Tiểu luận nền mống nâng cao ma sát âm

TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của nền công nghiệp đã góp phần đáng kể vào
sự phát triển toàn diện của đất nước chúng ta. Vì thế cũng cần phải có những cơ sở hạ
tầng phát triển nhằm phục vụ cho công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Vì thế vấn
đề đặt ra là làm thế nào chúng ta có thể xây dựng những cơ sở hạ tầng vững chắc,
những công trình mang tầm vóc quốc gia và từ đây việc thiết kế những công trình hết
sức quan trọng để đảm bảo sự ổn định và vững chắc của các công trình xây dựng được
sử dụng lâu dài. Chính vì thế mà việc thiết kế nền móng công trình giữ vai trò quan
trọng và là tiêu chí hàng đầu đánh giá sự ổn định và tồn tại của công trình nhằm giảm
những thiệt hại về kinh tế về con người do sự cố công trình gây ra. Cũng xuất phát từ
những yêu cầu như thế mà công tác thiết kế nền móng xây dựng ngày càng được đánh
giá cao trong công tác thiết kế. Để chọn được một phương án móng phù hợp cho một
công trình đòi hỏi người kỹ sư phải có một kiến thức sâu rộng để đưa ra những phương
án móng phù hợp như móng nông, móng cọc…. Tuy nhiên, trong tất cả các phương án
đó thì móng cọc ngày nay được sử dụng phổ biến hơn cho các công trình cao tầng,
công trình chịu được tải trọng lớn. Cho nên để hiểu đầy đủ và một cách tổng quát về
khả năng ứng xử của cọc và đất nền hết sức quan trọng, trong đó hiện tượng ma sát
âm ảnh hưởng rất lớn đến sức chịu tải của cọc, nếu trong tính toán không xét đến khả
năng ma sát âm sẽ dẫn tới sự cố không mong muốn của công trình trong quá trình khai
thác sử dụng.
Trong phần nghiên cứu của tiểu luận này chúng ta chỉ đi vào một phần nhỏ của
ma sát âm. Bao gồm những yếu tố sau:
- Định nghĩa ma sát âm là gì.
- Nguyên nhân gây ra ma sát âm.
- Các yếu tố ảnh hưởng.
- Cơ sở tính toán khi xét đến ma sát âm.
- Ảnh hưởng ma sát âm đến móng công trình.
- Các biện pháp khắc phục ma sát âm trong việc xử lý nền móng công trình.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC

1
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
- Tính toán cho công trình thực tế.
Do kiến thức còn hạn chế nên quá trình làm báo cáo tiểu luận này rất mong sự
góp ý của Thầy cùng các bạn trong lớp nhằm giải quyết được những gì thiếu sót và cụ
thể hơn.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
2
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MA SÁT ÂM
1.1 Định nghĩa ma sát âm.
1.2 Các nguyên nhân gây ra ma sát âm.
1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát âm.
1.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến nền móng công trình.
1.5 Các ảnh hưởng thực tế đến công trình.
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHI CÓ XÉT MA SÁT ÂM
2.1 Các bước tính toán sức chịu tải cọc có xét đến ma sát âm.
2.2 Lý thuyết tính toán.
2.2 Tính theo tiêu chuẩn Nhật Bản.
CHƯƠNG III
CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM
3.1 Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của đất.
3.2 Biện pháp làm giảm ma sát giữa đất và cọc trong vùng ma sát âm.
3.3 Dùng sàn giảm tải có xử lý cọc (làm giảm tải trọng tác dụng vào đất
nền).
3.4 Một số giải pháp cụ thể.
CHƯƠNG IV

