高速公路改扩建工程中,新老路基的差异沉降控制一直是保证工程质量的热点和难点问题,提高改扩建地基处治效果,减小新建路基工后沉降成为解决新老路基差异沉降问题的关键。开口管桩具有适用性广泛、承载性能稳定、工艺流程简单、经济性好等优势,广泛应用于高速公路改扩建地基处治工程中。随着管桩的工程应用与推广,发现其在贯入地基时会产生施工效应,具体表现为“土塞效应”和“挤土效应”。其中土塞效应会直接影响到打桩阻力及管桩承载力,进而显著影响地基的整体承载性能,而目前关于土塞效应演化机理、管桩竖向承载性能、桩体设计参数优化等方面尚不清晰,限制了其工程应用,亟需展开相关研究。为此,本文采用室内试验、现场试验及数值模拟等方法,旨在研究影响管桩土塞效应及竖向承载力的因素,分析各因素显著性并优化桩体设计参数,从而为管桩设计及施工提供理论基础和工程指导。论文主要研究内容和成果包括:（1）开展管桩沉桩过程土塞效应模型试验及数值模拟研究,探究土塞的形成演化过程及其内在机理,进而分析管桩壁厚、内径、内壁粗糙度、土体密实度、沉桩速率、地基类型、沉桩方式等因素对土塞效应的宏微观影响规律。结果表明:随壁厚减小、管径增大、内壁粗糙程度降低、砂土相对密实度增大及沉桩速率增大,桩内土塞高度增加,土塞闭塞程度减弱,土塞效应随之减弱;上硬下软的土层分布易形成土塞闭塞现象,而上软下硬的情况则易发生土塞的滑动;静压法沉桩相比较锤击法而言,其土塞高度更小,且更易出现完全闭塞现象,土塞效应更显著。（2）开展设计参数、沉桩速率、沉桩地基类型以及沉桩方式等因素对管桩土塞效应、荷载传递及承载特性的影响规律研究,分析各影响因素的显著性（即权重）。结果表明:随桩壁摩擦系数、径厚比、沉桩速率的增大,桩内侧摩阻力呈增大趋势;管桩贯入上硬下软地基其内侧摩阻力大于桩贯入上软下硬地基的;静压法贯入管桩其内侧摩阻力要大于锤击法贯入的;土塞效应值各影响因素权重从大到小排序为管桩径厚比、桩土交界面摩擦系数、管桩沉桩方式、管桩沉桩速率、沉桩地基类型。（3）考虑各因素对土塞效应值的影响权重,建立基于管桩承载力与工程经济性多目标的优化函数,对管桩各参数提出最优选择,实现了设计参数优化。结果表明:在综合考虑管桩加固效果与经济性的情况下,管桩内径最优取值在300mm附近,管桩摩擦系数最优取值在1.0附近。（4）开展黄泛区PTC管桩现场试验,通过统计施工中土塞相关数据,结合静力触探和静载试验,建立了土塞率与不同参数之间的关系。结果表明:随单桩总锤击次数及平均沉桩速率增加,管桩土塞率分别呈减小和增大趋势;土塞高度与土塞率呈线性正相关关系;桩顶累计沉降量和回弹量随土塞率增加而增大,但桩端阻力随土塞率减小而增大。