派酶土壤固化剂在我国应用的探讨

李广平，宿文姬

(1.广州市市政工程设计研究院，广东广州 510060;2.华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510640)

1 引言

土壤固化剂，是指添加到土壤中一种材料，该材料通过离子结合、水化反应、生物作用等，将对土体密实性、耐水性、弹性及强度等性能起到一定程度的改善作用。根据土壤固化剂作用机理，主要分为无机胶结类、离子类、有机类和生物酶类等四大类。目前，石灰、水泥、石灰+火山灰、石灰+粉煤灰、石灰+炉渣、石灰+粉煤灰+矿渣等作为最早使用的土壤固化剂，已广泛应用于道路工程、建筑工程的土体加固、稳定和防渗处理。而当前，有机类(高聚物类、表面活性剂类)和酶类(如派酶)物质也开始应用于土体的加固处理。但我国对有机类和酶类固化剂的研究工作很少，尚处于起步阶段［1］。

派酶(Permazyme)作为一种液态生物复合酶制剂，是从自然界生物中提取出来的多种酶类、菌类，经过复杂的生物化学反应而研制成的纯生物制品，对人、畜、水源及耕田不会造成危害，是无毒无害的环保型有机结合材料，对土体具有一定的固化效果，因此越来越受到工程技术领域的关注。

本文将从派酶土壤固化剂(以下简称派酶)的发展历史、研究现状出发，讨论派酶加固与改良土体在我国的应用与发展前景。

2 派酶的发展历史与研究现状

2.1 派酶的发展历史

20世纪40年代，派酶技术首先由美国国际酶制品公司研制成功，并于20世纪50年代起首次应用于乡村泥路的性能改良，结果显示所铺筑路面刚性大，防水性好。自此，派酶技术逐渐开始应用于道路工程、建筑物基础加固等领域，其中，国外使用派酶修筑的道路已达数万千米以上。

1995年，我国在北京市昌平修建了第一条派酶道路，随后又在内蒙古、青海、上海、河北、云南、江西、河南等地进行了派酶路基上加铺沥青面层的试验和工程应用，修筑了不同等级的派酶基层路面达数千千米。［2］近年来，科研工作者通过对派酶与其他品种固化剂的试验对比、派酶作用机理的研究，对土壤固化酶所体现的环保价值、经济效益和社会效益受到越来越广泛的关注。

2.2 国内外研究现状简述

与相类似性能指标的传统路基路面结构相比，生物酶加固土技术以其明显的价格优势和突出的环保价值，引起了人们越来越多的关注和更大的兴趣。自1980年以来，人们不断开发研制了多种土壤固化酶产品，如:CONAIDSUPER，TERRAZYME，PERMAZYME，ROADBOND，ENDURAZYME等。该类土壤酶由植物发酵而成，以溶解状态掺入土中，使土体密实［3］，除应用于筑路、基础加固领域外，并逐渐将其应用扩展到筑堤、筑坝、垃圾填埋处理等领域，取得了一些与传统土壤固化材料(如石灰、水泥等)不同的效果，并且其应用在欧洲、美国、非洲、南美洲和南亚的一些国家和地区的应用已呈现不断扩大的趋势［4～11］。

目前，国内学者对于派酶技术的研究多集中于路基加固处理领域，主要是针对派酶固化土的性能做了大量的试验与筑路实践应用研究:

(1)1999年，陈昌海、汪建国等人通过对青海、湖南不同地区成因的道路基层进行派酶试验与比较，得出经派酶处理后的基层稳定性指标与经济指标，均优于传统的石灰稳定土［12～13］。

(2)2001年，朱建平等人通过从施工工艺、技术特点角度对路面基层使用派酶的试验和铺筑进行了总结、分析、比较，提出了推广和应用派酶的可行性［14］。

(3)2002年，刘淑娟等人经实践验证:经派酶固化处理的基层，其各项指标均达到技术要求，具有较好的社会经济效益和推广前景［15～17］。

(4)2008年，为了比较、分析派酶与传统固化材料(石灰、水泥)对土的无侧限抗压强度的影响，张心平等人通过对比试验分析，得出派酶作为土壤固化剂具有比石灰和水泥等传统的固化剂明显的优点:①派酶土的抗压强度高于灰土的抗压强度;②派酶土对于土体固化所需的环境仅仅是自然状态下的风干，而水泥则需要水的养护才能达到理想的效果。因此，派酶土壤固化剂有着更广阔的前景［18～20］。

