摻酶淤泥有機質加固土的強度實驗研究

姚學群 李麗蓉 莫南明 宋高麗 郭麗輝

（昆明學院建工學院， 云南 昆明 650216）

0 前言

將江河、湖泊、海灣等疏浚淤泥進行固化處理，使其轉化為土工材料和建筑材料進行再利用，可以節約資金，又解決了廢棄淤泥占用土地資源和污染環境的問題。但淤泥具有孔隙比大，含水量高，壓縮性大，高靈敏度、抗剪強度低、承載力低等特點，對軟弱淤泥質土的地基及邊坡進行加固，特別對于淤泥中有機質含量超過5%的有機質土，一般需要進行水泥土的室內配比試驗[1]，選擇除水泥外其它合適的固化劑和外摻料，確定其摻量配比，提供各種配比的強度參數。

將來在符合生態環保的發展趨勢下，粉煤灰應該盡量少用，因此研制其它符合生態環保的新型固化劑是未來重要的發展方向。其中派酶（帕爾瑪）土壤固化劑，就是這樣一種固化劑[2]，原產于美國的這種高科技液態復合酶制品，已在我國20 多個省、自治區及直轄市很多路面工程中采用，長江安徽段岸堤頂防汛道路中也有采用[3]。但國內目前沒有類似這種專用于加固，而且加固效果較好的同類產品，因此，研制試驗和配置這類酶制劑產品很有必要。

1 試驗用土和固化劑、外摻料的選擇

1.1 試驗用土及其性質

本次試驗采用的土是昆明某一距離河道不到100 米遠的工程的地基開挖土，開挖深度約1～4 米層的灰褐色土，呈軟塑～流塑狀態，經土工試驗，各項物理性質指標平均值為：含水量51%，濕密度1.68g/cm3, 孔隙比1.4，液限45%，塑限28%，有機質含量5.8%。

研究表明，在采用水泥固化淤泥質土時，由于淤泥質土中有機質的存在，有機質腐化后形成的腐殖酸對土的固化有較大的影響，腐殖酸吸附于水泥顆粒及粘土顆粒表面，阻礙和延緩了水泥水化產物的形成及水泥水化物與粘土顆粒間的作用，腐殖酸顆粒帶負電，且具比粘土礦物顆粒更發育的雙電層，這樣使得土壤具較大水容量和塑性，較大的膨脹性和滲透性。腐殖酸與金屬鹽類產生混凝作用，與水泥水化產物Ca（OH）2產生反應，降低了ca2+的濃度，阻礙了固化過程中膠凝物質的生成，同時也不利于土壤中硅和鋁的溶解而大大減弱固化土中的火山灰反應。

1.2 試驗用固化劑和外摻料及其對被加固土的作用機理分析

本次試驗采用了標號為42.5 的普通硅酸鹽水泥作為主要固化劑，不采用工業廢渣，嘗試加入對環境影響小的石膏粉和一種國產的復合酶來輔助進行加固試驗。

本次試驗采用的復合酶制劑是一種由蛋白酶、淀粉酶、果膠酶和纖維素酶等組成的多酶復合酶物, 能夠破壞淤泥質土中的植物殘根，分解有機質蛋白，此復合酶最適pH 值為6.0，有機質土中的腐殖酸造成土壤酸性環境，利于發揮復合酶的活性。因此本次實驗嘗試采用這樣一種酶制品作為外加劑。

2 試驗方法和方案

原土的擾動土按質量比，各摻入兩種不同配比的水泥（4%，2.5%）、熟石膏粉（4%，2.5%）、酶（0.1%，0.15%），攪拌好后，采用土工試驗的環刀裝入原土和各種配比的加固土，分別測試其7 天、28 天、60 天齡期試塊的直接剪切快剪強度的粘聚力c 和摩擦角φ兩個指標。每個配比每個齡期做6 個試塊，同一組試塊的強度取平均值。試驗方案設計為三因素二水平正交試驗（Lnqp，n＝4，q＝2，p＝3），編為1～4 組；對照無酶和外摻料組為第5 組，見表格1。

3 試驗成果數據分析

3.1 直觀分析

直剪快剪強度試驗線性擬合結果數據見表格1。從表中可以直接看出, 直剪快剪強度試驗28 天和60 天齡期4 種配比的加固土，最大粘聚力c 和最大摩擦角均出自第3 組A2B1C2。第2 組水泥和熟石膏摻入比之和與第3 組相同，但第3 組強度有關指標均大于第2 組，可見水泥與熟石膏摻入量的組合有個最佳配比問題。水泥，熟石膏的摻入比在4%和2.5%效果較好。

表格 1 正交試驗各分組試驗結果數據

四個不同配比的固化土與原土的粘聚力和摩擦角隨齡期的變化規律.第三組A2B1C2 兩個強度指標在28 天后變化幅度最大，指標值比其它配比的加固土要高。

3.2 計算結果分析

正交試驗分析中，極差大的因素通常是主要因素，而極差小的因素，往往是不重要的因素，可用極差R 的大小用來衡量實驗中各因素作用的大小。由表中可以看出因素的主次順序，對粘聚力C 和摩擦角φ影響最大的因素是水泥，其次是熟石膏，酶對粘聚力影響不太顯著，對摩擦角φ影響較大的是酶，熟石膏對摩擦角影響很小。若后齡期摩擦角增大，對加固土的抗剪強度提高是較有利的，說明本次試驗的復合酶有一定的加固效果，酶的摻入比在0.15%加固效果相對較好。

4 結語

綜上所述，本次試驗可得出以下結論：對淤泥質土中加入水泥、熟石膏、復合酶制成的水泥加固土試塊，最佳組合是A2B1C2，即水泥：熟石膏：酶摻入比＝4%：2.5%：0.15%，水泥對提高加固土的強度有明顯的作用，熟石膏的摻入量應少于水泥，相比熟石膏，酶的摻入對提高摩擦角還相對更為有效。