我国高速公路、铁路建设迅猛发展,建设过程中经常会遭遇大面积软土问题,而桩承式路堤作为一种有效适应于该类不良地基的构筑物形式得到普遍应用,同时也引起了学术界的广泛关注,然而桩承式路堤工作机理和应力应变特性非常复杂。在进行土拱效应分析时,主要研究以下几个关键问题:桩土应力比、桩土差异沉降以及基于土拱效应的桩承式路堤设计方法。已有研究提出了不同的土拱模型及相应的计算方法,然而他们对土拱效应的研究主要集中不同的设计参数对其发挥程度的影响,忽略了桩土差异沉降对土拱效应的影响。曹卫平、刘汉龙等人分别通过室内模型试验以及数值模拟分析验证了桩土差异沉降与土拱效应发挥程度密切相关。但是,对于桩土应力比与桩土差异沉降的关系仍然缺乏具体的理论研究。针对这一状况,本文假定等沉面高度,从而判定土拱效应的完整程度。其次,将路堤-桩-桩间土作为整体分析,并基于桩承式路堤的变形协调,提出“桩体向上刺入路堤的体积等于土拱区体积的压缩量”的假设,结合路堤静力平衡和土拱拱脚处土体的极限状态,推导出桩土应力比以及桩土差异沉降的计算公式。接着,对该方法所得结果进行了验证,并分析了桩土面积置换率、填土高度、填土内摩擦角对土拱效应发挥程度以及桩土应力比的影响。为了进一步验证理论的合理性,采用数值模拟软件ABAQUS建立二维分析模型,通过对模型结果的应力应变场分析得到等沉面的高度,即1.4倍桩帽净距,验证了等沉面高度的假设。然后,分别改变桩承式路堤设计参数,得到路堤高度、填土性质、桩间距对桩土应力比以及桩土差异沉降的影响。最后,将数值模型中应力应变场随时间变化的历程输出,可以得到桩土差异沉降对土拱效应发挥程度的影响。最后,建立了一套基于土拱效应的桩承式路堤设计方法,通过调整桩间距及桩帽大小,使路堤达到相应的性能要求,希望对工程实践作出指导。