正是對(duì)劉金礪在學(xué)術(shù)研究方面堅(jiān)持不懈的最強(qiáng)力肯定。