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院士风采丨郑健龙:一心修路,只为交通强国

2022-06-28   云南网   阅读量:95

    编者按:6月26-27日,近百位院士将齐聚岳麓山下、湘江之滨,共赴一场科技盛会——第二十四届中国科协年会。他们是“科创中国”的引领者和推动者,是文明前行的探索者和开拓者。红网、时刻新闻开设《第24届中国科协年会——院士风采》专栏,致敬他们的创新精神,分享他们的创新故事。

    中国工程院院士、长沙理工大学教授、博士生导师郑健龙。

    红网时刻记者 李璐 汪衡 实习生 赵倩男 孟芷如 长沙报道

    新中国成立以来,几代人逢山开路、遇水架桥,建成了交通大国,纵横千里的“中国路”、气贯长虹的“中国桥”、向海而立的“中国港”,正铺设起民族复兴的快车道。

    交通强国战略研究项目组纪念书。

    6月23日,在长沙理工大学公路养护技术国家工程实验室,记者见到了中国工程院院士、长沙理工大学教授、博士生导师郑健龙。在他的书桌上,一块交通强国战略研究项目组纪念书立引人注目。

    “有一句话叫‘物流的速度相当于资金流的速度’。” 郑健龙认为,交通运输是兴国之器、强国之基,交通便利程度,在国民经济的发展过程中具有先导性的地位。交通工程要建设好,更要维护好。“未来,我们应在交通设施科学管理与运维方面进一步提升,从交通大国向交通强国稳步前进。”

    对付工程“癌症”:放弃“刚性治理”选择“以柔治胀”

    膨胀土是一种不良土质,因其失水迅速收缩开裂,吸水急剧膨胀变形,路基和边坡难逃过垮塌、滑坡的厄运,令全世界的工程师们都感到头疼,被称为“公路工程中的癌症”。

    我国26个省区分布这种特殊土质,每年膨胀土地质灾害造成的经济损失达数百亿元。以往,针对膨胀土,行内多采用化学改良、弃土换填和刚性支护的办法,不仅造价高、工期长,施工困难,而且造成严重的水土流失和生态环境破坏。

    要制服野兽,要先了解它的特点,再寻其弱点。

    早在1992年,在原长沙交通学院任教的郑健龙就开始关注这个问题。治理公路膨胀土,主要难题其实就是一个:如何让这种看似普通的泥土在任何天气情况下,既不膨胀也不开裂,从而不坍塌或下沉。

    为此,郑健龙和同事,领着学生在实验室、在工地现场做了无数次的测试、试验,创造性地提出边坡治理“以柔治胀”的新理念。

    “以柔治胀”就是放弃“刚性治理”加固围挡的办法,直接给膨胀土“消能”“排水”“穿衣”,再用阔叶植被稳定表土层。

    除在膨胀土内部做排水通道和外部种植阔叶植被外,最重要的是给膨胀土穿上了一件可随气候的变化而变化伸缩的“衣服”——特制的塑料格栅。

    每50公分厚的膨胀土,穿上这样一件特制的衣服,就像一个人穿上有弹性的毛衣一样。这样一来,无论天气如何,膨胀土都不会因“时胖时瘦”的幅度太大而造成坍塌。

    郑健龙带领团队和学生查看分析实验数据。

    以往,对公路回填,膨胀土也是令人头疼的对象。普通填埋,它们容易开裂坍塌,哪怕露天堆放,也容易在下雨天引起泥石流等次生灾害。

    但垃圾,通常是放错位置的资源。

    郑健龙通过不停实验,终于为“它”找到了合适的位置。对于膨胀土的回填,郑健龙和他的同事们则采取的是另一种办法:“包裹”。即采用膨胀土做填芯料,再在外围铺上一定厚度的非膨胀土控制水汽入侵,找到一个与周围环境协调一致的平衡湿度,可使得用膨胀土填筑起来的路基保持长期稳定。

    为了研究膨胀土与土工合成材料相互作用机理,郑健龙与课题组成员演示了几十次,又和设备生产厂家反复讨论10余次,终于研制成国内最大、性能最好的数控拉拔试验系统;为了真实评价膨胀土填料的路用性能,课题组修改设备方案10多次,成功发明出改进CBR试验装置及其试验方法;为了证明膨胀土直接用作路堤填料的可行性,他不仅进行了大量室内试验,而且亲自带领课题组成员,不论寒暑、昼夜,无数次在施工现场收集数据,经年跟踪考察。

    堵不如疏,以柔克刚。“以柔治胀”的思想和技术,体现了中国式的哲学与智慧。

    2009年,“膨胀土地区公路修建成套技术研究”获国家科学技术进步一等奖。美国新技术导向性期刊《Civil Engineering》主编称赞:“项目提供了一个全新的膨胀土工程处置范例,全球工程师将从中受益。”

    据统计,2004年以来,“膨胀土地区公路修建成套技术研究”技术在南疆国门第一路广西南宁至友谊关高速公路、国际旅游岛海南海口至屯昌高速公路等12省区30多条高速公路得到推广应用,有力支撑了重大工程建设,产生直接经济效益20多亿元,节约建设用地近2万亩,减少油耗近4000万升,降低废气排放2万多吨,被交通运输部列为重点推广技术。

    攻坚克难孜孜探索 为加快建设交通强国努力奋斗

    郑健龙向学生介绍工程离心机。

    驯服“工程癌症”后,郑健龙研究的脚步并未放慢,反而为实现交通强国建设目标按下了“加速键”。

    2019年9月,中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》。郑健龙当时发文表示:“30年前,我们还在为出门难求一张坐票而苦恼;今天我们却可去距离1000公里以外的城市开会、办事后当日返回,并可选择交通方式;30年后,中国交通不仅要托起在本世纪中叶实现中华民族伟大复兴的中国梦,而且要走在世界前列、建成交通强国。”

    2015年,郑健龙当选中国工程院院士后,他将新思想和新理念推广应用到高液限土、花岗岩残积土、全风化红砂岩等南方特殊土路基治理中,研发了考虑吸附结合水影响的特殊土路基压实控制技术、特殊土路基边坡生态修复技术,成果在河南叶舞高速公路松散堆积体挖方边坡治理、海南万洋高速公路高液限土路基填筑、安徽合六高速公路改扩建高液限土填料利用、广西贵南高速铁路和南水北调中线河南段膨胀土边坡生态加固等8个省区20多个工程中推广应用。

    随着我国普通公路、高速公路不断建设,郑健龙注意到公路的建养每年需消耗数千万吨沥青、数亿立方米的石料,给生态环境带来严重破坏。他说:“发展耐久性路面以延长其使用寿命和大中修周期,减少不可再生资源的消耗是解决这一问题最有效的途径。”

    为此,郑健龙带领团队深入研究与工程实践,系统建立了新型耐久性沥青路面的结构体系、设计理论与方法、三维应力状态下的抗疲劳设计准则及永久性路基结构刚度设计方法,突破了国内外沥青路面各结构层等寿命设计的传统理念,成倍延长了路面整体结构的使用寿命与大中修周期。

    新型耐久性沥青路面结构与设计技术也获发明专利26项,主体技术被纳入交通运输部重大科技创新成果库,“逐层倍增耐久性沥青路面设计方法”被列入科技部、交通运输部“十三五”交通领域科技创新专项规划;制订行业标准1部、团体标准5部,出版专著6部,发表论文150余篇、SCI收录66篇、ESI高被引论文5篇;技术在6省区多条高速公路建设工程中得到成功应用,催生了路面设计技术的革命性进步,社会经济效益显著。