大直径扩底桩具有承载能力高,可有效减少桩长,节省工程造价等优点。但扩底灌注桩因其受力较复杂、承载力的计算理论和桩体设计方法的适用性研究仍存在难题与争议,因此在桥梁工程领域应用并不广泛。因此,研究大直径扩底桩在竖向荷载作用下的受力性能、破坏机理以及控制成孔尺寸的措施具有十分重要的理论及实际工程意义。本文首先依托黑龙江大桥项目试桩工程,进行了1根桩的静力荷载及1根桩的自平衡试验。测试了桩基在竖向荷载作用下桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力,分析扩底桩在轴向压力作用下,桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力随荷载的变化规律,进而揭示底桩扩孔在轴向压力作用下,荷载传递机理及桩基破坏机理。根据静力荷载试验的荷载-沉降曲线,采用百分率法、逆斜率法分析了的基桩竖向承载能力,并与试验所得的荷载-沉降曲线分析结果进行对比,探究了三种方法所得到的竖向承载能力的可靠度。阐述自平衡点的确定与计算方法,对自平衡法测得的实验数据进行分析,对自平衡法测得的荷载-沉降曲线进行了转换,并对自平衡法测试的竖向承载能力进行了计算与分析。其次,桩端荷载传递函数采用Boussinesq解,桩侧摩阻力采用双曲线桩侧荷载传递模型,同时考虑桩侧摩阻力对桩端沉降的影响,采用Mindlin解与荷载传递法耦合进行大直径扩底桩桩基性能分析。研究揭示了大直径扩底桩的传力及破坏机理。在各级轴向压力作用下,桩顶部分的桩侧摩阻力最先发挥作用,桩底部分的桩侧摩阻力因荷载较小未能得到激发;随着轴力增大,桩侧摩阻力由顶部向底部逐渐得到激发,随着荷载增大,桩周土体及桩端土体的变形不同,桩端土体逐渐进入塑性阶段,并随着荷载的进一步增大,塑性区域进一步开展并逐渐贯通,导致扩底桩破坏。采用Abaqus软件,以桩和桩周围的土为研究对象构成桩土系统,通过桩土荷载传递分析、桩侧传递函数、桩端传递函数、桩侧摩阻力对桩端沉降影响等分析,构建大直径扩底桩桩土联动的有限元数值仿真分析模型,并通过荷载-沉降曲线、桩身轴力、桩侧摩阻力验证了模型的有效性。利用经过验证以后的三维有限元数值模型,在其他条件不变的情况下改变单项参数,分别研究了不同桩长、不同桩身直径、不同扩底桩径、不同桩土摩擦系数、不同混凝土弹性模量等参数下扩底桩的竖向承载性状,揭示了各参数对大直径扩底桩传力性能的影响规律。荷载较小时,由于桩侧摩阻力处于不断发挥的状态,摩擦系数对桩的沉降量影响较小;随着荷载的增大,摩擦系数的影响显著增加,桩顶沉降随之减小,承载能力增大。随着桩长的增加,桩的竖向承载能力增大,荷载较小时,Q-S曲线呈线性变化;当荷载超出一定值时,Q-S曲线呈现非线性增长,桩越长,底部桩侧摩阻力及桩尖反力被激发所需要的荷载越大。随着扩底桩径的增加,扩底桩的承载能力不断增加,试桩沉降量不断降低。混凝土弹性模量对扩底桩竖向承载能力影响很小,但模量明显减低时（变化一个数量级）,对扩底桩的竖向承载能力影响显著。最后,依托黑龙江大桥工程实际工程,研究了大直径扩底桩施工工艺关键技术,通过超声波试验,研究扩底灌注桩护壁泥浆的稠度与超声波在其中传播速度的关系,为扩底成孔质量检测提供依据。然后,在综合国内外扩底桩施工经验的基础上,实测扩孔尺寸的扩孔精度,提出三阶段扩孔的施工方案,可满足桩扩孔部分的尺寸精度和设计要求,为扩底桩扩孔施工的尺寸控制提供依据。