挑戰(zhàn)最深樁 護(hù)航最高樓
——記華建集團(tuán)上海地下空間與工程設(shè)計研究院總工程師王衛(wèi)東

□ 吳應(yīng)清

要建造600米的高樓，地基到底要多深？華東建筑集團(tuán)股份有限公司執(zhí)行總工程師王衛(wèi)東給出了答案：“從地面算起的話，樁基深90米，相當(dāng)于近30層樓倒插地下。”他帶領(lǐng)團(tuán)隊開發(fā)的大直徑超長灌注樁核心技術(shù)，為上海中心等國內(nèi)多座超過600米的摩天大樓提供了關(guān)鍵性的技術(shù)支撐。

世博會、上海中心、虹橋綜合交通樞紐、中央電視臺新臺址、天津117大廈……20多年來致力于地基基礎(chǔ)工程、地下空間工程的王衛(wèi)東，在300多個工程設(shè)計項目中，不斷創(chuàng)新，突破極限，同時也刷新了自己的人生高度。

大量地標(biāo)性和高難度的工程，成了王衛(wèi)東科研創(chuàng)新的試驗(yàn)田，“科學(xué)研究和工程設(shè)計相互促進(jìn)”的辯證法，幫助他攻克了20多項國家科技支撐計劃、省部級縱向科研課題及關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。

如今，他帶領(lǐng)的地基基礎(chǔ)與地下工程團(tuán)隊，已經(jīng)成為無可爭議的國內(nèi)第一梯隊，為一座座高樓林立的城市“保駕護(hù)航”?！拔覀冞@一代人很幸運(yùn)，面對的幾乎是國內(nèi)乃至世界上最復(fù)雜的局面和挑戰(zhàn)，國家的高速發(fā)展為我們提供了良好的發(fā)展機(jī)遇，感謝這個偉大的時代?！蓖跣l(wèi)東感慨地說。

突破樁基極限

300米、400米、500米、600米……近10多年來，不斷刷新高度的摩天大樓，在上海、北京、天津、武漢等國內(nèi)城市拔地而起，成為一道道美麗的天際線。

基礎(chǔ)不牢，地動山搖。一座座萬丈高樓的地下，都必須有堅實(shí)的基礎(chǔ)。不斷刷新的建筑高度，給基礎(chǔ)的建設(shè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

1996年，同濟(jì)大學(xué)博士畢業(yè)的王衛(wèi)東，進(jìn)入華東建筑設(shè)計研究院，深耕地基基礎(chǔ)工程、深基坑工程、地下空間工程等領(lǐng)域。20多年過去，擔(dān)任總工程師的他，已帶領(lǐng)團(tuán)隊完成工程設(shè)計300余項，包括一系列大型、復(fù)雜和高難度的工程項目。

上海中心是中國第一座超過600米的摩天大樓，選址上海陸家嘴地區(qū)。然而，經(jīng)過長江將近1億年的沖刷沉積，陸家嘴地區(qū)土質(zhì)松軟，覆蓋著數(shù)十米厚的含水軟土層，樁基工程實(shí)施難度大大增加，如果沒有超長樁基，就無法保持樁基與土壤之間的足夠摩擦力。

設(shè)計之初，團(tuán)隊想到了原來在金茂大廈和環(huán)球金融中心所采用過的鋼管樁方案，但這一方案存在打樁噪音大、擠土效應(yīng)、造價高昂等弊端，被否決。王衛(wèi)東提出了此前從未在400米以上超高層建筑中采用的鉆孔灌注樁方案，這個方案，不僅要穿越近60米的深厚砂層，施工速度慢，同時還將面對樁基質(zhì)量極難控制，承載力難以達(dá)到要求等一系列技術(shù)難題。

天津117大廈基礎(chǔ)工程

武漢綠地中心基礎(chǔ)工程

北京CCTV中央電視臺新臺址基礎(chǔ)工程

為解決這一系列技術(shù)難題，王衛(wèi)東帶領(lǐng)團(tuán)隊和上?；A(chǔ)公司一起進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，成功開發(fā)出大直徑超長灌注樁核心技術(shù)。這一技術(shù)在上海中心工地進(jìn)行試樁后，各項技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了要求，成功解決各項技術(shù)難題，為上海中心的樁基設(shè)計提供了關(guān)鍵性的技術(shù)支撐。

在他看來，上海軟土地層深基礎(chǔ)工程的實(shí)踐，為國內(nèi)超高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計和施工探明了出路。在此之后至今，中國沿海、沿江和中西部區(qū)域城市，超高層建筑仍在不斷拔地而起，上海中心的深基礎(chǔ)工程有著深遠(yuǎn)的示范意義。

