学术前沿 | 走访东南大学重大工程基础创新与应用研究团队

 东南大学土木工程学院重大工程基础创新与应用研究团队，在龚维明教授、戴国亮教授的带领下，主要从事超高吨位基础承载力自平衡测试技术及应用、桩基础承载性能提升后压浆技术及应用、桥梁与风电等领域深水基础承载性能与应用、新型基础（封闭式地下连续基础、根式沉井、钢管复合桩等）承载特性与应用、新型隔震垫层复合基础抗震性能等方面的研究，实现了超高吨位、超大尺寸、超长埋深、复杂环境下深基础设计、优化、检测与监测的全面覆盖。

 团队现有研究人员9人，其中教授2人、副教授/副研究员4人、助理研究员1人、博士后2人，研究领域涵盖了岩土工程、结构工程、海洋工程和工程力学等学科，构建了全方位、多层次高端人才体系，注重教学、理论与实践的相互融合，致力于打造多学科多专业交叉技术的新时代基础工程学科新方向，支撑和推动了国家大规模基础设施、重大工程以及超级工程的建设与发展。

▲ 研究团队

 研究团队多年来主持和参与国家重点研发计划1项、国家科技支撑计划项目3项、973项目1项、863项目1项、国家自然基金及江苏省自然基金项目10余项、交通运输建设科技项目1项、“十二五”交通运输重大科技专项项目1项、西部交通科技项目1项等重大纵向科研项目；团队成员曾获国家科技进步一等奖1项、江苏省科技进步一等奖1项、广西科技进步一等奖1项、陕西省科技进步一等奖1项、中国公路学会特等奖1项、江苏省科技进步二等奖1项、教育部科技进步二等奖1项；在国内外学术期刊累计发表论文500余篇；出版专著、教材和规程20余部；已培养博士、硕士研究生160余人。

 2019年11月19日下午，《建筑结构学报》编辑部一行三人走访了东南大学土木工程学院重大工程基础创新与应用研究团队。团队负责人戴国亮教授，团队骨干成员穆保岗副教授、竺明星副研究员、万志辉助理研究员及部分博士研究生参加了交流活动。

 戴国亮教授代表东南大学土木工程学院重大工程基础创新与应用研究团队对编辑部的到访表示了热烈欢迎，随后竺明星副研究员向编辑部介绍了团队的研究工作和主要研究成果，具体如下。

1 深基础自平衡法承载力测试成套技术开发及应用

 创建了自平衡法理论体系，编制了我国第一部自平衡法技术规程。率先提出了不同基础功能及岩土类型条件下“平衡点”原则，创建了自平衡法承载力-位移等效转换理论，确定了深基础平衡点上部土层负、正摩阻力转换系数，建立了自平衡测试承载力评价方法。形成自平衡法基本理论体系，引领和支撑了自平衡法技术的工程应用。成果被我国二十余部规范、教材及手册等引用。

 发明了自平衡测试方法，开拓了深基础承载力测试手段的新领域。研发现浇及预制深基础荷载箱安装工艺，保障了深基础功能完备性及测试实施性；创建多箱异步加载新技术，实现了深基础承载力自平衡法多元化发展；首创后置式电动位移传递系统及智能化测试平台，突破了高精度与高效率难以同步保持的技术瓶颈。攻克了复杂场地及超长、超高吨位深基础承载力测试难题，为根式沉井、井筒式地连墙等新型深基础承载机理研究提供了原位测试手段。

 发明了自平衡法核心加载设备，编制了我国第一部荷载箱技术规程。开创性地发明中空环形荷载箱技术，研制了我国第一套完全自主知识产权的商业化荷载箱，开发了第1代平板型、第2代环带型、第3代环缸型及特种荷载箱；创建了荷载箱“模块化生产、整体化标定、一体化运装”技术，解决了国外现场拼装荷载箱稳定性差与精度低的技术难题，已出口14个国家。

 研究团队从1996年开始，历经20余年攻关，研发了集理论、方法及设备等于一体的深基础自平衡法承载力测试成套技术。该项技术已在全国各地区以及文莱、柬埔寨、越南、印度尼西亚、新加坡、马来西亚、孟加拉、安哥拉、苏丹、莫桑比克等国家进行推广应用，完成12000多个大型桥梁、高层建筑、港口码头、轨道交通等基础的自平衡承载力试验项目，创造了最高吨位世界测试记录（32000t）、最长深埋世界测试记录（130m）、最大尺寸世界测试记录（直径8m）、最大水深世界测试记录（46m）、开口钢管桩自平衡世界首次测试记录（东海大桥1期海上风电场）。同时，在南京夹江步行桥钢管桩测试过程中首次实现测试-钢管桩复打-再测试的自平衡循环测试应用。

