钉形水泥土双向搅拌桩(钉形桩)作为一种新型水泥土搅拌桩,能有效改善桩身质量、提高复合地基性能,具有广阔的应用前景。本文在总结已有复合地基理论、实践的基础上,通过现场试验、三维数值模拟分析了路堤荷载下钉形桩的荷载传递规律、复合地基附加应力分布和变形特性,提出了考虑桩顶上刺、桩土相互作用和桩端下刺的路堤荷载下钉形桩复合地基沉降计算方法。主要包括以下内容： 1、在同一场地建立了钉形桩、双搅桩和常规桩试验区,对桩身质量和路堤荷载下复合地基工作性状进行了对比分析：标准贯入试验(SPT)和无侧限抗压强度试验表明采用双搅工艺施工的桩身质量比较均匀,而常规工艺施工的桩身强度随深度增加大幅降低。在填土高度相近的情况下：钉形桩复合地基地表沉降比双搅桩小,双搅桩比常规桩小；钉形桩复合地基加同区沉降比常规桩小,下卧层沉降比常规桩大；钉形桩复合地基坡角最大水平位移比双搅桩和常规桩小；钉形桩复合地基比双搅桩固结快,双搅桩比常规桩快。但单位处理面积的水泥用量钉形桩试验区小于双搅桩,双搅桩小于常规桩,这表明：钉形桩在单位处理面积水泥用量少的情况下取得了比常规桩型更好的处理效果,具有很好的适用性和经济性,双搅桩桩身质量比较均匀,加固效果优于常规桩。 2、利用三维数值模拟研究了路堤荷载下钉形桩荷载传递规律,分析了扩大头高度H、扩大头直径D、桩长L、桩间距S、填土高度h、桩身模量Ep、硬壳层模量E1、软土层模量E2和下卧层模量E3等因素对钉形桩荷载传递的影响。结果表明：钉形桩的桩身荷载曲线大致介于桩径为D的双搅桩和d的双搅桩之间(D、d分别为钉形桩扩大头、下部桩体的直径),桩身荷载在变截面上下发生“骤减”,对下部桩、土荷载进行了重新分配,提出了“变截面桩身荷载衰减比”来反映这种分配特性。 3、利用三维数值模拟研究了路堤荷载下钉形桩复合地基附加应力分布特性,分析了H、D、L、S、h、Ep、E1、E2、E3等因素对钉形桩复合地基土体附加应力场的影响。结果表明：复合地基中桩体的存在减缓了附加应力扩散,路中心相同深度加固区的附加应力比天然地基小,而下卧层的附加廊力比天然地基大,即下卧层发生了应力集中现象,钉形桩复合地基路中心加固区的附加应力曲线介于桩径为D的双搅桩和d的双搅桩之间。 4、以三维数值模拟分析了H、D、L、S、h、Ep、E1、E2、E3对路堤荷载下钉形桩复合地基位移场、地表总沉降、差异沉降和侧向变形的影响。结果表明：钉形桩扩大头的存在提高了上部的桩体置换率,能有效减小地表总沉降、桩土差异沉降和地基侧向位移。 5、在一定简化的基础上,将路堤填土、加固区和下卧层作为统一整体,提出了考虑桩顶上刺、桩土相互作用和桩端下刺的路堤荷载下钉形桩复合地基加闹区沉降计算模型,建立了模型的有限差分解法,并编制了计算程序。基于三维数值模拟结果,提出了考虑复合地基下卧层应力集中现象的路堤荷载下复合地基下卧层附加应力计算公式。利用所提方法对现场试验段进行沉降计算,并与实测结果和其他方法进行了对比,结果表明本文方法能较好地计算路堤荷载钉形桩复合地基沉降,复合模量法也有一定的适用性,而应力修正法计算结果远大于实测值。