來源：中國科學(xué)報(bào)
在軟土分布廣泛的長三角地區(qū)修建公路鐵路，就像在“豆腐上筑路”，傳統(tǒng)工藝不僅耗費(fèi)大量水泥、碳排放大、費(fèi)用高昂，還面臨路基加固理論“不足”、技術(shù)裝備“匱乏”，管控平臺(tái)“欠缺”等難題。
日前，南京工業(yè)大學(xué)交通學(xué)院教授吳志堅(jiān)及其團(tuán)隊(duì)主持完成的“軟土地區(qū)路基工程低碳化加固與智能監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目，系統(tǒng)解決了這一行業(yè)痛點(diǎn)。該技術(shù)如同給軟土路基賦予了“綠色基因”和“智慧大腦”，使路基建造實(shí)現(xiàn)了從“吃”掉工業(yè)廢料到“吐”出堅(jiān)固低碳路基的跨越。
變廢為寶：“工業(yè)工程固廢”變身“路基骨架”
傳統(tǒng)修路，離不開水泥和石灰，但其生產(chǎn)過程恰是碳排放“大戶”。項(xiàng)目組獨(dú)辟蹊徑，像中醫(yī)開方一樣，將冶煉渣、粉煤灰等“工業(yè)固廢”和建筑固廢等“工程固廢”作為原材料，電石渣、工業(yè)廢堿等作為激發(fā)劑，進(jìn)行科學(xué)配比設(shè)計(jì)，研發(fā)出了新型固廢基綠色凝膠材料。
“其生產(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(dá)92%，成本還能降低1/4以上。”吳志堅(jiān)介紹，這項(xiàng)核心材料的突破，相當(dāng)于為軟土固化找到了高性能“環(huán)保膠水”，讓路基的“骨架”從源頭上就披上了綠色外衣。
過去處理軟土，要么花錢運(yùn)走填埋，要么從外地拉來好土回填，這種“一棄一采”每立方米土的運(yùn)輸成本就高達(dá)250元，還會(huì)引發(fā)揚(yáng)塵、水體污染等次生環(huán)境問題。新技術(shù)通過“干法+濕法+原位固化”3套“組合拳”，直接把現(xiàn)場(chǎng)軟土變成合格路基。
團(tuán)隊(duì)研發(fā)的高效解泥造漿裝備，固定式產(chǎn)能達(dá)400立方米/小時(shí)，是傳統(tǒng)設(shè)備的3倍多，移動(dòng)式裝備還能跟著工地走，把軟土切碎、研磨后，摻入“綠色膠水”，做成流態(tài)固化土或輕質(zhì)固化土。經(jīng)測(cè)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(yùn)更是節(jié)約70%以上工程成本。
同時(shí)，針對(duì)軟土承載力極低的特性，項(xiàng)目組發(fā)明了多種“輕質(zhì)土”。“通過在固化土中引入微氣泡或EPS顆粒，制成像‘海綿蛋糕’一樣的輕質(zhì)填料，用于填筑路基。”成果共同完成人高洪梅教授形象地介紹道，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(duì)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”。
吳志堅(jiān)教授與研究生討論土動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，南京工業(yè)大學(xué)供圖
智慧監(jiān)測(cè)：為施工安裝“透視眼”和“預(yù)警鈴”
除了材料革新，項(xiàng)目另一大亮點(diǎn)是為工程建設(shè)裝上了“智慧大腦”。以往，路基壓實(shí)度、樁基質(zhì)量好不好，往往難以實(shí)時(shí)精準(zhǔn)感知。
團(tuán)隊(duì)研發(fā)的基于全波場(chǎng)彈性波測(cè)試?yán)碚摰臋z測(cè)裝備，好比給路基做“CT掃描”，能毫米級(jí)精準(zhǔn)地透視地下樁基的完整性，檢測(cè)精度達(dá)到5毫米，是傳統(tǒng)技術(shù)的10倍；勘測(cè)效率提升至33平方米/分鐘，相當(dāng)于5個(gè)人干以前25個(gè)人的活。更厲害的是團(tuán)隊(duì)打造的“多功能全過程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)”，是工程“安全大腦”，如同一位不知疲倦的“AI監(jiān)理”，實(shí)時(shí)監(jiān)控加固效果和施工運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)，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(jí)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”到了樁基位移的異常信號(hào)，成功發(fā)出預(yù)警，避免了可能發(fā)生的重大事故。平臺(tái)還首次引入了碳匯動(dòng)態(tài)計(jì)算，能夠?qū)崟r(shí)評(píng)估施工進(jìn)程中的碳減排成效，讓“綠色施工”可測(cè)量、可報(bào)告。
效益顯著：省出3個(gè)億，盤活千萬方廢土
技術(shù)突破帶來了真金白銀的效益。近兩年，該成果已在京杭運(yùn)河二通道、杭州灣跨海大橋連接線等26項(xiàng)國家重大工程中應(yīng)用，累計(jì)新增產(chǎn)值近65億元，利潤超3.3億元。
吳志堅(jiān)介紹，該項(xiàng)目在應(yīng)用中取得了可觀的社會(huì)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%。
“這項(xiàng)技術(shù)不僅解決了軟土地區(qū)修路的‘老大難’，更為‘雙碳’目標(biāo)提供了交通基建中的解決方案。”中國工程院院士盧春房、中國科學(xué)院院士賴遠(yuǎn)明評(píng)價(jià)，其“設(shè)計(jì)—生產(chǎn)—檢測(cè)”全流程突破，讓軟土路基建設(shè)既綠色低碳，又安全高效。
據(jù)悉，該項(xiàng)目由南京工業(yè)大學(xué)牽頭，聯(lián)合9家單位歷時(shí)15年攻關(guān)完成，通過權(quán)威評(píng)價(jià)，被專家組一致認(rèn)定為達(dá)到“國際領(lǐng)先水平”，喜獲中國公路學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。未來，該技術(shù)將向珠三角、東南沿海等軟土集中區(qū)域擴(kuò)大推廣，為更多交通工程帶來“低碳+智能”的利好。
