为提高深水、厚覆盖层、强风、巨浪等复杂环境条件下跨海特大型桥梁深水基础的承载能力,针对琼州海峡跨海大桥主通航孔2×1 500 m三塔斜拉桥的中塔基础,提出了设置裙筒与半刚性连接桩的新型沉箱复合基础的设计方案及施工工艺。该新型沉箱复合基础由底部周圈带有裙筒的沉箱、打入地基中的钢管桩与后注浆垫层组成,其能够降低沉箱复合基础对水下垫层平整度和裙筒入土深度的要求,提高施工效率和质量。为进一步研究其承载性能,通过数值模拟和模型试验分别开展了沉箱基础、设置半刚性连接桩的沉箱复合基础、设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础等3种基础方案在竖向荷载、竖向与水平向组合荷载作用下的受力性能研究。研究结果表明:设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础具有优越的竖向和水平向承载能力,其在竖向荷载作用下,通过后注浆形成的碎石混凝土垫层强度较高且处于裙筒侧向约束状态,可将上部竖向荷载传递至裙筒、群桩基础和桩间土,并通过裙筒和群桩基础传至到地基深部,从而有效提高了软弱厚覆盖层地基中沉箱基础的竖向承载力并可减小基础沉降;在竖向和水平向荷载的组合作用下,裙筒能够充分调动筒内外浅层土体的水平抗力,半刚性连接桩则驱动塑性区向深处延伸,从而有效提高了基础的水平向承载能力并减小水平位移。研究成果可为琼州海峡等跨海通道的特大型桥梁深水基础建设提供重要参考。