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地基承筑民生之路创新勇攀科技高峰——记2012年度国家技术发明二等奖获得者刘松玉教授
发布时间: 2013-03-20                    访问次数: 1027

        道路交通承载着社会发展的广度与速度,而在软土分布区,如何让软土地基“硬朗”起来,从而让筑就的高速公路、高速铁路以及城市地铁更平稳、更安全、更经济?东南大学交通学院刘松玉教授领衔完成的“钉形双向搅拌桩和排水粉喷桩复合地基新技术与应用”创新技术成果就攻克了这项难题,并在沪苏浙高速公路、上海崇启通道、汉宜高速铁路、南京青奥城、宁波地铁、晋江机场等我国主要软土分布区的150余项工程中得到成功推广应用。该项目主要成果曾获得2008年交通部中国公路学会一等奖、2010年教育部科学技术进步一等奖,如今再次斩获2012年度国家技术发明二等奖。
      科学研究的核心在于创新
    自1991年9月到东南大学工作以来,刘松玉教授始终潜心科学研究,经过长期的辛勤耕耘,如今揽获国家大奖的他谈起科学研究来意味深长,“科学研究的核心在于创新,不做重复的研究,做别人没做过的研究”,刘松玉教授一直恪守的学术创新理念,显得格外“有骨气”。孜孜以求、锐意开拓学术的处女地,知难而进,这需要何等的勇气!而恰恰因为创新理念和创新精神成为他及其团队的不懈动力,并驱动着他们的学术之路始终朝向学科的最前沿。
  创新力需要有扎实的内功,更需要广阔的国际视野。在比利时根特大学、美国密执根大学和堪萨斯大学,刘松玉教授都曾留下合作研究或者学术访问的身影,在美国、日本等举行的国际学术会议上,刘松玉教授也时常应邀作学术报告并与学科前沿的顶级学者进行交流。置身国际前沿,刘松玉教授也做出了国际领先的科研成果。
  此次的获奖项目尽管开始实施于2002年,而实际在2000年前后,一些具体的工程问题和技术难题就开始在刘松玉教授脑海中思考,2002年从美国密执根大学回国后,基本形成了创新技术思路,后来经过5~6年的现场试验和实验室模型试验,再经过3~4年的工程应用推广实践检验,最终形成了规程和国家一级工法。
  如今,刘松玉教授的学术团队全部具有海外教育的背景,他们广阅国外最权威、最前沿的学术文献,深谙学科国际领域研究动态,参加国际会议是家常便饭,能够瞄准国际前沿、确立先进的研究方向,使获奖项目含金量沉甸甸的。在2008年12月教育部对该项成果的鉴定就认为,钉形搅拌桩和排水粉喷桩复合地基新技术达到国际领先水平。
  在“软土测试技术与评价理论”领域,刘松玉教授团队高瞻远瞩,于2005年引进了国内高校第一台美国最先进的孔压静力触探测试系统(CPTU),并自主研制出了国内首台土电阻率测试仪,在国内率先开展了现代多功能数字式CPTU原位测试技术研究,提出了基于CPTU的路堤沉降设计计算方法和桩基承载力确定及其反应计算方法,大大提高了我国岩土工程原位测试水平。
      技术创新的灵感源自工程实践第一线
    作为2012年度国家技术发明二等奖获奖代表,刘松玉教授在中央电视台《朝闻天下》节目中说到“获奖技术项目主要解决了我们平时日常生活中间的像公路、铁路地基的稳定问题和沉降问题,有了这个技术以后,就能保证它的平稳性,保证它的稳定性。”
  简短而平实的话语,勾勒出获奖项目中技术创新的着力点和应用价值,也彰显着刘松玉教授以科技改变民生的情怀。技术发明的成熟经历了十余年工程试验的艰辛磨砺,而创新的灵感和关键技术正涌现自工程实践第一线。
