土壤固化酶在公路建设中的推广和应用

【摘 要】 土壤固化酶与水稀释加入土壤后使土壤固化形成板块，且在空气中二氧化氮的作用下使酶再生，并继续发生作用，主要应用于公路等基础设施建设。通过对它特性以及施工工艺进行分析，具有降低工程造价、减少维护、简化工艺、提高质量、延长道路使用寿命优点。可广泛用于二级及以下等级公路、县乡道路、便道等的各结构各结构层上，用于高等级公路底基层或垫层，可提高路面强度和稳定性。对路基可加固补强、或做隔断层处理。具有很好的推广应用价值。

【关键词】 土壤固化酶 特性 施工 应用

县乡道路和农村公路的建设对完善国家公路网、对全面建设小康社会，构建和谐社会都具有重要意义，我国农村公路的“十二五”发展目标为：2015年所有具备通车条件的乡（镇）、村通公路，农村土地改造达到生产道路固化，由此可见县乡道路和农村公路的建设规模宏大，任务艰巨。但另一方面，县乡道路和农村公路的投资回报率低，建设资金十分匮乏，投、融资又特别困难，且目前县乡道路和农村公路施工所用的材料和设备，已经没有降低造价的空间。因此，降低工程造价、减少维护、简化工艺、提高质量、延长道路使用寿命是目前县乡道路和农村道路迫在眉睫的问题。

土壤固化酶的技术特点和他固有的特性能满足上述的要求，并成功在新疆等部分省份的县乡道路中修建试验并取得成功，进而大规模使用。

1 土壤固化酶特性

土壤固化酶属生物有机酶，是土壤细菌与氮、二氧化氮及其他营养物质发生催化作用后的产物.该产物与水稀释加入土壤后使土壤固化形成板块，且在空气中二氧化氮的作用下使酶再生，并继续发生作用。主要应用于公路等基础设施建设。土壤固化酶为浓缩液体，易溶水、无毒、无污染、对人、畜、植物均无害，绿色环保。

在公路等基础设施建设中，其高密实度、低透水性、用水量少、无需养护、造价低等特点，达到简化工艺、降低造价、提高道路等级、延长使用寿命等目的。可广泛用于二级及二级以下等级公路、县乡道路、便道等的各结构层上，用于高等级公路底基层或垫层，可提高路面强度和稳定性。对路基可以加固补强、或做隔断层处理。

土壤固化酶的路用特性主要有以下几点：

①增加土质密度：土壤固化酶降低水的表面张力，促使水分快速渗透和扩散，使水合物小粒子排列更紧密，消除了路基材质中的空隙。

②增强道路承载能力：经土壤固化酶处理过的土质，产生一种粘聚作用，可通过加强土壤颗粒的粘结力，增强承载力，形成整体板块。

③低透水性：粘合的土壤颗粒减少了土壤中的空隙，同时减少了水分进入结构层的机会。用土壤固化酶处理过的道路可有效处治翻浆、克服冻胀裂缝合反射裂纹。

④用水量少：由于水分子渗透快，表面的挥发性减少，用其处理土壤达到最佳含水量时，仅需常规用水量的80%（减少20%用量）。道路成型后无需洒水养护，自然风干即可。

⑤适用范围广：筑路材料可就地取用，减少远运成本，减低工程造价。

⑥减少维护：结构层压实完毕后，自然风干72小时即可通车或加封面层。

⑦运输方便、绿色环保：土壤固化酶以桶装浓缩液体形式待用，避免大体积储存；该产品无毒、无污染、不腐蚀设备、对人、畜、植物、土壤均无害。

2 技术原理

土壤固化酶为化学稳定剂，经过四个过程形成了液体稳定剂。加固土的稳定机理：①改变表面能，是稳定剂易进入扩散层，改善土颗粒表面电荷性质。②有利于离子交换作用并能改善土颗粒表面电荷性质，由此降低土粒之间的相互排斥能，得到更为密实的压实体。③由于稳定剂含有长链高分子，同易高分链又将相邻的土颗粒通过高分于链桥搭接，形成网状结构。这一过程是不可逆的，这也是固化剂加固土获得稳定强度的主要原因之一。④通过上步作用形成疏水性物质。疏水性物质所形成的凝胶及晶体堵塞了土壤中的毛细孔，这也是加固土获得水稳定性于冻稳定性的主要原因之一。在这四个因素的综合作用下，经过固化剂于土颗粒及它们自身之间的物理、物理化学和化学作用下，形成了液体稳定剂加固的基本机理。