NHẬN XÉT – KIẾN NGHỊ - TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC TẾ.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
3
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MA SÁT ÂM
1.1 ĐỊNH NGHĨA MA SÁT ÂM
Đối với công trình sử dụng móng cọc, cọc được đóng vào trong tầng đất nền có
quá trình cố kết chưa hoàn toàn, khi tốc độ lún của đất nền dưới công trình nhanh hơn
tốc độ lún của cọc theo chiều đi xuống, thì sự lún tương đối này phát sinh ra lực kéo
xuống của tầng đất đối với cọc làm giảm khả năng chịu tải của cọc gọi là ma sát âm,
lực kéo xuống gọi là ma sát âm.
Ma sát âm (tiếng Anh negative skin friction) là hiện tượng đất xung quanh cọc
bị lún cố kết lớn hơn chuyển vị xuống dưới/biến dạng nén của cọc; việc này gây thêm
một tải trọng hướng xuống lên cọc. Ma sát âm trên cọc là yếu tố không thể bỏ qua khi
thiết kế móng cọc trong khu vực mới san nền trên đất yếu và trong vùng chịu ảnh
hưởng của hiện tượng hạ mực nước ngầm. Ma sát âm biến động theo thời gian, phụ
thuộc vào tốc độ cố kết của đất và tốc độ lún của cọc.
Lực ma sát âm xảy ra trên một phần thân cọc phụ thuộc vào tốc độ lún đất xung
quanh cọc và tốc độ lún của cọc. Lực ma sát âm có chiều hướng thẳng đứng xuống
dưới, có khuynh hướng kéo cọc đi xuống, do đó làm tăng lực tác dụng lên cọc. Ta có
thể so sánh sự phát sinh ma sát âm và ma sát dương thông qua hình sau:
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
4
N
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Hình 1: Sự phát sinh ma sat dương
Hình 2: Ma sát âm có lớp đất đắp mới xảy ra cố kết do trọng lượng bản thân

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
5
LỚP 1
LỚP 2
L
2
L
1
LỚP 1
LỚP 2
L
2
L
1
N
Mới đắp
LỚP 1
LỚP 2
Đất yếu
L
2
L
1
N
Mới đắp
LỚP 3
Đất tốt
Vùng ma
sát âm

TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Hình 3: Ma sát âm khi lớp sét yếu cố kết do thoát nước hoặc có thêm lớp đất
đắp mới
Qua các hình minh họa trên ta thấy được ma sát âm có thể xuất hiện trong một
phần đoạn của thân cọc hay toàn thân cọc, phụ thuộc vào chiều dày của lớp đất yếu
chưa cố kết. Trong trường hợp ma sát âm tác dụng trên toàn thân cọc thì rất nguy
hiểm, sức chịu tải của cọc không những không kể đến sức chịu tải do ma sát hông của
đất và cọc mà còn bị ma sát âm kéo xuống. Sức chịu tải lúc này chủ yếu là sức chịu tải
của mũi cọc, chống lên nền đất cứng hay đá.
Trường hợp cọc xuyên qua lớp đất mềm cắm vào lớp đất cứng và lớp đất mềm
đang diễn tiến lún do cố kết bởi lớp gia tải trên mặt hay do hạ mực nước ngầm,…, mà
độ lún các lớp đất lớn hơn độ lún của cọc thì phần lớp đất yếu có chuyển vị đứng nhiều
hơn chuyển vị đứng của thân cọc bên cạnh và các lớp bên trên nó gây ra lực ma sát
âm. Ngay cả trong trường hợp cọc chỉ nằm trong lớp đất yếu không tựa mũi vào lớp
đất cứng, còn gọi là cọc treo cũng có thể bị tác động bởi ma sát âm dưới tác động của
tải bên trên mặt đất hoặc do các tác động gây ra biến dạng đất nền như hạ mực nước
ngầm (lún), hoặc dâng mực nước ngầm (nở).
Lực ma sát âm không chỉ tác động lên mặt bên thân cọc mà còn tác dụng lên
mặt bên của đài cọc, hoặc mặt bên của mố cầu hay tường chắn có tựa lên cọc.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
6
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Khi tác động tải lên công trình gây ra lún của cọc và giảm độ dịch chuyển
tương đối giữa đất và cọc (đồng nghĩa giảm ma sát âm), ít nhất ở phần trên và nhiều
hơn ở đoạn dưới. Trong thực tế tính toán, những hoạt tải ngắn hạn nó được xem xét
khi gây ra được sự giảm ma sát âm.
1.2 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA LỰC MA SÁT ÂM
Một điều dễ dàng thấy rằng, mặt dù có độ lún của lớp đất xung quanh cọc, lực
kéo xuống (ma sát âm) sẽ không xuất hiện nếu sự chuyển dịch xuống phía dưới của

