本文在建筑工业化的大背景下,针对输电线路建设尤其是山区输电线路基础施工中机械难以到达、基础施工进度慢、弃土不好处理的问题,提出了装配式钢管桩。由于输电线路桩基础承受上部结构导线张力和风雪等荷载作用,基础顶部会承受由上部杆塔传来的下压荷载、上拔荷载和水平荷载,而抗拔荷载通常是各种输电线路杆塔基础设计的控制条件。因此对装配式钢管桩的抗拔极限承载能力的研究是装配式钢管桩基础设计的必要条件。而装配式钢管桩在施工方法和构造上又区别于现有桩,因此需要在现有桩抗拔极限承载力的研究基础上,针对山区典型土质条件,对装配式钢管桩进行抗拔极限承载能力的研究,主要内容如下:(1)通过大型界面剪切试验分别探究在黏土与碎石黏土条件下桩土界面的剪切特性,得到桩土界面的粘聚力和摩擦角数据,为后面的有限元数值模拟提供试验参数依据。首先,针对山区典型的土质,选取硬塑黏土及碎石黏土为土质条件,利用大型界面剪切仪对硬塑黏土体和碎石黏土进行土体直剪试验,对土体与注浆体界面进行界面剪切试验,并通过剪应力—位移曲线分析桩土界面的剪切特性,通过法向应力—剪应力曲线得到界面的物理力学性质,为数值模拟的参数取值提供试验依据。主要结论有:(1)土体直剪试验中,碎石黏土的抗剪强度—剪切位移曲线随着法向应力的增大而逐渐表现为加工硬化型;(2)界面剪切试验中,发现剪切破坏面出现在土体与注浆体的界面而非注浆体与钢板的界面;(3)黏土与注浆体界面、碎石黏土与注浆体界面的抗剪强度—剪切位移曲线均随着法向应力的增加由折线形向双曲线形转变。(2)通过在竖向上拔荷载件作用下装配式钢管桩的模型试验,探究装配式钢管桩的抗拔承载特性。根据试验数据绘制P~S曲线,探究桩上拔荷载与位移的变化规律,利用布置在桩内壁的长标距FBG传感器测量桩身在上拔过程中应变变化,根据桩身应变分布反演桩身轴力沿深度的变化规律以及桩侧摩阻力沿深度的变化规律。主要结论有:(1)模型桩在黏土和碎石黏土两种条件下,其荷载曲线均呈现典型的缓变型;(2)在一定上拔荷载作用下,桩身轴力分布近似为沿深度递减,轴力减小速率延深度逐渐增大;(3)总体上看,无论在黏土体中还是在碎石黏土体中,桩的侧摩阻力分布中下部区域大,两头小的抛物线型,在桩底以上一倍桩径附近出现侧阻力最大值现象。随着上拔荷载的增加,桩身各处的侧摩阻力也随之增大,并沿着桩身自上而下逐渐发挥。(3)通过FLAC 3D软件建立装配式钢管桩的三维有限差分模型,并结合大型界面剪切试验得到的桩土界面物理力学参数,对装配式钢管桩的抗拔极限承载力进行探究。通过模型试验结果和数值模拟结果的对比,验证了数值模型的合理性。然后通过参数化分析,探究长径比、注浆厚度、嵌岩长度等因素对装配式钢管桩抗拔极限承载力的影响。主要结论有:(1)随着桩长的增加,极限位移越来越大。桩的抗拔极限承载力随着桩长的增加呈指数型增长。(2)随着桩径的增加,极限位移呈线性增加。桩的抗拔极限承载力随着桩径的增加呈线性增长。(3)随着注浆厚度的增加,极限位移逐渐增加。装配式钢管桩抗拔极限承载力与注浆体厚度呈线性关系。由于增大注浆体厚度对桩承载力提高幅度不显著,建议注浆体厚度小于300mm,常规桩径大小桩基,注浆体厚度为100mm左右较合适。(4)随着嵌岩长度的增加,桩基抗拔极限承载力逐渐提高,但极限位移彼此差异不大,抗拔极限承载力与嵌岩长度呈线性关系。但当嵌岩长度大于4D时,节段之间缝隙也出现大于1mm。因此,建议嵌岩桩嵌岩长度为4D左右。(4)根据数值模拟参数化分析得到的结果,基于现有规范,提出了一种计算装配式钢管桩抗拔极限承载力的多参数计算方法。通过对《架空输电线路基础设计技术规程》方法进行修正,考虑长径比(L/D)、注浆厚度比(t/D)、嵌岩深度比(h_r/L)对装配式钢管桩承载力的影响,引入了综合影响系数为ξ,其中ξ=f(L/D,t/D,h_r/L)。通过与数值模拟结果进行对比,发现考虑该影响因素后,有一定的安全富裕度,且更适用于设计。