派酶土壤固化劑在我國應用的探討

李廣平，宿文姬

(1.廣州市市政工程設計研究院，廣東廣州 510060;2.華南理工大學土木與交通學院，廣東廣州 510640)

1 引言

土壤固化劑，是指添加到土壤中一種材料，該材料通過離子結合、水化反應、生物作用等，將對土體密實性、耐水性、彈性及強度等性能起到一定程度的改善作用。根據土壤固化劑作用機理，主要分為無機膠結類、離子類、有機類和生物酶類等四大類。目前，石灰、水泥、石灰+火山灰、石灰+粉煤灰、石灰+爐渣、石灰+粉煤灰+礦渣等作為最早使用的土壤固化劑，已廣泛應用于道路工程、建筑工程的土體加固、穩定和防滲處理。而當前，有機類(高聚物類、表面活性劑類)和酶類(如派酶)物質也開始應用于土體的加固處理。但我國對有機類和酶類固化劑的研究工作很少，尚處于起步階段［1］。

派酶(Permazyme)作為一種液態生物復合酶制劑，是從自然界生物中提取出來的多種酶類、菌類，經過復雜的生物化學反應而研制成的純生物制品，對人、畜、水源及耕田不會造成危害，是無毒無害的環保型有機結合材料，對土體具有一定的固化效果，因此越來越受到工程技術領域的關注。

本文將從派酶土壤固化劑(以下簡稱派酶)的發展歷史、研究現狀出發，討論派酶加固與改良土體在我國的應用與發展前景。

2 派酶的發展歷史與研究現狀

2.1 派酶的發展歷史

20世紀40年代，派酶技術首先由美國國際酶制品公司研制成功，并于20世紀50年代起首次應用于鄉村泥路的性能改良，結果顯示所鋪筑路面剛性大，防水性好。自此，派酶技術逐漸開始應用于道路工程、建筑物基礎加固等領域，其中，國外使用派酶修筑的道路已達數萬千米以上。

1995年，我國在北京市昌平修建了第一條派酶道路，隨后又在內蒙古、青海、上海、河北、云南、江西、河南等地進行了派酶路基上加鋪瀝青面層的試驗和工程應用，修筑了不同等級的派酶基層路面達數千千米。［2］近年來，科研工作者通過對派酶與其他品種固化劑的試驗對比、派酶作用機理的研究，對土壤固化酶所體現的環保價值、經濟效益和社會效益受到越來越廣泛的關注。

2.2 國內外研究現狀簡述

與相類似性能指標的傳統路基路面結構相比，生物酶加固土技術以其明顯的價格優勢和突出的環保價值，引起了人們越來越多的關注和更大的興趣。自1980年以來，人們不斷開發研制了多種土壤固化酶產品，如:CONAIDSUPER，TERRAZYME，PERMAZYME，ROADBOND，ENDURAZYME等。該類土壤酶由植物發酵而成，以溶解狀態摻入土中，使土體密實［3］，除應用于筑路、基礎加固領域外，并逐漸將其應用擴展到筑堤、筑壩、垃圾填埋處理等領域，取得了一些與傳統土壤固化材料(如石灰、水泥等)不同的效果，并且其應用在歐洲、美國、非洲、南美洲和南亞的一些國家和地區的應用已呈現不斷擴大的趨勢［4～11］。

目前，國內學者對于派酶技術的研究多集中于路基加固處理領域，主要是針對派酶固化土的性能做了大量的試驗與筑路實踐應用研究:

(1)1999年，陳昌海、汪建國等人通過對青海、湖南不同地區成因的道路基層進行派酶試驗與比較，得出經派酶處理后的基層穩定性指標與經濟指標，均優于傳統的石灰穩定土［12～13］。

