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黄熙龄院士:脚踏地基肩承广厦
来源:     作者:      2016-10-08 16:06       

 

 

 


 

■张燕布

黄熙龄

1927年4月出生,祖籍湖北钟祥。中国工程院院士,我国著名地基基础工程专家、研究员、博士生导师。1949年毕业于中央大学土木系,1955年赴苏联莫斯科建筑工程学院留学,获副博士学位。1959年回国后一直在中国建筑科学研究院工作。曾任中国建筑科学研究院地基基础研究所所长,1995年当选为中国工程院院士。主编了我国第一本《工业与民用建筑地基基础设计规范》TJ 7-74和《膨胀土地区建筑技术规范》《地基基础设计与计算》等。

在莫斯科结缘地基专业

黄熙龄童年进入汉口循道会小学读书。1939年,武汉在抗战中失守,12岁的黄熙龄和家里断了联系,跟随堂姐黄彭玲逃难来到四川万县,在万县慈幼院环城路小学继续读六年级。艰苦生活造就了他吃苦耐劳、坚韧不拔的精神。初中毕业后,黄熙龄与另一同学到重庆投考高中,辗转来到江津国立九中上学,高中毕业后1945年10月他考取了中央大学土木工程系。

1955年,黄熙龄经组织上考察,层层选拔考试,被派到苏联莫斯科建筑工程学院留学攻读研究生学位。去苏联之前,黄熙龄报的专业是结构工程专业,但当时在校的中国留学生党支部考虑学结构的比较多,但国内还没有人研究地基基础,是一个空白。恰好有一位苏联地基基础专业的权威——崔托维奇教授在该校任教,就征求黄熙龄的意见,动员他学土力学,并建议他跟随崔托维奇教授学习地基基础专业。黄熙龄经过考虑后,很快接受了这个建议,从此黄熙龄与地基基础专业结下了不解之缘,他在中国留学生中是第一个学习地基基础专业的。

毛主席1957年11月第二次去苏联访问,11月17日,在莫斯科大学接见我国在莫斯科的留学生,并发表了著名的演说。黄熙龄非常幸运地参加了这次接见,当面聆听了毛主席对留学生的讲演。毛主席的接见,在留学生中引起强烈反响。领袖的嘱托与激励,更加激发了大家学习的热情,用真才实学报效祖国,成为留学生们唯一的目标,黄熙龄也更加坚定了回国参加祖国建设的决心。

黄熙龄于1959年初完成毕业论文答辩,获副博士学位,他的导师崔托维奇教授特别提议给黄熙龄申请再延长半年,让他到苏联的其他地方看看,黄熙龄婉言谢绝了,并没有在苏联过多停留。他的心已经飞回祖国了,一心想着为祖国的建设贡献出自己的力量。

从苏联回国以后,黄熙龄被分到隶属于建工部的中国建筑科学研究院地基基础研究所工作,当时是全国建筑领域的最高研究机构。

受命主编

《工业与民用建筑地基基础设计规范》

建国初期,中国在经历多年战争后,工作重点转移到经济建设上来。当时的建筑形式大多是以砖木结构为主,最多也就3~4层。随着经济建设规模的扩大,建筑的体型和高度不断地增大,在特定场地上建设大体量公共建筑和民用建筑的需求也在增加。

这时我国的经济建设得到了苏联的大力支持,后者派了大批专家来中国指导经济建设。由于当时我国没有自己的地基规范,故1956年国家建委批准发布的苏联《房屋和工业结构天然地基设计标准及技术规范》HNTY 127-55在我国推广使用(业内俗称127-55规范)。

因为是苏联的规范,必然会有许多不适合我国的情况,所以颁布执行的文件中明确指出,规范中某些条文必须结合中国的具体情况进行研究和修改,“建议各单位在进行设计时结合我国情况采用,凡不适合我国实际情况的地方,各单位自行研究处理”。自行研究处理,就意味着各地方全凭经验各自为政了。面对复杂的工程建设的需要,却没有统一的标准,广大工程技术人员迫切需要有我国自己的规范,来指导工程建设,正是在这一背景下,催生了我国自己的地基基础设计规范的诞生。

1971年8月24日,国家基本建设委员会设计施工组负责组织召开了《天然地基设计暂行规范》筹备工作会议,会议决定编制我国自己的地基设计规范,主编单位为国家建委建筑科学研究院,由黄熙龄任主编,规范名称也改为《工业与民用建筑地基设计规范》。

