高30%左右。
对粉喷桩，土中含水量对水泥土强度的影响不同于浆液搅拌，当土中含水量过低时，水泥水化不充分，水泥土强度反而降低。
⑸拌合时间的影响
固化剂与土的拌合程度，对水泥土强度影响很大，因此，搅拌拌合是水泥土桩的关键工序。影响拌合程序的因素很多，如固化剂的供给方式，搅拌叶片的形状、数量和布置，搅拌时间的长短等。为此，曾进行过大量的试验，但仍未能定量地揭示这些影响因素与拌合效果间的关系。
少数试验定性地表示了拌合时间对加固土强度的影响。在拌合开始阶段(拌合时间3分钟以内)，水泥土强度增加很快，搅拌时间超过了3分钟后， 强度上升速度逐渐减缓，对粉状水泥，拌合时间超过一定时间后，强度不再增长。
⑹水泥强度等级的影响
试验表明水泥土的抗压强度随水泥强度的提高而增加，当水泥强度等级从32.5提高到42.5时，水泥土强度约增大20%～30%。
⑺土的渗透性的影响
要减少水泥土浆中的自由水，目前还没有人为的手段，只有通过蒸发和渗透两个途径。由于蒸发量很小，所以主要靠自由水向周围土中的渗透，在高压喷注水泥土桩的试验中，曾作过对比试验。结果是在渗透性好的土中的试样强度比另一组试样高出46.8%。
上述试验只是定性地说明一些问题，同时应当考虑，在地下水下，即使土的渗透性大，也不能排出水泥土中的自由水。因此，上述试验结果仅在地下水以上的土层是适用的。
⑻施工工艺的影响
水泥土桩体强度在其它条件相同时，还与施工工艺有密切关系。如同一种土中，固化剂掺入量相同，采用复搅的办法可明显提高桩体强度。
在含水量很小的松散填土中，搅拌时块状土不能破碎，造成桩体松散，采用注水后上下多次预搅，即可保证桩体强度。
在塑性指数大于25的粘性很大的粘土中，可能出现搅拌头上形成土团，随搅拌头转动，搅拌不均，复搅也不能奏效，只有改变搅拌头的形式才是有效途径。
当搅拌深度超过15～18m后，在粘性较大的淤泥或其它粘性土中，固化料喷入产生困难，喷搅不均，影响桩体强度，加大压力改进搅拌头后可以奏效。
2、现场与室内无侧限抗压强度的关系
室内制样试验所得到的无侧限抗压强度qut与在现场取样试验得来的无侧限抗压强度quf，由于水灰比和拌合养生条件不一样，其差异较大。据统计粉体喷搅quf=(1/3～1/5)qul。如果固化料掺合量较少，又没有得到充分的搅拌，现场强度会出现很大的离散性。
日本曾进行了浆液搅拌现场水泥土无侧限抗压强度与室内无侧限抗压强度qul的对比试验，24组对比试验中，有17组quf /qul的最小值在1/2～1/5之间，平均值多为quf /qul≈(1/4～1)。
日本CDM工法设计和施工手册中提出，设计标准强度最好是取现场实际加固体的无侧限抗压强度quf。但是quf随取样位置的不同而有偏差。考虑这种偏差，设计标准强度quc·k与现场强度的平均值quf之间可建立以下关系：
quc.k??1quf
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?1值，海上工程约为2/3；陆地工程约为1/2。
现场无侧限抗压强度与室内配制试验的无侧限抗压强度qul之间的关系为：
qucf??qul
?值，海上工程用大型机械时取1，用小型机械时取1/2；陆上工程取1/2。设计标准强度
quc.k??1?qul
即：quc.k?(~ quc.k?132)qul (海上工程) 31qul (陆上工程) 4 我国规范浆液搅拌强度折减系数为0.25～0.33粉体搅拌为0.20～0.30，与日本的规定相近。因我国施工工艺落后于日本，折减系数严于日本海上工程的标准。
3、桩体的变形模量及压缩模量
