水泥搅拌桩复合地基承载力研究
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岩土力学990309
岩土力学
Rock and Soil Mechanics 1999年 第20卷 第3期 Vol.20 No.3 1999
水泥搅拌桩复合地基承载力研究
郑刚 姜忻良
摘 要 根据室内模型试验和现场载荷试验，对水泥搅拌桩复合地基承载力的确定
进行了分析，证明从提高承载力角度来说，过分增加桩长是无意义的，桩长主要是用
来控制变形。对水泥搅拌桩复合地基承载力的确定和优化设计提出了建议。
关键词 复合地基 ； 承载力 ； 水泥搅拌桩 ； 模型试验 ； 荷载试验
分类号 TU 437
Research on the Bearing Capacity of Cement Treated Composite
Foundation
Zheng Gang Jiang Xinliang
(College of Civil Engineering, Tianjin University, 300072)
Abstract The determination of the bearing capacity of cement treated composite foundation
is studied by conducting model test and field bearing test.Results show that the length of cement
treated column is mainly determined by the permissible settlement. The excessive length of
column has no use for enhancing the bearing capacity of the column. Finally, Suggestion of the
design of cement treated composite foundation is presented.
Key words composite foundation , bearing capacity , cement treated column , model test ,
bearing test
1 前 言
在确定水泥搅拌桩单桩承载力时，是按刚性桩的原理来计算桩侧摩阻力和端阻
力，而计算复合地基沉降时，其基本假定为桩与桩间土变形是协调的，桩土之间不存
在相对滑移，这其实是将水泥土类半刚性桩视为柔性桩。两者之间存在着力学概念上
的不一致。为了提高单桩承载力，有时设计人员将桩长增加至10 m以上，并按刚性桩
方法来计算单桩承载力。复合地基承载力通常是通过现场载荷试验来确定的，其确定
方法是按变形控制，并规定取沉降S=0.004～0.01B(B为荷载板的宽度)时所对应的荷载
作为承载力基本值，或按规范［1］规定的复合地基承载力计算公式计算：
fsp,k=mt9903
gif +β(1-m)fs,k
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式中 m为置换率；Rdk为搅拌桩单桩承载力标准值；Ap为搅拌桩截面积；fs,k为天然地
基承载力标准值；fsp,k为复合地基承载力标准值；β为桩间土承载力折减系数。对于β
值，当桩端土为软土时，可取0.5～1.0；当桩端土为硬土时，可取0.1～0.4；当不考虑
桩间软土的作用时，可取零。
因此，无论采用载荷试验还是式(1)来确定复合地基承载力，对桩间土天然地基承
载力的取用，与天然地基取沉降S=0.02B时所对应的荷载作为承载力基本值，三者取用
天然地基承载力的标准是不一致的。以桩间土天然地基载荷试验的荷载-沉降曲线(图1)来说，三者取用的是不同沉降对应的承载力，可以说，存在着概念的混乱。
990325.gif (1399 bytes)
图1 桩间土承载力的确定
Fig.1 Determination of the bearing capacity of soil
2 室内模型试验
为了研究水泥土类半刚性桩桩土接触面与刚性桩桩土接触面荷载传递特性的差异，作者设计了图2所示的桩土接触面荷载传递试
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图2 桩土接触面荷载试验
Fig.2 Model test of load transfer of the
interface of pile with soil
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验。模型桩桩径60 mm，高度为150 mm，桩体分别为C20素混凝土和水泥掺入比为18%
的水泥土。
试验箱由钢板制作，试验箱平面尺寸为1 000 mm×800 mm，内填150 mm厚的粉质
粘土。土样在铺填以前进行了凉干粉碎，然后分层抛洒铺填，覆盖无纺布并压上钢板