cọc dưới tác dụng của tĩnh tải và hoặc hoạt tải lớn hơn độ lún của đất nền. Vì vậy mối
quan hệ giữa biến dạng lún của nền và biến dạng lún của cọc là nền tảng cơ bản để lực
ma sát âm xuất hiện.
Quá trình xuất hiện ma sát âm được đặc trưng bởi độ lún của đất gần cọc và tốc
độ lún tương ứng của đất lớn hơn độ lún và tốc độ lún của cọc xảy ra do tác động của
tải trọng. Trong trường hợp này đất gần cọc như buông khỏi cọc, còn tải trọng thêm sẽ
cộng vào tải trọng ngoài tác dụng lên cọc. Thông thường hiện tượng này xảy ra khi cọc
xuyên qua lớp đất có tính cố kết và độ dày lớn, khi có phụ tải tác dụng lên mặt đất
quanh cọc.
Khi nền công trình được tôn cao, gây ra tải trọng phụ tác dụng xuống lớp
đất bên dưới làm xảy ra hiện tượng cố kết cho lớp nền bên dưới, hoặc chính do tải
trọng bản thân làm cho lớp đất nền đắp xảy ra quá trình tự cố kết. Ta xét các trường
hợp cụ thể sau:
- Trường hợp 1:
Khi có một lớp đất sét đắp trên một tầng đất dạng hạt mà cọc sẽ xuyên qua nó,
tầng đất sẽ cố kết dần dần. Quá trình cố kết này sẽ sinh ra một lực ma sát âm tác dụng
vào cọc trong suốt quá trình cố kết.
- Trường hợp 2:
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
7
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
hình (1) hình (2)
Hình 4: Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nền
Khi có một tầng đất dạng hạt, đắp phía trên một tầng sét yếu, nó sẽ gây ra quá
trình cố kết trong tầng sét yếu và tạo ra một lực ma sát âm tác dụng vào cọc.
- Trường hợp 3:
Khi có một tầng đất dính đắp phía trên một tầng sét yếu, nó sẽ gây ra quá trình
cố kết trong cả hai tầng đất đắp và tầng đất sét và tạo ra lực ma sát âm tác dụng vào
cọc.

Trường hợp các cọc được tựa trên tầng đất cứng và có tồn tại tải trọng bề mặt,
xảy ra trong các trường hợp sau đây:
- Trường hợp 4:
Với tầng cát lỏng sẽ có biến dạng lớn tức thời, đặc biệt khi đất nền chịu sự rung
động hoặc sự giao động của mực nước ngầm; sự tác động của tải trọng bề mặt sẽ tạo
ra sự biến dạng lún.
- Trường hợp 5:
Đối với nền sét yếu, xu hướng xảy ra biến dạng lún có thể rất nhỏ nếu như
không chịu tác động của tải trọng bề mặt. Nhưng dù sao khi khoang tạo lỗ sẽ gây ra sự
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
Sét đắp
Cát
H
z
L
8
z
Cát đắp
Sét
L
H
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
cấu trúc lại của nền sét vì vậy biến dạng lún (nhỏ) của nền sét sẽ xảy ra dưới tác dụng
của tải trọng bản thân của nền sét.
- Trường hợp 6:
Điều hiển nhiên là gần như bất kỳ sự đắp nào sẽ tạo ra biến dạng lún theo thời
gian dưới tác dụng của trọng lực.
hình (3) hình (4)
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA

CỌC
9
H
Sét đắp
Sét
L
z
Cát xốp
Tải trọng bề mặt
Tầng chịu lực
L
H
f
Đất đắp
Tải trọng bề mặt
L
H
f
Sét yếu
Tải trọng bề mặt
L
H
f
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
hình (5) hình (6)
Hình 5: Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nền
Việc xác định mối quan hệ độ lún của đất nền phía trên và của cọc là cần thiết
để đề ra giải pháp xử lý phù hợp đối với vấn đề đó. Trong các trường hợp nơi mà đất
nền ở phần trên lún xuống phía dưới lớn hơn độ lún của cọc, một giải pháp an toàn có
thể có được khi giả thiết tải trọng truyền hoàn toàn tới đỉnh của lớp đất nền phía dưới.