影响桩体模量的因素很多，归根结底，是要明确模量与无侧限抗压强度的关系。日本的试验表明不论哪种土类和固化材料，水泥土体的变形模量E50(峰值应力的50%所对应的割线模量)都有较大的变化幅度，大体情况为E50=(50～120)qu，qu为试样的无侧限抗压强度。
表7.3-5 为我国的试验结果，当qu=300kPa～4000kPa时，E50=(40～600)MPa，一般为qu的120～150倍，即E50=(120～150) qu，与前述日本的试验结果相近。
表7.3-5 水泥土的变形模量 试件编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 无侧限抗压强度qu(kPa) 274 484 524 1093 1554 1651 2008 2393 2513 3036 3450 3518 破坏应变?f(%) 0.80 1.15 0.95 0.90 1.00 0.90 1.15 1.20 1.20 0.90 1.00 0.80 变形模量E50(kPa) 37000 63400 74800 165700 191800 223500 285700 291800 330600 474300 420700 541200 E50 qu135 131 142 151 123 135 142 121 131 156 121 153 水泥土桩的压缩系数约为(2.0～Ep=60～100MPa，小于变形模量，这是因为无侧限抗压时桩体多呈脆性破坏，其变形较小的缘故。应用中可采用Ep=(100～120)fcu·k，fcu·k为70.7mm立方体室内配制时的90天龄期无侧限抗压强度。
4、桩体的抗剪强度
室内试验的抗剪强度τ与无侧限抗压强度qu的关系如图7.3-3所示。无侧限抗压强度qu在较低范围内(qu＜0.8MPa)，τ/
qu的值大体上为1/2，随着qu的增大，该比值有变小的倾向。其总体规律为τ=(1/2～1/3) qu。
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001.02.03.04.05.06.07.0抗剪强度τ（MPa）3.5)×10-5(kPa)-1，其相应的压缩模量约为
2.01.01τf = q2u1τf = q3u无侧限抗压强度qu（MPa）图7.3-3 桩体的抗剪强度与无侧限抗压强度 用高压三轴仪进行剪切试验表明，水泥土的抗剪强度随抗压强度的增加而提高。当qu=500 kPa～4000kPa时，其粘聚力C=100~1100kPa，内摩擦角变化在20°～30°之间。水泥土在三轴剪切试验中受剪破坏时，试件有平整而清楚的剪切面，剪切面与最大主应力平面的夹角约为60°。
在实用中考虑到桩体强度的离散性，其容许的抗剪强度一般采用0.15qu，安全系数大于2。 当水泥土桩复合地基和承受水平力的格栅式结构需要计及未加固土的抗剪能力时，其计算原 理见图7.3-4。假定加固土的抗剪强度为?p，置换率为m，与加固土的破坏应变相对应的未加固土的抗剪强度为?si。平均抗剪强度C可用下式表示：
C?m?p?(1?m)?si (7.3-4)
压应力qupτp上式仅在某些情况下采用，在多数情况下，加固土与未加固土的刚度相差太远，同时水泥土不允许产生大变形，此时，不能考虑未加固土对剪力的分担。在基坑支护工程中水泥土大多是抗弯破坏，不能盲目采用上式进行计算。
qusqusp0ττεspss10图7.3-4 加固土和未加固土的应力--应变关系5、桩体的抗拉强度
用劈裂法求得粘土的加固土抗拉强度?t与无侧限抗压强度qu的关系，抗拉强度?t=(0.1～
0.4)qu，随着qu的增大，抗拉强度的增加速率有逐渐降低的趋向。
6、桩体的重度
