岩土工程是地下空间开发利用的基石，是保障21世纪我国资源、能源、生态安全可持续发展的重要基础领域之一。
“岩土工程目前来看，最大的问题在于地下水的控制和对周围环境的影响。”在近日于京举行的荣创岩土院士专家工作站授牌仪式之后，中国工程院院士龚晓南接受《中国科学报》采访时表示。
“在认知岩土体继承性和岩土工程复杂多变性的基础上，新时期岩土工程师应创新理论体系、技术装备和工作方法，发展智能、生态、可持续岩土工程，服务国家战略和地区发展。”
以上是近日于深圳举行的2018全国岩土工程师论坛取得的共识之一，也是龚晓南一直以来思考的重点。在对岩土工程的问题思考中，他认为，“每一个有关土力学的实际问题至少有某些特点是没有先例的，创新空间很大。”
减小分析误差
岩土体是自然、历史的产物，有着复杂的特性。著名土力学家太沙基曾表示，“岩土工程是门应用科学，更是一门艺术”。这是否可理解为对岩土工程学科特点的阐述?
龚晓南表示赞同。他认为，这里的艺术(art)不同于一般绘画、书法等艺术。“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。岩土工程分析应将艺术和技术美妙地结合起来。”
关于研究方法，龚晓南表示，需要定性分析和定量分析相结合，进行综合判断来减小分析误差。“岩土工程分析中误差大是普遍存在的问题，误差主要来自哪个环节?最有潜力减少误差的是哪个环节?如何减少分析误差?应该采取的对策是什么?这些都是值得思考的，需要从工程问题变成物理模型、数学问题再求解。”
据介绍，岩土工程里面的基本问题包括稳定问题、变形问题、渗流问题等，不同类别的工程，遇到的岩土工程问题也不一样，比如建筑地基工程、基坑工程、道路工程等。
“岩土工程分析对自然条件的依赖性和条件的不确知性、计算条件的模糊性和信息的不完全性、测试方法的多样性、结果参数的不确定性，这些都导致单纯的力学计算不能解决实际问题。”龚晓南表示，需要定性分析和定量分析相结合，进行综合工程判断。“不求计算精确，只求判断正确。”
他表示，工程师的判断在岩土工程设计里占重要地位，要具体问题具体分析，因地制宜，抓主要矛盾，宜粗不宜细，宜简不宜繁。
在岩土工程稳定分析中应遵循“四匹配原则”，即稳定的分析方法、计算参数、测定方法、安全系数取值，四者应相互匹配。
地下水控制是工程关键
关于进驻荣创岩土院士专家工作站，龚晓南表示，希望今后与荣创岩土在潜孔冲击高压旋喷桩技术方面有合作机会。荣创岩土以岩土工程施工为主业，自主研发的潜孔冲击高压旋喷桩技术，攻克了卵砾石、抛石填海等复杂地层条件下施工复合桩和止水帷幕的难题，“有一定的创新性”。
据了解，高压旋喷技术自20世纪70年代在中国开始应用和研究，被广泛用于建筑地基的加固处理、基坑和水利工程的防渗截水，经过多年的实践应用和不断改进，该技术已有多种工法问世并应用于不同的工程，具有工艺简单、快速、经济等方面的优势。
进入21世纪后，我国建筑、地铁及水利行业的发展均进入快车道，涉及的地基处理项目和基坑工程大幅增长。“由于我国地域辽阔、地质条件复杂多样，导致地基处理难度加大;基坑工程也不断加深，地下水控制问题已成其质量与安全的决定性因素。”龚晓南表示。
大量的工程实践证明截水帷幕是一种能够实现既能保证基坑和地下工程的顺利施工，又不浪费和污染地下水资源的优选方案。常见截水帷幕可分为墙式和桩式，分别以地下连续墙和高压旋喷桩为典型代表。前者整体效果好，但施工难度大、造价高;后者多采用高压旋喷桩技术，与钻孔灌注桩咬合搭接形成的“止水+支护”联合体，相对经济和高效。
新工艺解决旧问题
荣创岩土董事长张亮于2017年发表的文章《潜孔冲击高压旋喷桩工法原理及特性研究》提到，传统的高压旋喷桩工法优点是设备和工艺都比较简单、造价较低，因此使用范围广，但在工程实践应用中存在以下不足之处：在复杂地层中成孔难;容易产生注浆盲区;钻杆垂直度易产生较大偏差;施工效率低;材料利用率低、环境污染严重。
潜孔冲击高压旋喷桩是从设备、工艺和组织管理等多个角度进行综合研究，通过大量的理论研究和工程实践，形成的一套适用性广、能力强、效率高的新型高压旋喷桩施工技术，可以解决传统工法存在的诸多问题。
龚晓南介绍，潜孔冲击高压旋喷桩工法特点包括：施工效率高;成桩质量高、止水效果好;节能、环保效果明显;对周边环境影响小。
上述研究文章也指出，潜孔冲击高压旋喷桩施工技术创造性地运用“潜孔锤高频振动冲击+高压水、气切割土体”成孔和“气爆”技术，破解了传统高压旋喷桩无法应用于复杂地层和场地条件的难题，拓展了止水帷幕桩的应用范围;同时，由于对原状土进行充分搅拌并混合水泥浆，与传统工法的水泥浆置换原状土机理不同，产生弃土和废浆非常少，可以显著节约水泥、减少废浆排放和提高施工效率，优化现场作业环境，实现文明施工。
《中国科学报》 (2018-12-13 第5版 技术经济周刊)
■中国科学报记者 贡晓丽
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