石灰桩的主要作用机制是通过生石灰的吸水膨胀挤密桩周土，继而经过离子交换和胶凝反应使桩间土强度提高。同时，桩身生石灰与活性掺合料经过水化、胶凝反应，使桩身具有0.3-1.0MPa的抗压强度。石灰桩施工时是由振动钢管下沉成孔，使桩间土产生挤压和排土作用，其挤密效果与土质、上覆压力及地下水状况等有密切关联。一般地基土的渗透性越大，打桩挤密效果越好。

石灰桩在成孔后贯入生石灰便吸水膨胀，使桩间土受到强大的挤压力，这对地下水位以下软黏土的挤密起主导作用。测试结果表明，根据生石灰的质量高低，在自然状态下熟化后其体积可增加1.5~3.5倍，即体积膨胀系数为1.5~3.5。生石灰水化放出大量的热量。桩内温度最高达200~300℃，桩间土的温度最高可达40-50℃。升温可以促进生石灰与粉煤灰等桩体掺合料的凝结反应。高温引起了土中水分的大量蒸发，对减少土的含水量、促进桩周土的脱水起有利作用。石灰桩作为竖向增强体与天然地基土体形成复合地基，使得压缩模量大大提高，工后沉降减少，而且复合地基抗剪强度大大提高，稳定安全系数也得到提高。

石灰桩的密度显著小于土的密度，即使桩体饱和后，其密度也小于土的天然密度。当采用排土成桩时，加固层的自重减小，作用在下卧层的自重应力显著减小，即减小了下卧层顶面的附加应力。采用不排土成桩时，对于杂填土和砂类土等，由于成孔挤密了桩间土，加固层的重量变化不大。对于饱和黏性土，成孔时土体将隆起或侧向挤出，加固层的减载作用仍可考虑。