地面上，上海的高楼越造越高；地面下，共计十八条轨道交通将在2020年投入使用。在城市飞速发展的同时不少市民也有这样的疑虑：这样造，上海会塌吗？上海交通大学船建学院的王建华教授带领土力学与地基基础团队其他成员经过十五年的潜心钻研，充分考虑了土壤中“水”的影响，揭示了饱和土中振动力学的传播规律，饱和土中极据破坏力的水有望被 “降服”，为上海城市建设保驾护航。
十五年攻克滨海地区软土含水难题
松软肥沃的冲积平原，碧波激荡下的海床，形成了滨江沿海地区独特的环境地貌，然而，在高层建筑、桥梁、高铁等工程建设施工时，业界广泛采用桩基作基础，如果土壤中水分含量较高，会形成松软的饱和土，再加上地震波、交通荷载等相互作用，土中的桩基很容易松动。上海就属于这样的软土地区。
“坚硬土质上的桩基该怎么打，我们的技术已经很成熟了，但是如何经济有效地让软土地区的桩基保持稳定，或如何有效控制地震波、地铁给居民房屋造成的振动，这是一个难点。”王建华教授介绍说，软土的土壤孔隙里充满水分，易影响桩基稳定，再加上地震波、地铁等交通工具造成的振动，这就对建筑物桩基的设计施工提出了很高的要求。
振动在充满水的饱和土中是如何扩散的？怎样才能控制振动、稳固桩基？多年来，这些一直是国际上公认的难题。经过十五年的潜心钻研，王建华团队终于摸透了软土的“脾气”，掌握了其中振动力学的传播方式，以及这种传播方式对桩基稳定性的影响，并据此建立了一系列计算模型，为软土地区桩基的设计施工提供了理论方法。如果打桩基时运用这一理论，建筑物的稳定性将显著增强，同样，运用这一理论在地铁、高铁轨道附近打下一排桩基，这些桩基能很好地把地铁、高铁飞驰而过产生的振动隔离。作为国内外开创性研究，这一成果荣获了2014年度教育部自然科学奖一等奖，并被收入上海市《地基基础设计规范》。与之相关的另外一项成果“复杂软土地层中超深地下连续墙、钻孔灌注桩施工关键技术” 也荣获了2014年上海市科技进步奖一等奖。
团队研究人员表示，在人们对饱和土中振动的传播机理有深入的了解之前，有时会通过增加桩基，额外扩大建筑物的建筑基础来保证建筑物的稳固，这样就容易造成资源浪费。如果工程中运用团队所揭示的饱和土振动规律，巧妙设计桩基的位置和大小，就能有效节约资源，为项目省下一笔相当可观的费用。目前，这一成果在上海虹桥综合交通枢纽、上海西站、上海国金中心等重大项目的桩基设计施工中得到了成功运用，为工程节约资金超过1亿元。
为海洋资源开发保驾护航
与滨江沿海地区相比，海洋环境更为复杂。近年来，海洋经济已经成为我国国民经济的重要的组成部分，随着海洋资源开发从浅海走向深海，从近海走向国际海域，港口码头、海洋平台和海底管线能否经受住海流、海啸激荡产生的振动，稳固地扎根于海下水分含量极高的土壤中，成为海洋资源开发、保障资源能源安全不可或缺的因素。
“海底土壤里充满水分、海浪激荡，而且多发海啸、海底地震，因此和大陆相比，海洋环境更加复杂。海下桩基和油气管线需经受海底饱和土和海浪地震的多重夹击，在这种情况下，海洋工程的稳定性是我们开发、利用海洋资源最先要考虑的问题。”王建华教授介绍说，除了陆地上的建筑构建外，这项研究成果同样也适用于海上工程，目前该团队已经展开海洋地基基础研究，并在2013年获得1项国家自然基金重点项目、3项国家自然科学基金项目资助，相信过不了多久，海洋工程便会更加稳固地在海上扎根，成为海洋经济发展、海洋资源的利用和保护的有力支点。
来源：上海教育新闻网 2015.03.16