(2)2001年，朱建平等人通過從施工工藝、技術特點角度對路面基層使用派酶的試驗和鋪筑進行了總結、分析、比較，提出了推廣和應用派酶的可行性［14］。

(3)2002年，劉淑娟等人經實踐驗證:經派酶固化處理的基層，其各項指標均達到技術要求，具有較好的社會經濟效益和推廣前景［15～17］。

(4)2008年，為了比較、分析派酶與傳統固化材料(石灰、水泥)對土的無側限抗壓強度的影響，張心平等人通過對比試驗分析，得出派酶作為土壤固化劑具有比石灰和水泥等傳統的固化劑明顯的優點:①派酶土的抗壓強度高于灰土的抗壓強度;②派酶土對于土體固化所需的環境僅僅是自然狀態下的風干，而水泥則需要水的養護才能達到理想的效果。因此，派酶土壤固化劑有著更廣闊的前景［18～20］。

(5)2007年由建設部標準定額研究所主編的《土壤固化劑應用技術導則》(RISN－TG003－2007)中，對土壤固化劑產品在市政道路及公路、水利、建筑等各個可應用的行業中，土壤固化劑固化工程結構的性能要求、設計、施工與檢驗等作了明確、統一規定，同時對生物酶類作為土壤固化劑的技術特點進行了闡述;2009年上海市建筑產品推薦性應用標準《派酶土壤固化劑應用技術規程》(DBJ/CT069－2009)的出現，為派酶土壤固化劑的進一步應用及推廣創造了可操作的指南［21］。

從目前的研究成果來看，派酶作為一種生物酶制劑，對土體具有一定的固化效果。通過對細砂土、粗砂土、中砂土、粉砂土及粘土的無側限抗壓強度的研究，發現派酶對含粘粒多的土體的固化效果優于含砂粒和粉粒多的土體。

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近年來，隨著我國經濟的高速發展，各項基礎工程建設速度的加快，不斷有國外的固化劑產品向國內推廣，我國也采用進口固化劑修筑了不同等級的公路，取得了一些經驗和教訓，但由于我國地域廣闊、土質差異、道路標準的不同、試驗手段的多樣化，使得這些進口固化劑在我國并沒有得到大規模的應用。因此，在大力推動加固土技術的發展，擴大其應用范圍、使用規模等方面，大力研究、開發和推廣適合我國土體性質的新型固化劑加固土技術，對于資源優化配置，節約投資，搞好基礎建設，促進經濟發展、環保都具有十分重要的意義，其必能帶來重大的經濟與社會效益。

3 派酶的作用原理與優越性

3.1 派酶的作用原理

派酶作為一種有機催化劑，僅需加入極少量的酶到土體中，就可以起到加快土體化學反應的媒介作用，促使土體中分子間或分子內的排列組合加速改變，從而達到快速產生壓實致密的效果。同時，酶和大量有機分子結合產生的屏蔽作用，可進一步達到防止土體分子繼續吸附水分而導致土體密度降低的目的［22］。

3.2 派酶的優越性

(1)環保性

盡管石灰、水泥、石灰+粉煤灰、石灰+爐渣、石灰+粉煤灰+礦渣等無機類土壤固化劑，都能大幅度提高土壤的強度、密實度和耐水性能，但這些無機類固化劑對土質的副作用也很大，經其固化后的土層不僅不再適宜植物生長，而且對于今后路面翻修、拆除后的如何處置影響也很大，多作為建筑垃圾處理。更為嚴重的是，經過這類固化劑處理的土體中含有的大量堿性物將隨雨水、河水滲入到周邊田地中，會對農作物的生長、河水的水質產生極大危害作用。但派酶土壤固化劑是一種生物酶制品，派酶的作用在于催化，催化后的土壤只是密實度提高，不會對土壤和水質造成污染，各項指標均能達到環保要求，具有無毒無害，綠色環保的特性。

(2)優越的水理性——節水性與防水性

派酶具有良好的滲透性，它能夠迅速滲透到土壤顆粒中，與有機分子迅速結合，從而形成的屏蔽作用，能夠有效防止土壤表面水分蒸發，經試驗研究證實，使土體達到最佳含水量所用水量可減少約25%。同時，經派酶催化后的土壤，很快產生一致密的防水層，起到防滲抵侵的作用。經前人研究測試，派酶處理過的路基，其滲透系數小于1×10－6cm/s。

(3)高強度

根據加入派酶的路基固化土的自然狀態下7天齡期試驗(派酶稀釋比1∶1 000)，測得路基固化土的平均表觀密度約為2 300 kg/m3，無側限抗壓強度約為3 MPa。派酶的高強度加固效果，從而使得土體僅需要較小的壓力就可以得到較好的壓實效果。