1971年9月13日,国家基本建设委员会设计施工组正式下发了编制我国第一本《工业与民用建筑地基设计规范》的通知。黄熙龄领命编制地基规范,第一件事就是要找人。他拿着国家建委的介绍信,冲破阻力把当时国内地基基础方面的专家、学者召集到规范编制组里来,有的人甚至是直接从牛棚里解放出来的,组成了全国62个单位近100人规范编制组。规范组前后共收集到了10000多份土工试验资料、2000多份载荷试验资料、沉降观测资料300多份。

在黄熙龄的领导下,编制组将近100人的团队经过两年半的努力,通过大量数据分析与研究,我国第一本《工业与民用建筑地基基础设计规范》(TJ 7-74)1974年5月正式颁布实施,结束了我国没有地基基础设计规范的历史,填补了我国的空白,向国家、向广大建筑工作者交出了一份合格的答卷。

为此黄熙龄总结说:“我们的规范是最实用的规范,是全世界最好的一本规范,真正的创造性是在应用上,从实际出发,解决了工程实践中的问题,并化繁为简,让广大工程技术人员使用起来非常好用。”

从《膨胀土地基设计》

到《膨胀土地区建筑技术规范》

20世纪60-70年代,我国的一些对外援助主要对象是非洲国家,其中发生了竣工以后成片建筑房屋开裂损坏的现象,通过外交部门反映到国内,上报到国务院,周总理指示由国家建委组织调查研究,予以解决。国家建委将这一任务直接下到了国家建委建筑科学研究院地基基础研究所,由黄熙龄所长任组长,开展了长达十年的膨胀土研究工作。

1973年8月,当建委下达了任务以后,黄熙龄立即组织了40多人的课题组,在全国开展膨胀土的调查研究工作。当时在国内对膨胀土缺乏了解,所以先从什么是膨胀土入手。经过调查发现,膨胀土,是一种高塑性黏土,具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形特性的土,在我国分布较广。课题组通过野外实验和室内实验研究发现,膨胀土的膨胀和收缩总值不变。由于膨胀土与含水量大小密切相关,所以每个地方的气象资料就极为重要,课题组就花大力气,把河南平顶山地方的30年的气象资料找来进行统计分析,得出膨胀力则与当地的气候即年降水量有直接的因果关系。

1974年10月16日至20日,黄熙龄参加了在成都召开的《膨胀土地基设计》小型科研工作技术会议,讨论了膨胀土科研工作中各项工作的问题以及下一步工作安排。黄熙龄通过前一阶段的工作,感到仅凭几个省市课题组的力量来做这一项涉及地域广泛、工作量规模巨大的工作,不足以完成这一项任务。

11月27日,黄熙龄代表课题组向国家建委报送了“关于膨胀土地区建筑物破坏情况调查”报告,明确提出膨胀土在我国是个新课题,在国外是个老难题,仅靠现有几个省市的科研力量,要在两三年内解决这个问题是困难的。为了更好地解决膨胀土地基的设计及施工问题,需要进一步组织全国有关省市和有关部门,进行全国大协作,集中力量、集中目标,打一场膨胀土科研工作的歼灭战。最终黄熙龄的建议被采纳,由国家建委统一协调,调动全国各有关省市的科研、设计、勘察单位团结协作,课题由开始的《膨胀土地基设计》,上升到《膨胀土地区建筑技术规范》的国家标准,历时十余年,凝聚了全国各地膨胀土地区的干部、专家学者、工程技术人员辛勤劳动成果,终于在1987年11月12日发布,1988年8月1日起实施,基本解决了我国膨胀土地区建筑物损坏问题。

黄熙龄所领导的膨胀土课题,得到了第一次全国科学大会奖,膨胀土规范得到了部一等奖,国家科技进步奖三等奖。这也是我们国家绝无仅有的一个开创性工作,而且是我们国家第一本、也是世界唯一的一本有关膨胀土的地基设计规范。