“大直徑超長灌注樁”技術(shù)在上海中心成功應(yīng)用后，王衛(wèi)東和團(tuán)隊“一戰(zhàn)成名”，先后攬下了天津117大廈、武漢綠地中心和蘇州中南中心3棟超過600米的摩天高樓基礎(chǔ)工程設(shè)計。

天津117大廈高度約600米，是天津市的最高建筑。作為基礎(chǔ)工程設(shè)計負(fù)責(zé)人，王衛(wèi)東采用了樁端埋深達(dá)100米以上的大直徑（樁徑1米）超長灌注樁，這在國內(nèi)的超高層建筑中，尚屬首次。

通過一系列試驗(yàn)研究、理論分析，王衛(wèi)東和團(tuán)隊在天津117大廈的基礎(chǔ)設(shè)計中解決了深厚砂層大直徑超長樁承載力確定、設(shè)計方法、施工措施和質(zhì)量控制等一系列技術(shù)難題，單樁承載力特征值大于13000kN，實(shí)現(xiàn)了高重荷載復(fù)雜工況下高層建筑樁基礎(chǔ)的設(shè)計，主塔樓沉降達(dá)到了預(yù)期控制要求。

挑戰(zhàn)地下結(jié)構(gòu)

如果說上海中心大廈、天津117大廈等摩天大樓的深基礎(chǔ)工程挑戰(zhàn)，是“樁基極限”的試驗(yàn)，那么上海世博500千伏地下變電站、上海虹橋綜合交通樞紐等地下工程設(shè)計，則是“地下結(jié)構(gòu)”的高難度挑戰(zhàn)。

上海世博500千伏地下變電站工程是2010年上海世博會的重要配套工程，地下建筑直徑130米，挖深34米，是中國首座、世界第二座全埋式大容量全地下變電站，工程意義重大。當(dāng)時全世界只有東京的新豐洲地下變電站作為類似的工程經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，但上海世博500千伏地下變電站不僅體量更大、埋置深度更深，同時還面臨著土層更軟弱，且工程位于上海市中心城區(qū)，周邊環(huán)境條件復(fù)雜，因此工程難度更高。

作為土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計負(fù)責(zé)人，王衛(wèi)東帶領(lǐng)團(tuán)隊開展技術(shù)攻關(guān)，結(jié)合當(dāng)時工程的特點(diǎn)，創(chuàng)新性地采用了圓筒形地下結(jié)構(gòu)逆作法技術(shù)，充分利用圓形地下連續(xù)墻作為結(jié)構(gòu)外墻承受環(huán)向壓力，利用四層地下水平結(jié)構(gòu)梁板作為水平支撐，這種方案在國內(nèi)同樣是首次采用。

最終，工程實(shí)施結(jié)果表明，上海世博500千伏地下變電站開挖至基底時各類變形指標(biāo)顯著低于同類工程，保障了超深基坑本身和周邊環(huán)境的安全，保證了上海世博會重大工程的質(zhì)量與工期。

由于這一工程創(chuàng)新性地解決了諸多難題，相關(guān)技術(shù)成果獲得了2011年上海市科技進(jìn)步獎一等獎、中國土木工程詹天佑獎、全國優(yōu)秀工程勘察設(shè)計獎一等獎、中國建筑學(xué)會優(yōu)秀建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計獎一等獎等一系列獎項，并入選中國百年百項杰出土木工程。

同樣在2010年建成投入使用的上海虹橋綜合交通樞紐，涵蓋機(jī)場、高鐵、磁懸浮、地鐵、地面交通，是當(dāng)時世界上最復(fù)雜、規(guī)模最大的綜合交通樞紐之一，地下建筑面積達(dá)50萬平方米，也是當(dāng)時國內(nèi)規(guī)模最大的地下空間綜合體。其基坑工程總面積高達(dá)40萬平方米，最大挖深29米，是當(dāng)時國內(nèi)面積最大的基坑工程，設(shè)計施工難度在國際上也同樣罕見，未有過相關(guān)報導(dǎo)。

上海世博會500千伏地下變電站工程

上海虹橋綜合交通樞紐基坑工程

上海國際金融中心基坑工程

為解決基坑挖深錯落、空間關(guān)系復(fù)雜的難題，王衛(wèi)東帶領(lǐng)地基團(tuán)隊，創(chuàng)新性地采用了多級梯次聯(lián)合支護(hù)體系，大幅節(jié)省工程造價約2.1億元，工程設(shè)計獲得了2015年全國優(yōu)秀工程勘察設(shè)計行業(yè)獎一等獎。

引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新

20多年來，王衛(wèi)東重視科研和技術(shù)發(fā)展，始終堅持以重大工程和科研項目為依托，以技術(shù)發(fā)展為核心，在一系列大型工程與重點(diǎn)科技攻關(guān)項目上取得創(chuàng)新與突破。