Cọc đóng trên nền chưa kết thúc cố kết: trong thực tế một tình huống
thường xuyên gặp phải trong thiết kế cầu đường nơi mà lực ma sát âm có thể xảy ra.
Các cọc đã được thi công xong trong khi nền đất chưa kết thúc cố kết, mố cầu đã đựơc
xây dựng và đất nền đã được đắp. Độ lún của nền đất dọc theo thân cọc có thể rất khó
khăn để loại bỏ, vì vậy lực ma sát âm thường xảy ra với dạng kết cấu như hình 5.3,
thậm chí còn có khuynh hướng tạo ra chuyển dịch ngang của mố cầu, nhưng sự dịch
chuyển này có thể giảm thể nếu ta sử dụng một số giải pháp thiết kế nền móng hợp lý.
Ma sát âm chỉ xảy ra một bên cọc do phần đường vào cầu có lớp đất đắp cao
làm cho lớp đất bên dưới bị lún do phải chịu tải trọng của lớp đất này, còn phần bên
kia mố (bờ sông) không chịu tải trọng đắp nên lớp đất không bị lún do tải trọng ngoài,
do đó cọc không ảnh hưởng ma sát âm. Vì vậy, một bên cọc chịu ma sát âm còn một
bên chịu ma sát dương.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
10
Tầng chịu lực
Tầng chịu lực
Nhịp Cầu
Tầng đất đắp
Tầng đất yếu
Tầng chịu lực
Mố cầu
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Hình 6: Hiện tượng ma sát âm do việc đóng cọc mố cầu vào nền đất yếu chưa
kết thúc cố kết hoặc còn ở trạng thái tự nhiên
Hình 7: Ảnh hưởng ma sát âm làm biến dạng công trình do khối đất đắp gây ra
Ngoài ra, việc hạ mực nước ngầm làm tăng ứng suất thẳng đứng có hiệu tại
mọi điểm của đất nền. Vì vậy, làm tăng độ lún cố kết của nền đất. Lúc đó, tốc độ lún
đất xung quanh cọc vượt quá tốc độ lún của cọc dẫn đến xảy ra hiện tượng kéo cọc đi
xuống của lớp đất xung quanh cọc.

Hiện tượng này được giải thích như sau: khi hạ mực nước ngầm thì:
- Phần áp lực nước lỗ rổng u sẽ giảm.
- Phần áp lực có hiệu thẳng đứng
h
σ
lên các hạt rắn của đất tăng.
Xem biểu đồ tương quan giữa u và
h
σ
trong trường hợp bài toán nén một chiều
và tải trọng q phân bố đều khắp.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
11
Khối đất đắp
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Hình 8: Biểu đồ tương quan giữa áp lực nước lỗ rổng u và áp lực có hiệu
thẳng đứng lên hạt rắn của đất
h
σ
trong trường hợp bài toán 1 chiều và tải trọng
ngoài phân bố đều khắp.
Trong đó:

h
σ
= p = const: ứng suất toàn phần.
 H
a
: vùng hoạt động của ứng suất phân bố trong đất.

 Đất bình thường: H
a
tương ứng với chiều sâu mà tại đó
bth
σσ
2.0=
.
 Đất yếu: H
a
tương ứng với chiều sâu mà tại đó
bth
σσ
1.0=
.

bt
σ
: ứng suất do trọng lượng bản thân của lớp đất có chiều dày H
a
.
Theo TCVN 205 – 1998: Hiện tượng ma sát âm nên được xét trong các trường
hợp sau:
- Sự cố kết chưa kết thúc của trầm tích hiện đại và trầm tích kiến tạo.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
12
Lớp đất tốt
Đất yếu
constq
z

==
σ
max
u
u
0
min
=u
σ
H
a
h
d
q
P
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
- Sự tăng độ chặt của đất rời dưới tác dụng của động lực.
- Sự lún ướt của đất khi bị ngập nước.
- Mực nước ngầm hạ thấp làm cho ứng suất có hiệu tăng lên, dẫn đến tăng
nhanh tốc độ lún cố kết của nền.
- Nền công trình được tôn cao lớn hơn 1m trên nền đất yếu.
- Phụ tải trên nền với tải trọng từ
2
/2 mT
trở lên.
- Sự giảm thể tích trong đất do chất hữu cơ bị phân hủy…
1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
Ma sát âm là một hiện tượng phức tạp và nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
- Loại cọc, chiều dài cọc, phương pháp hạ cọc, mặt cắt ngang của cọc, bề mặt
tiếp xúc giữa cọc và đất nền, sự co nắn đàn hồi của cọc.