严师出高徒

任何建筑物都要打地基,地基是由土组成的,所以研究地基就要从研究土开始。黄熙龄无论在苏联留学期间,还是回到国内,对土的研究都非常重视,根据自己多年的实践经验,要求所有来地基所工作学习的学生,无一例外都要做至少3个月的土工实验,目的是熟悉各种土的性质,打好基础。开始时,有许多学生都不太理解黄熙龄的良苦用心,觉得是一般的常规实验,知道怎么做就行了,何必要长时间地反复做。但后来的实践证明,老师的要求使他们终身受益。

张东刚是黄熙龄1988年招收的硕士研究生,地基所研究员。他读研时在南京长江边上一个工地做完实验取回很多土样,要做室内试验,实验数据要比对现场数据,撰写毕业论文。他把土样直接交给了地基所土工试验室的主任熊兴邦,请他安排人把土工实验做了。到了第二天,熊主任就打电话说:“小张你来一趟吧,黄工说,你的所有实验,让我们任何人都不许做,必须要让你亲自做。”老师的话不能不听呀,张东刚在实验室每天就做包括搓条、压缩等很多实验,把所有土的实验全做了一遍,足足做了三个月。做完之后,他当时还没什么感觉,但真正的检验是在工程实践中。

2002年,张东刚承接了中科院一个CFG桩地基处理项目,当时他看到的勘察报告基底承载力取值是17吨。等基坑挖好了之后他到现场,抓起土仔细看了看,根据这几年的工程实践经验,判定这土肯定达不到17吨,顶多是12吨。按理说施工方只要按照图纸要求把CFG桩打好就可以了,但职业的敏感性和责任心促使他向甲方提出了自己的看法,说这勘察报告的取值有点冒,如果按照17吨做的话,这工程有可能桩就打少了,将来可能会出问题的。因为这个建筑物是跟地下车库相连,是对变形很敏感的一个建筑物。甲方很重视,马上给勘察单位打电话说施工单位有个工程师认为你们的勘察报告承载力的取值有点冒,请他们过来复核一下。但勘察单位是北京一个很著名的勘察单位,他们很不屑一个施工单位的人有多高的水平,自信地说我们的现场勘察和取土是没问题的,不用复核。但张东刚认为这事事关重大,坚持自己的判断,土的承载力取值肯定有问题,如不修正的话有可能建筑物会出问题。甲方为了慎重起见,又请了北京勘察院一位很著名的老工程师吴连生,请他来验槽复核一下。吴连生在工程界很有名,其验槽经验非常丰富。他到现场看过之后,就用脚踹一踹,然后再用锹去挖了挖,然后就问谁说这承载力是12吨?张东刚答我说的。他又问你是哪个单位的?张东刚说我是建研院地基所的。他又问你是跟谁学的?你导师是谁?张东刚说是黄熙龄。吴连生点点头说,嗯,你没白学。不错,这土就是12吨,17吨绝对达不到,就是12吨的土。在甲方的督促下,原勘察单位根据专家复核的意见,及时调整了设计方案,从而避免了一次工程事故。

事后张东刚感慨万千,说当初黄熙龄教他在工程上必须仔细看过每个坑的土样,包括打桩时钻口的土,每一层的土都应该亲自拿出来摸一摸,感觉一下,这样你才对土性有一些感性认识,才能积累经验。张东刚研究生毕业之后按照黄熙龄教的看土的方法,每个工程基本上都是这样做的,他这时才感觉到当初老师坚持要他自己做土工实验的良苦用心,这是非常受益的一件事,因为岩土工程最关键的就是对土性的了解,这对于工程很多方案的制定,应该说是一个很好的基础。

科学研究的目的在于指导工程实践

地基所研究员李华在工作多年以后遇到的一件事情,给他留下了终身难忘的记忆。1996年12月,李华曾经承接了江苏昆山的一个基坑支护的设计项目,当时是昆山市的地标性建筑物——邮电大厦。基坑支护是李华主持设计的,因为当时甲方经费有限、想省钱,采用了李华提出的水泥土搅拌桩挡土墙方案。当时在江苏、上海地区,这种基坑设计很流行,场地比较空旷,离基坑边最近的一栋建筑财政局大楼距离也有25米远,而且这个基坑支护最深的地方也就7米多,当时方案的安全系数做得也比较保守,应该不会有问题。基坑开挖到底之后,李华到现场去看开挖的情况,坑底的水泥垫层还没有打,就是靠着围墙的地方,有点小裂缝,围墙也有些小的变形,问题也不大,靠旁边马路也没什么问题,看着都好。

