《Journal of Engineering Research》：Towards Clean and Green Geotechnical Engineering: Soil Improvement Techniques for Carbon Dioxide Mitigation, Greenhouse Gas Reduction and Circular Economy in Sustainable Ground Engineering
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岩土工程是基础设施的关键支柱，也是全球碳排放的重要但未被充分认识的贡献者，亟需范式转变以实现气候目标。本综述通过整合生命周期评价（LCA）与循环经济的视角，梳理了土壤改良技术，为对气候变化产生积极影响的地基工程奠定了基础。已发表的证据表明，使用传统水泥基稳定化
岩土工程是基础设施的关键支柱，也是全球碳排放的重要但未被充分认识的贡献者，亟需范式转变以实现气候目标。本综述通过整合生命周期评价（LCA）与循环经济的视角，梳理了土壤改良技术，为对气候变化产生积极影响的地基工程奠定了基础。已发表的证据表明，使用传统水泥基稳定化处理是一场碳危机，其产生的CO2-当量比相对较新的绿色替代方案高出多达一个数量级；然而，实验室研究已证明，通过生物介导过程和工业共生将废弃物作为资源利用，同一常规稳定化过程可以实现CO2封存。不过，这些技术在场地尺度的性能尚未得到广泛验证。只要对实践、政策和研究进行根本性的重新设计，即可立即实现有意义的减排。该综述呼吁将碳作为关键设计参数，并将岩土工程纳入可执行的碳预算，同时制定协调一致的研究议程以扩大自然解决方案（NbS）的应用。因此，实施碳问责制和循环性至关重要，这为岩土工程如何成为可持续建筑的引领者提供了蓝图。由于报告的排放取决于所测量系统的边界、功能单元、运输距离、能源结构和材料用量，所得结论应被理解为依赖于具体情境的范围而非绝对值。这有助于研究人员避免因过度泛化问题而受到审稿人的批评，并且符合ISO LCA（目标/范围+局限性）的原则，如ISO 14040所述。
论文解读文章
一、研究背景与问题提出
在全球应对气候变化的背景下，温室气体（GHG）尤其是二氧化碳（CO2）在大气中的浓度已超过420 ppm，对全球经济各部门提出了深刻的转型要求。建筑业是全球经济的基础，但也对环境造成了巨大压力，其碳排放不仅来自运营阶段，更大量蕴含于建筑材料的生产、运输、安装、维护和处置过程中。长期以来，学界和业界关注的焦点多集中于上部结构（如混凝土框架、钢结构等），而对地下结构——即岩土工程基础——这一重要且常被忽视的隐含碳源关注不足。岩土工程是大多数大型项目（如交通网络、可再生能源设施和城市开发）的基础，涉及场地准备、开挖、基础施工和土壤改良等过程，这些活动高度依赖水泥、钢材、骨料等高能耗材料以及柴油驱动的机械设备。特别是传统的土壤改良技术，如波特兰水泥（OPC）和石灰稳定化，其生产过程（尤其是石灰石煅烧）贡献了全球约7%的人为CO2排放。此外，机械压实、深层搅拌、注浆等方法也因设备燃料消耗和材料生产而产生大量温室气体。然而，岩土工程领域在衡量、记录和最小化碳排放方面一直落后于其他工程学科，导致其在向完全脱碳的建设和基础设施转型过程中存在巨大滞后。因此，迫切需要审视现有实践，评估其环境影响，并采用低碳甚至负碳的解决方案，以实现全球气候稳定和可持续发展目标（SDGs）。
二、研究目的与方法
为了推动岩土工程从高碳排的传统模式向绿色、可持续的模式转变，本研究旨在系统性地连接土壤改良、气候行动与循环经济三大领域。研究人员通过一项遵循PRISMA指南的系统性文献综述（SLR），检索了2010年至2026年间来自Scopus、Web of Science、Google Scholar等多个数据库的相关文献，最终筛选出94篇研究进行详细分析。研究围绕四个核心问题展开：1）每种土壤改良方法（传统vs新兴）相关的温室气体排放及其生命周期中的最高排放点；2）能否通过使用废弃材料在最小化环境影响的同时达到相同的强度和稳定性；3）阻碍绿色岩土解决方案广泛应用的技术、法规和经济挑战；4）持续衡量和提升岩土工程可持续性所需的工具、标准和研究方向。
三、主要研究结果
1. 传统与新兴技术的碳排放对比