 2002年该技术被科技部、住建部列为重点推广项目，2009年荷载箱获高新技术产品认证，被500多家国内外企业应用于国内32个省市和14个“一带一路”沿线国家的12000多个工程（24座长江大桥及32座跨海大桥）。获授权发明专利10余项，主、参编规范9部，出版专著2部。相关成果获省科技进步一等奖2项。

2 深基础承载力性能提升后压浆技术研发及应用

 研究团队于1991年开始先后参加了苏通大桥、东海大桥、杭州湾跨海大桥、印尼苏拉马都大桥、马尔代夫马累-机场岛跨海大桥等多个重大桥梁工程后压浆项目，2003年首次研发了循环压浆装置，并成功应用于多项桥梁基础工程。经过20余年的研究，开发了综合考虑桩侧桩底联合压浆的桩基承载力提升技术，提出了桩基础后压浆加固效果的综合检测方法，建立了不同地层条件下后压浆桩设计方法。已出版专著1部，主、参编规范3部，获授权系列发明专利10余项。

 研究团队研究压浆量、压浆压力、压浆流量等关键参数计量系统和控制系统，实现了对压浆关键参数的控制；研发智能化云平台和远端监控系统，实现了压浆施工参数和施工现场的可视化、数据化、网络化、透明化，确保了压浆施工质量。

3 深基础工程理论及应用研究

 研究团队注重理论与实践结合，为解决深基础工程应用中出现的新问题、新现象，针对其承载机理开展研究，进一步完善了基础工程理论，促进了新型深基础发展与应用。研究团队在深基础工程理论方面取得的成果如下。

3.1 多维荷载下深基础耦合承载机理研究

 近年来，随着基础设施体量的增加，深基础尺寸规模亦越来越大，其水平承载特性的尺寸效应逐渐显著，传统深基础承载力设计理论已不能满足当前工程应用的需求。研究团队通过数值模拟分析，揭示了竖向侧阻对水平承载特性作用。基于此，研究团队首次从理论层面推导了侧阻抗力矩本构模型，并建立了多维荷载下深基础耦合承载力半解析算法。

3.2 堆载工程对临近桩基承载性能影响研究

 以港珠澳大桥岛隧结合段堆载对临近沉管隧道下卧减沉桩影响为研究契机，研究团队基于大尺度模型试验、颗粒流PIV试验、有限元模拟、PFC数值模拟以及理论分析，对堆载下桩基被动受力机理及负摩阻力分布特性进行了系统研究，独创性地建立了不平衡堆载下多排被动桩荷载分配机制。随后系列研究成果被应用于港珠澳大桥、深中通道、宁德核电站工程、台州湾大桥等重大工程中。

3.3 嵌岩基础承载力研究

 大直径嵌岩桩因其具有承载力高、沉降变形小、沉降收敛快、地质适应性强、抗震性能好等诸多方面的优势，在工程界的应用日益广泛。研究团队提出了基于Ⅰ-Ⅱ型复合断裂判据的大直径嵌岩桩桩端极限承载力计算方法。采用圆形基础均布荷载作用下地基附加应力的理论解答和岩石通用Hoek-Brown强度准则，从理论角度验证了岩石地基承载力进行深度修正的合理性，并提出了圆形和矩形截面嵌岩抗滑桩最小嵌岩深度的简化计算方法。系列研究成果为我国公路、铁路桥梁嵌岩基础的应用提供了技术支撑。

3.4 新型桥梁基础承载机理及应用研究

 大跨径的悬索桥、斜拉桥及拱桥是当前世界桥梁发展的必然趋势。研究团队基于大跨桥梁基础高承载性能要求，联合设计院、施工企业分别对根式沉井基础、封闭式地下连续墙基础、锚碇-地连墙复合基础等新型桥梁基础承载机理及变形控制进行研究，形成了系统的设计理论体系。

4 深水基础承载机理、设计方法及应用研究

 深水环境下建（构）筑物基础不但要承载上部结构体系的竖向荷载，还要承担风、浪、流等产生的水平荷载及倾覆弯矩作用，这对深水基础结构安全、受力合理、造价经济、施工便利提出了新的要求。研究团队对跨江跨海大桥、海上风电以及前沿的漂浮式海洋工程深水基础的承载机理及受力特性进行了长期研究，初步形成了深水基础设计成套关键技术，为我国的深水工程建设提供了技术支撑。