早在20世紀(jì)末，隨著自己設(shè)計的基坑工程越來越深、越來越大，傳統(tǒng)的基坑支護(hù)方式隨之產(chǎn)生了大量建筑垃圾，這對城市生態(tài)環(huán)境造成了巨大負(fù)擔(dān)。王衛(wèi)東敏銳地看到：隨著建筑技術(shù)的成熟，通過改進(jìn)設(shè)計和施工方法，在基坑工程領(lǐng)域可以避免大量建筑垃圾的產(chǎn)生。

他和團(tuán)隊一起總結(jié)并進(jìn)一步研發(fā)了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的支護(hù)方式，替換傳統(tǒng)的臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)。這一支護(hù)方式隨后在2000年建設(shè)的上海交通銀行大廈、2002年建設(shè)的上海南站北廣場和2004年建設(shè)的上海由由國際廣場二期工程中得到應(yīng)用。

在大量工程中實(shí)踐后，王衛(wèi)東系統(tǒng)地提出了支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合技術(shù)的設(shè)計體系和分析方法，通過與其他單位的協(xié)同攻關(guān)，形成了成套技術(shù)，完成了從實(shí)踐到科研成果的轉(zhuǎn)化。

近20年來，這一技術(shù)已被應(yīng)用于大量的基坑建設(shè)工程中，大大減少了建筑廢料的產(chǎn)生，成為基坑工程領(lǐng)域節(jié)能降耗的“綠色”支護(hù)技術(shù)，為地下空間的開發(fā)提供了可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)手段。2014年，由王衛(wèi)東作為第一完成人，包含基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合技術(shù)的項目“軟土深基坑工程安全與環(huán)境控制新技術(shù)及應(yīng)用”獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎。

與此同時，我國沿江沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市現(xiàn)階段淺層地下空間開發(fā)日趨飽和，深大地下空間（開挖深度超過 20米）開發(fā)成為土地資源利用的必然趨勢。由于城市建筑物密集、地鐵隧道縱橫交錯，環(huán)境條件日趨復(fù)雜敏感，深大地下空間開發(fā)難度大、風(fēng)險高。以上海、天津、武漢為代表的沿江沿海地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，含水層深厚、水量豐富、水頭壓力高、滲透性強(qiáng)，對地下工程安全影響顯著。長時間大面積開敞抽降地下水將引起周邊地面大范圍沉降，危及周邊建（構(gòu)）筑物的安全，深大地下空間開發(fā)面臨嚴(yán)峻的深層地下水控制問題。

對深層地下水通常應(yīng)采取設(shè)置帷幕隔斷的措施，傳統(tǒng)水泥土攪拌樁帷幕最大隔水深度僅30米，一般僅適用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)小于30的軟土，隔水能力有限；而鋼筋混凝土地下連續(xù)墻作為隔水帷幕，由于分槽段施工，深部槽段接頭易滲漏，且造價昂貴。

在這種形式下，研發(fā)適應(yīng)多種復(fù)雜地質(zhì)條件（如密實(shí)砂土、卵礫石、巖石等）、城市狹小施工作業(yè)空間（如緊鄰建筑物、高架橋下方等）的大深度、安全高效、節(jié)能降耗的深層地下水控制新技術(shù)具有迫切的工程和社會需求。

王衛(wèi)東針對于此，聯(lián)合設(shè)計、施工、制造、高校等多家單位，經(jīng)引進(jìn)吸收和近8年的創(chuàng)新實(shí)踐，終于針對不同應(yīng)用需求自主研制出超深等厚度水泥土攪拌墻新型系列重大施工裝備，研發(fā)了安全高效、節(jié)能降耗的等厚度水泥土攪拌墻成套新技術(shù)，包括渠式切割水泥土攪拌墻技術(shù)和銑削深攪水泥土攪拌墻技術(shù)。該創(chuàng)新技術(shù)不僅可以解決深大地下空間開發(fā)中深層地下水控制問題，并適用于水利工程防滲、垃圾填埋場污染物隔離、深厚軟土地基處理等工程領(lǐng)域。2017年，由王衛(wèi)東作為第一完成人完成的項目“超深等厚度水泥土攪拌墻成套施工裝備與技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎。

基于20多年的理論研究和工程實(shí)踐，王衛(wèi)東也總結(jié)出了一套工程設(shè)計與科研創(chuàng)新的“辯證法”——科學(xué)研究與工程設(shè)計相互促進(jìn)，工程設(shè)計為科研開展提供物質(zhì)保證，是支持研究的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)；科研是一個創(chuàng)新積累、再應(yīng)用的良性發(fā)展過程，在幫助解決工程問題的同時提升了工程的實(shí)施水平，并促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步。

渠式切割等厚度水泥土攪拌墻技術(shù)

