变径水泥土搅拌法是一种全新的深层搅拌技术，解决了常规水泥土搅拌桩施工中存在的诸多问题，其独特的扩大头结构更能充分发挥土拱效应和桩身承载特性。采用大直径、深长、变径水泥土搅拌桩处理申嘉湖杭高速公路深厚软土地基(>20m)获得成功，这在国内外尚属首次。然而，目前的实际工程设计仍主要采用经验法和工程类比法，缺乏系统的理论基础。　　 本文以路堤下深长变径水泥土搅拌桩复合地基理论与应用为研究对象，采用室内外试验、数值模拟和理论分析相结合的方法，深入研究了深长变径水泥土搅拌桩的荷载传递规律、复合地基应力场和变形场的分布特点，提出了附加应力和沉降的计算方法，并对桩径、桩长及褥挚层等设计参数进行了优化研究，为变径水泥土搅拌桩复合地基新工法的推广应用奠定了理论基础。全文主要研究成果归纳如下：　　 (1)介绍了变径水泥土搅拌桩施工技术；全面总结了变径桩复合地基已有理论成果；回顾了路堤荷载下复合地基性状的研究现状，并指出其中存在的问题。　　 (2)针对杭嘉湖平原冲湖积软土，通过室内水泥土配合比试验，研究了水泥土的工程特性，得到了最佳配合比，并用水泥土掺砂试验探索了进一步提高桩身强度的有效方法；采用现代原位测试技术(CPTU)揭示了变径水泥土搅拌桩施工前后桩间土强度、变形、固结、渗透等特性的变化规律；通过芯样的无侧限抗压强度和电阻率测试，证明其桩身质量满足设计要求，并采用水平向电阻率的标准差评价了水泥土搅拌均匀性。现场工程实践及试验结果证明，深长变径搅拌桩在高速公路深厚软土地基(>20m)处理中得到了成功应用，这一开创性的成果大大拓宽了水泥土搅拌桩的应用前景。　　 (3)通过现场桩身应力测试和三维数值模拟系统研究了变径水泥土搅拌桩的荷载传递机理。明确了桩身轴力、桩侧摩阻力沿深度变化规律；在路堤荷载下扩大头桩体承担了更多的荷载，能很好的协调下部桩土作用；揭示了路堤内部和复合地基内部的土拱效应，并利用土拱效应解释和验证了变径桩的荷载传递规律；基于路堤下充分发挥桩体作用的思路，提出变径桩的合理桩径比为1．6～2．0。　　 (4)系统研究了路堤荷载下变径桩复合地基的附加应力场和变形场的分布特点。变径桩复合地基在桩顶、变径位置和桩端附近附加应力梯度较大；采用多层弹性地基解联合Mindlin解计算了变径桩复合地基的附加应力，该方法既能考虑桩土相互作用，又能反映附加应力的扩散效应；同时发现，桩长、下卧层模量和填土高度是影响下卧层沉降的最主要因素。　　 (5)全面研究了不同荷载形式下(单桩受力、刚性基础下复合地基受力、路堤下复合地基受力和大面积均布荷载受力情况)变径水泥土搅拌桩的有效桩长；并分析了桩土模量比、上下桩径比、荷载形式和作用范围等因素对有效桩长的影响。　　 (6)研究了路堤荷载下变径桩复合地基的褥挚层效应。由于扩大头本身即能很好的协调其下部的桩土相互作用，而铺设褥挚层后对减小地表沉降和桩土差异沉降作用有限，因此建议对于路堤下变径桩复合地基不需铺设褥垫层；分析了不同因素(褥垫层厚度、模量和粘聚力以及桩体设计参数)对变径桩复合地基褥垫层效应的影响。