建筑结构·人物丨 孙宏伟：九层之台，起于壘土——我与岩土结缘的三十年
导读
岩土支承建筑之重，对于建筑工程，地基基础的重要性不言而喻。《建筑结构》杂志社特邀在岩土领域有深厚造诣的专家——孙宏伟讲述其30年执业生涯中的成长经历，相信他“深入岩土探究三相本质，明辨性状成就大地工程”执业理念和“求真务实，笃学践行”敬业精神一定会让大家有所启迪。
九层之台，起于壘土
——我与岩土结缘的三十年
文/孙宏伟
有没有后悔的事儿？给青年人有什么建议？
（2019年5月拍摄 ©北京市建筑设计研究院有限公司）
从儿时兴致勃勃看打桩，算是结缘土木，大学的专业是土木工程，学的是房屋建筑的结构设计与施工等相关课程，毕业分配到了北京市勘察院，从结构到了岩土，后来又从勘察院到了设计院，至今执业实践已有了三十个年头，对于建筑工程而言，岩土支承建筑之重，而且通过自己的执业实践，我认识到“土木之工，根基岩土”。受《建筑结构》杂志社邀请，特撰此小文，讲述自己的执业经历，执业理念，分享实践成果与工程经验。
No.1
儿时看打桩，大学读土木
上小学的时候，是坐火车去八达岭长城秋游，走着走着感觉到火车速度变得很慢，老师们提醒不要探出头，我难以抑制住好奇心，还是探头观瞧，看到了难忘的情景——火车在爬坡，居然一前一后有两个火车头，兴奋地给身边同学们讲解这一“奇闻”，其实是詹天佑先生巧妙设计的人字段。后来我还和几个大学同学专门来青龙桥站悼念詹天佑先生。
詹天佑先生巧妙设计的人字段
记得是在小学快毕业时，去清河镇照相馆拍毕业照，正巧百货商场正在进行打桩施工，随着轰鸣的锤击，方形混凝土桩一点一点被打入地下，感觉非常震憾，因入迷而差点儿忘了时间。现在想来，当时的兴致勃勃算是与土木结缘的开始吧。后来上大学就读土木工程系，所学专业当时被称作工业与民用建筑工程，简称工民建。
长城上的乐观少年（1979年）
“梁钢筋配错了，你有没有想过梁的感受？”一直清晰地记得混凝土课上姚老师在点评作业时曾说的这句话，于我来说这句话真的是醍醐灌顶，在专业课方面算是“开悟”吧，此后我每次都是以做设计的心态来对待作业。这句话也对我的人生观、价值观等方面都产生了潜移默化影响。回忆起大学校园生活时光及其影响，可以概括为“学以致用工程，成就土木建筑”，对于工科院校来说，能把‘学以致用’四个字落实到位是非常难能可贵的，感谢求学期间众多老师的教诲，塑造了我的工程师本色。
No.2
从结构到岩土，由被动转主动
1992年毕业时被分配到了北京市勘察院，一下子从结构设计变成了岩土工程勘察，开始跟岩土打交道。工作之初，曾很想从岩土转回结构，现在想来幸亏当时没有转成，可以说经验积累离不开风吹日晒的磨练。
刚参加工作的头半年，要先在勘探班组实习劳动，经历了从酷暑到严冬的野外作业。冬天在工地干活的时候，有一次巧遇大学同学——睡在我上铺的兄弟，自打毕业彼此没见过面，所以特别高兴，他本想请我去吃饭，不过看过我当时那一身行头，他犯了难——正值寒冬，我穿了件掉了扣子的旧棉大衣，腰里捆着电线，身上脸上溅的满是泥点，手套上、大头鞋上沾的全是泥浆，灰头土脸的。他非常纳闷，几天不见你怎么这模样了？当时拍照不容易，没能留下当时的模样，不过即使留影了，现在的年轻学子恐怕也很难理解，甚至当成是作秀。
在现场做勘探记录
在现场做勘探记录的样子，是孩子画的，坐的是大钻头，穿的是劳保鞋，鞋头里有钢片，带着套袖，用2H或3H的中华铅笔做记录，不允许用HB铅笔。赶上刮风下雨，手忙脚乱，搞不好很是狼狈。为了探究外业劳动的目的和意义，劳动之余，我把大学课本翻出来看，才发现《土力学与基础工程》最后一章讲的是工程勘察。再后来听了袁炳麟和程懋堃等老总们讲解北京《地基基础勘察设计规范》，顾宝和总工讲解国家标准《岩土工程勘察规范》，张旷成总工讲解《高层建筑岩土工程勘察规程》，获益匪浅，逐渐理解了所从事的工作。
