在高速公路工程中，对于桥头深厚软土地质路段，采用PTC疏桩复合地基进行处理是一项全新的技术。PTC疏桩复合地基具有桩径小、桩间距大、桩体承载力高等特点，桩帽的布设也使得其承载特性与作用机理与一般复合地基不同，并且更加复杂。对此，本文采用原型静载试验的方法，对带帽PTC单桩以及双桩复合地基的承载性状进行研究，分析桩身、桩帽、桩间土共同作用下其沉降变形规律。试验结果表明，土体在承载过程中存在滞后效应，随着上覆荷载的增大，复合地基的沉降变形呈现两个阶段性的变化，在第一阶段主要由桩体承担荷载，在第一拐点处桩体到达极限，第二阶段土体共同承载，第二拐点处土体到达极限，复合地基发生破坏。桩帽将更多的荷载传至桩体，使得桩体的承载力得以充分发挥，桩帽也改善了桩顶的应力集中状况，整个桩体的上刺量很小。地表土压力可以看成均匀分布，桩间土受荷沉降时对桩体会产生负摩擦力，相同沉降下，桩体承载力较之自由状态有所降低。同时，试验分析表明碎石垫层的作用并不明显。随着荷载和沉降的增大，桩土荷载分担比和桩土应力比也呈两个阶段性的变化。根据试验的分析成果，参考现有复合地基和复合桩基的设计计算理论，进行数值分析，将荷载进行简化，采用Mindlin解和Boussinesq解联合求解竖向附加应力，进一步探讨其作用机理，分析桩土之间的影响。并提出PTC疏桩复合地基的优化设计思路，桩帽的设计方法，桩、土分担荷载的计算方法，以及沉降计算中简单适用的分部计算法和拟应力修正法。