我国丘陵及山区广泛使用的冲击成孔,泥浆护壁水下现浇钢筋混凝土端承桩,其桩底沉渣厚度是影响基桩变形和承载力的主要因素,沉渣厚度控制是水下现浇混凝土桩急需解决的技术难题。当前沉渣厚度的判别界定仍然停留在经验阶段,提出的某些定量或半定量测量方法仍不够完善,常导致桩底沉渣厚度检测评判结果偏差较大,造成不少质量事故。为此,利用模型试验等方法对水下灌注混凝土桩底沉渣特性进行研究,探讨桩孔泥浆重度分布特征,混凝土拌合料模拟块体沉降速度特征,灌注混凝土与泥浆相互作用特征,以及上界面形态和沉渣形成机理等。主要研究工作及结论如下:(1)针对桩孔内碎石泥浆重度随深度变化情况进行探究,在模型试验中利用自制泥浆和沉渣重度测量设备对模拟桩孔内的碎石泥浆重度进行测量。通过改变碎石泥浆干料的配比模拟几种典型成孔环境,探究不同成孔环境下桩周土体中黏土含量对碎石泥浆沿桩孔深度方向的重度变化规律的影响。通过将碎石泥浆静置不同时间模拟桩孔清孔结束至混凝土灌注前的窗口时间长短,探究窗口时间长短对桩孔碎石泥浆沿桩孔深度方向的重度变化规律的影响。发现桩孔中泥浆重度随深度增大而增加并且具有阶段性,随着成孔环境及灌注前窗口时间的改变,碎石泥浆重度呈现规律性变化。(2)针对多个灌注因素对沉渣上界面及沉渣厚度的影响进行探究,在模型实验中利用混凝土块体模拟灌注时出导管口时随机径缩断裂形成的混凝土拌合料团块,采用间接速度测量设备依次测量不同混凝土块体在泥浆中沉降并沉停的过程,得到了各个模拟团块的速度深度变化规律及沉停深度,发现灌注砼料模拟块体重度越大、粒径(体积)越大、越趋于规则的球形、过导管口高度时速度越大(模拟砼料出导管口速度),沉停深度越大,即沉渣厚度降低。灌注前窗口时间越长,砼料团最终沉停深度越小,即沉渣厚度增大。(3)针对灌注导管下口距孔底距离对沉渣上界面形态和厚度的影响进行探究,利用模拟灌注设备模拟实际灌注过程,采用不同长度的导管分别进行灌注并测量沉渣上界面形态及厚度特征,发现随着导管下口距孔底距离增加,沉渣厚度增加,沉渣上界面形态由漏斗状向似平面状逐渐过渡。(4)将模拟混凝土团块在泥浆中的沉降过程分为两个阶段进行数值模拟,再综合两阶段结果进行分析,与模型试验结果进行对比,验证数值模型准确性和合理性。将数值模拟的第一阶段末速、第二阶段模拟团块沉停深度和全程沉降速度深度变化规律与模型试验相应结果进行对比,发现吻合度较高。(5)灌注桩孔底沉渣形成机理是一个多相流体介质和塑性体介质与工艺紧密相关的综合问题;对料斗及导管中砼料进行流体准静力分析和准能量分析,并采用模型试验的实例数据验证两种分析下结论的合理性,发现静力分析角度更为合理,得出水下现浇混凝土基桩是否形成沉渣,与导管管径、料斗盛料量和桩孔深度有关,本文所做的理论分析可作为判别沉渣厚度的参考。