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鄭健龍的學術貢獻

長期從事特殊土路基穩定與加固、路面結構設計理論與方法、瀝青混合料力學特性等方面的教學與科研工作,曾主持國家、省部級科研項目50余項,出版《公路膨脹土工程》等學術專著5部,發表學術論文140余篇,獲國家專利8項,獲國家科技進步壹等獎1項、省部級科技進步特等獎1項、壹等獎2項、二等獎12項、三等獎6項,在以下幾個方面具有突出貢獻,在國內外同行業享有很高的聲譽:

(1)主持完成國家西部交通建設科技計劃重大項目“膨脹土地區公路修築成套技術研究”,提出了膨脹土的平衡含水率理論、開發了膨脹土路塹邊坡柔性支護綜合處治技術和路堤物理處治技術,發展了公路膨脹土工程理論與技術。

(2)首次提出了瀝青路面路表彎沈衰變的演化模型和瀝青路面結構極限狀態設計法,提出了以設計彎沈為指標的瀝青路面設計標準與方法以及瀝青路面大中修補強設計新方法, 完善了我國瀝青路面設計理論與方法,研究成果均被納入行業規範。

(3)在國內外率先開展瀝青混合料的粘彈性損傷特性的研究,提出了以損傷力學中的真實應力確定疲勞試驗中應力水平的新方法,建立了相應的疲勞方程,創建了瀝青混合料非線性疲勞損傷理論與分析方法,為瀝青路面設計規範的修訂奠定了基礎。

此外,鄭健龍教授在路基變性控制技術、公路土工合成材料應用技術、瀝青路面的抗裂設計、瀝青混合料的改性技術、路面養護管理技術、復合材料板殼的非線性理論等方面均有所建樹 。

攻克“公路癌癥”膨脹土技術這壹世界性難題,榮獲2009年度國家科技進步壹等獎

壹所普通地方性院校獲國家科技進步壹等獎,這在湖南,還是第壹次。

這個奇跡的創造者,就是長沙理工大學校長鄭健龍教授和他的科研團隊。15年來,鄭健龍教授領著全國25家單位的380多名科技人員,針對在公路修建中遇到膨脹土“逢塹必滑,有堤必塌”這壹“工程中的癌癥”,聯合艱辛攻關,終於“治愈”這壹國內外專家長期以來久治未愈的“頑疾”!產生直接經濟效益達11.75億元。

“癌癥”肆虐,每年損失超過150億美元

“膨脹土是壹種富含膨脹性黏土礦物,在環境幹濕交替作用下發生體積明顯脹縮和強度急劇衰減的特殊土。”鄭健龍教授解釋稱,膨脹土遇水膨脹,天晴幹裂,是修建公路的最大克星。全世界有46個國家、我國有26個省區大量存在著這種特殊土,修公路遇到這種土,多會發生邊坡滑坍、路基沈陷、道路損毀、構造物垮塌等現象,而且破壞具有多次重復性。此外,對鐵路、房屋建築、水利設施等淺表層輕型結構也有極大危害。中加合作研究表明,每年因此造成的經濟損失達150億美元。以往多采用化學改良、棄土換填和剛性支護的辦法,不僅造價高、工期長,施工困難,而且造成嚴重的水土流失和生態環境破壞。

怎麽辦?早在1992年,在原長沙交通學院任教的鄭健龍就開始關註這個問題,1993年他申請到比利時的壹個博士後基金,到比利時道路研究所做訪問學者,開始系統性地思考和研究這個課題。那些年裏,膨脹土幾乎成為鄭健龍天天想著念著的字眼。

放棄“剛性治理”選擇“以柔治脹”

治理公路膨脹土,主要難題其實就是壹個:如何讓這種看似普通的泥土在任何天氣情況下,既不膨脹也不開裂,從而不坍塌或下沈。為此,鄭健龍和同事楊和平教授,領著學生在實驗室、在工地現場做了無數次的測試、試驗,創造性地提出邊坡治理“以柔治脹”的新理念。

什麽意思?就是放棄“剛性治理”加固圍擋的辦法,而是給膨脹土“消能”“排水”“穿衣”,再用闊葉植被穩定表土層。1995年,他和同事嘗試著在雲南的楚大高速公路上采用這項技術,小獲成功。

