复合地基技术在软土地基处理中已有大量的应用研究，不同技术适用于不同的条件。目前公路软基处理中最为常用的是水泥土搅拌桩复合地基，但常规水泥土搅拌桩在处理软土地基中常出现一些问题： (1)由于施工中存在“溢浆”，水泥土搅拌桩桩体水泥掺入量达不到设计要求； (2)水泥浆沿桩体垂直分布不均匀； (3)搅拌不够均匀； (4)由于水泥土搅拌桩施工过程中对地基土扰动，发生桩体下沉； (5)桩土共同作用难以协调，需在桩顶部设置垫层或土工织物加筋层； (6)桩间距较小，破坏了土体的天然结构，硬壳层自身强度没有充分发挥，造价较高。 在充分研究水泥土搅拌桩复合地基的加固机理和影响水泥土深层搅拌桩成桩质量因素的基础上，东南大学交通学院刘松玉教授等成功研制出变截面水泥土搅拌桩和双向水泥土搅拌桩及其施工工艺和施工机械。将变截面水泥土搅拌桩的结构形式和双向水泥土搅拌桩的施工工艺相结合，即形成了一种完全新型的软土地基处理技术——变截面水泥土双向搅拌桩技术。 本文在变截面水泥土双向搅拌桩现场试验的基础上，通过理论分析和数值模拟，对变截面水泥土双向搅拌桩技术和承载特性进行研究，取得的主要成果如下： (1)系统总结了水泥土强度和搅拌均匀性影响因素，对水泥土搅拌桩施工扰动、桩身荷载传递规律以及单桩和复合地基承载力的确定进行了归纳总结，并对存在的问题进行了分析。 (2)通过现场试验确定了变截面水泥土双向搅拌桩和双向水泥土搅拌桩的施工工艺。运用能量守恒定律，分析了机械参数与单桩设计参数、工艺参数和工程地质参数之间理论关系，为今后工程应用中机械参数和工艺参数的选择提供理论依据。 (3)通过现场标准贯入试验、室内无侧限抗压强度试验和水泥土的电阻率测试，分析评价双向水泥土搅拌桩桩身宏观质量和微观结构的均匀性。双向水泥土搅拌桩桩身质量沿深度分布均匀，且强度较高，常规水泥土搅拌桩桩身质量沿深度分布不够均匀，特别是下部桩身质量差。电阻率测试结果表明双向水泥土搅拌桩的微观结构明显优于常规水泥土搅拌桩，且沿深度分布均匀；各向异性指数表明双向水泥土搅拌桩桩体基本可以近似认为是各向同性体，而常规水泥土搅拌桩则存在明显的各向异性。 (4)从球孔扩张理论出发，假设桩周土体服从摩尔．库仑强度准则，建立了双向搅工艺和常规工艺施工扰动分析模型，系统分析了两种工艺施工过程中桩周土体弹性区和塑性区应力场、塑性区范围和超静孔隙水压力的变化和分布情况，得到施工过程的解析解，并对其影响因素进行分析，从理论上解释了双向搅工艺桩间土强度变化的机理。理论分析和试验结果表明，双向搅工艺施工对桩周土体的扰动范围和程度远远小于常规工艺，且施工结束后其桩周土体超静孑L压的消散速度要明显快于常规工艺。 (5)通过对变截面水泥土双向搅拌桩复合地基在刚性基础和路堤荷载作用下桩身荷载传递规律的研究，探讨了单桩和复合地基的承载特性，分析了单桩和复合地基设计参数、工程地质参数和路堤填土参数对桩身荷载传递规律的影响。通过数值模拟，得出扩大头“翼缘”下桩身荷载“骤减值”、扩大头“翼缘”下桩身最大附加应力与桩顶应力的比值和中性点位置与影响因素之间的变化规律。 (6)通过现场试验、数值模拟和理论分析，研究了变截面水泥土双向搅拌桩在不同类型荷载作用下的单桩和复合地基的承载性能。从双向搅工艺施工对桩周土体强度的影响，路堤荷载下复合地基的土拱效应、对称边载效应和扩大头范围内负摩阻力、破坏模式和桩身荷载传递规律等几个方面进行分析研究，提出了在不同类型荷载作用下的单桩和复合地基承载力计算公式、以及单桩和复合地基设计参数的确定方法。