不唯上、不唯书、只为实——专访第十届茅以升科学技术奖土力学及岩土工程大奖获奖者刘金砺

文/本刊记者 汪玚 实习记者 李会连

不唯上、不唯书、只为实
——专访第十届茅以升科学技术奖土力学及岩土工程大奖获奖者刘金砺

文/本刊记者 汪玚 实习记者 李会连

和大多数耄耋之年的老人不同，刘金砺并没选择闲庭漫步、养花赏鱼、含饴弄孙的悠然生活，而是继续着他倾注了56年的心血的土木工程事业。

虽身兼地基基础研究所顾问总工程师、土木工程学会土力学与基础工程学会桩基学术委员会主任委员、中国标准化协会地基基础委员会主任委员、国际土力学与岩土工程协会会员、北京市建委科学技术委员会委员、北京城建科技促进会岩土工程专业委员会主任委员、土木工程学报和岩土工程学报编委等多重身份，但这位精神矍铄的老人，不仅有着年轻于同龄人的外貌，还仍旧保持着年轻时的韧劲——每遇问题，必一门心思钻进去，不得结论不罢休。

不久前，在刘金砺获得第十届茅以升科学技术奖土力学及岩土工程大奖前夕，记者有幸在中国建筑科学研究院采访到了这位德高望重的土木工程专家。

“实践表明这种计算方法更符合实际工程的需要”

“从事岩土工程研究工作56年来，茅老重视工程实践、科研为工程服务的思想贯穿于我的科研工作全过程，我工作中取得一些成就也得益于这种求实精神。”刘金砺一句话概括了他对茅老的尊崇之情，也总结了自己一生为之奋斗的事业。

刘金砺对记者说，从事科研工作需要在继承前人成果的基础上有所发展，要实事求是，“不唯上、不唯书、只为实”，根据实际工程需求大胆创新，小心求证。

“以前的群桩水平承载力试验是小比例、桩顶没有嵌入承台的室内模型试验，这种试验在以往的文献中通常要考虑桩距、排列和桩数进行折减，”但是，随着社会的发展和经济水平的提高，人们对工程的美学性和复杂性提出了更高的要求，这样，前人的小比例试验就不再符合实际的需求。“就需要我们自己慢慢摸索，想办法解决难题。”

“根据实际工程的需要，需要进行几十组大比尺模型试验，这种试验不论是桩身强度控制，还是位移控制，综合效应系数都大于1，我们的试验是模拟实际工程桩顶嵌入承台5cm形成有限约束，既减小了桩身的正、负弯矩，又降低了水平位移，在这项试验中唯一的对水平承载力起削弱效应的因素是前后桩的相互影响。”

实践是检验真理的唯一标准。根据大比尺试验成果，刘金砺和试验团队提出了群桩水平承载力分项综合效应系数的计算法，并把这种计算方法列入规范，应用于实际工程的测算。“实践表明这种计算方法更符合实际工程的需要。”谈到这里，刘金砺脸上洋溢着笑容。

群桩水平承载力大比尺试验，得出了更符合实际工程需要的计算方法，那群桩竖向承载力大比尺现场又会带来哪些惊喜呢？

通过几十组大比尺现场模型试验，刘金砺团队证明在常规桩距条件下，群桩竖向承载力不应该考虑群桩效应进行折减。“这是因为群桩端阻力存在增强效应，侧阻力对于粉土、砂土存在沉降硬化增强效应，对于黏性土，群桩效应对侧阻削弱影响较小。”刘金砺解释道。

“突破传统理论”

实际工程种类繁杂，施工难易程度不同，既有理论不能满足所有工程的需要，这就需要不断地突破传统，创新设计理论和方法。

在基础设计方面，针对高层建筑、主裙连体建筑、大体量罐体等出现的差异沉降大、基础内力大、材料消耗大等问题，刘金砺提出了变刚度调平设计理论与方法，“我们的思路是：突破传统理念，根据结构型式、荷载分布、地质特征，并考虑相互作用效应，优化地基基础支撑刚度分布，包括调整桩径桩长，桩基与复合桩基结合，复合地基与天然地基结合，增强与弱化结合，减沉与增沉结合，这样最终实现差异沉降和基础内力最小化。”

在桩基沉降计算方面，将线集中力下的Mindlin—Geddes解改造为考虑桩径因素、分布于桩侧表面和桩端平面分布力作用下的应力解，并求出桩端以下的均化应力数值解。由此建立了Mindlin解均化应力群桩基础沉降计算法。“为方便应用，我们给出了计算表格和计算程序。初步验证表明，计算值与实测值符合程度是很好的，不需要修正。”

除了创新理论，刘金砺还带领团队研发了桩端桩侧后注浆技术，“目前，这种技术已经应用到了上海中心、天津‘117’和津塔等建筑的建造过程中，这开创了软土地区超高层使用灌注桩的先例。”

这种技术是在钢筋笼上设置桩端、桩侧后注浆装置，灌注桩身混凝土后实施注浆，加固桩端沉渣、桩侧泥皮以及周围一定范围的土体，从而大幅度提高单桩承载力，增幅达40%（细粒土）至120%（粗粒土），并使沉降减小20～30%。“这种技术的注浆阀构造简单、性能可靠；注浆操作方便、质量可控；桩侧注浆处于桩土界面位置，因此可做到无损注浆。”刘金砺这样总结这种技术的特点。

朴素的一座三层小楼，在中国建筑科学研究院并不起眼，但就是在这里，刘金砺攻克了一个个土力学难题

“有朝一日或许会取代弹性理论进行分析计算”

试验中由桩侧土竖向位移观测发现，软土、砂土中应力传递水平范围远小于硬土、黏性土，更小于弹性理论值，这是为什么？

“我想这是根源于土的有限连续性，地基应力分布理论解是基于理想连续介质弹性理论。而土体是一种有限连续介质，尤以砂土、软土的连续性弱，所以才会导致这种试验结果。”这个答案，促使刘金砺在共同作用分析中建立了桩土刚度凝聚矩阵的自然对数修正模型，由此提高了计算结果的可靠性。

“我进而联想到沉降计算与实测为什么会随土的模量而变化等诸多问题，在连续介质弹性理论计算土中应力可能是一个主要因素。因此，讨论其根源并将有限连续性介质的应力分布理论列为重大课题进行研究，有朝一日或许会取代弹性理论进行分析计算。”

当然，这是一项复杂的研究，不是一个人，也不是一朝一夕就能完成的。刘老认为这项研究还有赖于广大的岩土工程科技工作者，尤其是年青一代的努力。

“茅以升科学技术奖土力学及岩土工程大奖”这一土木工程行业国内最高级别奖项，或许正是对刘金砺在学术研究方面坚持不懈的最强力肯定。