水泥土深层搅拌桩是加固软弱地基的手段之一，适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土等软弱地基。该方法由于具有费用低、施工噪声小、无环境污染等优点而得到广泛应用。在深层搅拌桩的设计、施工、质量检验等方面，已有许多学者对此进行了研究和探讨，并取得了很多有价值的成果。下面就深层搅拌桩设计中易被忽略的几个问题做一些的探讨。
3.5.1 布桩间距
在水泥土深层搅拌桩设计中，设计人员往往重点考虑的是搅拌桩置换率的大小，一般很少考虑布桩间距问题，是否需要考虑桩间距，《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002）以及相关的设计手册未见有明确规定。
在《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）中规定了桩的最小中心距，即对非挤土桩和部分挤土灌注桩，排数不少于3排且桩数不少于9根的摩擦型桩基，桩的最小中心距不少于3d（d为桩径），其他情况为2.5d。这主要是为了避免桩基施工可能引起土的松弛效应和挤土效应对相临基桩的不利影响，或者是说为了不影响桩周土侧阻力和桩端阻力的发挥。
深层搅拌桩应该属于非挤土桩或者是部分挤土灌注桩，当按式（3.11），由桩周土和桩端土的抗力提供水泥土搅拌桩桩体的单桩承载力时，搅拌桩的作用机理应该与钻孔灌注桩相似，且搅拌桩具有以下两点特性：①在桩顶荷载作用下，水泥土搅拌桩的沉降主要是由桩身压缩引起的，而且桩身上部的压缩量比下部的大，到桩端几乎接近零；②由于桩身上部压缩较大，因此桩周摩阻力在桩身上部得到充分发挥，类似纯摩擦桩的特征。由于搅拌桩具有类似纯摩擦桩的特征，因此，为了不影响桩周土侧阻力的发挥，水泥土深层搅拌桩应该与桩基础一样，具有最小中心距，借鉴桩基中非挤土桩和部分挤土灌注桩的最小中心距，从理论上来说，搅拌桩的最小中心距应该也为2.5d～3d，但搅拌桩与桩基略有区别。
表3.1为《建筑地基处理技术规范》（ JGJ 79—2002）及《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）对几种常见土层的侧阻力和极限侧阻力建议值。
表3.1 搅拌桩与干作业钻孔桩的侧阻力值对比（kPa）Table 3.1 Comparison of side friction-resistance stress between mixing pile and dry bored pile（kPa）
考虑到极限侧阻力标准值为侧阻力特征值2倍左右（取安全系数为2），由表3.1可知，对于淤泥、淤泥质土的桩侧阻力取值，搅拌桩和干作业钻孔桩的取值标准基本相同，由此可见，为了保证桩周土侧阻力的发挥，对于处理对象为淤泥、淤泥质土地基，搅拌桩的最小中心距参照钻孔桩要求应控制为2.5d～3d，否则，设计中桩周土侧阻力取值要降低；而对于软塑粘性土和可塑粘性土，干作业钻孔桩极限侧阻力标准值分别是搅拌桩侧阻力特征值的3倍和4倍左右，搅拌桩侧阻力的取值标准比干作业钻孔桩的偏低，留有一定的安全余地，因此，搅拌桩最小中心距比照干作业钻孔桩可适当放宽，也即可小于2.5d～3d。
3.5.2 负摩阻力
在水泥土深层搅拌桩设计中，负摩阻力的问题往往易被设计人员所忽略。正常情况下，桩顶受竖向荷载下沉，桩侧土体对桩产生与桩的位移方向相反的摩阻力，这称之为正摩阻力，而当桩侧土体因某种原因而下沉的沉降量大于桩的沉降量时，桩周土对桩产生与位移方向一致的摩阻力，即为负摩阻力。
负摩阻力的起因在于桩周土体的沉陷，搅拌桩桩体在以下几种情况可能产生负摩阻力：
（1）位于桩周的欠固结粘土或新填土在重力作用下产生固结；
（2）由于地下水位全面降低（例如长期抽取地下水），致使土体有效应力增加，因而引起土层大面积沉降；
（3）自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷。
桩的负摩阻力是个较复杂的问题。到目前为止，尚没有很完善的理论方法或经验方法进行计算。
桩—土间的相对位移是引起桩侧阻力的直接原因。当桩身某截面沉降量大于该截面桩侧土体沉降量时，桩侧阻力方向向上，其值为正；反之，桩侧阻力方向向下，桩身承受负摩阻力作用。一般来说，桩－土相对位移越大，产生的负摩阻力也越大。
在工程实践中，当遇到上述几种可能产生负摩阻力的情况，按式（3.11）计算搅拌桩单桩承载力时，应考虑负摩阻力的影响。负摩阻力的计算可参照《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—94）的方法要求。但搅拌桩与刚性桩基础不同，搅拌桩在上部荷载的作用下，它自身有一定的压缩变形，在同样的桩周土层条件下，其桩—土间的相对位移没有刚性桩基础大，其产生的负摩阻力也相对要更小，因此其参照桩基础计算得到的负摩阻力要适当予以折减。
3.5.3 复合地基中相对软弱夹层的验算
当被处理的地基由多层土组成，且下部土层相对上部更软弱时，应该进行复合地基中软弱夹层强度的验算。
例如，设计中要求复合地基承载力特征值fspk达到180kPa，已知搅拌桩的桩径为Φ500mm，若已确定单桩承载力Ra＝100 kN，如图3.2。
按地基处理规范的规定，复合地基承载力特征值fspk为：
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
式中：将相关参数fspk =180kPa,fsk =110kPa,R a =100 kN,Ap =0.196 m 2 代入式（3.27），并取β＝0.9；计算得到的置换率m =19.7％，取m =20％。第1层及第3层复合地基的承载力特征值fspk都将达到180kPa。