后，按35%含水量浇水并在2 kPa荷载下固结15天，再钻孔成桩。本试验的素混凝土桩
模拟钻孔灌注桩的施工过程：第一种，先在土中成孔，孔径为60 mm，再用钻孔灌注
桩施工现场收集的泥浆倒入孔中浸泡30分钟后将泥浆漏放干净，紧接着浇灌素混凝土
成桩。经测试，孔壁泥皮厚度为1～2 mm；第二种，成孔后直接灌入混凝土，模拟干
法成孔灌注桩。本试验中的半刚性桩是水泥土搅拌桩。在土中成孔后填入现搅拌均匀
的水泥土并适当压实，以模拟水泥搅拌桩成桩过程中的轻微挤土作用。为便于加载，
在桩体中埋入了铁丝并引出桩体下端，保证铁丝埋设位置正好处于桩中心。
试验加载是在桩下端预留铁丝上连接足够大的容器，通过量杯加水来加载。为了
保证桩体下端不与钢板卡住，在成桩后立即将桩体下端钢板以上10 mm高度内桩体半
径减小5 mm。在桩顶安设百分表测量桩顶竖向位移。以在某一级荷载作用下桩体位移
不能收敛为判断桩侧摩阻力达到极限的标准。试验过程中保持土体顶面2 kPa固结荷载
不变，加载试验在成桩28天后进行。
图3为刚性桩和水泥土桩不同龄期的荷载传递曲线。图中横坐标表示桩体下端施加
的荷载，纵坐标表示桩体在荷载作用下的位移。从试验结果可以得出以下几点认识：
(1) 水泥土桩由于搅拌较为均匀，水泥掺入比又较高，28天龄期时的桩土接触面荷
载传递情况与干法成孔灌注桩情况较为接近；试验水泥土搅拌桩极限侧摩阻力高于湿
法成孔(有泥皮)灌注桩极限侧摩阻力，略高于干法成孔灌注桩极限侧摩阻力。钻孔灌注桩干法成孔极限侧摩阻力高于湿法成孔的极限侧摩阻力。
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图3 桩土接触面荷载传统试验曲线
Fig.3 Curve of load transfer of the
interface of pile with soil
(2) 在试验条件下，由于土体固结压力较小，土体压缩模量较低，刚性桩和半刚性
桩桩体模量相对于土体压缩模量都较高，两者的桩土接触面荷载传递没有大的差别，
均表现出一定的桩土接触面相对滑移现象。由此可以认为，当采用水泥土搅拌桩等半
刚性桩加固软土地基时，在满足一定的条件时，可以将半刚性桩视同刚性桩桩体来计
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算桩侧摩阻力。
(3) 28天龄期时水泥土半刚性桩极限侧摩阻力高于灌注桩的极限侧摩阻力。对湿法
成孔灌注桩估计是灌注桩桩周软弱泥皮的存在所致；干法成孔灌注桩因为成孔时因桩
周土体发生松弛，而且水泥硬化导致桩身收缩，也削弱了侧摩阻力。实际工程中水泥
土搅拌桩没有表现出高于灌注桩的承载力主要是因为水泥掺量低(通常为土天然重度的
10%～20%)，实际施工时水泥浆与土很难充分搅拌均匀，因而决定了桩身强度低，水
泥土弹性模量也相对较低，试桩时容易发生材料破坏或桩身压缩量大而达到复合地基
载荷试验终止加荷的标准。
3 现场复合地基承载力试验
前面提到复合地基的优化设计问题，涉及到复合地基的基本的概念。采用复合地
基的目的：一是提高承载力，从满足承载力的角度来说，当桩长大于某个长度以后，
存在无数不同的桩长都能满足预定的承载力要求；二是减小地基压缩量，即减小基础
沉降，通过对主要压缩层进行加固，提高复合土体的平均压缩模量，达到减小沉降的
目的。由于基底下附加应力随深度的增加而减小，因此，对附加应力较大的土层进行
加固和对附加应力已较小的土层进行加固其意义是不同的。而附加应力的扩散深度是
与基础底板宽度和附加应力的大小有关。
鉴于研究人员对单桩的有效桩长研究［2～4］多数是针对单桩，没有考虑基础板的
影响，为了研究桩长对实际基础下复合地基承载力的影响，作者在天津华苑居住区二
期工程五区设计了两幢六层砖混住宅楼，采用筏板基础，同一幢楼下采用了两种桩
长，进行了八组复合地基试验，结果见表1，表2及图4和图5。
表1 华苑小区绮华里13#楼复合地基静载荷试验沉降量(mm)表
Table 1 The result of bearing test of 13# building
桩号桩长
m载荷板面积
m2荷 载 /kPa
306090120150180210240270
B31781×10.170.932.033.204.836.798.5710.77
A4355.51×10.130.390.831.302.123.034.366.00
B3481×10.671.412.193.224.205.126.047.28
A2295.51×10.030.060.390.771.632.733.585.137.28
表2 华苑小区绮华里16#楼复合地基静载荷试验沉降量(mm)表
Table 2 The result of bearing test of 16# building
桩号桩长
m承台面积
m2荷 载 /kPa
306090120150180210240270
B46491×10.511.312.373.474.876.578.2810.35
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