海口某勘探现场（1994年）
刚刚结束实习期，被派往海南分院工作，头戴斗笠居中者是我，那是在海口某勘探现场，可看到身后远处的钻机，虽然是高温天气，但是必须长袖长裤，防晒还要防蚊虫。当时要求由项目技术负责人担任记录员，天一亮，工人们趁着天气凉快就要开始干活了。为了不耽误进度，就要一大早赶到现场，中午暴晒，工人们收工午休，他们做啥我跟着吃啥，午觉就睡在班组帐篷里木板地铺上，要么被钻机吵醒，要么被苍蝇叫醒，继续干活。
1995年春天，北京一项涉外建筑工程的勘察由我来负责，SOM负责方案设计。在工地通过核对各个钻孔资料的过程中，我发现了古河道，走向西南至东北，贯穿整个场地，而且在高层建筑基底之下仍有淤泥层，对结构安全非常不利。我马上勾勒出古河道平面展布图并布置补孔以进一步查清软土厚度和分布范围，同时向甲方及SOM工地代表汇报这一情况。很快，SOM的结构工程师从美国飞到北京约见我们，并专门讨论地基问题，我在张在明总工和沈小克副总工带领下参加了会谈。来的这位老兄高大魁梧，一米九的大个头，不过还好大多数时间我们是坐着讨论问题。
当他看到我画的标注了古河道的平面图时，如获至宝，但很快他又一脸严肃，把平面图摆在办公桌上仔细观瞧，然后用记号笔认真地进行了标注，一边标注还一边征求我们的意见。做好标注之后，他马上通知秘书把此图传真给美国办公室，他说这份资料非常重要，要让身在美国办公室的建筑师和结构工程师第一时间获知。这件事让我深切感受到岩土的学问不简单，故记忆犹新。
手绘古河道分布图
“趴图板”中的孙宏伟
再后来的望京K4区高层住宅楼，原本已确定采用CFG桩复合地基方案，经过重新划分地层、严格取土操作，更为准确地获取了岩土指标参数，最终改为天然地基方案，节省了造价、缩短了工期。在这一过程中，自己作为项目负责人得到全面的锻炼，并得到了袁炳麟大师、张在明院士、沈小克大师以及诸多前辈们的指导与点拨，终身受益。经过工程的磨炼和挫折的洗礼，逐步认识到了岩土工程的重要性和岩土工程师的责任，我下定决心搞岩土工程这一行了。
孙宏伟（左二）、沈小克（左四）等2002年北京银泰中心勘察现场
感谢我执业实践上的领路人——沈小克全国工程勘察大师的言传身教。在我参加入院教育时，年轻的沈总就是我们年轻技术人员的学习榜样，儒雅谦逊、学风严谨，言传身教，常常告诫我们“千万别当二把刀”，每个工程、每份技术文件都认真审阅把关，而且每次在审查之后都详细讲解存在的问题，让我们知其然并且知其所以然，因此年轻技术人员都进步很快，后来我获得了两届院青年技术标兵称号，并完成了多项复杂地基和超高层建筑地基勘察任务，包括北京银泰中心和北京国贸三期以及获全国第九届优秀工程勘察银质奖的中关村西区地下综合管廊与地下空间开发项目。
No.3
空地交通枢纽
桩基平面图
审核北京大兴国际机场航站楼设计图
然而工作内容与工作环境的转换，并非一帆风顺，就好像是忽然一下子变成了板凳队员。此后一方面积极参与地基基础设计，一方面埋头学习土力学基本理论，通过研读经典著作并结合工程实践阅历与经验加以反复揣摩，得以领悟岩土工程之核心，更加专注于岩土与结构相互作用（Soil-Structure Interaction）的工程应用研究。如今回想起来，仍非常怀念那段清心淡泊、青灯黄卷的日子。
地基基础设计始终要把工程在不同工况条件下的差异变形的控制与协调作为解决地基基础问题的总目标，力求合理运用技术措施优化设计方案，不打桩、少打桩。
协同设计实践——不打桩
