高喷插芯组合桩(简称JPP桩)是由高压旋喷桩和预应力混凝土芯桩组合而成的一种新型组合桩,实际工程中有多种组合形式,但采用哪种组合形式最优始终是困扰设计者的一个难题。为了研究不同组合形式下的JPP桩承载特性,本文通过室内模型试验、数值分析及理论推导等手段对桩组合优化及承载机理进行了研究,得到如下结论:(1)利用现有设备自主研发了桩基模型试验加载系统,对已有的加载系统、测量系统进行了升级改造,满足了桩基模型试验的要求。(2)开展了4种不同组合形式JPP桩竖向载荷试验研究,对竖向承载力进行了系统分析,掌握了4种组合桩竖向荷载传递规律,得出了桩的最优组合形式。研究结果表明在桩4种组合形式中,分段组合Ⅱ的JPP桩可以提供最大承载力,可见水泥土与芯桩的不同组合形式对桩承载力有较大影响。水泥土分段后,形成类似于葫芦状的表面,增大了桩与桩周土的粗糙度,并且每段水泥土端部能提供一定的端阻力,承载力提高明显。组合段的位置对承载力也有较大影响,水泥土与芯桩下部组合侧摩阻力增加明显,下组合桩JPP桩承载力表现出比分段组合Ⅰ的JPP桩承载力大的特点,可见组合段宜设计在桩下部。(3)开展了4种不同组合形式JPP桩的水平承载力试验研究,对水平承载特性进行了对比分析,掌握了4种组合JPP桩水平荷载传递规律。研究结果表明在桩4种组合形式中,分段组合Ⅱ的JPP桩可以提供最大水平承载力。上组合与分段组合I相近,下组合JPP桩的水平承载能力最低,表明分段组合呈现出整体承受水平荷载的能力比较强的特点。这是因为分段组合结合了芯桩抗弯强度高以及水泥土分段加固桩周土特性,形成一个类似直径为葫芦型的桩体承担水平荷载,增强抗水平承载能力整体性,因此在水平承载力上提升较大,显著提高了JPP桩的抗弯能力。通过试验发现JPP桩的最大弯矩出现在距离桩顶以下0.3~0.4桩长处,该部位相对薄弱易发生破坏,所以在此范围内桩周土应进行水泥土加固并提高芯桩在此范围内的抗弯能力。(4)利用ANSYS有限元软件对影响桩承载性能的主要因素进行了数值分析,研究结果表明,不同组合形式对JPP桩承载性能影响较大,在桩身范围同一土层内,分段越多,组合段位置越靠桩身下部,承载力越高。可见,在实际工程实践中,宜在好的土层内,尽可能多的分段高压旋喷,并宜在桩身下部旋喷。(5)工程设计中桩宜采用3段以上的分段组合形式,并宜放在芯桩的中下部,根据土层性质分段高压旋喷水泥土,从而达到节约造价、提高承载力的目的。研究成果对指导工程实践具有一定的理论参考价值。