刚性桩复合地基作为一种有效的地基处理手段,目前已在建筑地基基础、路基工程等领域广泛应用,并取得了良好的工程效益。然而,其加固软基的作用机理,尤其是对碎石垫层和刚性桩以及桩间土体相互约束,相互作用的共同工作机理以及荷载作用下的承载力发挥机理和变形机理还缺乏比较深入的研究,相应的理论研究仍处于初级阶段。本文结合国家高技术研究发展计划(863计划)项目“大面积不均匀公路软弱地基按沉降控制双向双向增强处治技术”,从室内模型试验及理论研究方面,对刚性桩复合地基加固软土路基技术进行比较深入的研究。在总结分析已有刚性桩复合地基模型试验经验基础上,针对现有的复合地基模型试验存在试验参数选取随意性较强的不足,采用相似理论指导刚性桩复合地基模型试验。本文应用相似理论的相关原理,采用量纲分析法导得了刚性桩复合地基模型试验的相似准则,确定了模型试验的关键参数。根据对称性原则采用半幅路基模拟全幅路基的形式设计并选取了具有可比性的四组相似性模型试验:单纯软基模型试验、刚性桩复合地基模型试验、土工格栅加筋垫层+刚性桩复合地基模型试验与土工格室加筋垫层+刚性桩复合地基模型试验。从而获得了加固前后软基极限承载力、单桩和多桩复合地基荷载—沉降曲线、荷载作用下的桩顶和桩底桩土应力比变化情况、刚性桩轴力分布情况等大量有价值的试验数据。通过试验数据分析以及相关理论研究,本文揭示了土工格栅和土工格室加筋垫层改善浅层软土应力分布,提高软基承载力,减少沉降和不均匀沉降的工作机理;并指出刚性桩复合地基体系中垫层与刚性桩以及土体相互作用,共同工作机理和荷载传递机理。经试验以及理论研究发现在荷载作用下,桩顶存在上刺变形,桩顶的上刺变形使得在地表以下一定深度范围内存在桩侧负摩阻力区域,从而桩身轴向应力最大处不再出现在桩顶,而是出现在桩顶以下约三分之一桩长处。根据刚性桩复合地基的荷载传递机理以及桩、土、垫层相互作用特点,基于荷载传递法,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形,建立出刚性桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩—土—垫层体系共同作用的复合地基沉降计算方法。采用该计算方法对模型实验结果进行分析,沉降计算值与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,便于工程应用。