水泥土复合管桩,又称劲性搅拌桩,是由预应力高强混凝土管桩作为芯桩同心植入水泥土搅拌桩复合而成,并根据构造要求在预应力高强混凝土管桩内腔填入一定长度混凝土的新型复合桩基。该桩型的技术特点在于通过外围搅拌水泥土桩与预应力高强混凝土管桩的尺寸、材料强度优化匹配后可充分发挥预应力高强混凝土管桩刚性大与水泥土桩桩侧阻力大的优势。另外,水泥土桩可以根据设计需要在孔底形成一定直径、高度的扩大头,管桩底部可以采用螺纹或竹节桩以增加管桩与水泥土桩之间的侧摩阻力。该桩型主要适用于素填土、粉土、黏性土、砂土等土层,尤其是软弱土层,为软弱土地区修建大型建(构)筑物提供了新方法和新思路。水泥土复合管桩是在既有多种技术交叉融合基础上开发的一种新型组合桩,汲取了水泥土搅拌桩、管桩等技术优势,具有大直径、长桩、高承载力、高经济性、高施工效率、低污染等特点。与单一的灌注桩、管桩、水泥土桩等相比,水泥土复合管桩不仅可以节省大量钢材、砂石等原材料,而且具有无泥浆污染、噪声污染和无挤土效应低的特点,符合国家“四节一环保”和发展绿色建筑的政策。本文以太原市恒大金碧天下工程为依托,对水泥土复合管桩进行现场足尺静载试验,利用低应变、钻芯法检测和BOTDR分布式光纤传感技术对桩身完整性、水泥土无侧限抗压强度、应变、沉降以及端阻力进行测试,通过对本次试验过程中取得的数据进行分析,研究了水泥土复合管桩在竖向荷载作用下的沉降、轴力、桩侧摩阻力变化规律,进而分析复合桩的荷载传递机理和承载特性。同时对芯长比和含芯率对水泥土复合桩的影响进行了研究。结合设计、试验和工程经验讨论了水泥土复合管桩的承载力计算方法和破坏模式,提出一些提高承载力的建议,并在经济性上与传统灌注桩进行了比较分析。最后,对需要进一步开展的研究工作进行了探讨。主要研究结果有:(1)该水泥土搅拌桩机具有成桩质量高和成桩能力强的优点,可充分满足太原地区的施工设计要求。水泥土复合管桩在管桩接桩位置、非复合交界面和桩底均无明显波形反射,桩身质量较高。施工机具成桩能力较高,成桩深度可达55m。(2)水泥土复合桩满足承载力和沉降设计要求,可等效替换灌注桩。各试桩桩身侧摩阻力的分布基本相似,均呈单峰状分布。负载施加于芯桩较施加于整个复合桩对摩阻力的影响在浅层土较明显。复合桩采用慢速低能级加载有助于各个土层摩阻力的发挥。各地层摩阻力地区经验值和勘察设计建议值较保守。水泥土的抗压强度代表值为6MPa,是地区经验代表值的五倍,水泥土对芯桩有很高的握裹力。(3)水泥土复合管桩端阻占比最高分别为1.26%、2.33%和5.31%,为纯摩擦桩。端阻力占比随加载等级呈现出明显“U”型变化,破坏荷载与加载初期的端阻占比基本相同。另外,分布式光纤应变测试中端阻力推测值误差较大,建议使用土压力传感器直接采集。(4)芯长比和含芯率对复合桩承载力的影响较大,特别是加载后期。在一定范围内,芯长比和含芯率越大极限承载力越高。含芯率越高,芯桩的荷载集中度越高。本试验最优芯长比为0.92。水泥土复合桩破坏模式表现为芯桩桩顶混凝土发生剪切破坏后被压碎,剪切破坏面位于桩顶下3.85m左右,断面差约为0.10m。(5)水泥土复合管桩相较于传统灌注桩具有很经济性高、管理可控性高和环保性高的“三高”优势。本次工程水泥土复合管桩的综合造价较传统灌注桩节约1/5。(6)水泥土复合管桩取代传统灌注桩在太原地区具有有效性,为本地区地基处理提供了新思路和新方法。但桩型需做进一步优化设计。其中,芯长比和含芯率的优化需综合考量。同时,建议芯桩在一定长度内做灌芯处理并与桩基承台锚接,必要时水泥土桩在桩顶一定长度内做复喷复搅或增大水灰比,以达到最优破坏模式。