随着土木工程建设的迅速发展，碎石桩复合地基技术在软土地基处理中得到了广泛应用，但由于地质条件以及碎石桩复合地基本身问题的复杂性，目前对碎石桩复合地基的认识仍处于不断探讨与研究之中。因此，本文结合“高速公路软土路基处理研究及应用”课题，从理论分析、室内模型试验以及其数值模拟等三方面入手，对碎石桩复合地基的承载机理及其优化设计理论进行深入地探讨。 本文首先将碎石桩对土体的作用视为平面轴对称问题，从而利用圆孔扩张理论，并考虑扩张影响半径的大小，分两种情况分别导得了桩土应力比和碎石桩复合地基承载力的计算公式。然后通过对模型试验的分析，以相似理论的相关原理为理论基础，采用量纲分析法导出了碎石桩复合地基模型试验的相似准则，并设计完成了一组较大型的室内模型试验，获得了很多有益的试验数据，由此得到了碎石桩复合地基孔隙水压力、桩土应力比的变化关系，进而深入地探讨了碎石桩复合地基的承载机理。结合临长高速公路软土路基处理工程实践，利用FLAC数值分析程序对路堤下碎石桩复合地基承载性状及影响因素进行了深入分析，得到了碎石桩加固区的应力分布，并对桩土应力比的几个主要影响因素进行了深入探讨，指出了影响桩土应力比的主要影响因素，可为碎石桩复合地基的优化设计提供定性的指导。最后，提出了按基底沉降控制的碎石桩复合地基优化设计理论，给出了相应的设计步骤，并通过某具体工程实例，较详细地说明了计算过程，同时验证了其工程适用性。