因为符合预期,李华就回北京了。当时由于工程经验不足,甲方请上海一家公司做基坑位移监测,基坑开挖时定的是3天测一次,恰好挖到坑底时隔了两天,所以两天后的傍晚,甲方给李华打电话,表示离着25米的昆山市财政局大楼找来了,说他们的房子好像出了点问题,让李华马上去。李华当时挺奇怪,但也有点慌了神,不知道什么原因造成的问题。当时因为很紧急,他就直接敲黄熙龄家的门,把资料给他看了之后,黄熙龄当时很轻描淡写地问了一句:土你看了没有?李华说看了。他说你捏了没有?李华说捏了。他说你什么感觉?李华说有点滑。他说不是有点滑,是特别滑。李华说好像有这个感觉。黄熙龄马上说你别耽误了,今天晚上如果去不了,你明天也得到现场,赶快填吧,这个你止不住,这个土现在已经产生滑动了,并向李华交代了怎么回填,回填后怎么处理。当李华第二天早上赶到现场之后,到财政局那个院里面看,确实是黄熙龄判断的那样,离那个房子还有十几米,地面那个裂缝已经是三厘米宽了,而且还在发展,李华当时就召集施工单位和甲方开会,组织回填工作。因为李华是带着方案去的,怎么填、填多高、填多宽都交代得很清楚,都是用沙袋填的,第二天填好了,基坑变形马上就得稳住了。李华处理完这件事情,又特别去摸了摸基坑里的土,来体会这种土的工程性质,确实很细很滑,摸着没有砂粒的感觉,表面看就是软粘土,但实际上这个软粘土中的高岭土含量特别多,细颗粒特别多,所以它就很滑。黄熙龄之所以说这种土特别滑,就是对这种土有深入的了解。

之后甲方每天报监测数据,基坑非常稳定。当时李华真正体会到了黄熙龄的工程经验真是太丰富了,不但学术水平高,而且和工程实践结合得很紧密,解决实际问题的能力很强,判断很准确、很及时,避免了一次重大的工程事故,给他提供了很好的指导和建议,解决了现场的实际工程问题。

十万火急

——上海地铁4号线事故抢险

2003 年7月1日,上海地铁4号线发生塌方事故,险情发生后,建设部组织了一个技术专家组,由部长带队,有黄熙龄、王铁宏、刘金砺、滕延京、城建地铁公司的贺总,还有一个交通部的总工程师,紧急赶赴上海协助处理事故,任务就是到上海之后和上海的专家一起作一个技术的评价和评估,使得次生灾害不再发生,然后再考虑这个工程事故的处理方法。

黄熙龄、王铁宏、滕延京一组负责对塌方事故周边建筑物安全的评估。因为周边的建筑物随着塌方范围的扩散,已经出现倾斜倒塌,事故现场情况通过媒体的广泛传播,人们都已经看到了,当时情况比较危急。专家组的一个重要工作就是,塌方是否再继续往外扩散?周边的建筑是否安全?这都需要到现场去实地考察。

黄熙龄一行在到达上海当天的下午和晚上就在现场开展调研,其中有一个重要的建筑物,就是临江花苑大厦,是上海市的社保局大楼,上海市民所有的社保资料在这个大楼里面,而社保又是关系到老百姓日常生活的一个大事,每天都不能间断工作。

上海抢险指挥部已经做了最坏的准备,将楼内所有能搬动的社保资料都转移了,但联网的机房、服务器等硬件设备则无法移动,而且还在不停地运转、变换数据。这个大楼有21层,距离塌方地点非常近,应该是在塌方的影响范围之内,塌方的深度是在地下14米。当时为安全起见,大楼的电梯已经停止使用,黄熙龄一行冒着酷暑,徒步登上了21层屋顶,观看了整个楼及周边的的情况,由于当时上海高温,所有人的衣服都湿透了。

