中國工程院院士、重慶大學(xué)土木工程學(xué)院教授劉漢龍——
扎實科研,為重大工程打牢地基
劉漢龍(中)在指導(dǎo)學(xué)生做實驗。 重慶大學(xué)供圖
人物小傳
劉漢龍,1964年3月生,江蘇高郵人,中國工程院院士,重慶大學(xué)教授。主要從事環(huán)境巖土力學(xué)與防災(zāi)減災(zāi)工程、軟弱地基加固與樁基工程等方面的教學(xué)與研究工作,獲國家發(fā)明專利132件,出版中、英文專著6部,主編國家和行業(yè)等標準7部。先后獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎2項,國家科技進步獎二等獎1項,國家教學(xué)成果二等獎2項。
重慶大學(xué)里有一棟三層高的紅磚小樓,屋頂?shù)摹皫r土實驗樓”頗為引人注目。走進樓中的一間展廳,重慶大學(xué)土木工程學(xué)院教授劉漢龍,正在測量幾根外形各異的混凝土柱子。
“這些柱子就是樁基,建造高樓、高鐵、港口、機場等,都離不開樁基的支撐。”劉漢龍介紹,自己的科研方向就是研究這些樁基。30多年來,劉漢龍圍繞著巖土與地下工程安全和開發(fā)利用這一領(lǐng)域潛心科研,行而不輟。
“技術(shù)行不行,要看能否解決施工難題”
軟弱土強度低、易沉降。在軟弱土地區(qū)建設(shè)高速鐵路的過程中,經(jīng)常會遇到施工場地上方存在高壓電線、高架橋等復(fù)雜施工環(huán)境,傳統(tǒng)高大的水泥粉煤灰碎石樁、灌注樁、攪拌樁等施工機械無法進場施工。如何解決這種復(fù)雜環(huán)境下的施工問題,曾經(jīng)是困擾工程界多年的一大難題。
2005年,浙江甬臺溫鐵路開工建設(shè),由于車站上方有很多高壓電線,常規(guī)的打樁機高度受限,無法進入施工現(xiàn)場進行地基加固。施工團隊找到了劉漢龍,尋找替代常規(guī)打樁機的施工方法。
戴著安全帽,在狹窄的臨時鋼梯上來回攀爬、記錄現(xiàn)場地層情況、扛著儀器四處測試……前前后后在工地忙碌了一個多月,劉漢龍?zhí)岢隽擞嗅槍π缘慕鉀Q方案:漿固碎石樁地基加固技術(shù)。
施工場地有高度限制,通過漿固碎石樁地基加固技術(shù),可以用小型鉆機分段鉆孔,直到鉆至設(shè)計深度,然后放入分段注漿管并投放石料,最后進行注漿,固結(jié)成樁。“與傳統(tǒng)樁型相比,漿固碎石樁的施工所需高度低、混凝土用量少、樁身強度高,更為經(jīng)濟高效!眲h龍介紹。
甬臺溫鐵路用到的漿固碎石樁樣品,如今便陳列在展廳內(nèi)。該技術(shù)后來被推廣應(yīng)用到京滬高鐵、滬寧城際高鐵等重大工程中,有效解決了高架立交和貼近既有線等復(fù)雜施工環(huán)境下的地基加固難題,并列入國家鐵路行業(yè)標準。
“樁基是解決建筑沉降問題的基礎(chǔ),要讓軟弱土強‘基’壯‘骨’,就要提高樁基性能,為此我們研發(fā)出系列復(fù)合樁基技術(shù)!眲h龍說。除漿固碎石樁地基加固技術(shù)外,劉漢龍還帶領(lǐng)團隊研發(fā)出一種新技術(shù)——現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁技術(shù),該技術(shù)采用環(huán)形截面空心樁代替實心樁,在同等承載力條件下,混凝土用量節(jié)省30%以上,施工機械能耗減少50%。
江蘇、浙江、海南……技術(shù)用到哪里,劉漢龍的腳步就走到哪里!耙尶蒲谐晒趪业闹卮蠊こ讨械玫綉(yīng)用。”劉漢龍說,“技術(shù)行不行,要看能否解決施工難題。”
如今,劉漢龍團隊研發(fā)的系列復(fù)合樁基技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于公路、鐵路等領(lǐng)域的部分國家重大基礎(chǔ)設(shè)施項目地基加固,有效解決了在軟弱土環(huán)境下施工的沉降變形問題!敖鉀Q一個又一個工程難題,是我們科研的重點!眲h龍說。
“用微生物幫忙‘打樁’,砂子會慢慢變成巖石般的固體”
走進巖土實驗樓的微生物巖土實驗室,一個個玻璃器皿整齊擺放在架子上。劉漢龍拿起一個量杯,里面是略顯渾濁的黃色液體!斑@液體里有能給巖土層‘套上鎧甲’的微生物!眲h龍說,微生物和巖土,兩種不同的物質(zhì),在這里被緊密結(jié)合在一起。