3 设计参数

①土壤固化酶稳定土回弹模量（E）（表1）

②为了进一步认识土壤固化酶结构层的适应性，增加该结构层的定性内容，即结构层碾压成型后呈板块状并具有一定刚度，但与水泥稳定土成形的刚度（半刚性）相差较大，其特征也不同，为了区别对待，将土壤固化酶结构层定性为“柔性”结构层。

③土壤固化酶结构层无侧限抗压强度低于半刚性技术标准要求，强度介于水泥稳定层和级配砂砾之间，因此，土壤固化酶结构层设计中施工技术指标，基本参照水泥稳定土技术标准要求执行，含粗骨料试件无侧限抗压强度，只做7天自然条件下风干无侧限抗压强度，代表值大于1.0Mpa，素土试件无侧限抗压强度代表值不低于0.7Mpa。

④土壤固化酶使用剂量：每立方米筑路材料（压实方），使用土壤固化酶0.03312升或0.03623千克。

4 混合料的组成设计

粉性土、粘性土、天然砂砾等筑路材料均可用于土壤固化酶结构层中，具体情况可依据公路等级，实地情况按照以下各结构层各定区间试验确定。

基层——天然砂砾：粉、粘性土含量不少于15%时直接使用。粉性土：掺配天然砂砾40%～70%。粘性土：掺配天然砂砾30%～70%。砂性土：分析颗粒粒径，掺配骨料（天然砂砾）30%～60%和粉性土（或粘性土）15%～25%。

底基层——天然砂砾：粉、粘性土含量不少于15%时直接使用。粉性土：可直接使用，或掺配天然砂砾30%～60%。粘性土：可直接使用，或掺配天然砂砾30%～60%。砂性土：分析颗粒粒径，掺配天然砂砾30%～50%和粉性土（或粘性土）15%～30%。

填筑路基——天然砂砾：粉、粘性土含量不少于15%时直接使用。粉性土：可直接使用，或掺配天然砂砾10%～30%。粘性土：可直接使用，或掺配天然砂砾10%～30%。砂性土：分析颗粒粒径，掺配天然砂砾15%～30%和粉性土（或粘性土）10%～30%。

5 施工工艺

5.1 原材料试验

颗粒分析、含水量试验、击实试验、无侧限抗压强度、易溶盐、承载比（CBR）试验，依照《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）以及《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）执行和中国行业标准执行。区别以下几点：①拌料时土壤固化酶溶液稀释比例1：3000。②试验闷料时就加入土壤固化酶溶液，集料与土壤固化酶溶液应拌和均匀，密封闷料8小时。③击实前击实前集料再次拌和均匀。

5.2 用量及掺配方法

单位换算：1L质量为：1.094kg；1加仑为：3.785L；1加仑质量为：4.141kg；1桶为5加仑或18.925L；1桶质量为：20.704kg。

设计使用剂量为：每立方筑路材料（压实方），使用土壤固化酶0.03312升或0.03623千克。

通常用专用桶进行储藏和保管，为了计算方便，处理长1000m，宽8m，厚0.15m的路段需要2.1桶土壤固化酶溶液（即39.743L=0.03312L/m3或43.480kg=0.03623kg，加0.5%的损耗量，即0.03329L或0.03642kg）。

施工掺配总用量分为两部分（拌和、表面喷洒）。

压实方按1200土壤固化酶溶液总用量为：

土壤固化酶溶液拌和用量：

土壤固化酶溶液表面喷洒用量：

5.3 注意事项

施工中应通过边坡、填土厚度、路段长度计算实际产生的土方量，确定土壤固化酶原液用量。

掺配时先将水罐或水池注满水，再加入土壤固化酶原液搅拌均匀即可。

土壤固化酶结构层施工温度：白天10℃以上，夜间0℃以上。

土壤固化酶原液与水稀释比不应小于1：1000。

5.4 路拌法施工工艺

路拌法施工土壤固化酶结构层的工艺流程：

准备下承层-喷洒溶液-洒水闷料-拌合-摊铺整平-碾压-验收

路拌法施工注意事项：

（1）准备下承层：下承层应各项技术指标均应满足中华人民共和国行业标准《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80-2004）的要求。遇雨季应停止施工，集料过湿应翻晒。在下承层通过验收后，先喷洒1：10000的土壤固化酶溶液（表面湿润即可）在进行下一道工序的施工。

