2.2　紅層軟巖長大直徑橋梁嵌巖樁荷載傳遞機理

2.2.1　紅層軟巖力學特性

湖南紅層隸屬于華南區，共有大小紅層盆地80余個，大致可分為湘東南區、湘北區及湘西區，總面積達36467km2，約占全省面積的20.5％。以衡陽盆地為主體的湘東南區白堊系發育良好，廣泛分布于茶陵、永興、醴陵、攸縣、株洲、湘潭、長沙、平江等地的北北東向山間盆地中，屬新華夏系構造控制的一級沉降帶次級沉降區。湘北地區以洞庭盆地為主體，僅在其西部桃源、常德、石門、臨澧一帶出露，大部分隱伏于第四系之下，為新華夏系構造一級沉降帶的沉降盆地。湘西地區白堊系發育較好，以沅（陵）麻（陽）盆地為主題，呈北東向延伸，受北東向至北北東向弧形構造控制，屬新華夏系構造一級沉降帶的次級沉降區。

湘瀏地洼盆地內廣泛分布著內陸湖相沉積的白堊系—第三系礫巖、砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖，均為軟質巖石。長期以來，地學工作者以基礎性理論研究為主，偏重于地質歷史的重建，注重于支配地球變化的一般規律的探究；工程技術人員則注重于研究其工程性質、巖土體的加固與改良。

2.2.2　基樁的荷載傳遞機理

樁—土（巖）體系的荷載傳遞機理：

樁基礎由基樁和連接樁頂的承臺組成，通過樁端阻力及樁側阻力來承擔豎向荷載。作為主要傳力構件的基樁與土（巖）的界面主要為樁側表面，樁底只占接觸總面積的很小部分（一般低于1％），樁側界面是影響樁向周圍土體傳遞荷載的重要因素，甚至是主要途徑。如圖2-4所示，樁側土與樁身存在黏聚力和正應力兩種。黏聚力只有當樁土發生相對位移時才逐漸發揮作用。樁土間發生相對位移時，正應力產生摩擦力（土顆粒的滾動摩擦力和滑動摩擦力）。隨著樁土位移的增大，摩擦力逐漸變為單一的滑動摩擦力。樁土位移進一步增大時，土顆粒間的黏聚力喪失，側摩阻力由峰值強度降到殘余強度。對于嵌巖樁，由于基巖壓縮性一般很低，發揮側摩阻力所需相對位移主要靠樁身壓縮。研究表明，發揮側阻力所需的相對位移量在3～8mm之間，砂土較小、黏土稍大些。由于側阻力是隨著樁土相對位移的發展而逐漸發展的，故緊靠基巖部分的樁側阻力可能因為位移關系而不能完全發揮作用。豎向荷載作用下，樁身上部先受到壓縮而發生相對于土的向下位移，使樁周土在樁側界面產生向下的摩阻力，摩阻力以剪切形式將荷載傳遞給樁周土體，這部分剪切荷載最終將擴散傳遞到樁端持力層。荷載沿樁身向下傳遞的過程就是不斷克服摩阻力并通過它向土中擴散的過程，因而樁身軸力沿著深度逐漸減小；在樁端處，樁身軸力則與樁端土反力平衡，樁端持力層在樁底反力作用下產生壓縮使樁身下沉，樁與樁間土的相對位移使摩阻力進一步發揮作用。隨著樁頂荷載增加，上述過程周而復始，直到變形穩定，荷載的傳遞過程方才結束。

圖2-4　樁土側摩阻力

由于樁身壓縮量的累積，上部樁身的位移總是大于下部，因而上部的摩阻力總先于下部發揮作用。樁側摩阻力達到極限后一般保持不變，進而隨著荷載的增加而調動下部摩阻力發揮作用，直到整個樁身的摩阻力全部達到極限，繼續增加的荷載就完全由樁端持力層承擔；當樁底荷載達到極限端阻力時，樁身便發生急劇下沉而發生破壞。

按荷載傳遞機理，根據樁側極限阻力Qsu、樁端極限阻力Qpu與極限荷載Qu的比值可將樁劃分為四大類型，見表2-7。

表2-7　樁按荷載傳遞機理分類