混凝土芯水泥土搅拌桩是在水泥土搅拌桩施工完毕后,水泥土初凝之前,利用静压机械将预制的混凝土芯桩压入水泥土搅拌桩中而形成的一种复合桩型。混凝土芯水泥土搅拌桩结合了预制混凝土桩桩身强度高和水泥土搅拌桩表面积大的优点,具有较高的桩身承载力。现有关于混凝土芯水泥土搅拌桩的试验和理论研究均较少,而且主要集中在讨论其单桩承载特性上,对于混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的承载力和沉降控制机理研究较少。缺少准确计算混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基承载力和固结沉降的方法。本文通过开展现场试验并结合数值模拟和理论分析,对混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的承载和沉降控制机理进行了探讨;提出了混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基承载力和固结沉降计算方法。并依据工程实例,将本文提出的承载力和固结沉降计算方法应用到具体设计中。本文的主要研究内容如下:(1)通过桩体施工对桩周土的影响试验、单桩复合地基载荷板试验和载荷板试验数值模拟,讨论了混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的承载力机理:在混凝土芯水泥土搅拌桩施工期间进行了桩体施工对桩周土的影响试验,通过埋设孔隙水压力计和测斜管,对桩体施工引起的土体超静孔隙水压力和侧向位移进行了观测;同时利用静力触探试验,对桩周土在桩体施工前后的强度变化规律进行了研究。采用单桩复合地基载荷板试验,对比了混凝土芯水泥土搅拌桩和普通水泥土搅拌桩的承载力提高效果。在载荷板试验过程中对混凝土芯、水泥土搅拌桩外壳和桩周土的竖向应力进行了系统试验观测,讨论了刚性荷载板下混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的荷载传递规律。基于载荷板试验,利用Gleaves软件建立了有限元分析模型,讨论了芯长比(LC/LD,LC和LD分别为混凝土芯和水泥土搅拌桩外壳长度)和含芯率(AC/(AD+AC),AC和AD分别为混凝土芯和水泥土搅拌桩外壳的截面积)对于混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基荷载传递规律的影响。(2)根据单桩复合地基载荷板试验和载荷板试验数值模拟结果,提出了混凝土芯水泥土搅拌桩含芯率和芯长比的优化组合方法。基于载荷板试验结果,初步确定了桩周土承载力提高系数α、桩周土承载力发挥系数β和桩土极限侧摩阻力调整系数δ等参数,给出了混凝土芯水泥土搅拌桩单桩复合地基的承载力计算方法。(3)结合路堤荷载下混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的长期现场试验和有限元分析模型,讨论了混凝土芯水泥土搅拌桩的沉降控制机理:在长期现场试验中,对混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基变形(包括总沉降、分层沉降和水平位移)和应力(包括混凝土芯竖向应力、水泥土搅拌桩和桩周土表面的竖向应力)在填土过程中的变化规律进行了系统观测。利用路堤荷载下混凝土芯水泥土搅拌桩有限元模型,分析了芯长比和含芯率对于沉降控制效果和荷载传递规律的影响。(4)基于本文提出的混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基桩土位移模式和侧摩阻力分布形式,给出了混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基沉降计算方法。在等应变条件下推导了混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的固结方程,讨论了芯长比、含芯率、水泥土搅拌桩和混凝土芯的模量等参数对于固结度的影响。(5)利用本文提出的混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基承载力和固结沉降计算方法,对常溧高速混凝土芯水泥土搅拌桩处理断面进行了设计。并根据实测承载力和沉降数据,对本文理论进行了验证。