文/本刊記者 汪玚 實習記者 李會連

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

文/本刊記者 汪玚 實習記者 李會連

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、土木工程學會土力學與基礎(chǔ)工程學會樁基學術(shù)委員會主任委員、中國標準化協(xié)會地基基礎(chǔ)委員會主任委員、國際土力學與巖土工程協(xié)會會員、北京市建委科學技術(shù)委員會委員、北京城建科技促進會巖土工程專業(yè)委員會主任委員、土木工程學報和巖土工程學報編委等多重身份，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的韌勁——每遇問題，必一門心思鉆進去，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技術(shù)獎土力學及巖土工程大獎前夕，記者有幸在中國建筑科學研究院采訪到了這位德高望重的土木工程專家。

“實踐表明這種計算方法更符合實際工程的需要”

“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精神?！眲⒔鸬Z一句話概括了他對茅老的尊崇之情，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，要實事求是，“不唯上、不唯書、只為實”，根據(jù)實際工程需求大膽創(chuàng)新，小心求證。

“以前的群樁水平承載力試驗是小比例、樁頂沒有嵌入承臺的室內(nèi)模型試驗，這種試驗在以往的文獻中通常要考慮樁距、排列和樁數(shù)進行折減，”但是，隨著社會的發(fā)展和經(jīng)濟水平的提高，人們對工程的美學性和復(fù)雜性提出了更高的要求，這樣，前人的小比例試驗就不再符合實際的需求?！熬托枰覀冏约郝?，想辦法解決難題?！?/p>

“根據(jù)實際工程的需要，需要進行幾十組大比尺模型試驗，這種試驗不論是樁身強度控制，還是位移控制，綜合效應(yīng)系數(shù)都大于1，我們的試驗是模擬實際工程樁頂嵌入承臺5cm形成有限約束，既減小了樁身的正、負彎矩，又降低了水平位移，在這項試驗中唯一的對水平承載力起削弱效應(yīng)的因素是前后樁的相互影響。”

實踐是檢驗真理的唯一標準。根據(jù)大比尺試驗成果，劉金礪和試驗團隊提出了群樁水平承載力分項綜合效應(yīng)系數(shù)的計算法，并把這種計算方法列入規(guī)范，應(yīng)用于實際工程的測算?！皩嵺`表明這種計算方法更符合實際工程的需要。”談到這里，劉金礪臉上洋溢著笑容。

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

通過幾十組大比尺現(xiàn)場模型試驗，劉金礪團隊證明在常規(guī)樁距條件下，群樁豎向承載力不應(yīng)該考慮群樁效應(yīng)進行折減。“這是因為群樁端阻力存在增強效應(yīng)，側(cè)阻力對于粉土、砂土存在沉降硬化增強效應(yīng)，對于黏性土，群樁效應(yīng)對側(cè)阻削弱影響較小?！眲⒔鸬Z解釋道。

“突破傳統(tǒng)理論”

實際工程種類繁雜，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)計理論和方法。

在基礎(chǔ)設(shè)計方面，針對高層建筑、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，樁基與復(fù)合樁基結(jié)合，復(fù)合地基與天然地基結(jié)合，增強與弱化結(jié)合，減沉與增沉結(jié)合，這樣最終實現(xiàn)差異沉降和基礎(chǔ)內(nèi)力最小化。”

在樁基沉降計算方面，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)沉降計算法?！盀榉奖銘?yīng)用，我們給出了計算表格和計算程序。初步驗證表明，計算值與實測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)團隊研發(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40%（細粒土）至120%（粗粒土），并使沉降減小20～30%。“這種技術(shù)的注漿閥構(gòu)造簡單、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。

樸素的一座三層小樓，在中國建筑科學研究院并不起眼，但就是在這里，劉金礪攻克了一個個土力學難題

“有朝一日或許會取代彈性理論進行分析計算”

試驗中由樁側(cè)土豎向位移觀測發(fā)現(xiàn)，軟土、砂土中應(yīng)力傳遞水平范圍遠小于硬土、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，所以才會導致這種試驗結(jié)果?！边@個答案，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數(shù)修正模型，由此提高了計算結(jié)果的可靠性。

“我進而聯(lián)想到沉降計算與實測為什么會隨土的模量而變化等諸多問題，在連續(xù)介質(zhì)彈性理論計算土中應(yīng)力可能是一個主要因素。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行研究，有朝一日或許會取代彈性理論進行分析計算。”

當然，這是一項復(fù)雜的研究，不是一個人，也不是一朝一夕就能完成的。劉老認為這項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。

“茅以升科學技術(shù)獎土力學及巖土工程大獎”這一土木工程行業(yè)國內(nèi)最高級別獎項，或許正是對劉金礪在學術(shù)研究方面堅持不懈的最強力肯定。