李廣平，宿文姬

(1.廣州市市政工程設(shè)計研究院，廣東廣州 510060;2.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)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(jié)合、水化反應(yīng)、生物作用等，將對土體密實(shí)性、耐水性、彈性及強(qiáng)度等性能起到一定程度的改善作用。根據(jù)土壤固化劑作用機(jī)理，主要分為無機(jī)膠結(jié)類、離子類、有機(jī)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(yīng)用于道路工程、建筑工程的土體加固、穩(wěn)定和防滲處理。而當(dāng)前，有機(jī)類(高聚物類、表面活性劑類)和酶類(如派酶)物質(zhì)也開始應(yīng)用于土體的加固處理。但我國對有機(jī)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(tài)生物復(fù)合酶制劑，是從自然界生物中提取出來的多種酶類、菌類，經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)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(huán)保型有機(jī)結(jié)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(shù)領(lǐng)域的關(guān)注。

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

2 派酶的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀

2.1 派酶的發(fā)展歷史

20世紀(jì)40年代，派酶技術(shù)首先由美國國際酶制品公司研制成功，并于20世紀(jì)50年代起首次應(yīng)用于鄉(xiāng)村泥路的性能改良，結(jié)果顯示所鋪筑路面剛性大，防水性好。自此，派酶技術(shù)逐漸開始應(yīng)用于道路工程、建筑物基礎(chǔ)加固等領(lǐng)域，其中，國外使用派酶修筑的道路已達(dá)數(shù)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(nèi)蒙古、青海、上海、河北、云南、江西、河南等地進(jìn)行了派酶路基上加鋪瀝青面層的試驗(yàn)和工程應(yīng)用，修筑了不同等級的派酶基層路面達(dá)數(shù)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(yàn)對比、派酶作用機(jī)理的研究，對土壤固化酶所體現(xiàn)的環(huán)保價值、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益受到越來越廣泛的關(guān)注。

2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述

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

目前，國內(nèi)學(xué)者對于派酶技術(shù)的研究多集中于路基加固處理領(lǐng)域，主要是針對派酶固化土的性能做了大量的試驗(yàn)與筑路實(shí)踐應(yīng)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(qū)成因的道路基層進(jìn)行派酶試驗(yàn)與比較，得出經(jīng)派酶處理后的基層穩(wěn)定性指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，均優(yōu)于傳統(tǒng)的石灰穩(wěn)定土［12～13］。

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

(3)2002年，劉淑娟等人經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證:經(jīng)派酶固化處理的基層，其各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)要求，具有較好的社會經(jīng)濟(jì)效益和推廣前景［15～17］。

(4)2008年，為了比較、分析派酶與傳統(tǒng)固化材料(石灰、水泥)對土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，張心平等人通過對比試驗(yàn)分析，得出派酶作為土壤固化劑具有比石灰和水泥等傳統(tǒng)的固化劑明顯的優(yōu)點(diǎn):①派酶土的抗壓強(qiáng)度高于灰土的抗壓強(qiáng)度;②派酶土對于土體固化所需的環(huán)境僅僅是自然狀態(tài)下的風(fēng)干，而水泥則需要水的養(yǎng)護(hù)才能達(dá)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(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所主編的《土壤固化劑應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)則》(RISN－TG003－2007)中，對土壤固化劑產(chǎn)品在市政道路及公路、水利、建筑等各個可應(yīng)用的行業(yè)中，土壤固化劑固化工程結(jié)構(gòu)的性能要求、設(shè)計、施工與檢驗(yàn)等作了明確、統(tǒng)一規(guī)定，同時對生物酶類作為土壤固化劑的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了闡述;2009年上海市建筑產(chǎn)品推薦性應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)《派酶土壤固化劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(DBJ/CT069－2009)的出現(xiàn)，為派酶土壤固化劑的進(jìn)一步應(yīng)用及推廣創(chuàng)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(xì)砂土、粗砂土、中砂土、粉砂土及粘土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的研究，發(fā)現(xiàn)派酶對含粘粒多的土體的固化效果優(yōu)于含砂粒和粉粒多的土體。

紅色教育是高校思想政治教育中不可或缺的環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其新鮮靈活的形式、不受現(xiàn)實(shí)條件的制約和開放的開發(fā)平臺，符合當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，提升了高校思想政治教育的承載力，豐富了校園紅色教育資源，成為高校開展紅色教育的有效途徑。

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各項(xiàng)基礎(chǔ)工程建設(shè)速度的加快，不斷有國外的固化劑產(chǎn)品向國內(nèi)推廣，我國也采用進(jìn)口固化劑修筑了不同等級的公路，取得了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，但由于我國地域廣闊、土質(zhì)差異、道路標(biāo)準(zhǔn)的不同、試驗(yàn)手段的多樣化，使得這些進(jìn)口固化劑在我國并沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。因此，在大力推動加固土技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍、使用規(guī)模等方面，大力研究、開發(fā)和推廣適合我國土體性質(zhì)的新型固化劑加固土技術(shù)，對于資源優(yōu)化配置，節(jié)約投資，搞好基礎(chǔ)建設(shè)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)保都具有十分重要的意義，其必能帶來重大的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

