扎实科研为重大工程打牢地基

  刘汉龙，1964年3月生，江苏高邮人，中国工程院院士，重庆大学教授。主要是做环境岩土力学与防灾减灾工程、软弱地基加固与桩基工程等方面的教学与研究工作，获国家发明专利132件，出版中、英文专著6部，主编国家和行业等标准7部。先后获国家技术发明奖二等奖2项，国家科技进步奖二等奖1项，国家教学成果二等奖2项。

  重庆大学里有一栋三层高的红砖小楼，屋顶的“岩土实验楼”颇为引人注目。走进楼中的一间展厅，重庆大学土木工程学院教授刘汉龙，正在测量几根外形各异的混凝土柱子。

  “这些柱子就是桩基，建造高楼、高铁、港口、机场等，不能离开桩基的支撑。”刘汉龙介绍，自己的科研方向就是研究这些桩基。30多年来，刘汉龙围绕着岩土与地下工程安全和开发利用这一领域潜心科研，行而不辍。

  软弱土强度低、易沉降。在软弱土地区建设高速铁路的过程中，经常会遇到施工场地上方存在高压电线、高架桥等复杂施工环境，传统高大的水泥粉煤灰碎石桩、灌注桩、搅拌桩等施工机械无法进场施工。怎么样才能解决这种复杂环境下的施工问题，曾经是困扰工程界多年的一大难题。

  2005年，浙江甬台温铁路开工建设，由于车站上方有很多高压电线，常规的打桩机高度受限，没办法进入施工现场进行地基加固。施工团队找到了刘汉龙，寻找替代常规打桩机的施工方法。

  戴着安全帽，在狭窄的临时钢梯上来回攀爬、记录现场地层情况、扛着仪器四处测试……前前后后在工地忙碌了一个多月，刘汉龙提出了有明确的目的性的解决方案：浆固碎石桩地基加固技术。

  施工场地有高度限制，通过浆固碎石桩地基加固技术，可以用小型钻机分段钻孔，直到钻至设计深度，然后放入分段注浆管并投放石料，最后进行注浆，固结成桩。“与传统桩型相比，浆固碎石桩的施工所需高度低、混凝土用量少、桩身强度高，更为经济高效。”刘汉龙介绍。

  甬台温铁路用到的浆固碎石桩样品，如今便陈列在展厅内。该技术后来被推广应用到京沪高铁、沪宁城际高铁等重大工程中，有效解决了高架立交和贴近既有线等复杂施工环境下的地基加固难题，并列入国家铁路行业标准。

  “桩基是解决建筑沉降问题的基础，要让软弱土强‘基’壮‘骨’，就要提高桩基性能，为此我们研发出系列复合桩基技术。”刘汉龙说。除浆固碎石桩地基加固技术外，刘汉龙还带领团队研发出一种新技术——现浇混凝土大直径管桩技术，该技术采用环形截面空心桩代替实心桩，在同等承载力条件下，混凝土用量节省30%以上，施工机械能耗减少50%。

  江苏、浙江、海南……技术用到哪里，刘汉龙的脚步就走到哪里。“要让科研成果在国家的重大工程中得到应用。”刘汉龙说，“技术行不行，要看能否解决施工难题。”

  如今，刘汉龙团队研发的系列复合桩基技术已被应用于公路、铁路等领域的部分国家重大基础设施项目地基加固，有效解决了在软弱土环境下施工的沉降变形问题。“解决一个又一个工程难题，是我们科研的重点。”刘汉龙说。

  走进岩土实验楼的微生物岩土实验室，一个个玻璃器皿整齐摆放在架子上。刘汉龙拿起一个量杯，里面是略显浑浊的黄色液体。“这液体里有能给岩土层‘套上铠甲’的微生物。”刘汉龙说，微生物和岩土，两种不同的物质，在这里被紧密结合在一起。

  “通过喷洒、注浆、搅拌、倾倒等手段，把微生物液体注入岩土体做加固，这就是微生物加固技术，相当于用微生物帮忙‘打桩’，砂子会慢慢变成岩石般的固体。”只见刘汉龙将培养出来的微生物液体倒入砂子，在矿化反应的作用下，松散的砂子慢慢凝结……

  微生物加固技术初始菌种只需要几毫克，扩培后即可通过它们产出所需的海量胶结物质，这项技术具有轻便快捷、兼容性强、碳排放低等优点。“在建造过程中，如果我们能大量使用微生物加固技术，就能极大降低能耗和碳排放。”刘汉龙说。

  微生物来当“建筑加固师”，这样的一个过程听起来简单，实际上离不开复杂的科研攻关。

  “我们通过将原始微生物接种到营养液中，筛选、培养岩土中的可矿化微生物，让它们在新陈代谢过程中不断进化。”刘汉龙说，得到一株可矿化微生物菌种往往需要经过上千次试验。目前，团队已培养出10余种可矿化微生物。

  2022年，经过多年的积累，刘汉龙团队出版国内首部微生物岩土领域学术专著《微生物土力学原理与应用》，创办国际首个微生物岩土领域的专业学术期刊《生物岩土技术》，聚焦利用微生物代谢活动促进岩土材料性能改变、岩土材料绿色生态加固和低碳发展，弥补了行业空白。

  仰望苍穹，将目光投向更广阔的太空。作为生物科普试验载荷项目总负责人，刘汉龙参加了嫦娥四号的科普试验载荷研究工作，让嫦娥四号搭载的棉花种子长出月球上第一片绿叶。2020年，嫦娥五号带回月壤，刘汉龙带领团队分析其样本成分，在实验室内开展了月壤的复配，并随之进行了复配月壤的微生物加固实验。

  1982年高中毕业后，刘汉龙考入浙江大学土木系水工结构专业，开始土木工程专业的求学之路。“从地上（建筑）到地下（岩土），从干（结构）到湿（水利），从静（力学）到动（地震）等，都学习了一遍。”刘汉龙说，随时代发展需要，不断调整学习方向，才能“始终面向世界前沿做科学研究”。

  刘汉龙对科研的热情也影响着学生们。在学生眼里，刘汉龙是一位对科研十分投入的老师，不出差的晚上，整栋大楼熄灯最晚的，一定是刘汉龙的办公室。

  这盏深夜里长明的灯，也在照亮学子们不断求索、追逐科学梦想的道路。“每次出差，刘老师都会贴身携带大量文件资料，在高铁上阅读、批注、勾画。”加入刘汉龙研发团队已有10余年的肖杨说。对此，刘汉龙笑着解释：“正如建筑打地基，要不断学习新知识，为科研攻关奠定坚实基础。”

  在刘汉龙指导下，肖杨凭借在微生物加固土体力学领域的丰富研究成果，获得国家杰出青年科学基金资助。如今，包括肖杨在内，刘汉龙培养了10多名高水平科研人才，整个团队从最初的几个人，发展壮大到现在包括博士后、博士研究生和硕士研究生在内的200余人。

  “道阻且长，行则将至；行而不辍，未来可期。”这是刘汉龙的人生格言。来到重庆大学10多年时间里，他带领团队不断取得国际领先的科研成果。

  对土木工程专业，刘汉龙满怀深情。“基础设施建设与交通、能源等领域不能离开土木工程。希望有更多的青年学子深入了解这一行业，为行业长远发展贡献力量。”刘汉龙说。王欣悦

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