(5)2007年由建设部标准定额研究所主编的《土壤固化剂应用技术导则》(RISN－TG003－2007)中，对土壤固化剂产品在市政道路及公路、水利、建筑等各个可应用的行业中，土壤固化剂固化工程结构的性能要求、设计、施工与检验等作了明确、统一规定，同时对生物酶类作为土壤固化剂的技术特点进行了阐述;2009年上海市建筑产品推荐性应用标准《派酶土壤固化剂应用技术规程》(DBJ/CT069－2009)的出现，为派酶土壤固化剂的进一步应用及推广创造了可操作的指南［21］。

从目前的研究成果来看，派酶作为一种生物酶制剂，对土体具有一定的固化效果。通过对细砂土、粗砂土、中砂土、粉砂土及粘土的无侧限抗压强度的研究，发现派酶对含粘粒多的土体的固化效果优于含砂粒和粉粒多的土体。

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近年来，随着我国经济的高速发展，各项基础工程建设速度的加快，不断有国外的固化剂产品向国内推广，我国也采用进口固化剂修筑了不同等级的公路，取得了一些经验和教训，但由于我国地域广阔、土质差异、道路标准的不同、试验手段的多样化，使得这些进口固化剂在我国并没有得到大规模的应用。因此，在大力推动加固土技术的发展，扩大其应用范围、使用规模等方面，大力研究、开发和推广适合我国土体性质的新型固化剂加固土技术，对于资源优化配置，节约投资，搞好基础建设，促进经济发展、环保都具有十分重要的意义，其必能带来重大的经济与社会效益。

3 派酶的作用原理与优越性

3.1 派酶的作用原理

派酶作为一种有机催化剂，仅需加入极少量的酶到土体中，就可以起到加快土体化学反应的媒介作用，促使土体中分子间或分子内的排列组合加速改变，从而达到快速产生压实致密的效果。同时，酶和大量有机分子结合产生的屏蔽作用，可进一步达到防止土体分子继续吸附水分而导致土体密度降低的目的［22］。

3.2 派酶的优越性

(1)环保性

尽管石灰、水泥、石灰+粉煤灰、石灰+炉渣、石灰+粉煤灰+矿渣等无机类土壤固化剂，都能大幅度提高土壤的强度、密实度和耐水性能，但这些无机类固化剂对土质的副作用也很大，经其固化后的土层不仅不再适宜植物生长，而且对于今后路面翻修、拆除后的如何处置影响也很大，多作为建筑垃圾处理。更为严重的是，经过这类固化剂处理的土体中含有的大量碱性物将随雨水、河水渗入到周边田地中，会对农作物的生长、河水的水质产生极大危害作用。但派酶土壤固化剂是一种生物酶制品，派酶的作用在于催化，催化后的土壤只是密实度提高，不会对土壤和水质造成污染，各项指标均能达到环保要求，具有无毒无害，绿色环保的特性。

(2)优越的水理性——节水性与防水性

派酶具有良好的渗透性，它能够迅速渗透到土壤颗粒中，与有机分子迅速结合，从而形成的屏蔽作用，能够有效防止土壤表面水分蒸发，经试验研究证实，使土体达到最佳含水量所用水量可减少约25%。同时，经派酶催化后的土壤，很快产生一致密的防水层，起到防渗抵侵的作用。经前人研究测试，派酶处理过的路基，其渗透系数小于1×10－6cm/s。

(3)高强度

根据加入派酶的路基固化土的自然状态下7天龄期试验(派酶稀释比1∶1 000)，测得路基固化土的平均表观密度约为2 300 kg/m3，无侧限抗压强度约为3 MPa。派酶的高强度加固效果，从而使得土体仅需要较小的压力就可以得到较好的压实效果。