长沙北辰A1写字楼项目，高240米，当地常规采用的是桩基方案，经过仔细分析和详细计算，判断天然地基方案可满足工程要求。经过反复论证，制定载荷试验和旁压试验方案校核岩土参数，并对试验数据进行深入分析，开展软岩工程特性研究。并多次赴长沙与建设单位、地勘单位进行沟通协调，考虑基础与地基协同作用，通过数值分析软件进行了筏板基础天然地基方案的地基变形计算分析，为差异沉降控制提供了可信的设计依据，得以实施天然地基方案，后期的沉降观测证实天然地基方案非常安全合理。
建成的长沙北辰A1写字楼及酒店
协同设计实践——少打桩
北京中信大厦（中国尊）桩筏协同设计是将主塔楼与其两翼裙房作为一个整体进行研究与分析，设计过程中桩筏协同作用的三维数值分析与桩基设计密切结合，遵循差异沉降控制与协调的设计准则。通过试验桩载荷试验研究超长钻孔灌注桩的荷载传递规律、荷载-沉降的工程性状，考虑桩筏协同作用按变形控制条件合理选择桩端持力层，优化设计桩长、桩径和桩距。最终超高层主塔楼与两翼裙房之间不再设置沉降后浇带，两翼不设抗浮桩，通过弱化两翼地基支承刚度以实现差异沉降最小化。
设计之初，当时的总工（齐五辉）和副总工（束伟农）就让我们加入了设计团队，当我提出不设沉降后浇带的想法时，齐总问了我一句“你小子有把握吗？”， “有！”其实我是壮着胆子说的，因为沉降计算还没完成。那段时间里，连轴转，常常乘坐末班车回家，有个困扰多日的技术难题，就是在咣当咣当的56路末班车上，突然想通的——就是要将主塔楼与两侧裙房（纯地下结构共7层）作为一个整体进行考虑，在《建筑桩基技术规范》提出变基桩刚度的基础上，同时再加上变筏板基础刚度，形成了完整的核心设计思路，跟同事们一道最终完成了中国尊地基基础与地下结构整体建模计算分析。
中国尊沉降差控制与协调核心设计思路
变筏板基础刚度设计：主塔楼筏板基础的厚度最终为6.5m，东西两侧裙房（地下室共7层）筏板基础的厚度基于差异沉降控制准则而最终确定为2.5m，中间设置4.5m厚度的筏板，实现基础刚度的过渡。变基桩刚度设计包括了变桩距、变桩径及变桩长，具体设计参数是：主塔楼的核心筒和巨型柱区域为P1型基桩（桩径1.2m、桩长44.6m），主塔楼其他区域为P2型基桩（桩径1.0m、桩长40.1m），在4.5厚筏板下布置P3型基桩（桩径1.0m、桩长26.1m）。取消所有抗浮桩，实现主裙楼变相对刚度的设计构思。
至2019年底实测沉降已稳定，计算值与实测值吻合，实践证明桩筏基础设计方案科学合理、安全可靠，实现了桩筏设计创新，成为了第一个不设沉降后浇带的超高层建筑。
中国尊计算分析建模
位于北京丽泽商务区的丽泽SOHO大厦建筑造型独特因而荷载集度差异显著，需要严格控制地基基础沉降变形，而地基土层为密实砂卵石层及其下分布的第三纪黏土岩，设计时针对差异沉降与桩基承载性状进行了深入分析。附近场地的另一栋超高层建筑（G工程）采用桩筏基础，其主塔楼抗压桩以第三系为桩端持力层。经过比对G工程和丽泽SOHO相同深度的试验桩桩桩侧阻力同深度段的桩侧阻力差异显著
丽泽SOHO桩长与桩端持力层示意
实践之三：国瑞·西安国际金融中心
国瑞·西安国际金融中心主塔楼建筑高度约，地上75层，工程建设场地是以硬塑粉质粘土层为主，地区特点显著。不少人误以为桩越长就承载力越高，我们设计时恰恰反其道而行之，不加长核心筒的桩长，而是通过适当弱化外框柱的基桩支承刚度，外框桩基桩长桩由70m减至65m，有效地协调沉降差，进而实现更优的地基基础差异沉降控制设计的性能化目标。
国瑞·西安国际金融中心外框柱优化基桩支承刚度
No.4