大楼当时靠近塌方事故边缘沉降最大是1.7厘米,另外一侧则没有什么沉降,也就是说沉降肯定是由塌方引起的。是否还会再沉降呢?查阅大楼建设的资料,万幸的是大楼建设时用的是钢筋混凝土支护桩,这个支护桩和大楼的桩基础是相互脱离的,所以就形成了一个隔离桩面,从地面看在隔离桩靠近塌方的位置下沉了有三四十厘米,而大楼这边只沉了不到两厘米,所以这个支护桩起到了关键的作用。经过分析判断,黄熙龄当场就对建设部部长说,这个大楼可以放心正常使用,不用再处理。当时说完以后,部长也长出了一口气,马上就给总理打了一个电话,向总理做了汇报。因为这个大楼是不能停止工作的,停止工作会影响上海市社保为民服务。上海市向中央汇报这次塌方事故的后续工作,除了黄浦江滑坡体以外,最重要的就是这个大楼,总理很关心。

黄熙龄在现场及时作了正确的评价,解除了中央领导及上海市政府的后顾之忧,为抢险指挥部作出正确决策提供了有力的技术支持,为稳定人心发挥了重要的作用。

(作者单位:中国建筑科学研究院地基基础研究所)

①1957年黄熙龄在苏联学习期间照片。

②黄熙龄(中)在苏联留学期间与同学参加游行活动。

③1996年黄熙龄在实验室工作照片。

 

采访札记

■张燕布

2013年,中国科协组织推进“老科学家学术成长经历采集工程”项目,黄熙龄院士的成长经历被列为课题对象之一,笔者有幸自始至终参与其中,感慨颇多。下面将把我在采集过程中的点滴感受写出来,以飨读者。

以国家利益为重,是黄院士工作中的一个基本出发点。在规范编制过程中,他光明磊落、坚持原则、重视实践,同时又赋予各地方的编制组成员极大的信任,对有利于发挥地方积极性的合理建议均予以采纳。比如最早的74版地基规范中有一个地基承载力表,到2002版地基规范就给取消了,实际上是一种自我否定,这是黄院士和规范编制组通过十几年的实践,认为我国地域辽阔,各地的土都有各自的特点,地方的工程技术人员经验很丰富,这个表很难囊括全国所有不同的土,会限制地方的积极性,进而给国家造成不必要的浪费。

黄院士对学术方面是非常执着的,坚持不成熟的不编、有私心杂念内容的不编。在学术上,原则性的问题一定要坚持,进规范的必须是成熟的东西。我们在采访广州大学土木工程学院教授张季超时他说了一件事,就是在一次关于规范的讨论会上,有一位老教授,当时在讲他的夯扩桩的时候,黄院士要他讲清楚,他说这是他的专利。黄院士说如果是专利的话,就不要拿到规范上讲了,说不清楚的地方,就不要进规范,要用就要讲清楚怎么用。

再有就是黄院士非常注重工程技术的研发,尤其是开发适合中国国情的技术,以安全、经济、实用为原则。他1984年在法国考察时即了解到粉煤灰可以作为添加剂用于混凝土桩,回国后即带着研究生开发了粉煤灰素混凝土CFG桩复合地基技术。开展CFG桩的研究开发以后,发电厂不但不用花钱处理,反而把粉煤灰作为一种建筑材料出售,既节省了排放填埋的费用,还给企业带来经济效益,真正做到了变废为宝。目前这项技术已经编入规范,在我国多个行业的地基处理中大面积推广应用,为国家节省的资金则是天文数字。

岩土工程的特点就是实践性,黄院士是倡导者,更是实践者。如1976年唐山地震后,就陡河电厂是否在原址重建问题,各方意见争执不下,黄院士经过现场调查,当场拍板原址地基没问题,提出了可以复建的意见。这件事在笔者刚到地基所工作时就有所耳闻,说起来好像挺简单,但实际上远比这复杂。在我们的采集过程中,发现了一个笔记本,其中有黄院士1976年8月到唐山做震害调查的工作笔记,里面清楚地记载着有关陡河电厂基础破坏情况的数据,“看了30个构筑物基础,观测了柱与基础的相对位移,总的看来,基础没有问题,质量很好。”我能体会到黄院士当时的心情,通过大量的实地调查研究,才做出可在原地复建的结论,这样可以为国家节约千万元投资,工期也可以缩短。

黄院士所体现出来的高尚情怀,不仅仅是他个人,更是中国老一代科学家对祖国建设事业的孜孜不倦的追求和生命不息、探究不止的精神,值得我们用浓墨重彩去书写记载,这是我们国家的共同财富,也是留给后人的精神食粮。

 

《中国科学报》 (2016-07-11 第8版 印刻)