- Đặt tính cơ lý của đất, chiều dày của lớp đất yếu, tính trương nở của đất.
- Tải trọng tính toán (chiều cao đắp nền, phụ tải).
- Thời gian chất tải đến khi xây dựng công trình.
- Độ lún của nền sau khi đóng cọc, độ lún của móng cọc.
- Quy luật phân bố ma sát âm trên cọc.
Trị số lực ma sát âm có liện quan tới sự cố kết của đất, phụ thuộc trực tiếp vào
ứng suất hữu hiệu của đất xung quanh cọc. Như vậy lực ma sát âm phát triển theo thời
gian và có trị số lớn nhất khi kết thúc quá trình cố kết của đất.
Bất kỳ một sự dịch chuyển nào xuống phía dưới của nền đất đối với cọc đều
sinh ra lực ma sát âm. Tải trọng này có thể truyền hoàn toàn từ đất nền cho cọc khi
mối tương quan về chyển vị khoảng từ 3mm đến 15mm hoặc 1% đường kính cọc. Khi
chuyển vị tương đối của đất tới 15mm thì lực ma sát âm được phát huy đầy đủ. Một
điều thường được giả thiết trong thiết kế khi cho rằng toàn bộ lực ma sát âm sẽ xảy ra
khi mà có một sự chuyển dịch tương đối của đất nền được dự đoán trước.
1.4 ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
13
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Khi cọc trong đất, thì sức chịu tải của cọc được thể hiện qua thành phần ma sát
(dương) xung quanh cọc và sức kháng mũi cọc. Khi cọc bị ảnh hưởng lực ma sát âm
thì sức chịu tải của cọc sẽ giảm vì lúc này ngoài chuyển vị của cọc, cọc còn phải gánh
thêm một lực kéo xuống mà ta gọi là lực ma sát âm. Ngoài ra qúa trình cố kết của lớp
đất, đã gây nên khe hở giữa đài cọc và lớp đất dưới đài, giữa cọc và đất xung quanh
cọc, từ đó gây tăng thêm ứng lực phụ tác dụng lên móng cọc. Đối với đất trương nở,
ma sát âm có thể gây nên tải trọng phụ rất lớn tác dụng lên móng cọc.
Trong một số trường hợp lực ma sát âm khá lớn, có thể vượt qua tải trọng tác
dụng lên đầu cọc nhất là cọc có chiều dài lớn. Chẳng hạn (1972) Fellenius đã đo quá
trình phát triển của lực ma sát âm của hai cọc bê tông cốt thép được đóng qua lớp đất
mềm dẻo dày 40m và lớp cát dày 15m cho thấy: sự cố kết lại của lớp sét mềm bị xáo

trộn do đóng cọc đã tạo ra lực kéo xuống 300kN trong thời gian 5 tháng và 16 tháng
sau khi đóng cọc thì mỗi cọc chịu lực kéo xuống 440kN.
Johanessen và Bjerrum đã theo dõi sự phát triển hiện tượng ma sát âm của cọc
thép xuyên qua lớp đất sét dày 53m và mũi cọc tựa trên nền đá. Lớp đất đắp bằng cát
dày 10m, quá trình cố kết của lớp đất sét đã gây ra độ lún 1.2m và lực kéo xuống
khoảng 1500kN ở mũi cọc. Ứng suất ở mũi cọc ướt tính đạt tới 190kN/m2 và có khả
năng xuyên thủng lớp đá.
Đối với việc sử dụng giếng cát: ma sát âm làm hạn chế quá trình cố kết của nền
đất yếu có dùng giếng cát. Hiện tương ma sát âm gây ra hiệu ứng treo của đất xung
quanh giếng cát, lớp đất xung quanh giếng cát bám vào giếng cát làm cản trở độ lún và
cản trở quá trình tăng khả năng chịu tải của đất nền xung quanh giết cát.
Qua phân tích trên cho thấy tác dụng chính của lực ma sát âm làm gia tăng lực
nén dọc trục cọc, làm tăng độ lún của cọc, ngoài ra đo lớp đất đắp bị lún tạo ra khe hở
giữa đài cọc và lớp đất bên dưới đài có thể thay đổi mômen uống tác dụng lên đài cọc.
Lực ma sát âm làm hạn chế quá trình cố kết thoát nước của nền đất yếu khi có gia tải
trước và có dùng giếng cát, cản trở quá trình tăng khả năng chịu tải của đất nền xung
quanh giếng cát. Ngoài ra lực ma sát âm làm tăng tải trọng ngang tác dụng lên cọc.
1.5 ẢNH HƯỞNG THỰC TẾ ĐẾN CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
14
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Sự cố của móng cọc do ma sát âm gây ra đã được ghi nhận ở nhiều nứơc như
Mỹ (Moore, 1947; Roberts & Darragh, 1963; Garlander 1974), Pháp (Florentin &
L'Heriteau, 1948), Argentina (Moretto Bolognesi, 1960), Liên Xô (Iovchuk &
Babitskii, 1967), Canada (Stermac, 1968) và Nhật Bản (Kishida & Takano, 1976). Các
sự cố thường gặp là một số cây cọc trong cụm cọc bị mất khả năng chịu tải và bị kéo
rời khỏi móng hoặc nghiêm trọng hơn là toàn bộ công trình xây dựng trên móng cọc bị
lún quá mức cho phép.
Ở Việt Nam, hiện tượng ma sát âm trên cọc có thể là nguyên nhân chính dẫn

