在软土及厚覆盖层地区建设悬索桥时锚碇基础的设计施工是一个重大的工程难题,引起了工程技术人员越来越多的关注。为了解决传统重力式锚碇体积巨大、造价高、施工困难等难题,安徽省高速公路总公司提出了根式锚碇这一新型锚碇基础型式,并于池州秋浦河大桥展开工程应用。根式锚碇由大直径根式空心桩及轻型承台组成,依靠大直径根式空心桩的竖向承载能力和水平承载能力抵抗上部结构传来的主缆荷载。然而,作为一种新型锚碇基础型式,针对其承载特性的研究尚显不足。首先其受力基本单元即根桩的竖向及水平承载特性的理论分析值得深究。其次,锚碇结构整体的理论分析方法也需要被研究。另一方面,根式锚碇在工作荷载作用下的安全性和长期位移特性更是人们所关心的问题,事关根式锚碇基础悬索桥的使用安全。本文在安徽省交通控股集团重点项目“根式锚碇的工程应用研究”（编号:KJ2014-0024）资助下,通过理论分析、数值模拟、室内模型试验与现场监测手段,对根桩及根式锚碇的计算方法、承载特性和长期性能展开了深入研究。论文主要研究工作和结论包括:1)研究了竖向荷载作用下根桩承载特性。采用双曲线函数建立了根键-土的非线性荷载传递模型,并采用圆柱扩张理论对根桩中由于根键顶进施工造成的挤扩效应进行了分析,继而引入一个增强系数来考虑根键的挤扩效应。基于桩-土荷载传递模型推导建立了竖向荷载作用下根桩的平衡微分方程,并采用迭代法获得了荷载-沉降的非线性解。分别采用数值算例以及池州长江公路大桥试桩的静载试验对本方法进行了计算验证,验证结果均显示了该方法的可靠性。基于本方法对根桩中的根键数量、尺寸以及埋置深度等根键布置方式进行了参数分析,进一步揭示了竖向荷载作用下根桩的非线性承载特性。2)针对根式锚碇基础既承受竖向力又承受水平力的特点,研究了组合荷载作用下根桩承载特性。对组合荷载作用下根桩中的根键作用分解为水平抵抗力和抵抗力矩两部分进行了分析,用双曲线函数考虑根键-土相互作用的非线性。基于根键作用机理,推导建立了考虑竖向分力影响的组合荷载作用下根桩的平衡微分方程,并采用迭代法获得了根桩在组合荷载作用下的非线性解。将本方法用于望东长江公路大桥的两个试桩与其水平静载试验进行了对比验证,验证结果显示了方法的有效性。基于本方法对根桩中的根键数量、尺寸、根键布置角度、埋置深度,以及竖向分力对根桩水平承载力影响进行了参数分析。3)设计并开展了根桩的室内模型组合荷载室内模型试验,试验分为水平加载、30°倾斜荷载以及60°倾斜荷载三种不同试验工况以及与传统普通桩基的对比试验。通过采用百分表测试桩头水平位移,采用应变片测试桩身应力并积分出桩身弯矩曲线,分析了组合荷载作用下根桩的水平承载特性,以及竖向分力对根桩水平承载特性的影响,进一步揭示了组合荷载作用下根桩的水平承载特性。4)推导建立了根式锚碇基础的力学平衡方程,并提出了根式锚碇的非线性位移计算方法。采用本方法对秋浦河大桥北锚碇在锚碇成型工况以及设计主缆力工况下进行计算并与现场实测进行了验证,验证结果显示本方法具有良好的计算精度。采用本方法对根式锚碇在组合荷载作用下的承载特性进行了进一步分析,分析结果表明根式锚碇的水平位移-荷载曲线随着计算主缆荷载的提高而非线性增长。在锚碇施工成型以及设计主缆力工况下,根式锚碇转动趋势很小,基本呈平衡姿态,随着计算主缆荷载的增大,根式锚碇的可能破坏模式为倾覆破坏,此时锚碇后排桩逐渐由受压转为可能的受拔状态。5)对秋浦河悬索桥根式锚碇工程现场原状土进行了三轴蠕变试验,分析了土样的蠕变特性,并采用三维Burgers模型对三轴蠕变试验结果进行了模型参数辨识。基于室内土工试验结果对秋浦河大桥北锚碇进行了三维粘弹塑性数值分析,另一方面通过对秋浦河大桥北锚碇工程实体进行为期2年的现场长期位移监测研究。数值计算和现场实测结果表明:秋浦河大桥根式锚碇在锚碇施工成型工况及设计主缆力工况下均显示出良好的稳定性,前者工况下锚碇转角仅为-0.0052°,后者工况下锚碇转角仅为0.0063°;根式锚碇在运营期的水平位移不大,达到稳定后增量仅为11 mm左右,总体水平位移为21 mm左右,小于规范推荐允许水平位移的要求。数值分析及现场长期监测试验结果表现出良好的一致性,均显示根式锚碇在工作荷载作用下表现出稳定性蠕变特征,其位移变化在桥梁建成通车时即可达到稳定。说明悬索桥新型根式锚碇的设计方案是可行和安全的,通过合理的设计,根式锚碇可以满足悬索桥锚碇基础的设计规范要求。