“通過噴灑、注漿、攪拌、傾倒等手段,把微生物液體注入巖土體進行加固,這就是微生物加固技術(shù),相當于用微生物幫忙‘打樁’,砂子會慢慢變成巖石般的固體。”只見劉漢龍將培養(yǎng)出來的微生物液體倒入砂子,在礦化反應(yīng)的作用下,松散的砂子慢慢凝結(jié)……
微生物加固技術(shù)初始菌種只需要幾毫克,擴培后即可通過它們產(chǎn)出所需的海量膠結(jié)物質(zhì),這項技術(shù)具有輕便快捷、兼容性強、碳排放低等優(yōu)點!霸诮ㄔ爝^程中,如果我們能大量使用微生物加固技術(shù),就能極大降低能耗和碳排放!眲h龍說。
微生物來當“建筑加固師”,這個過程聽起來簡單,實際上離不開復(fù)雜的科研攻關(guān)。
“我們通過將原始微生物接種到營養(yǎng)液中,篩選、培養(yǎng)巖土中的可礦化微生物,讓它們在新陳代謝過程中不斷進化!眲h龍說,得到一株可礦化微生物菌種往往需要經(jīng)過上千次試驗。目前,團隊已培養(yǎng)出10余種可礦化微生物。
2022年,經(jīng)過多年的積累,劉漢龍團隊出版國內(nèi)首部微生物巖土領(lǐng)域?qū)W術(shù)專著《微生物土力學(xué)原理與應(yīng)用》,創(chuàng)辦國際首個微生物巖土領(lǐng)域的專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《生物巖土技術(shù)》,聚焦利用微生物代謝活動促進巖土材料性能改變、巖土材料綠色生態(tài)加固和低碳發(fā)展,彌補了行業(yè)空白。
仰望蒼穹,將目光投向更廣闊的太空。作為生物科普試驗載荷項目總負責(zé)人,劉漢龍參加了嫦娥四號的科普試驗載荷研究工作,讓嫦娥四號搭載的棉花種子長出月球上第一片綠葉。2020年,嫦娥五號帶回月壤,劉漢龍帶領(lǐng)團隊分析其樣本成分,在實驗室內(nèi)開展了月壤的復(fù)配,并隨之進行了復(fù)配月壤的微生物加固實驗。
“不斷學(xué)習(xí)新知識,為科研攻關(guān)奠定堅實基礎(chǔ)”
1982年高中畢業(yè)后,劉漢龍考入浙江大學(xué)土木系水工結(jié)構(gòu)專業(yè),開始土木工程專業(yè)的求學(xué)之路!皬牡厣希ńㄖ┑降叵拢◣r土),從干(結(jié)構(gòu))到濕(水利),從靜(力學(xué))到動(地震)等,都學(xué)習(xí)了一遍。”劉漢龍說,隨著時代發(fā)展需要,不斷調(diào)整學(xué)習(xí)方向,才能“始終面向世界前沿做科學(xué)研究”。
劉漢龍對科研的熱情也影響著學(xué)生們。在學(xué)生眼里,劉漢龍是一位對科研十分投入的老師,不出差的晚上,整棟大樓熄燈最晚的,一定是劉漢龍的辦公室。
這盞深夜里長明的燈,也在照亮學(xué)子們不斷求索、追逐科學(xué)夢想的道路!懊看纬霾,劉老師都會隨身攜帶大量文件資料,在高鐵上閱讀、批注、勾畫!奔尤雱h龍研發(fā)團隊已有10余年的肖楊說。對此,劉漢龍笑著解釋:“正如建筑打地基,要不斷學(xué)習(xí)新知識,為科研攻關(guān)奠定堅實基礎(chǔ)!
在劉漢龍指導(dǎo)下,肖楊憑借在微生物加固土體力學(xué)領(lǐng)域的豐富研究成果,獲得國家杰出青年科學(xué)基金資助。如今,包括肖楊在內(nèi),劉漢龍培養(yǎng)了10多名高水平科研人才,整個團隊從最初的幾個人,發(fā)展壯大到現(xiàn)在包括博士后、博士研究生和碩士研究生在內(nèi)的200余人。
“道阻且長,行則將至;行而不輟,未來可期!边@是劉漢龍的人生格言。來到重慶大學(xué)10多年時間里,他帶領(lǐng)團隊不斷取得國際領(lǐng)先的科研成果。
對土木工程專業(yè),劉漢龍滿懷深情!盎A(chǔ)設(shè)施建設(shè)與交通、能源等領(lǐng)域都離不開土木工程。希望有越來越多的青年學(xué)子深入了解這一行業(yè),為行業(yè)長遠發(fā)展貢獻力量!眲h龍說。
《 人民日報 》( 2024年11月13日 06 版)
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