碳中和目标下地质岩土改良绿色施工技术应用

引言

随着全球气候变暖趋势的日益加剧，二氧化碳等温室气体的过量排放已成为国际社会关注的焦点问题。为应对这一挑战，我国提出了力争于2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和的宏伟目标。岩土工程作为基础设施建设的重要组成部分，在国民经济发展中发挥着关键作用。然而，传统的地质岩土改良施工过程往往伴随着巨大的能源消耗和碳排放。从建筑材料的生产，如水泥、石灰的烧制，到大型施工设备的运转，都需要消耗大量的化石能源，从而产生大量的二氧化碳排放。据相关统计，在一些大型岩土工程项目中，仅材料生产环节的碳排放就占据了工程全生命周期碳排放的相当比例。因此，在碳中和目标的指引下，推广和应用绿色施工技术，对地质岩土改良工程进行低碳化升级，已成为行业可持续发展的必然选择。

一、绿色材料在地质岩土改良中的应用

1.1 工业固废基材料改良技术

工业固废，如钢渣、粉煤灰、煤矸石等，长期以来的大量堆积不仅占用宝贵土地资源，还对环境造成严重污染。在地质岩土改良中，将这些工业固废作为原材料制备基材料，实现了废弃物的资源化利用。钢渣富含钙、铁等活性成分，经过适当处理后，可与岩土中的矿物质发生化学反应，增强土体颗粒间的黏聚力，提高土体强度。粉煤灰具有良好的火山灰活性，能在碱性环境下与水泥水化产物发生二次反应，生成具有胶凝性的物质，填充土体孔隙，改善土体的物理力学性质。通过将工业固废基材料按一定比例掺入岩土中，不仅减少了对天然骨料和传统水泥的使用，降低了碳排放，还为工业固废找到了绿色消纳途径，实现了资源的循环利用与环境效益的双赢。

1.2 微生物介导的岩土改良技术

微生物介导的岩土改良技术是利用微生物的代谢活动来改善岩土性能。其中，微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术最为典型。在该技术中，特定微生物，如巴氏芽孢杆菌，在适宜的营养条件下，通过代谢作用分解尿素产生碳酸根离子，碳酸根离子与环境中的钙离子结合，在岩土颗粒表面和孔隙中形成碳酸钙沉淀。这些沉淀如同“天然胶结剂”，将松散的岩土颗粒胶结在一起，显著提高土体的强度和抗渗性。与传统化学加固方法相比，微生物介导技术具有能耗低、环境友好的优势，无需高温高压等复杂工艺，且微生物代谢产物对环境无污染，契合碳中和目标下对绿色施工技术的要求。

1.3 植物纤维类材料加固技术

植物纤维类材料，如椰纤维、麻纤维等，来源广泛且可再生，将其应用于地质岩土改良具有显著的环保价值。植物纤维具有较高的抗拉强度和柔韧性，在土体中均匀分布后，能与土体形成一种复合体系。纤维与土体颗粒之间通过摩擦力和机械咬合作用，增强了土体的整体稳定性。在边坡加固工程中，将椰纤维掺入坡体土中，可有效提高边坡土体的抗滑能力，减少因降雨、风化等因素导致的土体失稳风险。同时，植物纤维在土壤中可自然降解，不会像一些合成纤维那样造成长期的环境污染，为岩土工程提供了一种绿色、可持续的加固方式。

二、绿色施工工艺在地质岩土改良中的实践

2.1 节能型施工设备与技术应用

在地质岩土改良施工中，采用节能型施工设备与技术是降低能耗和碳排放的重要举措。传统的柴油驱动挖掘机在工作时，存在能量转换效率低、燃油消耗大、尾气排放污染严重等问题。而液压驱动的挖掘机通过液压系统传递动力，具有更高的能源转换效率，可减少 15%-20% 的燃油消耗，从而显著降低二氧化碳等污染物排放。在地基处理中，振动沉管灌注桩等低噪声、低能耗的施工工艺逐渐替代传统的锤击灌注桩工艺。振动沉管灌注桩利用振动锤的高频振动将桩管沉入土中，相较于锤击灌注桩依靠重锤反复击打桩管，成桩过程中能源消耗大幅降低，同时施工噪声也明显减小，对周边环境影响小。此外，随着智能化技术的发展，智能施工设备在岩土工程中的应用日益广泛。智能挖掘机配备了传感器和自动化控制系统，能够实时感知挖掘阻力、土壤性质等信息，自动调整挖掘力度和速度，避免设备空转和过度挖掘，实现设备的精准操作与能耗优化。智能起重机通过激光定位和自动控制系统，可准确控制吊装位置和起吊重量，提高吊装效率，减少能源浪费。通过推广使用这些节能型施工设备与技术，进一步提升了施工过程的能源利用效率，降低了施工阶段的碳排放。

2.2 施工过程碳排放监测与管控技术

为实现对地质岩土改良施工过程碳排放的有效管理，需借助先进的监测与管控技术。利用物联网（IoT）技术，在施工现场的关键设备和作业区域部署传感器，实时采集设备能耗、材料运输里程等数据，通过数据分析模型，精准计算施工过程中的碳排放量。一旦发现某一环节碳排放超标，可及时调整施工方案或设备运行参数。在材料运输环节，运用地理信息系统（GIS）规划最优运输路线，减少运输里程，降低因材料运输产生的碳排放。通过这种实时监测与动态管控，确保施工过程始终朝着低碳、绿色方向推进。

2.3 原位处理与资源循环利用工艺

原位处理与资源循环利用工艺强调在施工现场对岩土进行直接处理，减少材料运输与加工过程中的碳排放。在场地平整工程中，采用原位固化技术，将固化剂直接添加到需处理的土体中，就地搅拌混合，使土体性能得到改良，避免了大量土体的开挖、运输与异地处理。同时，注重施工过程中废弃物的循环利用，对废弃的混凝土块、砖石等进行破碎、筛分，将其作为再生骨料用于新的混凝土制备或道路基层填筑。这种原位处理与资源循环利用工艺，既减少了碳排放，又降低了工程成本，符合可持续发展理念。

三、总结

在碳中和目标的引领下，地质岩土改良绿色施工技术展现出巨大的发展潜力与应用价值。通过绿色材料的创新应用和绿色施工工艺的实践，有效降低了工程建设过程中的碳排放，推动了岩土工程行业向绿色、低碳方向转型升级。展望未来，随着科技的不断进步与创新，绿色材料性能将不断优化，生产工艺逐步成熟，成本有望降低。同时，政府应加大对绿色施工技术研发与应用的政策支持力度，制定完善的行业标准与规范，加强对施工企业的引导与培训，提高行业整体绿色发展意识。

参考文献

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