1、夯实水泥土桩复合地基作用机理
夯实水泥土桩复合地基是用人工或机械成孔，选用相对单一的土质材料与水泥按一定配比预先充分拌合均匀制成水泥土，分层向孔内回填并强力夯实，制成水泥土桩。桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基，承担基础传来的荷载，可提高地基承载力，改善地基变形特征。当采用具有挤土效应的成孔工艺时，还可将桩间土挤密。夯实水泥土桩属中等粘结强度桩，适用于处理地下水位以上的软弱地基加固。
夯实水泥土桩通过两个方面作用提高地基的强度：①水泥土桩本身是夯实成桩，成桩夯实过程中挤密桩间土，使桩间土强度有一定程度的提高；②水泥与土料充分混合成桩后，水泥和土颗粒产生一系列物理化学反应，最终形成互相连接的致密结构，使桩体本身有较高强度和水稳定性。
2、夯实水泥土桩复合地基的设计方法
2.1 设计依据
设计依据主要有《建筑地基基础设计规范》、《建筑地基基础施工质量验收规范》、基础平面图、本工程的《岩土工程勘察报告》以及对地基承载力和变形的技术要求等。
2.2 设计和计算
2.2.1 桩径
一般采用圆形，桩径宜为0.3~0.6m
2.2.2 桩长
桩长可根据工程实际地质情况、基础传来荷载的大小等情况来确定。对于夯实水泥土桩，桩长宜为2.5~10m。
2.2.3 面积置换率
根据基础荷载大小，考虑到沉降不宜过大（小于建筑物地基变形允许值）、桩数不宜过多和便于布置等因素，最终选用适合的置换率。桩距宜为桩径的2~4倍，置换率约为6%~25%。
在设计水泥桩时，可以先预设桩长，在计算出单桩承载力和面积置换率，进行水泥土桩的布置。也可先预设面积置换率，在计算出单桩承载力和桩长。最终选用合适的桩径、桩长、桩距及面积置换率，使其值均在常选用的范围之内。
2.2.4 配合比
水泥掺和量以掺和比am表示，即每立方米土的水泥掺和量与地基土的湿密度的比值。水泥土的强度随掺和比增大而增大，设计时根据工程对桩强度的要求来确定。为便于施工，水泥与土的比例一般选用体积比，常取用的比例为水泥：土的体积比为1:5~1:8.
2．2．5 地基承载力的确定
一 般可按照下列公式(1)计算：fspk =mRk／Ap +β(1一m)fsk (1) 式 中：fspk一复合地基承载力标准值(kPa)； m一面积置换率 ；Rk一单桩承载力标准值 (kN)； Ap一桩体截面面积(in )；β 桩间土强度折减系数，可取 0．8～1．0；fsk一天然地基承载力标准值(kPa)。
2．2．6 单桩承载力标准值的确定
Rk应按公式(2)、(3)计算，取较小值：
Rk =η·fcuk·Ap (2)
Rk=qpAp+UP ·∑qsi ·Li (3)
式中：η折减系数 ，可取 0．35—0．5； fcuk一与搅拌水泥土配方相同的立方体试块在室内 测定的无侧限抗压强度标准值； qp一桩端阻力标准值，可取桩端极限阻力标准值 乘以0．5倍的折减系数；UP , Li一桩身周长 ，i层土的桩长; qsi 一 i层土侧阻力标准值，可取极限侧阻力标准值 乘以 0．5倍的折减系数。
2.3 褥垫层
基础与桩和桩间土之间设置一定厚度粒状散体材料组成的褥垫层，在荷载的作用下，基础通过褥垫层始终与桩间土保持接触，保证桩和土体共同承担荷载，减少基础地面应力集中度，调整桩土垂直和水平荷载分担的作用，可提高处理后的复合地基抢的和抗变形能力。
3 施工组织
3.1 材料
水泥土所用水泥常采用标号为325~425的普通硅酸盐水泥，它的活性较好，早期和晚期强度较稳定。矿渣水泥制成的水泥土，强度较高，但不稳定，视土的成分适当添加外加剂才能取得良好的效果。随着地基土含水量增加和有机质含量的增加，水泥土的无侧限抗压强度明显降低，甚至制不成硬化的水泥土，这类土需添加减水剂和增强剂。例如：根据工程经验，可掺入木质硫酸钙作为减水剂；在有机质土中掺入20%左右水泥量的磷石膏，可明显增加水泥的强度。在实际工程中可选择是泥土的初步配方，并通过室内试验，确定其抗压强度，以满足工程需要。
在施工现场，含水量可按“一攥成团，一捏即散”控制，有机质含量控制在5%以内。土料要经过20×20mm筛子过筛，水泥土拌合要均匀，并在两个小时内用于成桩。搅拌越充分，土团粉碎的越细，水泥在土中的分布就越均匀，强度依旧越大。