  刘松玉教授所从事的学科属于应用性很强的土木工程、交通运输工程领域,因而工程试验是至关重要的环节,也是检验成果可靠性的标准。十余年的科学研究与工程试验,刘松玉教授团队根据软土固化机理和复合地基最优化原理,发明了系列搅拌桩处理新技术、自主研制了施工机械设备、建立了相应的施工工法,实现了对我国传统搅拌桩及其复合地基技术的根本变革,解决了以往软土地基处理工后沉降大、稳定性低、环境扰动影响大、工程造价和管理成本高的实际问题,攻克了我国土木交通工程建设中长期存在的中厚层、成层分布、高含水量软土处理的技术难题。
  在工程第一线,刘松玉教授身先垂范,不辞辛苦,与工人住在一起,在连云港连徐高速公路科研试验段工程中,就连续住了两个多月。获奖团队成员章定文对刘松玉教授投身工地的身影感动不已,那是1997年,在苏北地区现场要进行较长时间的试验,他原以为刘松玉教授会让他一人蹲在现场,然而出乎意料之外的是,刘老师和他一同去了现场,并现场传授他技术要点,当时苏北地区天气寒冷,住宿条件也较差,刘松玉教授硬是陪他在现场待了近一个月。
  这种刻苦钻研、不畏艰辛的精神诠释着东南大学“嚼得菜根,做得大事”的文化传统和科研精神,也凸显出今年排名全国第一的东大交通学科的深厚底蕴。当然,比起在工程实践中所收获的技术创新成果,刘松玉教授觉得这点苦算不了什么。
  2003年,刘松玉教授提出了钉形搅拌桩技术的原理,这是国内外首次提出的一种变截面的搅拌桩复合地基,但在施工过程中关键是如何实现自动变截面,为此,他在现场和室内进行了无数次试验,2004年初,他在南京河西滨江大道工地的试验失败了,现场一位技术人员甚至劝他不要再试验了,该思路是实现不了的。但他没有放弃,又整整用了一年多的时间去改进,最终,在与机械工程师和现场施工工程师的共同努力下,很巧妙地利用土压力原理实现了自动变截面施工,形成了现在的肘轴式自动变截面搅拌技术,2005年,在苏州沪苏浙高速公路进行的现场工程施工获得了成功,目前已在全国道路、铁路、市政工程中得到了大量推广应用。
  排水粉喷桩复合地基技术也是本次发明奖成果的一项关键创新点,该技术发明的灵感来源于一次到连云港高速公路粉体搅拌桩施工工地现场取样时,与一位工人师傅的一次谈话交流。当时,那位工人告诉他施工后出现地下往上喷水2~3米高,就是这句话在刘松玉教授脑海中困扰了两三年,为什么会喷水?如何解决这个问题?直到2002年5月的一天晚上,他突然悟到了其中的奥秘和解决方法,当即起来写下了技术方案,在国内外首次提出了排水粉喷桩复合地基新技术,并通过以后两年的现场施工论证,验证了所提方案的巧妙性和优越性,从而解决了困扰我国粉体搅拌桩技术领域几十年的难题。
  工程试验只是吃苦还不够,有时还要冒着大风险。钉形双向搅拌桩技术这一系列创新技术都是项目组成员自己垫资几十万元进行设备研制和现场试验的,试验成功后才争取到工程应用项目,工程应用之前并表态技术不成功不要业主一分钱,如果对技术没有足够的信心甚至是牺牲精神,新的发明技术就无从谈起。
  一分耕耘一分收获。目前获奖技术发明已在长三角、珠三角、环渤海湾、华中等我国主要软土分布区得到了推广应用,应用领域包括高速公路、高速铁路、地铁、机场、市政工程、港口工程等。工程实践表明,该项目发明的技术可使桩身强度同等条件下提高1.5倍左右;处理深度可提高1.5倍以上;施工工效提高2倍;工程造价降低30%左右。据统计,至2011年底,累计施工超过6000万延米,节资总额逾7.5亿元,形成了国家一级工法,上海、浙江、湖北、广东等已颁发了专门文件推广该技术,大大促进了我国软土工程技术水平的提高,实现了效果好施工快造价低环境友好的地基加固最优目标。
      重大科技成果需要协同创新
    重大创新成果需要协同、汇聚各种创新要素。