đến sự cố nền móng của một số công trình xây dựng như:
Nhà của khoa vật lý thuộc trường Đại học sư phạm Hà Nội sử dụng cọc đóng
tiết diện 30x30 cm. Do ảnh hưởng của hiện tượng hạ mực nước ngầm xung quanh khu
vực nhà máy nước Mai Dịch, móng của công trình đã bị lún làm hư hỏng kết cấu bên
trên.
Một số chung cư và công trình công cộng tại khu vực Ngọc Khánh, Thành
Công và lân cận: Đây là các khối nhà xây dựng trên móng nông. Nền đất khu vực này
rất yếu, toàn bộ khu vực bị lún do tải trọng của đất san nền và do hạ mực nước ngầm
gây ra. Sau khi đưa vào sử dụng, nhiều nhà đã bị lún và hư hỏng nên đã được đầu tư
chống lún bằng móng cọc. Tại một số nhà công tác chống lún đã phát huy hiệu quả,
tuy vậy tại một vài nhà khác độ lún vẫn tiếp tục phát triển sau khi đã chống lún bằng
cọc. Nguyên nhân gây ra độ lún sau khi đã gia cường móng bằng cọc có thể do ma sát
âm chưa được xét đến đầy đủ khi tính toán tải trọng tác dụng lên cọc.
Một nhà máy tại khu công nghiệp Đình Vũ, Hải Phòng: Công trình được xây
dựng ở khu vực mới san lấp trên nền đất yếu với bề dày lớn. Cọc móng với chiều dài
khác nhau được sử dụng cho các hạng mục của công trình. Đối với kết cấu chính của
nhà, cọc được đóng tựa vào đá trong khi các cọc thuộc hệ thống dây chuyền công nghệ
ngắn hơn nên chỉ tựa vào lớp sét cứng nằm dưới lớp bùn sét. Trước khi thi công đại trà
người ta đã tiến hành đóng cọc thử và nén tĩnh, kết quả thí nghiệm cho thấy tất cả các
cọc thí nghiệm có sức chịu tải đạt yêu cầu với hệ số an toàn FS = 2. Sau khi thi công
móng và bắt đầu lắp đặt thiết bị đã phát hiện móng thuộc hệ thống dây chuyền công
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
15
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
nghệ bị lún trên 10cm và độ lún vẫn tiếp tục phát triển. Nguyên nhân gây lún móng
cọc được xác định là do ma sát âm chưa được xét đến khi tính toán tải trọng lên cọc.
Sự cố cục bộ xảy ra ở một cây cọc móng công trình ở Bà Rịa - Vũng Tàu: Theo
thiết kế, các cọc của công trình có tiết diện 40x40 cm dài 32 m được đóng qua lớp cát
san nền dày 3-4 m và lớp đất yếu dày 11-12 m và tựa vào lớp cát hạt trung ở phía dưới.

Trong thiết kế đã cọc đã xét đến tải trọng phụ thêm do ma sát âm và cọc đã được quét
bi tum nhựa để giảm ma sát, vì vậy các kết cấu đặt trên móng cọc đều ổn định. Sự cố
chỉ xảy ra cục bộ ở một cây cọc bố trí dưới cột một kết cấu nhẹ. Do tải trọng của kết
cấu bên trên nhỏ nên dưới mỗi cột chỉ bố trí 01 cây cọc. ở cốt nền công trình có hệ
giằng với độ cứng khá cao để đỡ tường bao che và truyền tải trọng tường xuống các
móng. Cây cọc gặp sự cố có thể đã bị hư hại khi thi đóng nên đã bị giảm yếu. Cây cọc
có xu hướng bị kéo lún do ma sát âm trong khi phần cổ cột được liên kết với kết cấu
bên trên có độ cứng đủ lớn nên phần cổ cột đã chịu lực kéo trên 40T, đủ lớn để kéo đứt
4 thanh thép
16
φ
của cổ cột.
Một số hình ảnh sự cố công trình do ma sát âm gây ra:
Hình 9: Ma sát âm làm lún móng hư hỏng công trình
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
16
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Hình 10: Sự lún do ma sát âm làm cho nền lún nhiều hơn
Hình 11: Sự xuất hiện ma sát âm gây nên sụp đổ công trình
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
17
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Hình 12: Độ lún lệch vượt độ lún cho phép làm biến dạng cả công trình
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHI CÓ XÉT MA SÁT ÂM
Việc tính toán sức chịu tải của cọc có xét đến ảnh hưởng ma sát âm ta tiến
hành theo các bước sau.
2.1 CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC CÓ XÉT MA SÁT ÂM

