三峡蓄水成库后,长江“黄金水道”的作用得到进一步发挥,内河航运事业稳步发展。由于库区码头建设面临深水、大水位差的复杂水文条件及浅覆盖层或裸岩等特殊地质环境,新型架空直立式码头普遍采用钢护筒嵌岩桩基础。由于目前对钢—砼组合截面桩的设计理论不完善,针对钢护筒与桩芯混凝土的联合受力及荷载传递特性的研究相当匮乏。本文结合“十二五”国家科技支撑计划“三峡水库常年回水区航运工程建设关键技术研究”,开展桩芯混凝土推出试验、钢—砂界面剪切试验研究钢护筒嵌岩桩钢—砂界面抗剪粘结性能及钢护筒与桩芯钢筋混凝土共同作用的荷载分配机理。本文完成的主要工作及获得的主要成果如下:(1)获得了钢护筒嵌岩桩界面平均粘结强度及反复推出试验后残余粘结强度。通过8组推出试验,在试验选用的4种砂浆强度范围内,平均粘结强度随砂浆强度的提高呈线性增大趋势,平均粘结强度呈倍数提高。反复推出试验时P-S曲线基本呈线性发展,此时的残余粘结强度主要为摩擦力。由于钢护筒的塑性变形,奇数次推出与偶数次推出时的P-S曲线有所区别。(2)获得了粘结应变与粘结应力沿试件轴向的分布规律。在P-S曲线峰值点前,粘结应变与粘结应力沿试件轴向呈负指数分布;在接近或达到峰值点时,粘结应变趋于直线分布,这表明粘结应力发生重分布。(3)理论推导确定了轴向荷载分配系数并结合试验数据得到各加载阶段钢护筒与桩芯砂浆各自承担的轴向荷载比例。含钢率越低或桩芯混凝土弹性模量越小,混凝土的轴压分配系数ξc越大。根据加载方式的不同,计算了两种实际使用状态下钢护筒嵌岩桩的轴向荷载传递长度。(4)改进了钢护筒嵌岩桩钢—砂浆界面剪切试验装置,考虑界面粗糙度、法向应力等参数的影响,设计了36组剪切试验。比较了平整型、凹型、凸型界面在T-S曲线及剪切破坏模式上的区别。分析了各试件T-S曲线的特点及法向应力对界面抗剪强度的影响。(5)采用摩尔—库伦强度准则来描述钢—砂浆界面抗剪强度,得出摩擦角、粘聚力、摩擦系数等参数的变化规律并从机理上分析原因。(6)采用双曲线模型描述平整型界面抗剪粘结强度的本构关系,为钢护筒嵌岩桩界面性能的数值模拟提供了理论依据。