科技日报记者 金凤 通讯员 杨芳
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，这里新开通的京杭运河二通道海宁段，为货船新增一条通畅便捷的水上大通道。
开挖京杭运河二通道海宁段航道时，航道下深约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中，传统方法一般是放置在堆场或由内河转运出海进行处理。
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”的是南京工业大学交通学院教授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。
“当前，我国软土路基低碳化加固设计技术面临理论不足，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，团队经过十五年的攻关，建立了软土地区路基低碳化加固的理论与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。
在近日举行的2025年度中国公路学会科学技术奖颁奖大会中，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。
研制新型材料，让“固废”变“路基骨架”
“在沿江滨湖临海地区，分布着大量软土，它们含水率、压缩性高，承载力、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，如何让软土“坚强”的同时，又绿色低碳，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，又以电石渣、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）。
“凝胶材料生产过程无需高温煅烧，每生产一吨，就能比传统水泥减少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。
新型固废基绿色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“坚强”，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邓永锋教授形象地介绍道，这好比给沉重的路基穿上了“泡棉鞋”，大大减轻了自身重量对软土地基的压迫，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”。
安装智慧大脑，让工程拥有“透视眼”和“预警铃”
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，好比给路基做“CT扫描”。“我们通过对软土加固区进行纵波、横波、面波的扫描，监测路基的承载力。”成果共同完成人、上海交通大学袁刚烈副教授说，该设备能毫米级精准地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系统平台”，这个工程施工的“安全大脑”，如同一位不知疲倦的“AI监理”，实时监控加固效果和施工运维风险，一旦出现异常，30秒内就能发出预警，较之传统分钟级预警，反应速度提升一倍。
在杭州某重大航道开挖工程中，该系统敏锐“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。
技术突破同时也取得了可观的社会生态效益。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，将尝试向珠三角、东南沿海等软土集中区域扩大推广，为更多交通工程带来“低碳+智能”的利好。
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