水泥土搅拌桩复合地基作为地基土与竖向增强体共同承担荷载的人工地基，已广泛应用于软弱地基处理工程中，对提高软弱地基承载力和减少地基沉降变形有明显作用。国内外学者在水泥土搅拌桩复合地基作用机理﹑承载力试验﹑垫层调节作用机理﹑桩土应力比等方面取得了丰硕的研究成果。在水泥土搅拌桩复合地基沉降变形方面，国内学者也进行了大量的试验及理论研究，有比较成熟的规范计算公式。但以上所有的研究成果都是建立在水泥土搅拌比较完整的基础上。受地质情况及施工工艺影响，水泥土搅拌桩并不是完整的桩体，相较于水泥土搅拌桩强度对承载力的影响，水泥土搅拌桩的完整性对承载力的影响更重要，因此有必要对水泥土搅拌桩的完整性对承载力的影响进行研究，分析水泥土搅拌桩不同部位（完整性差）对承载力影响的大小。

本文结合中山某船闸工程水泥土搅拌桩竖向增强体载荷试验实例，从试验与理论的Q-S曲线对比分析中，评判水泥土搅拌桩桩体的完整性及大致的薄弱部位，可为判断水泥土搅拌桩桩体的完整性提供新思路，并为水泥土搅拌桩施工质量控制重点提供指导。

根据《岩土工程勘察报告》，本试验场地为典型软土场地，土参数中的桩侧阻力取值是根据相关资料的研究成果得到，相关文献表明桩侧阻力与标贯击数存在对应关系，即q_si=βN_63.5，对黏性土β取值为3～6，具体至本工程中，β取值为5^[1]。水泥土搅拌桩影响范围内地质概况如下。

1）第1层淤泥，深灰色，饱和，流塑，含有机质，有腐臭味，手捏具有滑感，深度为0～15.4m，厚度为15.4m，压缩模量为2.10MPa，桩侧阻力特征值为10.0kPa，无侧限抗压强度为12.0kPa，标贯击数为2击。

2）第2层淤泥质粉质黏土，灰黑色，饱和，带臭味，局部夹薄层粉细砂，深度为15.4～23.2m，厚度为7.8m，压缩模量为2.15MPa，桩侧阻力特征值为20.0kPa，无侧限抗压强度为19.6kPa，标贯击数为4击。

3）第3层粉质黏土，黑色，可塑，含10%～20%中细砂，黏性较好，干强度高，深度为23.2～25.9m，厚度为2.7m，压缩模量为3.72MPa，标贯击数为28击。

4）第4层粗砂，土黄色，饱和，中密，含10%～15%的粉黏粒，颗粒级配良好，深度为25.9～27.9m，厚度为2.0m。

中山某船闸工程采用水泥土搅拌桩加固软弱地基，水泥土搅拌桩直径为700mm，采用正方形布桩形式，水泥土搅拌桩中心距为1.1m，竖向增强体承载力特征值为115kN，设计复合地基承载力为135kPa，设计桩长为20.5m，水泥掺入率为18%,28d后的无侧限抗压强度设计值为1.0MPa。

本次选取地质情况、施工工艺等各项参数相同的2根水泥土搅拌桩进行试验与理论对比研究。本次水泥土搅拌桩竖向增强体载荷试验荷载最大加载至承载力特征值的2倍，即230kN，未进行破坏试验。本次试验采用混凝土试块压重平台反力装置作为荷载反力，试验开始前将1.2倍于最大试验荷载的荷重一次性施加于平台。试验前，根据规范要求的方法对增强体桩头进行加固增强处理，能保证桩头不至于在静载试验时受到破坏，避免其影响数据的准确性；并采用水泥砂浆将桩顶抹平的桩头处理方法，增强体载荷试验时桩顶标高为设计标高。试验通过1台50t千斤顶施加压力，并在桩顶2个方向对称安置4个百分表，按规定时间测读桩顶沉降量。分级荷载为最大试验荷载的1/10，第1级荷载取分级荷载的2倍，水泥土搅拌桩竖向增强体静载试验的加载、卸载、试验终止加载条件、数据分析与判定等严格按照JGJ 340—2015《建筑地基检测技术规范》进行^[2]。