由于拌入土中的固化材料与孔隙中水的重度相差不大，搅拌中还产生部分土的挤出和隆起，且固化后固化材料本身存在孔隙，因此，在饱和的软土中加固土体的重度与天然土的饱和重度较接近，但在非饱和的大孔隙土中，固化体的重度将较天然土的重度增加量要大一些。参看表7.3-6。此外，固化料掺合量大时，固化土重度增加幅度也大。
表7.3-6 水泥土重度表 土 类 粉砂 粘砂土 黄土 淤泥质砂粘土 原状土含水量 饱 和 饱 和 15.5% 饱 和 原状土重度(kN/m3) 15.0 18.0 16.0 17.5 水泥土饱和重度(kN/m3) 18.8 19.8 20.2 17.5 水泥土干燥重度(kN/m3) 17.4 17.5 17.1 12.4 7、桩体的力学性质的不均匀性
由于施工中喷搅不匀等因素的影响，一般桩底的强度及模量与中、上部均有差别。在粉喷桩施工中钻杆往往在桩中心留下一个孔洞，同时，由于喷射压力及离心力，水泥浆、粉向桩周集中，因此，在桩体的同一水平截面上，桩中心部位的桩体，力学性能不如周边附近的桩体，两者相差约20%～30%。
8、水泥土桩桩体应力应变性状
水泥土桩的变形特征随强度不同而界于脆性体与弹塑性体之间。应特别强调指出的是，在土中类似弹性约束的桩体，其变形特征不同于室内试验的结果，在这方面的研究还有待深入。图7.3-5为室内试验求得的应力—应变曲线。水泥土受力开始阶段，应力与应变关系基本符合虎克定律。
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剪应力当外力达到极限状态的70%～80%时，应力应变不再保持线性关系。当外力达极限荷载时，对于强度大于2MPa的水泥土，很快出现脆性破坏，此时轴向应变约为0.8%～1.2%(如图7.3-5中A20、A25)，对于强度小于2MPa的试件，则表现为塑性破坏(如图中A5、A10、A15)。
三轴不排水剪得到的水泥土应力—应变曲线中，在受力开始阶段，应力—应变曲线近似直线，当偏应力(?1-?3)达到破坏时偏应力的60%～80%时，曲
σ（kPa）350030002500200015001000500A500.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0A15A20A25线开始弯曲。对同一强度的水泥土，不同围压下弯曲点对应的偏应力大致相同，且与水泥土无侧限抗压强度相接近。
注意到三轴试验中，试件破坏后均保持一定的残余强度，残余强度随围压的增加而加大。同时破坏时的应变也大于无侧限抗压时的应变值，较接近于水泥土桩在土中的工作状态。水泥土桩在
A10ε(%)图7.3-5 水泥土的应力--应变关系 土中类似弹性约束，特别是在大基础下，其应力—应变的关系以及其变形特征与无侧限抗压试验差异很大。总的倾向是变形加大、模量减小。
9、水泥土的渗透系数
水泥土桩作为隔水帷幕，要求具有低渗透性。渗透试验采用变水头法，在南55型渗透仪上进行，试验结果见表7.3-7。
表 7.3-7 试 件 K10 土层 软粘③ 软粘④ 原状土 (cm/Ss) 5.16×10-5 2.53×10-6 不同水泥掺入比试件(cm/s) 7% 1.01×10-5 8.30×10-7 10% 7.25×10-6 4.83×10-7 15% 3.97×10-6 2.09×10-7 20% 8.92×10-7 1.17×10-7 试验土样软粘③为淤泥质粉质粘土ω=38.5%，软粘④为淤泥质粘土，ω=50.6%。 结果说明，水泥掺入量愈大其渗透系数愈小，水泥土的渗透系数小于原状土。
水泥土的渗透系数与原状土性、水泥掺入量、搅拌均匀度、初始含水量等因素相关。一些资料提出水泥土的渗透系数在10-7～10-10cm/s之间。工程实践也说明水泥土具有较好的隔水性能。
