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走進如今的浙江省海寧市，只見一條條航道內(nèi)，船舶往來如織，一片繁忙景象。兩年前，這里新開通的京杭運河二通道海寧段，為貨船新增一條通暢便捷的水上大通道。

開挖京杭運河二通道海寧段航道時，航道下深約四五十米的軟土一度令施工團隊“頭疼”，這種土含水率高，挖出后無法直接應(yīng)用于工程中，傳統(tǒng)方法一般是放置在堆場或由內(nèi)河轉(zhuǎn)運出海進行處理。

與眾不同的是，此次挖出的渣土經(jīng)過特殊工藝處理后變廢為寶，就地用于工程附近的道路和臨建場地地基。

將這些渣土“化腐朽為神奇”的是南京工業(yè)大學(xué)交通學(xué)院教授吳志堅團隊領(lǐng)銜開發(fā)的軟土地區(qū)路基工程低碳化加固技術(shù)。

“當(dāng)前，我國軟土路基低碳化加固設(shè)計技術(shù)面臨理論不足，綠色低碳處置技術(shù)匱乏，智能監(jiān)測預(yù)警平臺欠缺等難題?！眳侵緢哉f，團隊經(jīng)過十五年的攻關(guān)，建立了軟土地區(qū)路基低碳化加固的理論與方法及其施工工藝與裝備，創(chuàng)新了軟土地區(qū)路基工程多功能全過程智能監(jiān)測系統(tǒng)平臺，并將成套技術(shù)應(yīng)用于我國26項重大工程，累計新增產(chǎn)值近65億元，利潤超3.3億元。

在近日舉行的2025年度中國公路學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎頒獎大會中，吳志堅領(lǐng)銜的南京工業(yè)大學(xué)團隊，聯(lián)合九家單位完成的“軟土地區(qū)路基工程低碳化加固與智能監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目，獲得2025年度中國公路學(xué)會科技進步獎一等獎。

研制新型材料，讓“固廢”變“路基骨架”

“在沿江濱湖臨海地區(qū)，分布著大量軟土，它們含水率、壓縮性高，承載力、抗剪強度低，滲透性差、固結(jié)周期長?！眳侵緢哉f，軟土的這些特性，對工程施工造成不小的挑戰(zhàn)。

“在軟土上修建公路鐵路橋梁，就像在‘豆腐上筑路’，影響道路成形和工程質(zhì)量。過去處理軟土，要么花錢將其運走填埋，要么從外地拉來好土回填，這種‘一棄一采’的方式，使得每立方米軟土的運輸成本高達250元，還會引發(fā)揚塵、水體污染等次生環(huán)境問題?！眳侵緢越榻B，如何讓軟土“堅強”的同時，又綠色低碳，是團隊攻關(guān)的核心目標(biāo)。

經(jīng)過多年探索，團隊摸索出一種新方法，將冶煉渣、粉煤灰等工業(yè)固廢和建筑固廢作為原材料，以替代水泥、石灰，又以電石渣、工業(yè)廢堿等作為激發(fā)劑，按照科學(xué)配比，研制出新型固廢基綠色凝膠材料（以下簡稱凝膠材料）。

“凝膠材料生產(chǎn)過程無需高溫煅燒，每生產(chǎn)一噸，就能比傳統(tǒng)水泥減少0.57噸二氧化碳排放，降碳率達92%，成本還能降低四分之一以上?！眳侵緢哉f。

新型固廢基綠色凝膠材料相當(dāng)于軟土固化的高性能“環(huán)保膠水”，需要加固淺表軟土?xí)r，團隊利用研發(fā)的高效解泥造漿裝備，把軟土切碎、研磨后，再摻入凝膠材料，就可以加固路基。

吳志堅說，經(jīng)測算，這種“就地改造”技術(shù)讓軟土固化成本降至40元/立方米，比傳統(tǒng)固化技術(shù)省20%—40%，相較棄土轉(zhuǎn)運更是節(jié)約70%以上工程成本。

如果修普通公路，上述方法足以讓軟土變得“堅強”，但若修建高速公路、鐵路，還需用特殊工藝讓軟土的承載力更強，為此，團隊設(shè)計出多種“樁”。

“我們在固化軟土中，加入凝膠材料和發(fā)泡劑，制成像‘海綿’一樣的輕質(zhì)填料，這便是輕質(zhì)固化土樁?！背晒餐瓿扇藮|南大學(xué)鄧永鋒教授形象地介紹道，這好比給沉重的路基穿上了“泡棉鞋”，大大減輕了自身重量對軟土地基的壓迫，從而顯著減少沉降。

數(shù)據(jù)顯示，用這種方法做成的輕質(zhì)固化土樁，比傳統(tǒng)水泥土樁減少50%附加應(yīng)力，豎向承載力卻提升38.3%，沉降量縮小23%；而全固廢負(fù)碳勁性復(fù)合樁的水平承載力，更是比傳統(tǒng)樁基提升70%，就像給軟土路基裝上了“鋼筋鐵骨”。

安裝智慧大腦，讓工程擁有“透視眼”和“預(yù)警鈴”

除了材料革新，項目另一大亮點是為工程建設(shè)裝上了“智慧大腦”。以往，路基壓實度、樁基質(zhì)量好不好，往往難以實時精準(zhǔn)感知。

團隊研發(fā)的基于全波場彈性波測試?yán)碚摰臋z測裝備，好比給路基做“CT掃描”?！拔覀兺ㄟ^對軟土加固區(qū)進行縱波、橫波、面波的掃描，監(jiān)測路基的承載力?！背晒餐瓿扇恕⑸虾＝煌ù髮W(xué)袁剛烈副教授說，該設(shè)備能毫米級精準(zhǔn)地透視地下樁基的完整性，檢測精度達到5毫米，是傳統(tǒng)技術(shù)的10倍；勘測效率提升至33平方米/分鐘，相當(dāng)于5個人干以前25個人的活。

與此同時，團隊還打造了“多功能全過程智能監(jiān)測系統(tǒng)平臺”，這個工程施工的“安全大腦”，如同一位不知疲倦的“AI監(jiān)理”，實時監(jiān)控加固效果和施工運維風(fēng)險，一旦出現(xiàn)異常，30秒內(nèi)就能發(fā)出預(yù)警，較之傳統(tǒng)分鐘級預(yù)警，反應(yīng)速度提升一倍。

在杭州某重大航道開挖工程中，該系統(tǒng)敏銳“聽”到了橋梁樁基位移的異常信號，成功發(fā)出預(yù)警，避免了可能發(fā)生的重大事故。平臺還首次引入了碳匯動態(tài)計算，能夠?qū)崟r評估施工進程中的碳減排成效，讓“綠色施工”可測量、可報告。

技術(shù)突破同時也取得了可觀的社會生態(tài)效益。在寧波地鐵建設(shè)中，逾360萬立方米流塑性工程渣土“變廢為寶”，免于異地堆放污染；山東多條高速公路的廢棄土方經(jīng)技術(shù)處理后直接成為合格路基填料，節(jié)約成本超70%。

吳志堅說，未來，將嘗試向珠三角、東南沿海等軟土集中區(qū)域擴大推廣，為更多交通工程帶來“低碳+智能”的利好。