摘要：从桩体长度及刚度、土层刚度等相互关系计算临界桩长（即有效桩长），为确定水泥搅拌桩桩型选择及桩长提供设计依据。
关键词：临界长度；桩型；合理桩长
1.引言
水泥搅拌桩是利用水泥（浆液或粉体）等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械强制搅拌，使软土和固化剂发生固化作用硬结成整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土体，从而一定程度上提高地基土强度及变形模量。水泥搅拌桩加固深度主要由地基承载力及桩体强度确定，干法加固不宜超过15m，湿法加固不宜超高20m，很多设计均以此为设计准则，未考虑在不同地质情况下是否能发挥全桩长效应，从而导致超长水泥搅拌桩的出现，造成工程浪费。本文从桩长、桩土刚度比等相互关系引入临界桩长计算，通过计算临界桩长，并与地基承载力、桩体长度计算出桩长进行对比，确定水泥搅拌桩桩型及有效桩长，为水泥搅拌桩复合地基提供计算依据。
2.地基承载力计算桩长
水泥搅拌桩加固后地基属于有粘结强度增强体地基，复合地基计算按下面公式计算[1]：
（4）临界桩长大小的影响因素
以上三个临界桩长计算公式中，式子（1）、（2）只从桩土刚度比方面计算桩长，可用于软基处理时的桩长估算，精确度上式（2）优于式子（1）；公式（3）还考虑了桩周土的软硬程度、对桩体的约束条件上考虑桩长，更接近实际，可用于工程计算。
另外，从上面计算式中，可以看出，桩土刚度比是影响临界桩长大小的主要因素，在地基土一定的情况下，要想获得较大临界桩长，需要提高桩体的压缩模量，这就意味要加大水泥搅拌桩的水泥掺入量，这对于目前设计规范中桩长只提到与工法有关，是一个有效的补充，但是，一味加大水泥掺入量，不利于发挥桩间土承载力，故在设计过程中要综合考虑，设计好垫层厚度设计，以调整桩、土应力分配。
5.临界桩长对桩型的影响
当桩长超过临界桩长时，超长桩长几乎不参与荷载传递，桩端阻力几乎为零，故：
（1）L3≤L1时，标明存在超长桩长，此时，水泥搅拌桩按摩擦桩计算，桩端承载力及超长桩长摩阻力不予以考虑，桩长不合理，应校核。
（2）L3＞L1时，全桩长考虑摩阻力及桩端承载力。
在软基设计过程时，要充分考虑临界桩长的影响，避免出现超长桩长，造成工程浪费。建议采用L1、L2作为主要设计指标，L3作为校核指标。
6.设计算例
为了验证以上计算式，本文在实际工程中选取典型工点，一共6根水泥搅拌桩作为试验桩。其中，2根作为钻芯取样使用，4根作为静载试验使用，桩长15m，桩体预埋应力计。
（1）试验概况
桩长15m，桩径φ0.5m，使用单向搅拌，采用四搅四喷工艺，水泥为水泥等级用42.5R，掺入量暂定为60kg/m，水灰比0.50~0.60。
（2）应力计埋设
施工完毕，立即采用静力触探将钢弦式压力传感器打入预定深度水泥搅拌桩中，打入深度范围可根据以上公式估算并适当放宽，本次压力计分别埋深8m、10m、12m、14m。
（3）桩身质量
对预留2根桩进行钻芯，芯样强度与28天强度试验相差不大，较为完好，桩身压缩模量为165MPa，桩身强度能较好传递荷载；土基压缩模量为1.5MPa。
（4）试验桩承载力分析
在4根预埋了压力计的水泥搅拌桩桩顶施加竖向力，分别为60KN、80KN、100KN，根据压力计压应变换算为压力，轴力随着深度逐渐收敛，在12.0m处只有桩顶力的0.5%～3%，说明水泥搅拌桩的临界长度为12m左右。
根据（3）式，R2取1.85D～3D的平均值2.4D，即2.4×0.5=1.2m，土的泊松比取0.5，经计算，L3=12.1m，基本与试验桩临界长度相符合，可用于临界桩长计算及校核。
7.结语
工程实践证明，临界长度是存在且可以计算的，工程设计过程中桩长要结合承载力、桩身材料强度、桩土刚度比确定，避免超长桩出现，造成工程浪费。
参考文献：
[1]JGJ 79-2012，建筑地基处理技术规范[S]，北京，中国建筑工业出版社，2012.
[2]段继伟，龚晓南，曾国熙.水泥搅拌桩的荷载传递规律[J].岩土工程学报，1994，16（4）：1~7.
[3]段继伟.柔性桩复合地基的数值分析[D].杭州：浙江大学，1993.
[4]罗惟德.单桩承载机理分析与载荷-沉降曲线的理论推导[J].岩土工程学报，1990，12（1）：35~44.
[5]吴起星，田管凤.竖向受力桩的影响半径的讨论[J]. 岩石力学，2004，25（12）：2028～2032.
论文作者:汪贵春
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/31
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