水泥粉體深層噴射攪拌樁（以下簡(jiǎn)稱粉噴樁）處理道路深厚軟土地基，具有承載力高、沉降小、穩(wěn)定性好、工期短和地基經(jīng)粉噴樁處理后，側(cè)向水平位移明顯減少等突出優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)為后期沉降較慢、工程造價(jià)高。但就其優(yōu)點(diǎn)而言應(yīng)具有良好的應(yīng)用前景。粉噴樁復(fù)合地基（以下簡(jiǎn)稱粉噴樁地基）的設(shè)計(jì)已被列入一些規(guī)范（如JGJ79－2002《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”），但總體上還不夠成熟，而且目前對(duì)于結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)下粉噴樁地基工作性能研究的較多，對(duì)路堤情況則研究較少。本文首先研討粉噴樁及粉噴樁地基的工作性能依此作為設(shè)計(jì)理論，然后結(jié)合路堤下粉噴樁的工作特性，結(jié)合實(shí)例對(duì)其實(shí)用的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討。
一、粉噴樁及粉噴樁復(fù)合地基的工作狀態(tài)及設(shè)計(jì)理論
（一）粉噴樁的工作狀態(tài)
使用深層攪拌機(jī)械在地基中將土與水泥（或者其它固化劑）就地強(qiáng)制拌和，即形成以水泥土為樁身材料的粉噴樁，并與樁間土構(gòu)成復(fù)合地基。樁身水泥土的強(qiáng)度及變形模量比樁間土大得多，但遠(yuǎn)小于剛性體材料（混凝土等），樁身具有一定的壓縮性，其工作性能可說明如下：
1．樁身位移
由于樁頂壓力P的作用，樁身發(fā)生壓縮變形，同時(shí)，視樁長(zhǎng)及樁底土質(zhì)的情況，樁底也可能發(fā)生沉降（即樁底向下刺入土中）。樁與樁周土之間的相對(duì)位移導(dǎo)致產(chǎn)生土對(duì)樁的側(cè)摩阻力，使粉噴樁的工作表現(xiàn)為典型的摩擦樁形狀，從樁頂向下，樁身的軸力N及應(yīng)力δP沿高程減小，較大的N、δP集中于上部樁段。
2．樁身破壞位置
上部樁段在發(fā)生較大軸向壓縮應(yīng)變（一般在樁頂或近樁頂處達(dá)到）的同時(shí)，樁身沿環(huán)向拉伸（樁徑增大）。上述變形一方面隨P的增大而增大，另一方面沿樁身向下傳遞并減小，最終在上部樁段某處（一般為δP大而水泥土強(qiáng)度薄弱處）樁體發(fā)生強(qiáng)度破壞，沿徑向開裂或被壓碎。
3．樁身主要工作區(qū)域
由于上部樁段的壓縮變形量大，因此樁側(cè)摩阻力f也比下部樁段大。隨著P的增大，f的值首先出現(xiàn)在上部樁段的某個(gè)位置（此時(shí)一般尚未發(fā)生樁體強(qiáng)度破壞），然后沿樁身向下延伸；在其下的樁段，總體上f沿樁長(zhǎng)減小。在荷載板試驗(yàn)中，若樁頂周圍的土隨樁頂一起被壓縮，則樁頂以下一定深度范圍的樁側(cè)摩阻力不能充分發(fā)揮（考慮負(fù)摩擦力的因素），因此f的值不是從樁頂位置就開始達(dá)到，而是距樁頂有一定深度。基礎(chǔ)底面直接置于粉噴樁地基頂面時(shí)即屬于此種情況。上部樁段如位于不同土層中，則樁身水泥土強(qiáng)度也不同。土層分界處上、下部分樁身的軸向應(yīng)變也不同。軟土層以上覆蓋有硬殼層時(shí)即屬于此種情況。F的值常出現(xiàn)在應(yīng)力較大樁段的土層分界面處，隨著P的增大，樁身破壞也往往發(fā)生在該位置或其附近。在樁與土的相對(duì)位移達(dá)到一個(gè)不大值時(shí)（主要與土的性狀有關(guān)），f即充分發(fā)揮。