研究发现，不同土壤改良技术的碳强度差异巨大。传统的水泥/石灰稳定化和深层搅拌（DSM）是碳排放最高的技术，其全球变暖潜能值（GWP）可达每吨粘结剂677-1110 kg CO2e，主要热点在于粘结剂的生产阶段（A3）。相比之下，纯机械方法如振冲压实（vibro-compaction）的GWP较低，约为每立方米处理土40-100 kg CO2e，其主要排放来源于现场设备的柴油消耗（A5）。碎石桩/振冲置换法的GWP居中，约为80-150 kg CO2e/m3，其热点在于骨料的提取与运输（A1-A4）以及安装过程（A5）。而新兴的生物介导方法，如微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）和酶诱导碳酸钙沉淀（EICP），在实验室规模下显示出巨大的减排潜力，其GWP仅为15-60 kg CO2e/m3，相比传统水泥基方法可减少80-95%的碳排放。然而，这些方法的性能证据仍主要停留在实验室和试点阶段，缺乏广泛的现场验证。
2. 循环经济策略的有效性
研究证实，将循环经济原则融入土壤改良是实现显著减排的关键路径。使用补充胶凝材料（SCMs），如矿渣（GGBS）、粉煤灰和煅烧粘土，来替代部分波特兰水泥，可将粘结剂的GWP降低至149-177 kg CO2e/t，远低于纯水泥。使用再生骨料（来自建筑拆除废物CDW）替代天然骨料，其GWP仅为3.1-16.0 kg CO2e/t，主要取决于加工和运输距离。现场土壤再利用的策略，即将开挖出的土壤处理后用作工程填料，其GWP可低至5-30 kg CO2e/m3，主要来自于运输和处理环节。这些结果表明，通过优化材料选择、减少运输距离和提高资源效率，可以在不牺牲工程性能的前提下大幅降低碳足迹。
3. 生命周期阶段与区域敏感性的影响
研究指出，大多数现有的岩土工程生命周期评价（LCA）仅涵盖产品阶段（A1-A3）和施工过程阶段（A4-A5），忽略了使用阶段（B）、寿命终结阶段（C）以及模块D（回收利用的潜在收益）。例如，水泥稳定土在使用过程中的碳化作用可以抵消初始排放的10-20%，而寿命终结阶段的拆除和填埋可能贡献总GWP的5-15%。忽略这些阶段可能导致对不同技术相对排序的偏差高达±20%。此外，电网碳强度的区域差异对依赖电力的机械方法影响巨大。在低碳电网地区（如挪威），振冲压实的GWP可能低至40-60 kg CO2e/m3；而在高碳电网地区（如中国、印度），该数值可能飙升至480-960 kg CO2e/m3，相差可达7-14倍。这表明，一种技术在某地有效，未必适用于另一地，决策必须结合当地的具体条件。
4. 技术成熟度与实施障碍
通过对各项新兴技术的技术就绪水平（TRL）进行评估，研究发现SCM混合粘结剂和再生骨料/建筑拆除废物的应用已达到现场成熟阶段，而MICP/EICP、碱激发粘结剂和生物基添加剂仍处于实验室到试点阶段。主要的实施障碍包括：过时的规范偏袒传统材料、废弃物分类法规带来的额外处理成本与责任、缺乏经济激励（如碳定价应用有限），以及供应链的不一致性。例如，钢渣等工业副产品的成分变异大、长期耐久性数据不足以及潜在的淋滤风险，都限制了其大规模推广。
四、讨论与结论
讨论部分总结指出，岩土工程若要实现真正的可持续性，必须超越单一的碳排放指标，综合考虑隐含能量、资源枯竭、毒性、生态毒性和水耗等多重环境维度。为此，多准则决策分析（MCDA）提供了一个平衡工程性能、成本和环境影响的综合框架。同时，研究强调了土壤本身作为一个动态碳库的重要性，不当的扰动（如开挖排水）会将碳汇转变为碳源，其排放量甚至可能超过土壤改良技术本身的排放。因此，未来的研究和实践应将碳作为关键的设计参数，并将其纳入可执行的碳预算中。
研究结论部分：本综述通过系统性地整合生命周期评价和循环经济视角，明确了岩土工程实现绿色转型的路径。传统水泥基稳定化是最大的碳排放源，而生物介导技术、补充胶凝材料替代、再生骨料利用和现场土壤再利用等绿色替代方案展现出显著的减排潜力，部分技术可实现80-95%的碳排放削减。然而，这些绿色方案的现场性能验证仍显不足，且受制于技术成熟度、法规壁垒、经济激励缺失和区域条件差异等因素。要实现有意义的即刻减排，需要对实践、政策和研究进行根本性改革。具体而言，应建立以碳为核心的设计参数体系，将岩土工程纳入可执行的碳预算，并制定协调一致的研究议程来扩大自然解决方案的应用。实施碳问责制和循环性是关键，这为岩土工程成为可持续建设领域的引领者提供了蓝图。报告强调，所有比较结论都应被视为依赖于具体情境的范围而非绝对值，因为排放量取决于系统边界、功能单元、运输距离、能源结构和材料用量等多种因素。