  刘松玉教授现身兼东南大学岩土工程江苏省重点学科首席带头人、东南大学城市地下空间研究中心主任、道路与铁道工程国家重点学科“高速公路路基稳定与地基处理技术”方向带头人,他深知团队协同创新的重要意义。获奖项目的成果可谓协同创新的最好例证,理论、技术、设备和工程实践应用等方面的系统研究离不开整个团队的协作,团队成员中既有理论基础扎实的年轻博士,也有工程实践经验丰富的教授和工程师,交通系统的领导和现场指导意见也对项目的完善起到了指导和促进作用。同时,获奖项目还涉及到不同领域专家横向合作与交叉协同,涉及原理创新、技术创新和施工设备创新,涵盖岩土工程、土木工程材料、机械工程、控制工程等诸多领域。作为学术带头人,刘松玉教授主要做出了原理创新和技术创新,而设备的实现和施工控制则是由合作工程师和工程机械生产厂家专业技术人员共同研制完成的。
  在协同创新的过程中,刘松玉教授的领导才能和人格魅力深得研究团队钦佩,在他们眼中,刘教授是一位不可多得的科技领军人物。
  刘松玉教授的团队成员及博士生蔡国军说,刘松玉教授对岩土工程学科的发展壮大倾注了大量心血,他提倡资源共享和团队协作,面临着资金、人员、设备和办公条件等种种困难时,他总会想尽一切办法去争取项目、招贤纳才,为学科的发展构建和谐的环境和良好的平台。
  刘教授谦和、热情的人格魅力也让蔡国军印象深刻,认识他的人会觉得他具有极强的亲和力,谈话中总是面带微笑,但在指导学生方面,却是严格要求、一丝不苟,有时甚至严厉,在他身上,治学的严谨与为人处事的坦荡形成了完美的融合。
      研究生培养的灵魂也是创新
    1997年至2007年,刘松玉教授曾担任东南大学交通学院副院长,从2007年5月开始,刘教授又担任东南大学研究生院副院长,然而到2011年10月,刘教授考虑到自己精力有限,在得到学校领导的理解和支持后,辞去了行政职务,专事学术研究和人才培养,一年之后,刘教授厚积薄发,既获得了国家级科技大奖,又培养出高层次创新人才。
  在研究生培养上,刘松玉教授也有着自己的理念和心得,他始终认为,研究生培养的灵魂在于创新,选题必须是学科发展前沿课题,结合国家发展战略和工程实践需要;要系统培养学生的创新能力,包括理论基础、动手能力、学术交流能力等;要不断营造创新气氛,拓宽学生的学术视野,为创新思维奠定基础。
  师从刘松玉教授,既有创新压力下的成就感,更有被悉心关爱时的幸福感。在刘教授的指导下,蔡国军完成的《现代数字式多功能CPTU技术理论与工程应用研究》论文成功入选2012年全国百篇优秀博士论文,这是东南大学2012年三篇获得全国优博论文之一,也是交通学院近十三年获得全国优博的又一篇博士论文。论文的成功恰恰与刘松玉在“软土测试技术与评价理论”方面的创新研究和积淀是分不开的。事实上,在此之前,他指导的学生已有三篇获得江苏省优秀博士学位论文、三篇获得江苏省优秀硕士学位论文。
  辞“官”回到学科后,刘松玉教授有了更多的时间做研究,可以静下心来写写几本计划已久的专著,或者看看最新的文献,而最幸福的却是他的研究生们,因为他们明显感觉刘教授花在科研上的时间更多、更自由了,交流也更加方便。
  在蔡国军心中,刘松玉教授不管有没有做“官”,他始终是一个学者,即使在行政岗位上也完全没有放下科研,他每天都会在中午和晚上到岩土所,周末只要不出差也一定会在办公室,时刻告诉他要多读最新文献,并经常亲自把一些最新文献交给他研读。刘教授的一言一行,对他都是一种榜样的力量,他始终铭记着刘教授对他的谆谆教诲,“做学问不要浮躁,不要急功近利,要俯下身子,脚踏实地、潜心研究。更不要图虚名,切忌沾沾自喜,要实实在在为国家发展做点实事,为学科发展做点实事,解决点实际的工程问题。工程学科切不要纸上谈兵,做研究一定要与工程结合,要能解决工程问题。”这种务实不空谈的精神深深感染了他。
  路在脚下,踏实而行。刘松玉教授就这样带领着他的团队砥砺前行,勇攀高峰。他用一名东大教授的治学品格和教诲之心,一个科技工作者的务实态度和创新精神,在地基工程里倾注着科技创新的力量,支撑起一条条高速公路、一个个民生工程,为自己也为全社会筑就通往未来的康庄大道。