粘性土與剛性樁之間的相對(duì)位移達(dá)到約4～6mm時(shí)，樁側(cè)摩阻力即可發(fā)揮到極限值。對(duì)于粉噴樁，有試驗(yàn)表明，當(dāng)單樁沉降s不超過10mm時(shí)，f與s的關(guān)系近似為線性。同時(shí)粉噴樁的單樁靜荷載試驗(yàn)p－s曲線表明，破壞模式為樁身強(qiáng)度破壞模式。顯示一般樁底向下的刺入量較小，因此接近樁底的下部樁段側(cè)摩阻力很小。由此也可說明，樁的變形是由上部樁段的壓縮為主，下部樁段的壓縮變形量較小。
4．臨界樁長(zhǎng)
當(dāng)上部樁段（某位置）的樁體即將發(fā)生強(qiáng)度破壞時(shí)，樁的承載力達(dá)到極限值，此時(shí)樁身其它部位的強(qiáng)度尚未充分發(fā)揮，樁身的軸力、應(yīng)力、壓縮變形以及樁側(cè)摩阻力均發(fā)生在自樁頂向下的一定長(zhǎng)度樁段，該長(zhǎng)度即大致為粉噴樁的臨界樁長(zhǎng)Lc；對(duì)Lc定義的有不同方式，例如大致按樁身軸力等于0.1P的位置確定，或按著沉降量等于樁頂沉降量5%的樁身位置確定Lc等。
目前關(guān)于Lc的確定研究有待深入，有實(shí)驗(yàn)資料表明Lc大小會(huì)隨著上覆蓋層荷載的變化和樁身強(qiáng)度的增長(zhǎng)而調(diào)整。根據(jù)一些理論分析提出的計(jì)算方法（公式）計(jì)算Lc的結(jié)果，與一些實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)論相差較多。影響Lc的因素，可主要從樁的變形（指標(biāo)如水泥土的壓縮模量E、樁徑D）、土的變形（指標(biāo)如剪切模量G、泊松比μ）等方面考慮。根據(jù)一些實(shí)驗(yàn)研究，水泥摻入比為15%時(shí)，Lc約為17~18D。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，樁身的應(yīng)力、應(yīng)變和樁體破壞均出現(xiàn)在樁頂以下長(zhǎng)約Lc/2的樁段內(nèi)。在進(jìn)行樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮這一情況。
綜上所述，不同深度樁身應(yīng)力δP、樁側(cè)摩阻力f隨P的變化如附圖所示。由附圖1可見，沿樁長(zhǎng)f不呈直線分布，δP也不呈二次曲線分布。
一、粉噴樁及粉噴樁復(fù)合地基的工作狀態(tài)及設(shè)計(jì)理論
（一）粉噴樁的工作狀態(tài)
使用深層攪拌機(jī)械在地基中將土與水泥（或者其它固化劑）就地強(qiáng)制拌和，即形成以水泥土為樁身材料的粉噴樁，并與樁間土構(gòu)成復(fù)合地基。樁身水泥土的強(qiáng)度及變形模量比樁間土大得多，但遠(yuǎn)小于剛性體材料（混凝土等），樁身具有一定的壓縮性，其工作性能可說明如下：
1．樁身位移
由于樁頂壓力P的作用，樁身發(fā)生壓縮變形，同時(shí)，視樁長(zhǎng)及樁底土質(zhì)的情況，樁底也可能發(fā)生沉降（即樁底向下刺入土中）。樁與樁周土之間的相對(duì)位移導(dǎo)致產(chǎn)生土對(duì)樁的側(cè)摩阻力，使粉噴樁的工作表現(xiàn)為典型的摩擦樁形狀，從樁頂向下，樁身的軸力N及應(yīng)力δP沿高程減小，較大的N、δP集中于上部樁段。
2．樁身破壞位置
上部樁段在發(fā)生較大軸向壓縮應(yīng)變（一般在樁頂或近樁頂處達(dá)到）的同時(shí)，樁身沿環(huán)向拉伸（樁徑增大）。上述變形一方面隨P的增大而增大，另一方面沿樁身向下傳遞并減小，最終在上部樁段某處（一般為δP大而水泥土強(qiáng)度薄弱處）樁體發(fā)生強(qiáng)度破壞，沿徑向開裂或被壓碎。