3.2 成孔
成孔分为挤土成孔和非挤土成孔。挤土成孔可选用沉管、冲击等方法；非挤土成孔可选用人工洛阳铲、螺旋钻等方法。挤土成孔可增加桩间土密实度和承载力，非挤土成孔对施工设备要求不高，便于施工。在施工过程中桩孔直径允许偏差为-20mm，桩控中心点允许偏差满堂布桩时不大于0.4Dmm，条基布桩时不大于0.25Dmm，桩控垂直度允许偏差<1.5%。
3.3 成桩
成桩时，首先孔底必须夯实。每击填料厚度不得大于5cm，应采用三夯一填料，连续成桩，严禁突击填料，保证桩身的演示系数。
4 工程实例
某实验楼，平面呈L型，长26.4m，宽41.1m，建筑面积2300㎡，2层（局部3层），设有一层地下室，条形基础，基础埋深4.1m。
根据勘察报告，现场土层情况如下：
第一层杂填土：由粉土、碎砖、灰渣等组成，松散稍密，厚度0.90~1.90m。
第二层粉土：湿，密实，干强度低，韧性低，中部含水量高，厚度4.10~5.50m，地基土承载力特性值为160Kpa，极限侧阻力特性值为50Kpa。
第三层粉质粘土：可塑-软塑，干强度中等，韧性中等，厚度0.80~1.20m，地基土承载力特性值为120Kpa，极限侧阻力特性值为35Kpa。
第四层粉质粘土：可塑，干强度中等，韧性中等，含姜石，厚度3.80~1.20m，地基承载力特性值为150Kpa，极限侧阻力特性值为40Kpa，极限端阻力特性值为800Kpa。
第五层粉沙：饱和，中密，由长石、石英、少量云母组成，地基土承载力特性值为200Kpa。
4.2 夯实水泥桩设计
按勘察报告显示，第二层的天然地基承载力达不到设计承载力特性值180Kpa的要求，需要对地基进行处理。考虑到夯实水泥土桩经济、便于施工，呢采用夯实水泥土复合地基处理方案。
设计选用圆桩，正方形布置，桩径为350mm，可得Ap=0.0962㎡，Up=1.099m。由于第二土层在基础开挖后，剩余土层较薄，桩埋深较浅，并且第三层土的性能指标较差且薄，可选第四层土层作为承桩端，桩插入盖层1m，取桩长L=4.1m。水泥选用325号普通硅酸盐水泥，土料为原地粉土及粉质粘土。水泥与土的配合比取1:7，螺旋钻机械成孔。
4．2．1 单桩承载力标准值的计算
通过实验室确定水泥土的强度为 fc =2600kPa。 根据 公 式 (2)得 尺^=0．35×2600×0．0962= 87．54kN(取 ∞=0．35)
根据公式(3)得 R =800×0．5×0．0962+1．099× (50×0．5×2．1+35×0．5×1+40×0．5×1)= 137．39kN
取较小值 见=87．54kN 4．2．2 面积置换率的确定 根据 地质 情况 ，可取天然地基承载力标准值为 130kPa。
根据 公式 (1)得 180=m×87．54／0．0962+0．8× (1一m)×130求得 m =9．43％ 由面积置换率计算出桩的个数和桩间距，总个数为 456颗 ，桩距 为 1010mm。
4．3 其他
4．3．1 地下水 在实际施工过程中 ，钻孔 时发现部分孔底有 20— 120era的地下水 ，对其进行夯填 20～120cm碎石的处理。
4．3．2 褥垫层 桩基 完工后 ，人工下挖基地 lOcm，铺设碎石褥垫 层 ，碎石 粒径 1—2cm，宽度 每 端超 出砼 垫层 外边 缘 lOcm，褥垫层夯填度不大于 0．9。
4．4 沉降观测结果 从基础到主体的施工过程中，对建筑物进行了沉降 观测，沉降结果显示，最大沉降为 9mm，沉降差异最大 值为 2mm，说明地基沉降量不大 ，且较为均匀。
5 结论
使用夯宴水泥土桩对软弱地基进行处理是一种很 好的方法 ，与其他处理方法相比有其 自身的优势。
(1)处理软弱地基效果好，它通过挤压、摩擦等作用 使桩体和天然土层共同工作，形成较为均匀的复合地 基 ，显著提高软弱地基的承载力和抗变形能力 ，减少建 筑物的总沉降量和不均匀沉降量。
(2)桩的质量易于控制，成孔后随填料随夯实，不易 产生断桩等质量问题。
(3)夯实水泥土桩施工方法简单 ，易于操作 ，既可机 械成孔 ，又可人工成孔，成孔速度快，施工效率高，便于 压缩工期。
(4)经济效益显著，本工程使用夯实水泥土桩处理 地基 ，造价约 6．5万元 ，可 比达到同样效果的钢筋砼桩 节约资金一半以上。
