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变截面螺纹桩复合地基是一种新型地基处理方法,此种复合地基中的基桩为桩身呈圆台形的螺纹桩。以往针对这种桩型及由其构成的桩基复合地基竖向承载特性研究较少。本文对变截面螺纹桩竖向承载力计算方法进行理论分析,通过室内模型试验和三维有限元数值模拟对其进行验证,并对变截面螺纹单桩及复合地基竖向承载特性影响因素展开研究。本文的主要研究工作如下：1)根据太沙基(Terzaghi)关于地基极限承载力计算理论,推导了最优螺纹间距计算公式。基于汉森(Hanson)与魏锡克(Vesic)地基极限承载力计算理论,建立了大于最优螺纹间距变截面螺纹桩竖向承载力算法。考虑局部剪切破坏特征,确立了基于Vesic理论的计算方法更接近试验结果。当间距小于最优螺纹间距时,考虑土体抗剪强度与桩-土界面抗剪强度差异,建立了螺纹桩单桩极限承载力计算方法。所提出的变截面螺纹桩单桩极限承载力的理论计算方法与数值模拟和模型试验的结果具有较好的一致性。2)通过室内缩尺模型试验,对变截面螺纹桩、等截面螺纹桩和普通光面桩竖向承载性能进行了对比研究。结果表明,承担相同荷载变截面螺纹桩材料利用率是螺纹直桩的1.26倍,是光面直桩的2.97倍；通过轴力分析,变截面螺纹桩侧阻发挥程度要高于螺纹直桩及光面直桩,变截面螺纹桩端阻所占总承载力比值为25.8%-35.1%,光面直桩端阻则为47.7%～82.6%。同时,试验显示螺纹间距对单桩竖向承载力有显著影响,螺纹净间距为27mm的单桩竖向承载力能力要高于净间距为15mm和40mmm两种情况。3)依托西安至成都铁路某路基工程,通过三维数值模拟,分析了影响复合地基承载特性的各种因素及其影响规律。结果表明：桩径大小宜控制在400-600mm；合理桩间距宜控制在4倍桩径桩间距左右；有效桩长约为15m；螺纹间距和螺纹宽度对单桩竖向承载力能力影响较大,最优螺纹间距约为220mm,合理螺纹宽度应控制在100mm-200mm之间；螺纹厚度对单桩竖向承载能力影响较小,但宜与螺纹宽度相等以免影响成桩质量；桩间土体强度与复合地基承载力呈正相关关系,随着强度降低桩土应力比增大；宜使用刚度较大的垫层以增加桩土应力比,增加垫层厚度可以有效调节桩土应力分担比,但垫层厚度不宜超过400mmm。本文的研究工作可为变截面螺纹桩桩基复合地基的设计计算提供指导与参考,有助于深入认识此种复合地基的竖向承载特性。