Bước 1: Thiết lập mặt cắt địa chất và các chỉ tiêu địa chất nhằm phục vụ cho
việc tính toán.
Bước 2: Xác định độ gia tăng áp lực bên trên
p
∆
Độ gia tăng áp lực
p
∆
bằng với hệ số nén Kf, xác định từ biểu đồ phân bố áp
lực, bằng cách nhân chiều cao lớp đất đắp và trọng lượng riêng khối đất đắp
f.
δ
.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
18
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Biểu đồ phân bố áp lực cho được hệ số nén Kf, ở các độ sâu khác nhau bên
dưới khối đất đắp (x, b
f
) và ở các khoảng cách khác nhau từ tâm của lớp đất đắp. Độ
sâu bên dưới đáy đất đắp được cho khi nhân với b
f
, ở đây b
f
là khoảng cách từ tâm lớp
đất đắp.
Bước 3: Thực hiện tính toán lún cho các lớp đất dọc theo chiều sâu của cọc qua
các bước sau:
a) Xác định các thông số thí nghiệm nén cố kết từ kết quả thí nghiệm nén cố kết

trong phòng.
b) thí nghiệm độ lún của mỗi lớp đất sử dụng, phương trình tính toán độ lún
thích hợp cho đất dính và đất rời.
c) Tính toán độ lún tổng trên chiều sâu của cọc bằng cách tổng độ lún của các
lớp đất. Lưu ý không kể độ lún các lớp đất bên dưới mũi cọc.
Bước 4: Xác định chiều dài ảnh hưởng mà cọc chị ma sát âm:
Ma sát âm xảy ra do độ lún của đất và cọc. Giá trị độ lún của đất và cọc đủ để
tạo ra ma sát âm là khoảng 10mm. Vì vậy, ma sát âm chỉ xảy ra ở thân cọc tại mỗi lớp
đất hoặc một phần của lớp đất khi độ lún lớn hơn 10mm.
Bước 5: Xác định độ lớn của ma sát âm:
−
s
Q
.
Phương pháp sử dụng tính toán lực ma sát âm tới hạn theo chiều dài cọc xác
định ở bước 4 giống như phương pháp tính toán sực chịu tải ma sát dương cọc tới hạn,
mặc dù chúng ngược chiều nhau.
Bước 6: Tính toán sức chịu tải tới hạn của cọc bằng sức kháng bên và sức
kháng mũi cọc
+
u
Q
.
Lực ma sát dương và sức kháng mũi sẽ xuất hiện bên dưới độ sâu mà sự chuyển
vị tương đối giữa đất và cọc nhỏ hơn 10mm. Lực ma sát dương có thể được tính toán
trên phần chiều dài cọc còn lại bên dưới đoạn cọc chịu ma sát âm sau khi xác định
vùng ảnh hưởng ma sát âm.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
19

TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Bước 7: Tính sức chịu tải của cọc
net
u
Q
như sau:
−+
−=
su
net
u
QQQ
2.2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
2.2.1 Xác độ lún ổn định của đất nền:
Xác định độ lún ổn định của đất nền theo kết quả thí nghiệm nén cố kết dựa vào
đường cong nén lún
pe log
−
.
- Tính lún theo tổng lớp phân tố:
i
n
i
i
ii
n
i
i
h
e

ee
sS
∑∑
==
+
−
==
1
1
21
1
1
Hay :
i
n
i
i
n
i
i
i
n
i
ivi
n
i
i
hp
E
sS

hpmsS
∑∑
∑∑
==
==
∆==
∆==
11
11
β
- Tính lún nền theo hệ số cố kết:
Trường hợp 1: Đối với đất cố kết thường ta có:
0
0
0
00
log
1
1
p
pp
H
e
C
S
p
p
OCR
cc
∆+