将m =20％、fsk=50kPa代入式（3.27），得到而第2层复合地基（厚度0.8 m）的承载力特征值fspk=138kPa，那么第2层复合地基将构成为第1层复合地基的软弱下卧层，必须进行软弱下卧层强度验算，其验算方法可按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）的有关规定进行。若验算不满足，则必须提高置换率m 直到满足为止。
若在处理前的设计中，直接以第2层土作为设计依据，即采用第2层土的f a=50kPa作为fsk的值代入式（3.27）求置换率m，这样又显得偏保守，等于没有考虑第1层土强度相对较高的有利因素。
图3.2 搅拌桩复合地基示意图Fig.3.2 Diagram of mixing pile composite foundation
3.5.4 软弱下卧层验算
《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002）第11.2.8条中规定：“当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）的有关规定进行下卧层承载力验算”。当复合地基桩体置换率较大（m >20%），将搅拌桩和桩间土视为一个假想的实体基础，验算假想基础底面（下卧层地基）的承载力，最常见的推荐验算公式如下：
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
式中：f＇——假想实体基础底面压力（kPa）;
fspk— 复—合地基承载力（kPa）;
A— 加—固地基面积（m2）；
fsk— 假想实体基础边缘软土的承载力（kPa）;
G——假想实体基础自重kN;
As——假想实体基础的侧面积（m2）;
A1——假想实体基础的底面积（m2）;
f—— 假想实体基础底面经修正后的地基承载力（kPa）。
在式（3.28）中，把复合地基当成一个实体基础进行验算，那么验算的实质，其实就是相当于常规浅基础中的基础底面压力验算（或者是地基持力层强度验算）。若复合地基如图3.2所示，在复合地基下卧层（即第4层）以下，还存在第5层软塑粘土，其fa=80kPa，那么还应该把第5层当成软弱下卧层，并按《建筑地基基础设计规范》（ GB 50007—2002）对其进行软弱下卧层验算。在工程实践中，人们往往易忽略对如第5层这样的软弱下卧层进行验算，因为有关的规范或手册中均没有提及。
3.5.5 沉降验算
复合地基的变形包括搅拌桩复合土层的平均压缩变形s1 与桩端下未加固土层的压缩变形s2。对s1的计算，《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002）第11.2.9条规定得较明确；而对s2的计算则要求按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）的有关规定进行。问题的关键是，桩端下未加固土层顶部（下卧层顶部）的附加压力较难确定，通常采用以下方法：
3.5.5.1 实体深基础法
将搅拌桩和桩间土视为一个假想的实体基础，作用在桩端下未加固土层顶部（下卧层顶部）的附加应力p0 为：
p0 =f'－σcz （3.29）
式中：f＇——假想实体基础底面压力，同式（3.28）的计算（kPa）；
σcz——未加固土层顶部土自重应力（kPa）。
用该法求下卧层顶面的附加应力P0，具有一些不合理的因素。在实际设计计算中发现：当搅拌桩相对较长，被处理的面积尺寸相对较小时，计算的附加应力p0有时为负值，这就意味着s2 =0；而所有的条件均不变，仅仅加大被处理的面积尺寸，计算的附加应力p0就有可能为正值，且面积尺寸越大，附加应力p0也越大。原因主要是被处理的面积尺寸越小，实体基础的侧表面积反而相对越大，即
3.5.5.2 应力扩散法
将复合地基视为双层地基，由加固区土层和下卧层土层组成。复合地基上作用荷载p，通过加固区土层产生应力扩散，应力扩散角为θ，下卧层顶部附加应力p0的计算，可参照《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）进行。但应力扩散角θ的选取，是否能按地基规范选用，值得探讨，有待于进一步的试验或实践验证。
搅拌桩复合地基的沉降计算，目前尚无成熟的方法，建议按实体深基础法和应力扩散法分别进行计算，取两者的大值。有条件的话，建议进行沉降变形观测，并将计算结果与实测结果对比，以积累经验。
3.5.6 结论
（1）为了保证桩周土侧阻力的发挥，当处理对象为淤泥、淤泥质土的地基，搅拌桩最小中心距参照钻孔桩要求应控制为2.5d～3d，否则，桩周土侧阻力取值要降低；而处理对象为软塑粘性土、可塑粘性土的地基，搅拌桩最小中心距可适当放宽要求。
（2）当出现桩周的欠固结粘土及新填土在重力作用下产生固结、地下水位全面降低或黄土浸水后产生湿陷的情况下，应考虑搅拌桩的负摩阻力。
（3）当被处理的地基由多层土组成且下部土层相对上部更软弱时，应该进行复合地基中软弱夹层强度的验算。
（4）当桩端未加固土层以下，还存在软弱土层时，应按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）对其进行软弱下卧层验算。
（5）搅拌桩复合地基的沉降计算，建议按实体深基础法和应力扩散法分别进行计算，取两者的大值。有条件的话，建议进行沉降变形观测，并将计算结果与实测结果对比，以积累经验。
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