近年来,珠海地区交通基础设施的开发建设速度不断加快,珠海地区广泛分布的不良软土地基对路桥工程的建设速度和质量有巨大影响。目前珠海地区广泛使用水泥搅拌桩进行软土地基处理,尽管如此,差异沉降大的问题没有得到解决。另一方面,泡沫轻质土用于路堤填筑其施工过程中干燥开裂、在行车荷载下性能劣化的问题依然存在。因此,本文提出将轻质化技术应用于地基处理,形成新型轻质水泥土桩复合地基,桩身的轻质化能够减小复合地基的沉降,同时能够避免轻质材料在干湿循环环境和动载下长期性能的衰退。本文主要研究内容如下:(1)研发新型轻质水泥土材料。为了使轻质水泥土材料满足容重、强度与流动度三方面的要求,首先研发高性能固化剂,探究硅粉掺量与轻质水泥土强度的关系;然后通过改变泡沫掺量改变轻质水泥土的容重;接着通过掺入减水剂来提高泡沫水泥浆液的流动度以满足施工和易性要求;最后探索轻质材料在地下环境中地下水浸泡和地基土荷载对轻质水泥土强度的影响。试验结果表明:轻质水泥土最优配比为:干土:水泥:偏高岭土:硅粉:泡沫:减水剂=1:0.3:0.075:0.015:0.01:0.03。(2)通过微观试验探究轻质水泥土的孔隙分布与微观结构,在分析轻质水泥判断土与传统水泥土生成物差异的基础上明确轻质水泥土材料的强度形成机理。首先通过压汞试验,对比传统水泥土与轻质水泥土在孔隙率与孔径分布规律上的差异,阐明轻质水泥土的微观特征;然后通过SEM试验观察高性能固化剂生成物的形态特征,并结合EDS判断生成物的种类与数量;最后结合微观结构与生成物的特总结轻质水泥土材料的强度形成机理。试验结果表明:轻质水泥土材料中的孔隙主要来源于掺入的泡沫,泡沫在水泥土固化后形成孔隙;硅粉的掺入能够显著提高轻质水泥土结构的密实程度,并影响水泥土水化反应的生成物;(3)通过数值模拟对比轻质水泥土桩复合地基和传统水泥土桩复合地基的承载特性,并修正轻质水泥土桩复合地基的沉降计算方法。研究结果显示深度20m以下轻质水泥土桩复合地基地基土的应力与传统水泥土桩复合地基相比减小了约19%,下卧层的沉降呈现回弹变化;20m深度处桩体自重应力减小约75%;路堤荷载下轻质水泥土桩复合地基的地基土附加应力减小幅度在20m深度处约为32%;轻质水泥土桩复合地基下卧层的总沉降量与传统水泥土桩复合地基相比减小了约37%;对于复合地基下卧层来说,轻质水泥土桩相比传统水泥土桩自重的减小相当于减小了34%的附加应力,在此基础上提出了新的轻质水泥土桩复合地基下卧层沉降计算方法,计算结果显示在考虑轻质水泥土桩卸荷效的情况下,轻质水泥土桩复合地基下卧层的沉降量减小了约35%。(4)进行了轻质水泥土桩施工工艺的初步探索,重点进行了搅拌桩法施工工艺的现场研究,首先明确了现场材料与泡沫与室内试验的区别;然后通过更换新行搅拌和泵送设备解决了泡沫水泥浆液的搅拌和泵送问题;随后的现场试桩试验中发现泡沫水泥浆液在与原状土的搅拌过程中消泡问题十分严重,通过改变配比(提高泡沫掺量、增加稳泡剂)等方法解决消泡问题的未获得成功,最终认为搅拌法不适用于轻质水泥土桩的施工;最后提出了长螺旋轻质水泥土桩的方案,研究确定了长螺旋轻质水泥土桩试桩的配比及施工设备,并根据搅拌法的现场试验经验提出了长螺旋施工工艺的控制要点。