(4)受氣候條件影響小

經派酶處理的路面或道路基底層受溫度的影響很小，研究表明:當環境溫度為－40℃ ～40℃時，溫度對派酶固化土幾乎無影響，同時，經多次霜凍－解凍循環試驗后，派酶固化土的性能變化甚微。

(5)工藝簡單，工期短

與傳統的石灰土、灰渣層等路基固化土類型相比，派酶固化土路基的施工工藝較為簡單，其既可廠拌也可路拌，將派酶按1∶1 000～1∶2 000的比例用水稀釋，然后噴灑在土體中壓實即可，所用的機械設備也較少。養護期很短，每千米派酶固化土路基養護期僅需72小時，較傳統固化土路基施工期大大縮短，且強度增長較為迅速，養護好后即可進行路面的施工。

(6)就地取材，造價低廉

派酶對拌和料的材質要求并不高，如在浙江衢州高速公路試驗段上，拌和料就直接采用了修路的原地雜土。在派酶固化土路基中，即可充分利用當地的碎石、粘土進行拌和后，分層攤鋪，也可利用路基原有土體直接進行拌和使用。從而使得派酶固化土路基造價與傳統工藝設計道路路基相比，具備了價格低廉的絕對優勢。

4 派酶土壤固化劑的研究展望

通過對派酶開展的應用和研究可知，派酶最大的特點表現為:在一定壓力下，能夠加速土體的固化，使土體強度迅速提高。目前我國市場上的土壤固化劑多以無機材料如水泥、灰土、礦渣為主，其對環境均存在不同程度的影響，且為未來發展空間留下障礙。而派酶技術的異軍突起，為道路施工、地基加固處理提供了一種較為新穎的技術方法。目前市場上使用的派酶技術正在不斷創新和發展。

但任何類型的土壤固化劑都有其一定的局限性。如:不同土壤固化劑的針對性和兼容性、作用原理、技術標準及施工技術問題等等。因此，對派酶固化劑未來發展尚需進一步研究和解決以下問題:

(1)目前，我國對于將土壤固化酶應用于道路建設方面，已經取得了一些經驗和成效。但國外的土壤固化酶還可應用于筑堤、筑壩、垃圾填埋場處理等其他領域，而我國鮮見此方面的研究與應用，在這方面，仍將需要中國科研與技術人員的不斷研究與探索。

(2)我國地域廣闊，不同地區的巖土地質條件差異較大，針對不同類型、不同成因、不同環境及不同工況下的土質情況，如何更好地將派酶應用于具體工程，尚需要進一步的研究、實踐和總結。

(3)目前，國內外學者對派酶固化土的研究一方面對其穩定作用機理的研究文獻較少，未能形成較為完善的系統理論對其進行理論支持，另一方面也缺乏運用有效的科學研究手段加以驗證。因此，土壤固化酶的穩定作用機理還需要進一步研究、完善與實踐檢驗。

(4)派酶作為一種生物制劑，既不會像水泥、灰土和礦渣那樣發生一系列的化學反應，也不需要水的養護就可達到理想的效果。因而必將受到越來越廣泛的關注，由此可以看出，派酶土壤固化劑有著更廣闊的前景，但國內工程領域對派酶固化劑的認識與推廣應用尚需一個過程。

(5)但目前國內企業尚未掌握該類產品的生產技術，不能生產土壤固化酶，要想推廣和使用派酶技術，則需要盡快完成從產品引進到技術引進，自主生產、降低成本的過程。

5 結語

派酶作為一種土壤固化生物制劑，自出現以來，就表現出明顯的技術優勢、環保價值和經濟與社會效益，顯示出廣闊的發展前景。雖然國內起步較晚，但隨著我國各項建設的發展，環境保護的呼聲越來越高，這種環保型的技術產品必將受到越來越廣泛的重視與歡迎，尤其是對垃圾填埋場的處理、污染物的處置等領域的推廣使用。盡快掌握派酶土壤固化劑的生產技術，是推廣使用派酶的必要條件。

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