3．樁身主要工作區(qū)域
由于上部樁段的壓縮變形量大，因此樁側(cè)摩阻力f也比下部樁段大。隨著P的增大，f的值首先出現(xiàn)在上部樁段的某個(gè)位置（此時(shí)一般尚未發(fā)生樁體強(qiáng)度破壞），然后沿樁身向下延伸；在其下的樁段，總體上f沿樁長(zhǎng)減小。在荷載板試驗(yàn)中，若樁頂周圍的土隨樁頂一起被壓縮，則樁頂以下一定深度范圍的樁側(cè)摩阻力不能充分發(fā)揮（考慮負(fù)摩擦力的因素），因此f的值不是從樁頂位置就開始達(dá)到，而是距樁頂有一定深度。基礎(chǔ)底面直接置于粉噴樁地基頂面時(shí)即屬于此種情況。上部樁段如位于不同土層中，則樁身水泥土強(qiáng)度也不同。土層分界處上、下部分樁身的軸向應(yīng)變也不同。軟土層以上覆蓋有硬殼層時(shí)即屬于此種情況。F的值常出現(xiàn)在應(yīng)力較大樁段的土層分界面處，隨著P的增大，樁身破壞也往往發(fā)生在該位置或其附近。在樁與土的相對(duì)位移達(dá)到一個(gè)不大值時(shí)（主要與土的性狀有關(guān)），f即充分發(fā)揮。粘性土與剛性樁之間的相對(duì)位移達(dá)到約4～6mm時(shí)，樁側(cè)摩阻力即可發(fā)揮到極限值。對(duì)于粉噴樁，有試驗(yàn)表明，當(dāng)單樁沉降s不超過10mm時(shí)，f與s的關(guān)系近似為線性。同時(shí)粉噴樁的單樁靜荷載試驗(yàn)p－s曲線表明，破壞模式為樁身強(qiáng)度破壞模式。顯示一般樁底向下的刺入量較小，因此接近樁底的下部樁段側(cè)摩阻力很小。由此也可說明，樁的變形是由上部樁段的壓縮為主，下部樁段的壓縮變形量較小。
4．臨界樁長(zhǎng)
當(dāng)上部樁段（某位置）的樁體即將發(fā)生強(qiáng)度破壞時(shí)，樁的承載力達(dá)到極限值，此時(shí)樁身其它部位的強(qiáng)度尚未充分發(fā)揮，樁身的軸力、應(yīng)力、壓縮變形以及樁側(cè)摩阻力均發(fā)生在自樁頂向下的一定長(zhǎng)度樁段，該長(zhǎng)度即大致為粉噴樁的臨界樁長(zhǎng)Lc；對(duì)Lc定義的有不同方式，例如大致按樁身軸力等于0.1P的位置確定，或按著沉降量等于樁頂沉降量5%的樁身位置確定Lc等。
目前關(guān)于Lc的確定研究有待深入，有實(shí)驗(yàn)資料表明Lc大小會(huì)隨著上覆蓋層荷載的變化和樁身強(qiáng)度的增長(zhǎng)而調(diào)整。根據(jù)一些理論分析提出的計(jì)算方法（公式）計(jì)算Lc的結(jié)果，與一些實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)論相差較多。影響Lc的因素，可主要從樁的變形（指標(biāo)如水泥土的壓縮模量E、樁徑D）、土的變形（指標(biāo)如剪切模量G、泊松比μ）等方面考慮。根據(jù)一些實(shí)驗(yàn)研究，水泥摻入比為15%時(shí)，Lc約為17~18D。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，樁身的應(yīng)力、應(yīng)變和樁體破壞均出現(xiàn)在樁頂以下長(zhǎng)約Lc/2的樁段內(nèi)。在進(jìn)行樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮這一情況。
綜上所述，不同深度樁身應(yīng)力δP、樁側(cè)摩阻力f隨P的變化如附圖所示。由附圖1可見，沿樁長(zhǎng)f不呈直線分布，δP也不呈二次曲線分布。