明辨岩土性状不仅要重视钻探取样、原位测试和室内土工试验，而且要深入工程实地，因为施工当中稍纵即逝的土层剖面和含有物记录了丰富的历史文化信息，而且还具有重要的工程价值。结合施工剖面，现场观察结合采样试验，能够更准确地把脉岩土性状。有工程经验的人都知道，第一手资料就是宝，只有深入实地，加上艰辛劳动，才能挖到土里的宝。
2000年至2002年这三年的五一长假，我都是在国家大剧院的深基坑里度过的，因为当时正在做有关新近沉积土基础工程特性的研究课题，新近沉积土与古河道关系密切，需要做大量的实地调查。有一回，我跟北京大学岳升阳老师赶到工地，正好赶上中午休息，施工机械全都停留下来，工地异常安静，我们决定不吃午饭趁着这个当口先下槽查验地层，因为没有了挖土机的干扰，可以更仔细地考察地层。功夫不负有心人，终于找到了——在砂层斜层理里嵌着一片陶片，这可真是个宝，据此就可以准确无误地判定这个砂层的沉积年代，更正了前人的认识，当时我们的欣喜难以言表。岳老师特意让我摆拍，手指着那片至宝的陶片。
No.5
沉降后浇带的有与无，其过程可以分为两大阶段，一是从无到有，即以沉降后浇带取代永久沉降缝；再是从有到无，经过差异沉降控制设计，主裙楼差异沉降控制在容许范围内，沉降后浇带不必设置。从沉降后浇带的有无变化之中，不仅可以看出差异沉降控制设计的发展历程，更体现了老一辈求真务实的学风与工作作风，薪火相传，激励吾辈勇于创新、敢于实践。
第一个从永久沉降缝改为沉降后浇带的，也就是“吃螃蟹”的建筑项目是北京西苑饭店，程懋堃老总是结构设计负责人，程总亲自为我们讲解了来龙去脉。北京西苑饭店是1979年开始设计，在高低层之间设置永久沉降缝是当时的惯例，因为主楼和裙房之间有个室内游泳池，外方建筑师坚决反对设缝，并说国外工程师可以做到不设缝，这让程总、苏立仁、老张总（张国霞）他们铆足劲研究沉降差控制，后来西苑饭店成为了国内第一个采用沉降后浇带的工程。知其然更要知其所以然，程总的指导和点拨使我终身受益。
我与程总（程懋堃大师）在西苑饭店大堂（2013年）
记得2009年的一天，程总郑重地问我有一件事愿不愿意做，肯定没钱也很可能没名的事——参与编写2009年版全国民用建筑工程设计技术措施的地基与基础分册，对于当时处境尚难的我来说，犹如一支强心针。编写的过程中，研读规范规程、整理技术资料、总结工程经验，并且有机会与汪大绥先生、吴学敏先生等老总们共事，使我获益良多，可以说这件无名无利之事不仅使我坚定了执业方向，而且专业能力上了一个大台阶。
No.6
由衷感谢王新杰老前辈的提携，带我融入深基础工程界。1986年9月由美国深基础工程协会(DFI)、中国土木工程学会、中国建筑学会、中国城乡建设环境保护部综合勘察研究院(CIGIS)共同发起，并由综合勘察研究院担任主办单位的“深基础工程国际会议”，经过两年的酝酿和筹备，在北京香山饭店召开，王新杰老前辈和许溶烈老前辈是当年的组织者，其后他们又积极推动海峡两岸工程界交流。
2016年3月我参加了在成都举办的海峡两岸岩土工程/地工技术交流会，巧合的是这个交流会是从1992年开启的，也就是我毕业的那一年。成都参会期间，我不仅做了报告，还做了分会场的主持人。并且王老鼓励我说你的经历很特别，要把工程经验好好总结。
2016年的总结是：”一文一书，不敢懈怠”
2016年之”一文”：2016年恰逢深基础工程国际会议30周年之际，王老他们积极筹办在北京召开第6届深基础工程发展论坛，在王老前期的鼓励下，我撰写了题为“超高层建筑桩与深基础工程的理论与实践”的论文，结合代表性的超高层建筑的桩与深基础工程实例，围绕超高层建筑基础设计关键问题、超高层建筑的沉降变形控制限值、变形控制设计准则与设计方法、超长灌注桩施工技术与工程实例、特殊桩基础型式与施工技术、主体建筑地下结构体系与深基坑支挡系统整合、大吨位基桩承载力测试技术、桩筏基础工程实例、地基与结构相互作用数值分析进行探讨。在王老的建议下将论文题目从原先的“进展综述”改为“理论与实践”，并得到了王老的充分肯定，使我备受鼓舞。