2002年,交通部西部建設重大科技項目之壹——“膨脹土地區公路建築成套技術研究”面向全國招標,對公路膨脹土已進行了10年研究的鄭健龍聯合相關單位,壹舉成功中標。

此後幾年裏,鄭健龍聯合多家施工單位,對公路膨脹土的性質及其治理方式再度進行深入研究。為了研究膨脹土與土工合成材料相互作用機理,鄭健龍與課題組成員演示了幾十次,又和設備生產廠家反復討論10余次,終於研制成國內最大、性能最好的數控拉拔試驗系統;為了真實評價膨脹土填料的路用性能,課題組修改設備方案10多次,成功發明出改進CBR試驗裝置及其試驗方法;為了證明膨脹土直接用作路堤填料的可行性,他不僅進行了大量室內試驗,而且親自帶領課題組成員,不論寒暑、晝夜,無數次在施工現場收集數據,經年跟蹤考察。

新技術貴在應用。修路都是項目經理責任制,有嚴格的經費預算和時間規定,之前花大量金錢和時間都難以攻克的“癌癥”,究竟是怎麽治的?記者在實驗室看到,除了在內部做排水通道和外部種植闊葉植被外,最重要的是鄭健龍給膨脹土穿上了壹件可隨氣候的變化而變化伸縮的“衣服”——特制的塑料格柵。每50公分厚的膨脹土,穿上這樣壹件特制的衣服,就像壹個時瘦時胖的人穿上有彈性的毛衣壹樣。這樣壹來,無論天氣如何,膨脹土都不會因“時胖時瘦”的幅度太大而造成坍塌。

對公路回填,也就是膨脹土的填埋,鄭健龍和他的同事們則采取的是另壹種辦法:“包裹”,即用其他的土包裹膨脹土,給膨脹土穿上“保溫防滲”的外衣,“刀槍不入”。

科學探索孜孜以求,集體攻關終獲成功

記者獲悉,該項新技術先後在10個省區23條高速公路和南水北調工程中廣泛應用,有力支撐了重大工程建設,產生直接經濟效益11.75億元,節約建設用地16202.5畝,減少油耗3640.6萬升,降低廢氣排放1.66萬噸,被交通運輸部列為重點推廣技術。課題組也因此衍生出12項國家專利、4部行業規範、3部專著、213篇論文,從而構建了集理論、方法及勘察、設計、施工技術於壹體的膨脹土地區公路建設成套技術,使我國公路建設從懼怕膨脹土、繞避膨脹土轉變為充分掌握和利用膨脹土,從地質災害頻發、環境惡化發展為百姓安居樂業、節能環保,為促進公路交通事業與環境的協調、可持續發展作出了重大貢獻。

“任何大項目都不可能是壹個人的功勞。”采訪中,已從事30多年公路建設科研的鄭健龍反復強調這壹點,他如數家珍地向我們介紹:作為項目技術負責人的楊和平教授,長年駐紮在施工第壹線。2003年6月至2004年7月,為了保證試驗段的施工質量,楊教授和劉龍武副教授領著兩個學生,在廣西南友路施工工地壹住就是壹年,中途僅僅是為了研究生答辯和學校事務就回長沙幾次。楊教授和研究生們壹起吃住,壹起早出晚歸。他在現場指導施工人員進行膨脹土路堤加筋時,看到民工土工格柵鋪設方法不對,自己親自示範,手把手教,回到學校,又壹頭紮進實驗室研究各項試驗數據。正因為有這種刻苦鉆研的精神,楊教授先後發表項目研究論文70多篇,其中被SCI、EI、ISTP收錄的近20篇。

負責實體工程修築與數值模擬計算的韋秉旭副教授在廣西南友路工地期間,壹年時間瘦了20斤。還有“80後”的張銳博士,讀碩士時選擇的就是這個課題,此後讀博士5年,壹直圍繞這個課題進行實驗,就在記者采訪時,他還領著研究生們為慕名找到課題組的“北京西南六環”項目組做實驗,看著他和研究生們壹鏟壹鏟地鏟土,記者感嘆:這哪裏是博士啊,分明是壹群民工!

“2020年以前,我國將新增數萬公裏高速公路,百萬公裏普通公路。膨脹土的治理,應用前景極其廣闊。”

這,也許就是鄭健龍的動力所在。