10、水泥土的抗冻性能
将水泥土试件放置于自然负温下进行抗冻试验表明，其外观无显著变化，仅少数试块表面出现裂缝，有局部出现片状剥落及边角脱落，但深度及面积均不大，可见自然冰冻没有造成水泥土深部的结构破坏。
水泥土试块经长期冰冻后的强度与冰冻前强度相比，几乎没有增长。但恢复正温后其强度能继续提高，冻后正常养护90天的强度与标准强度相差不多，抗冻系数达0.9以上。
一般情况下地温比较稳定，除高寒地区外，水泥土桩不会产生冻害。但冬季施工时，要注意浆液的防冻。 五、设计计算
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(一)技术特点
1、混合料采用原位土，无须开采原材料，大量节约资源。
2、针对拟加固土质和加固目的，可以自由选择加固材料，包括水泥粉、水泥浆、石膏、矿碴、粉煤灰、砂或碎石粉末等。如果事先加以混合，可以同时喷射两种以上的混合加固材料。
3、可以自由选择加固材料的喷入量，能适用于多种土质。 4、施工工艺震动和噪音很小。
5、施工速度快，国产的深层搅拌桩机每台班 (8h)可成桩350m左右。日本的深层搅拌船每小时可加固土90m3以上。
6、原位深层搅拌引起地基的隆起较小，对周围环境影响不大。
7、国产粉喷机有一定的粉尘污染，采用水泥浆时亦有一些浆液污染。日本等国采用了封闭的输送供给系统，雨天也能施工，基本消除了环境污染。
8、可以喷搅成圆柱状桩、壁墙状、格栅状、块体状的加固体，用于不同的目的。 (二)技术措施及要点
1、只在基础下布置水泥土桩，一般情况下不需设置围护桩。布置方式可为正方形、矩形、正三角形、格栅形、壁式等多种形式。
2、目前深层搅拌水泥土的桩径多为υ500mm～700mm，由于基础宽度的限制，常给布桩造成困难。解决这个矛盾的途径一是基础下设300mm~500mm厚砂石垫层，拉开桩距；二是增加桩长，减少桩数。实践证明在深厚的软土地区，采用上述措施是有效的。
复合地基中桩距不宜小于2d。
3、端承短桩宜采用大直径双轴搅拌桩，或做成壁状、格栅状、甚至块体。具体应视工程要求及地质条件确定。壁状、格栅状形式可以增大地基刚度，减少差异沉降，在建筑物或地基的薄弱环节处采用，效果较好。
4、设计桩顶标高宜选 在承载力较高的土层，充分发挥桩间土的承载力，且宜低于原地面以下500mm。
5、根据具体情况，可长短桩并用。
6、注意基础角桩及长高比大于3的建筑物中部桩的加强。
7、根据桩的受力情况，不同深度的喷料量可以变化，因桩体最大应力在桩顶下3d～5d处，因此，在桩顶以下2m～3m向上可增加喷料量，或采用复搅工艺。停灰面应高于设计桩顶标高500mm左右。
8、桩端宜进入承载力相对较高的土层。
9、复合地基承载力特征值不宜大于200kPa，一般情况下采用120kPa～180kPa。单桩承载力特征值(υ500mm)不宜大于150kN。
10、固化料掺入比一般为土重的15%左右。 (三)水泥土搅拌桩复合地基承载力计算
由于水泥土搅拌桩身有一定强度，呈桩体效应，因此，复合地基承载力计算中按常规先计算单桩承载力，取单元面积的单桩承载力及天然土的承载力之和为复合地基承载力。需要说明的是，由于水泥土强度不高，单桩承载力由桩身强度控制，在软粘性土中一根υ500mm搅拌桩，其单桩承载力特征值一般不超过150kN，由此限制了复合地基承载力。承载力较高的土层采用搅拌桩往往是不合理的。
复合地基承载力特征值应通过单桩或多桩复合地基静载荷试验确定，初步设计时可按7.3-5式
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