随着人们对石油资源需求的日益增加,海上油气的开发与利用将成为未来能源发展的必然趋势。海洋油气资源的开发与利用需要依托海上油气平台,而海上油气平台的桩基通常采用大直径钢管桩基础。由于大直径钢管桩基础自身的结构特点,在沉桩过程中会发生溜桩与土塞效应。溜桩与土塞效应会对大直径钢管桩基础的桩侧摩阻力与桩端阻力产生影响,进而改变大直径钢管桩基础的承载特性。目前国内外关于溜桩与土塞效应对大直径钢管桩承载特性的影响研究还比较少,相关理论亟待成熟完善。因此针对溜桩与土塞效应影响下的大直径钢管桩承载特性展开研究,以期研究成果能为大直径钢管桩基础的设计和施工提供参考。以南海荔湾桩基平台为工程背景,分析钢管桩沉桩阻力,通过静力平衡方程与能量方程求出钢管桩的溜桩区间,在此基础上结合发生溜桩后的土阻力分布特点,对不同深度的桩侧摩阻力进行影响区的划分,不同影响区的桩侧摩阻力采用不同的折减系数,并通过工程实测数据验证其合理性。随后对土塞微单元进行受力分析,结合太沙基承载力公式,推导出土塞高度的计算公式,再运用ABAQUS有限元软件建立土塞高度数值计算模型,通过数值模型计算结果对土塞高度计算公式的合理性进行验证。最后建立大直径钢管桩基础承载特性数值计算模型,对考虑溜桩与土塞效应影响的大直径钢管桩基础施加水平荷载与竖向荷载,分析不同工况下的钢管桩的桩身水平位移、桩壁土抗力、桩身弯矩、桩顶位移、桩身沉降、桩端阻力和桩侧摩阻力的变化规律。得到的主要结论如下:(1)溜桩会对大直径钢管桩基础的桩侧摩阻力产生影响,根据大直径钢管桩的溜桩区间以及溜桩后的土阻力分布特点,将桩侧摩阻力划分为3个影响区:完全影响区、不完全影响区、无影响区。完全影响区内的土体是受溜桩影响最严重的区域,溜桩结束时的摩阻力与打桩结束时的摩阻力基本相同,且数值很小。不完全影响区内的土体一定程度上受到了溜桩的影响,溜桩结束时土体仍具有一定的摩阻力,但随着打桩过程的进行,桩周土体提供的摩阻力逐渐衰减至很小。无影响区内的土体基本不受溜桩影响,桩侧摩阻力受溜桩的影响忽略不计,桩侧摩阻力的大小不发生改变。(2)土塞效应会使大直径钢管桩基础的桩身内形成一定高度的土塞,土塞高度可以反映因土塞存在而增加的桩内侧摩阻力与桩端阻力;利用土塞微单元的平衡受力方程,结合太沙基承载力公式,推导出土塞高度计算公式;土层性质对土塞形成高度存在影响,当钢管桩贯入砂土层时,土塞形成高度与土塞增长率相较于粘性土有所下降,桩底支反力有所上升;钢管桩的管径越大,土层性质对土塞形成高度的影响就越不明显。(3)水平荷载的作用下,溜桩会使大直径钢管桩基础的桩身水平位移、桩顶位移、桩身弯矩以及桩壁土抗力增大,土塞效应会使大直径钢管桩基础的桩身水平位移、桩顶位移、桩身弯矩以及桩壁土抗力减小。原因在于溜桩会减小桩土间水平向的侧摩阻力,从而导致大直径钢管桩基础的水平承载力下降;而桩身内因土塞效应形成的土塞则会增大桩端摩阻力,从而提高大直径钢管桩基础的水平承载力。(4)竖向荷载的作用下,溜桩会使大直径钢管桩基础的桩身沉降增大,桩侧摩阻力以及桩端阻力减小,土塞效应会使大直径钢管桩基础的桩身沉降减小,桩侧摩阻力以及桩端阻力增大。原因在于溜桩会减小桩土间竖向的侧摩阻力,从而降低大直径钢管桩基础的竖向承载力,而桩身内因土塞效应形成的土塞则会承担一部分桩端阻力,并提供桩内侧摩阻力,从而提高大直径钢管桩基础的竖向承载力。(5)水平、竖向荷载作用下,仅考虑溜桩影响的大直径钢管桩基础表现出的承载性能最差;仅考虑土塞效应影响的大直径钢管桩基础表现出的承载性能最佳;同时考虑溜桩与土塞效应影响的大直径钢管桩基础表现出的承载性能优于仅考虑溜桩影响的大直径钢管桩基础,但弱于仅考虑土塞效应影响的大直径钢管桩基础;溜桩对大直径钢管桩基础承载特性的影响高于土塞效应对大直径钢管桩基础承载特性的影响。