王新杰老前辈为论文一等奖颁奖
“超高层建筑桩与深基础工程的理论与实践”
（）
2016年之“一书”：主编了《岩土工程进展与实践案例选编》，该选编主要有两个部分：上篇是岩土工程的大师学者对我国岩土工程和体制发展过程中一些问题的思考和总结；下篇实践案例选编了多项代表性超高层建筑岩土工程实践案例，包括：深圳平安金融中心、南京紫峰大厦、北京丽泽SOHO、西安国际金融中心、北京雪莲大厦、唐山新世界中心、长沙北辰A1写字楼、北京中国尊大厦等，涉及了超长桩、超大墩基的承载力变形性状研究分析、桩土相互作用、地基-桩-结构协同作用与桩筏基础协同设计等地基基础领域很多热点、难点工程问题。
其后多次与王新杰老前辈一同出席学术技术交流活动，并于2018年11月一同参加了在中国台湾日月潭举办的海峡两岸地工技术/岩土工程交流研讨会，与台湾同行进行了难得的面对面交流，王老是开启海峡两岸技术交流的先驱，王老的经验传授，使我获益匪浅。
我与王新杰老前辈的合影
王新杰老前辈获悉本人执业感悟，特回复：“融入深基础工程界是你的实力所致，结构功底、精于岩土，非常全面，建筑工程需要这样旳人才！海峽两岸一家亲，两岸岩土／地工技术交流任重道远，希望寄托与年轻人！加油！”
结语：
正所谓“九层之台，起于壘土”，地基基础之于建筑结构的重要性不言而喻。然而由于地基基础隐于地下，有时因为被轻忽而留有隐患甚至出现事故，有时又因为过于保守而造成浪费，故对工程全过程——勘察、设计、施工、检验、监测都需要充分重视。
地质条件千差万别、地基难题层出不穷，越来越多复杂疑难的地基基础问题，需要土木工程师（岩土）更积极地充分发挥执业作用，包括“在地基评价中的主导作用、在地基处置中的核心作用、在地基设计中的协同作用”，才能更好地为工程排忧解难。在执业实践的过程中，逐渐形成了我的执业理念“深入岩土探究三相本质，明辨性状成就大地工程”。
在此由衷感谢张青书记、齐五辉总工、沈莉副总工、束伟农总工、苗启松副总工、徐斌副总工等领导们给予的信任与支持。
最后以“学以致用工程，成就土木建筑”与诸君共勉。
作者简介
孙宏伟
北京市建筑设计研究院有限公司 副总工程师
教授级高级工程师
注册土木工程师(岩土）
《建筑结构》编委
北京土木建筑学会副理事长
岩土工程委员会主任委员
中国建筑学会地基基础分会理事
中国建筑学会工程勘察分会理事
中国土木工程学会土力学及岩土工程分会理事
国际土力学及岩土工程学会会员
TC301技术委员会委员
专注于岩土与结构相互作用工程应用研究，复杂地质与工况条件的地基基础变形控制设计，积极推动地基与结构协同设计实践，北京中信大厦（中国尊）桩筏基础协同设计、长沙北辰超高大楼软岩地基与基础协同设计、唐山新世界岩溶地质桩基础工程设计、西安国际金融中心大厦（350m）桩基础设计、天津滨海新区于家堡金融区超高办公楼桩基础沉降控制设计与相邻地铁相互影响分析、北京丽泽商务区首创大厦（200m）天然地基设计优化、北京银河SOHO与丽泽SOHO地基与结构协同设计、北京新机场航站楼、海南美兰机场新航站楼等多项地基基础设计、计算分析与顾问咨询工作。在1992年至2007年之间完成了北京保信金融中心、北京财富中心、北京银泰中心、北京央视新台址、国贸三期A阶段等超高层建筑在内众多多高层以及市政工程的岩土工程勘察工作。
图片 、视频 | 除特殊注明外，均由作者提供 。
责任编辑 ：吴定燕
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