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发布时间：2025-12-16
视觉中国供图
◎本报记者 金 凤 通讯员 杨 芳
在近日举行的2025年度中国公路学会科学技术奖颁奖大会上，南京工业大学交通学院教授吴志坚领衔的南京工业大学团队，联合九家单位完成的“软土地区路基工程低碳化加固与智能监测关键技术及应用”项目，获得2025年度中国公路学会科技进步奖一等奖。
“当前，我国软土路基低碳化加固设计技术面临理论缺乏、绿色低碳处置技术匮乏、智能监测预警平台欠缺等难题。”吴志坚说，团队经过15年的攻关，建立了软土地区路基低碳化加固的理论、方法及其施工工艺与装备，创新了软土地区路基工程多功能全过程智能监测系统平台，并将成套技术应用于我国26项重大工程，累计新增产值近65亿元，利润超3.3亿元。
固废变路基骨架
走进如今的浙江省海宁市，只见一条条航道内，船舶往来如织，一片繁忙景象。两年前，这里新开通了京杭运河二通道海宁段，为货船新增了一条通畅便捷的水上大通道。
但开挖京杭运河二通道海宁段航道时，航道下深四五十米的软土一度令施工团队“头疼”：这种土含水率高，挖出后无法直接应用于工程。对此，传统方法一般是将其放置在堆场或由内河转运出海处理。与众不同的是，此次挖出的渣土经过特殊工艺处理后变废为宝，就地用于工程附近的道路和临建场地地基。将这些渣土“化腐朽为神奇”的，是吴志坚团队领衔开发的软土地区路基工程低碳化加固技术。
“在沿江滨湖临海地区，分布着大量软土，它们含水率和压缩性高、承载力和抗剪强度低、渗透性差、固结周期长。”吴志坚说，软土的这些特性，对工程施工造成不小的挑战。
“在软土上修建公路铁路桥梁，就像在‘豆腐上筑路’，影响道路成形和工程质量。过去处理软土，要么花钱将其运走填埋，要么从外地拉来好土回填，这种‘一弃一采’的方式，使得每立方米软土的运输成本高达250元，还会引发扬尘、水体污染等次生环境问题。”吴志坚介绍，让软土变“坚强”，让施工过程绿色低碳，是团队攻关的核心目标。
经过多年探索，团队摸索出一种新方法，将冶炼渣、粉煤灰等工业固废和建筑固废作为原材料，以替代水泥、石灰，再以电石渣、工业废碱等作为激发剂，按照科学配比，研制出新型固废基绿色凝胶材料（以下简称“凝胶材料”）。
传统方法需用水泥、石灰加固浅表软土，这样的生产过程会产生大量二氧化碳。“凝胶材料生产过程无需高温煅烧。每生产1吨凝胶材料比生产水泥减少0.57吨二氧化碳排放，降碳率达92%，成本还能降低四分之一以上。”吴志坚说。凝胶材料相当于软土固化的高性能“环保胶水”。需要加固浅表软土时，团队利用研发的高效解泥造浆装备，把软土切碎、研磨后，再掺入凝胶材料，就可以加固路基。
吴志坚说，经测算，这种“就地改造”技术让软土固化成本降至40元/立方米，比传统固化技术省20%—40%，相较弃土转运更是节约70%以上工程成本。
如果修普通公路，上述方法足以让软土变得“坚硬”，但若修建高速公路、铁路，还需用特殊工艺让软土的承载力更强，为此，团队设计出多种“桩”。
“我们在固化软土中，加入凝胶材料和发泡剂，制成像海绵一样的轻质填料，这便是轻质固化土桩。”成果共同完成人、东南大学教授邓永锋形象地介绍道，这好比给沉重的路基穿上了“泡棉鞋”，大大减轻了对软土地基的压迫，从而显著减少沉降。
数据显示，用这种方法做成的轻质固化土桩，比传统水泥土桩减少50%附加应力，竖向承载力却提升38.3%，沉降量缩小23%；而全固废负碳劲性复合桩的水平承载力，更是比传统桩基提升70%，就像给软土路基装上了“钢筋铁骨”。
工程有了智慧大脑
除了材料革新，项目另一大亮点是为工程建设装上了智慧大脑。以往，路基压实度、桩基质量好不好，往往难以实时精准感知。团队研发的基于全波场弹性波测试理论的检测装备，如同智慧大脑的透视眼，能给路基做CT扫描。“我们通过对软土加固区进行纵波、横波、面波的扫描，可监测路基的承载力。”成果共同完成人、上海交通大学副教授袁刚烈说，该设备能透视地下桩基的完整性，检测精度达到5毫米，是传统技术的10倍；勘测效率提升至33平方米/分钟，相当于5个人干以前25个人的活。
与此同时，团队还打造了多功能全过程智能监测平台。它如同智慧大脑的预警铃，可实时监控加固效果和施工运维风险。一旦出现异常，平台30秒内就能发出预警，较传统分钟级预警，反应速度提升一倍。
在杭州某重大航道开挖工程中，该平台敏锐“听”到了桥梁桩基位移的异常信号，成功发出预警，避免了可能发生的重大事故。平台还首次引入了碳汇动态计算，能够实时评估施工进程中的碳减排成效，让“绿色施工”可测量、可报告。
该项目取得了可观的社会生态效益。运用该项目技术，在宁波地铁建设中，逾360万立方米流塑性工程渣土“变废为宝”，免于异地堆放污染；山东多条高速公路的废弃土方经技术处理后直接成为合格路基填料，节约成本超70%。
吴志坚说，未来，他们将尝试向珠三角、东南沿海等软土集中区域推广技术，助力更多交通工程施工向“低碳+智能”方向迈进。
原载于《科技日报》