4.1 深水环境下桩基础创新及应用研究

 针对深水基础受较大倾覆弯矩作用的特点，研究团队联合设计院提出了钢管混凝土组合桩基础，并建立了截面抗弯、抗压及抗剪复合刚度公式。针对珊瑚礁灰岩特殊地质，研究团队提出了桩基承载后压浆性能提升技术，验证了珊瑚礁地质中压浆桩应用的可行性。针对海洋强腐蚀性及高循环特性，研究团队提出了FRPC组合桩基础概念，并开展了FRPC组合桩承载机理研究。

4.2 大跨径桥梁沉井基础承载性能研究

 为克服江河湖海对陆路交通的阻碍，在宽广的水域上建设大跨径桥梁是最为直接的解决方法。大跨径桥梁基础需要比其他建筑物基础承受更高、更复杂的荷载，因此基础的设计与施工是确保桥梁安全可靠的重中之重问题。研究团队对沉井基础长期承载性能及其加桩逆作法进行了全面深入的研究，为大跨径桥梁主塔和锚碇基础的设计-施工-运营提供了关键性技术支撑。

4.3 强震区桥梁桩-垫层-沉箱复合隔震基础承载性能研究

 基于中国地震区域广阔而分散、地震频繁而强烈的严峻现实，作为生命线工程的跨江跨海大桥的抗震问题更需要高度重视。桩-垫层-沉箱复合隔震基础是指由沉箱、垫层、桩以及地基土体组合而成的一种新型隔震基础，其隔震原理是通过沉箱与桩之间的垫层变形来耗散地震能量。研究团队基于模型试验、颗粒流PIV试验、PFC数值模拟、振动台试验、离心振动台试验对隔震垫层以及整体承载性能开展了系统研究，成果可为强震区大型建（构）筑物基础设计提供技术支撑。

4.4 深水区海洋工程吸力筒基础承载性能研究

 随着海上风电由近海向深水区发展以及漂浮式桥梁概念的提出，吸力筒基础应用逐渐得到重视。研究团队紧扣海洋基础应用前沿，开展了吸力筒基础模型试验，建立了竖向以及组合荷载作用下吸力筒基础、桩-筒组合基础等承载力计算方法以及循环后长期变形机理。通过界面剪切试验、推出试验，揭示了筒体与水泥土间黏结机理，建立了水泥土-筒体、水泥土-土体之间黏结滑移本构关系，提出了不同破坏模式下重力式劲性复合吸力筒基础抗拔承载力计算方法。

4.5 波浪流作用下深水基础承载特性研究

 深水环境下建（构）筑物基础在受到波、浪、流等荷载作用时动力响应呈明显的非线性特性，这为深水基础的设计带来了极大的难度。同时，水流的冲刷作用亦对深水基础的承载性能产生显著影响。基于此，研究团队开展了不同水流冲击方向对单桩、群桩冲刷坑影响及结构体系自振频率变化规律的研究，探讨了不同布置方式下桩在波浪力作用下的变形与内力特性，其可为海洋工程钢管桩设计提供参考。

5 试验平台建设

 团队以东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室为试验研究平台，开展了大量的室内模型试验与振动台试验研究。该实验室目前拥有大型高性能地震模拟振动台（振动台台面尺寸4m×6m，最大模型质量为25t，振动频率范围为0.1～50Hz）、MTS311.31等液压伺服及抗震疲劳试验系统、多套振动采集分析设备及软件；拥有3.5m×3.5m×4.5m的大型试验土箱、6m×3m×4.5m的大型混凝土试验槽以及竖向和水平向加载设备、TDS303静态应变采集仪；拥有直剪仪、固结仪，三轴流变仪等土工试验设备。

 通过本次交流活动，加深了《建筑结构学报》编辑部对龚维明教授研究团队在重大工程基础关键技术创新与应用方面的了解，收获颇多。特别感谢龚维明教授、戴国亮教授及其研究团队的大力支持！

至此，《建筑结构学报》编辑部一行此次南京工业大学、东南大学学术走访活动圆满结束。再次感谢胡夏闽教授和董军教授所领导的钢结构与组合结构研究团队、刘伟庆教授所领导的工程结构抗震及新材料结构科研团队、舒赣平教授所领导的钢结构研究团队、缪昌文院士所领导的研究团队、王景全教授所领导的研究团队、龚维明教授和戴国亮教授所领导的重大工程基础关键技术创新与应用研究团队以及吴智深教授所领导的研究团队给予的鼎力支持！在此，《建筑结构学报》编辑部全体工作人员深表谢意！