(4)受气候条件影响小

经派酶处理的路面或道路基底层受温度的影响很小，研究表明:当环境温度为－40℃ ～40℃时，温度对派酶固化土几乎无影响，同时，经多次霜冻－解冻循环试验后，派酶固化土的性能变化甚微。

(5)工艺简单，工期短

与传统的石灰土、灰渣层等路基固化土类型相比，派酶固化土路基的施工工艺较为简单，其既可厂拌也可路拌，将派酶按1∶1 000～1∶2 000的比例用水稀释，然后喷洒在土体中压实即可，所用的机械设备也较少。养护期很短，每千米派酶固化土路基养护期仅需72小时，较传统固化土路基施工期大大缩短，且强度增长较为迅速，养护好后即可进行路面的施工。

(6)就地取材，造价低廉

派酶对拌和料的材质要求并不高，如在浙江衢州高速公路试验段上，拌和料就直接采用了修路的原地杂土。在派酶固化土路基中，即可充分利用当地的碎石、粘土进行拌和后，分层摊铺，也可利用路基原有土体直接进行拌和使用。从而使得派酶固化土路基造价与传统工艺设计道路路基相比，具备了价格低廉的绝对优势。

4 派酶土壤固化剂的研究展望

通过对派酶开展的应用和研究可知，派酶最大的特点表现为:在一定压力下，能够加速土体的固化，使土体强度迅速提高。目前我国市场上的土壤固化剂多以无机材料如水泥、灰土、矿渣为主，其对环境均存在不同程度的影响，且为未来发展空间留下障碍。而派酶技术的异军突起，为道路施工、地基加固处理提供了一种较为新颖的技术方法。目前市场上使用的派酶技术正在不断创新和发展。

但任何类型的土壤固化剂都有其一定的局限性。如:不同土壤固化剂的针对性和兼容性、作用原理、技术标准及施工技术问题等等。因此，对派酶固化剂未来发展尚需进一步研究和解决以下问题:

(1)目前，我国对于将土壤固化酶应用于道路建设方面，已经取得了一些经验和成效。但国外的土壤固化酶还可应用于筑堤、筑坝、垃圾填埋场处理等其他领域，而我国鲜见此方面的研究与应用，在这方面，仍将需要中国科研与技术人员的不断研究与探索。

(2)我国地域广阔，不同地区的岩土地质条件差异较大，针对不同类型、不同成因、不同环境及不同工况下的土质情况，如何更好地将派酶应用于具体工程，尚需要进一步的研究、实践和总结。

(3)目前，国内外学者对派酶固化土的研究一方面对其稳定作用机理的研究文献较少，未能形成较为完善的系统理论对其进行理论支持，另一方面也缺乏运用有效的科学研究手段加以验证。因此，土壤固化酶的稳定作用机理还需要进一步研究、完善与实践检验。

(4)派酶作为一种生物制剂，既不会像水泥、灰土和矿渣那样发生一系列的化学反应，也不需要水的养护就可达到理想的效果。因而必将受到越来越广泛的关注，由此可以看出，派酶土壤固化剂有着更广阔的前景，但国内工程领域对派酶固化剂的认识与推广应用尚需一个过程。

(5)但目前国内企业尚未掌握该类产品的生产技术，不能生产土壤固化酶，要想推广和使用派酶技术，则需要尽快完成从产品引进到技术引进，自主生产、降低成本的过程。

5 结语

派酶作为一种土壤固化生物制剂，自出现以来，就表现出明显的技术优势、环保价值和经济与社会效益，显示出广阔的发展前景。虽然国内起步较晚，但随着我国各项建设的发展，环境保护的呼声越来越高，这种环保型的技术产品必将受到越来越广泛的重视与欢迎，尤其是对垃圾填埋场的处理、污染物的处置等领域的推广使用。尽快掌握派酶土壤固化剂的生产技术，是推广使用派酶的必要条件。

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