假设整个桩体完整性完好并且忽略桩周土附加应力引起桩底的沉降，根据规范计算，桩侧摩阻力为最大加载荷载230kN时，桩体长度为10.5m，因此仅对上部桩体10.5m的范围进行静载过程的理论分析，不考虑下部桩体及持力层的变形分析，并且忽略上部桩体桩周土附加应力引起的桩底变形。试验后进行钻芯取样检测，得到抗压强度，并根据参考文献[3]的研究成果计算变形模量。参考文献[3]对水泥土抗压强度与变形模量之间的关系进行了详细研究，本文中的水泥土变形模量采用参考文献[3]的研究成果：E₅₀=142q_u，变形模量是根据取样深度的变形模量，按照桩体轴力在深度方向的分布情况加权平均得到。各级加载时，桩体压缩变形计算按照JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》进行，忽略经验系数的修正。经计算，1号桩体在各级荷载作用下压缩变形理论值分别0.65,1.47,2.65,4.11,5.86,7.87,10.30,13.15,16.47mm;2号桩体在各级荷载作用下压缩变形理论值分别为0.80,1.79,3.18,4.93,7.04,9.47,12.28,15.43,18.72mm。

1号桩静载试验与理论对比的Q-S曲线如图1所示。从图1可以看出，加荷至46,69kN时，试验与理论的Q-S曲线基本一致；加荷至92kN时，对比理论Q-S曲线，试验Q-S曲线有突变。由此可见，桩体0～4.2m范围内有局部薄弱部位，并且该局部薄弱部位在桩顶荷载69kN时，并未产生较大的变形，在桩顶荷载92kN时，产生较大变形。而加至后一级荷载115kN时，试验值又趋近于理论值，说明该局部薄弱部位在桩顶荷载92kN时，已得到充分压缩增强；加荷至161kN时，对比理论Q-S曲线，试验Q-S曲线有第2次突变，说明桩体0～7.3m范围有局部薄弱部位，并且该局部薄弱部位在桩顶荷载138kN时，并未产生较大的变形，在桩顶荷载161kN时，产生较大变形。而加至后一级荷载184kN时，试验值又趋近于理论值，这说明该局部薄弱部位在桩顶荷载161kN时，已得到充分压缩增强。加荷至184,207,230kN时，试验与理论的Q-S曲线基本一致，说明7.3～10.5m范围内的桩体并没有新的薄弱部位，原0～7.3m范围内的薄弱部位经桩顶荷载161kN作用时，已得到充分压缩增强，能够承受后3级荷载的

2号桩静载试验与理论对比的Q-S曲线如图2所示。从图2可以看出，前9级荷载作用下，试验与理论的Q-S曲线基本一致，表明对应的各级荷载影响范围的桩体（0～9.4m）没有明显的薄弱部位；加荷至最后一级荷载即230kN时，与理论Q-S曲线对比，试验Q-S曲线有明显突变，产生这种突变有3种可能性：(1)上部桩体（0～9.4m）局部薄弱部位产生较明显的塑性变形，上部桩体（0～9.4m）在加荷至230kN的前一级荷载时在弹性变形范围内，而在加至本级荷载（即230kN）时有相对薄弱的部位产生明显的塑性变形；(2)下部桩体（9.4～10.5m）有明显的薄弱部位，在加荷至230kN时，下部桩体（9.4～10.5m）将承受由桩顶传递来的荷载，但受0～9.4m桩体范围内的桩周土侧摩阻力的影响，传递到9.4～10.5m桩体范围内的荷载较小，同时在上部桩体完整性较好的情况下，出现沉降明显突变，则基本能判断9.4～10.5m范围桩体完整性较差；(3)综合前2种情况，加荷至230kN时，相比理论曲线，沉降出现明显突变应是0～9.4m范围桩体相对薄弱部位产生塑性变形及9.4～10.5m范围桩体明显薄弱部位产生塑性变形的叠加。

通过试验与理论的Q-S曲线对比分析，可以初步判断桩体的完整性及均匀性，如果桩体比较完整，水泥土搅拌比较均匀，未出现薄弱部位，试验曲线应与理论曲线保持一致性。当在某级荷载作用下，出现Q-S曲线的突变时，则可大致确定薄弱部位出现在该级荷载作用下影响桩体的部位，但要准确预测位置，还需深入研究。从理论与现场静载试验分析可知，水泥土搅拌桩上部桩体的完整性对承载力及变形至关重要，因此水泥搅拌桩施工时应加强上部桩体施工质量控制，确保上部桩体搅拌均匀完整。