他認(rèn)為，只有解決工程實(shí)際問題的科研才有更強(qiáng)大的生命力，科研成果最終要服務(wù)于工程實(shí)踐?！拔覀兡艹晒υO(shè)計大量地標(biāo)性和高難度的工程，是在積累了大量工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上?！?/p>

在王衛(wèi)東看來，隨著中國城市化快速發(fā)展，人們也在不斷加大對超高層建筑和地下空間開發(fā)的追求，這是地基基礎(chǔ)與地下工程設(shè)計的創(chuàng)新動力源泉。

“在某種意義上，工程實(shí)踐引領(lǐng)著技術(shù)創(chuàng)新?！蓖跣l(wèi)東說。

打造人才高地

王衛(wèi)東不僅是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ處熀涂萍紕?chuàng)新帶頭人，更是華建集團(tuán)地基基礎(chǔ)與地下工程團(tuán)隊的“領(lǐng)頭羊”?！暗鼗A(chǔ)與地下工程團(tuán)隊”能夠發(fā)展到如今的規(guī)模，經(jīng)歷了10多年的人才引進(jìn)和創(chuàng)新發(fā)展。如今，他的團(tuán)隊已有人才48人，其中博士8人，碩士20人，成為行業(yè)內(nèi)具高知名度和影響力的工程設(shè)計、技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用研究中心。

在王衛(wèi)東看來，人才是立足之本，既要明確團(tuán)隊中個人的發(fā)展方向，又要突出個人特點(diǎn)，各盡其才；有的人偏重于工程設(shè)計，有的人偏重于科研和技術(shù)發(fā)展，每個人的工作既相對獨(dú)立又有交叉，并在相互學(xué)習(xí)中不斷進(jìn)步，在完成生產(chǎn)任務(wù)的同時促進(jìn)技術(shù)水平的發(fā)展并形成團(tuán)隊核心競爭力。同時，只有團(tuán)隊強(qiáng)，有強(qiáng)大的團(tuán)隊凝聚力，才能為個人的自我實(shí)現(xiàn)提供廣闊的平臺。

為了打造一個地基基礎(chǔ)和地下工程設(shè)計行業(yè)的“人才高地”，王衛(wèi)東長年帶領(lǐng)團(tuán)隊參與國內(nèi)外的技術(shù)交流。

王衛(wèi)東和團(tuán)隊部分成員

在“練內(nèi)功“方面，自2011年來，團(tuán)隊每年積極開展部門內(nèi)部的技術(shù)交流，鼓勵工程師尤其是年青工程師總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)并分享所得，起到鍛煉提高的作用。內(nèi)部的技術(shù)交流如今已成為團(tuán)隊的一個優(yōu)良傳統(tǒng)。

而在“走出去”上，團(tuán)隊也積極參加國內(nèi)外高層次的學(xué)術(shù)會議，如國際土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會、亞洲土力學(xué)大會、歐洲土力學(xué)與巖土工程會議、中日巖土學(xué)術(shù)交流會、中國建筑學(xué)會地基基礎(chǔ)分會學(xué)術(shù)年會、全國基坑工程研討會、全國樁基工程學(xué)術(shù)會議等。近年來，團(tuán)隊有100多人次在國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議上作學(xué)術(shù)報告，既擴(kuò)大了影響力，也鍛煉了人才。

為了提高團(tuán)隊的專業(yè)技術(shù)水平，他還聘請國內(nèi)外著名的巖土專家，為團(tuán)隊的發(fā)展獻(xiàn)計獻(xiàn)策，并與相關(guān)科研機(jī)構(gòu)開展合作。王衛(wèi)東說，與國際國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)的一系列交流與合作，也大大提高了團(tuán)隊的研究水平，為人才的成長提供了更加有益的土壤，而這些人才都將成為未來中國地下空間工程的生力軍。

在他的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊竭盡所能為年輕人才提供發(fā)展的平臺和機(jī)遇，讓青年人挑大梁，在大量工程設(shè)計與科研歷練中，促進(jìn)他們快速成長，獨(dú)當(dāng)一面。近年來，團(tuán)隊有2人入選上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人，6人入選上海市青年科技啟明星，1人入選上海市浦江人才計劃，6人獲得上海市人才發(fā)展基金資助，8人在有關(guān)學(xué)術(shù)組織兼職，10人成為上海市住建委科技委基坑評審專家。團(tuán)隊先后獲上海市重大工程立功競賽“優(yōu)秀集體”、上海市總工會“青年先鋒號”、上海市職工科技創(chuàng)新“優(yōu)秀團(tuán)隊”等多項殊榮。

如今，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊，已經(jīng)成為地基基礎(chǔ)與地下工程領(lǐng)域無可爭議的國內(nèi)第一梯隊，為一座座高樓林立的城市“保駕護(hù)航”。