（2）洒水闷料：先将计算好的用水量（土壤固化酶溶液）的50%左右，均匀喷洒在预定宽度的土壤固化酶结构层上，稍渗透后，即用路拌机械拌料至均匀，剩余的50%土壤固化酶溶液全部喷洒完后，再将集料充分拌匀。拌和过程中应配备人工将杂物、超粒径料清除，拌和结束时，混合料的含水量应均匀。

（3）摊铺整平：将拌和好的集料整平，修整出路形，在此过程中有缺水现象可喷洒1：10000的土壤固化酶溶液或清水至最佳含水；整型时应按照设计的坡度和路拱进行，并应注意接缝处平整。

用自重不低于18t的压路机先静压1遍，然后振动2遍，静压4-6遍达到压实度为止，各地实际情况应在施工前试验路段确定碾压工艺。压实要点均按现行中华人民共和国行业标准《公路工程路基路面施工技术规范》执行，禁止压路机在已形成强度的土壤固化酶结构层上振动碾压。

禁止压路机在已完成碾压的路段上“调头”和急刹车；碾压过程中如出现弹簧现象，应翻晒整形后重新压实；如出现松散现象，应喷洒1：10000的土壤固化酶溶液，达到最佳含水量后再压实，以保证质量要求。

压实成型后喷洒1：10000土壤固化酶溶液时水量要适中，避免冲坏路面。

土壤固化酶结构层自然风干72小时即可通车，其间禁止重型车辆通行，如土壤固化酶结构层分多层施工时可连续施工。

在土壤固化酶结构层上做沥青面层时，先喷洒1：10000的土壤固化酶稀释水溶液，稍干后即可进行油面施工。

现场质量控制注意事项：

（1）施工过程中应全程监控土壤固化酶原液用量。（2）施工作业段应根据机械设备能力，确定长度后进行循环作业。（3）应根据预计可完成工作段长度进行1：10000溶液喷洒。（4）施工中，应严格按设计控制结构层的宽度和填土厚度以及集料配比。（5）喷洒溶液前，集料应松散均匀，溶液喷洒后每次至少翻拌2遍。（6）在纵坡过大路段进行洒水作业时应配备人工处理，保证洒水均匀。

6 项目经济效益比较

（1）结构层厚度相同比较。用同等厚度的土壤固化酶结构层代替原级配砂砾结构层，土壤固化酶结构层各项技术指标均优于天然砂砾结构层；经核定在砂砾运距为47km时采用土壤固化酶结构层工程造价开始降低，砂砾料远距越远经济优势越明显。

（2）结构层厚度不同比较。以在范县农村公路中常用路基断面6m宽为例，原设计为21cm厚天然砂砾底基层+10cm厚级配砂砾基层；现设计为15cm厚当地原状土掺60%天然砂砾掺配土壤固化酶基层；通过实施、运营对比后效果相似。因此，采用土壤固化酶结构层可降低4cm厚度，相应减少了天然砂砾用量76.8%；施工简单，进度快。若采用铁犁配合路拌机施工方法，平均每天可完成1.3km左右。从使用效果看土壤固化酶结构层各项技术指标均优于原路面机构层；经核定砂砾料运距大于38km时工程造价开始降低，同样砂砾料运距越远优势越明显。

7 结语

土壤固化酶在公路建设中的推广与应用技术经过攻关，业主单位均认为该项技术可解决降低工程造价、减少维护、简化工艺、提高质量、延长道路使用寿命问题。可广泛用于二级及二级以下等级公路、县乡道路、便道等的各结构各结构层上，用于高等级公路底基层或垫层，可提高路面强度和稳定性。对路基可加固补强、或做隔断层处理。具有推广应用价值，其技术指标、经济效益、通车效果已达到预期目的。

参考文献：

[1]JTG E51—2009，《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》.

[2]JTG E40—2007，《公路土工试验规程》.

[3]JTG F80-2004，《公路工程质量检验评定标准》.

[4]任永强.筑路工程用土壤固化剂的研究进展.甘肃科技，2006（8）.

[5]詹中凯.一种新型土壤固化剂的工程应用研究.科技成果纵横，2007（2）.

[6]张信贵，欧鸥，易念平.土壤固化类材料及其应用.工程设计及建设，2004.（36）.