3 派酶的作用原理與優(yōu)越性

3.1 派酶的作用原理

派酶作為一種有機(jī)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(xué)反應(yīng)的媒介作用，促使土體中分子間或分子內(nèi)的排列組合加速改變，從而達(dá)到快速產(chǎn)生壓實(shí)致密的效果。同時，酶和大量有機(jī)分子結(jié)合產(chǎn)生的屏蔽作用，可進(jìn)一步達(dá)到防止土體分子繼續(xù)吸附水分而導(dǎo)致土體密度降低的目的［22］。

3.2 派酶的優(yōu)越性

(1)環(huán)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(jī)類土壤固化劑，都能大幅度提高土壤的強(qiáng)度、密實(shí)度和耐水性能，但這些無機(jī)類固化劑對土質(zhì)的副作用也很大，經(jīng)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(yán)重的是，經(jīng)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(nóng)作物的生長、河水的水質(zhì)產(chǎn)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(shí)度提高，不會對土壤和水質(zhì)造成污染，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到環(huán)保要求，具有無毒無害，綠色環(huán)保的特性。

(2)優(yōu)越的水理性——節(jié)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(jī)分子迅速結(jié)合，從而形成的屏蔽作用，能夠有效防止土壤表面水分蒸發(fā)，經(jīng)試驗(yàn)研究證實(shí)，使土體達(dá)到最佳含水量所用水量可減少約25%。同時，經(jīng)派酶催化后的土壤，很快產(chǎn)生一致密的防水層，起到防滲抵侵的作用。經(jīng)前人研究測試，派酶處理過的路基，其滲透系數(shù)小于1×10－6cm/s。

(3)高強(qiáng)度

根據(jù)加入派酶的路基固化土的自然狀態(tài)下7天齡期試驗(yàn)(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(cè)限抗壓強(qiáng)度約為3 MPa。派酶的高強(qiáng)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(shí)效果。

(4)受氣候條件影響小

經(jīng)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(dāng)環(huán)境溫度為－40℃ ～40℃時，溫度對派酶固化土幾乎無影響，同時，經(jīng)多次霜凍－解凍循環(huán)試驗(yàn)后，派酶固化土的性能變化甚微。

(5)工藝簡單，工期短

與傳統(tǒng)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(shí)即可，所用的機(jī)械設(shè)備也較少。養(yǎng)護(hù)期很短，每千米派酶固化土路基養(yǎng)護(hù)期僅需72小時，較傳統(tǒng)固化土路基施工期大大縮短，且強(qiáng)度增長較為迅速，養(yǎng)護(hù)好后即可進(jìn)行路面的施工。

(6)就地取材，造價低廉

派酶對拌和料的材質(zhì)要求并不高，如在浙江衢州高速公路試驗(yàn)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(dāng)?shù)氐乃槭?、粘土進(jìn)行拌和后，分層攤鋪，也可利用路基原有土體直接進(jìn)行拌和使用。從而使得派酶固化土路基造價與傳統(tǒng)工藝設(shè)計道路路基相比，具備了價格低廉的絕對優(yōu)勢。

4 派酶土壤固化劑的研究展望

通過對派酶開展的應(yīng)用和研究可知，派酶最大的特點(diǎn)表現(xiàn)為:在一定壓力下，能夠加速土體的固化，使土體強(qiáng)度迅速提高。目前我國市場上的土壤固化劑多以無機(jī)材料如水泥、灰土、礦渣為主，其對環(huán)境均存在不同程度的影響，且為未來發(fā)展空間留下障礙。而派酶技術(shù)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(shù)方法。目前市場上使用的派酶技術(shù)正在不斷創(chuàng)新和發(fā)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)及施工技術(shù)問題等等。因此，對派酶固化劑未來發(fā)展尚需進(jìn)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(yīng)用于道路建設(shè)方面，已經(jīng)取得了一些經(jīng)驗(yàn)和成效。但國外的土壤固化酶還可應(yīng)用于筑堤、筑壩、垃圾填埋場處理等其他領(lǐng)域，而我國鮮見此方面的研究與應(yīng)用，在這方面，仍將需要中國科研與技術(shù)人員的不斷研究與探索。

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

(3)目前，國內(nèi)外學(xué)者對派酶固化土的研究一方面對其穩(wěn)定作用機(jī)理的研究文獻(xiàn)較少，未能形成較為完善的系統(tǒng)理論對其進(jìn)行理論支持，另一方面也缺乏運(yùn)用有效的科學(xué)研究手段加以驗(yàn)證。因此，土壤固化酶的穩(wěn)定作用機(jī)理還需要進(jìn)一步研究、完善與實(shí)踐檢驗(yàn)。

(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(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，也不需要水的養(yǎng)護(hù)就可達(dá)到理想的效果。因而必將受到越來越廣泛的關(guān)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(nèi)工程領(lǐng)域?qū)ε擅腹袒瘎┑恼J(rèn)識與推廣應(yīng)用尚需一個過程。

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

5 結(jié)語

派酶作為一種土壤固化生物制劑，自出現(xiàn)以來，就表現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢、環(huán)保價值和經(jīng)濟(jì)與社會效益，顯示出廣闊的發(fā)展前景。雖然國內(nèi)起步較晚，但隨著我國各項(xiàng)建設(shè)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高，這種環(huán)保型的技術(shù)產(chǎn)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(lǐng)域的推廣使用。盡快掌握派酶土壤固化劑的生產(chǎn)技術(shù)，是推廣使用派酶的必要條件。

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