+
=⇒==
Trường hợp 2: Đối với đất cố kết nhẹ trước:
c
ccs
c
p
pp
H
e
C
p
p
H
e
C
Spppp
∆+
+
+
+
=⇒∆+<<
0
0
00
0
0
00
log
1

log
1
Trường hợp 3: Đối với đất cố kết nặng:
0
0
0
0
0
log
1 p
pp
H
e
C
Sppp
s
c
∆+
+
=⇒∆+>
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
20
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Trong đó:
P
0
: ứng suất do trọng lượng bản thân
)/(
2

mkN
.
p∆
:áp lực tăng thêm do tải trọng công trình gây ra tại giữa lớp đất cần tính toán
)/(
2
mkN
.
c
p
:áp lực tiền cố kết
)/(
2
mkN
.
e
0
:hệ số rỗng ban đầu.
C
c
:chỉ số nén .
C
s
:chỉ số nở.
H
0
: chiều cao lớp đất tính toán (m).
2.2.2 Xác định độ lún của cọc đơn:
Độ lún của cọc đơn được xác định gồm ba thành phần:
bm

SSLS ++∆=
Trong đó:
L∆
: Biến dạng đàn hồi của cọc.
S
m
: Độ lún tại mũi cọc do tải công trình truyền xuống mũi cọc.
S
b
: Độ lún tại mũi cọc do tải truyền dọc theo thân cọc.
• Biến dạng đàn hồi thân cọc:
cp
tb
EA
LQ
L =∆
Trong đó:
A
p
: Diện tích tiết diện ngang của cọc.
L: Chiều dài tính toán của cọc.
E
c
: Môđul đàn hồi của cọc.
Q
tb
: Lực nén trung bình tác dụng lên thân cọc.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
21

TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
• Độ lún tại mũi cọc do tải công trình truyền xuống mũi cọc.
0
2
)1(
E
Bq
S
pthuc
m
µω
−
=
Trong đó:
q
pthuc
: Sức kháng mũi đơn vị tải trọng làm việc.
B: Cạnh cọc.
E
0
: Môdul đàn hồi đất dưới mũi cọc.
µ
: Hệ số Poisson (sét
43.0=
µ
, sét pha
43.03.0 ÷=
µ
, cát pha
3.025.0 ÷=

µ
, cát
25.0=
µ
.
ω
: Hệ số phụ thuộc vào hình dáng cọc : cọc vuông
88.0
=
ω
, cọc tròn
79.0
=
ω
.
• Độ lún tại mũi cọc do tải truyền dọc theo thân cọc.
0
2
)1(
E
Bf
S
bsthuc
b
µω
−
=
b
ω
: Hệ số phụ thuộc vào độ mảnh của từng đoạn cọc.

i
i
b
B
L
35.02
+=
ω
sthuc
f
: Sức kháng bên đơn vị tại tải trọng làm việc tính trung bình cho từng đoạn
cọc.
2.2.3 Xác định chiều sâu vùng ảnh hưởng ma sát âm:
Vùng ma sát âm xuất hiện khi cọc qua lớp đất yếu chưa cố kết và có độ lún lớn
hơn tốc độ lún của cọc. Ma sát –âm tác dụng lên cọc và tạo lực cùng với cọc chuyển vị
lún nhanh hơn.
Một công thức xác định vùng ảnh hưởng ma sát âm như sau:
( )
Hz
S
S
d
−=
1
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
22
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Trong đó:
S

d
: độ lún của cọc đơn
S: Độ lún ổn định đất nền
H: Chiều dày lớp đất yếu
2.2.4 Xác định sức chịu tải cực hạn trong thiết kế có ma sát âm
Khi tính toán thiết kế công trình mà cọc xuyên qua tầng đất yếu chưa cố kết
hoặc có tầng đất đắp lên trên nền công trình thì cần phải xét đến tính chịu tải cực hạn
mà cọc chịu khi ma sát âm xuất hiện.
Khi đó ta có :
p
p
s
s
a
FS
Q
FS
Q
Q
+=
Với :





=
=
∑
isis

ppp
LfuQ
qAQ
.
.
Trong đó : FS
s
= 2, FS
p
= 3
A
p
: tiết diện ngang của cọc.
q
p
: sức chịu tải mũi cọc tính theo Vesic hoặc terzaghi phụ thuộc lớp đất dưới
mũi cọc.





++=
++=
γ
γ
γασ
γσ
NdNcNqTerzaghiTheo
NdNcNqVesicTheo

qvcp
qvcp
3.1:
:
''
''
u : chu vi cọc tính toán.
f
si
: sức kháng bên của cọc qua từng lớp đất.
iivisi
cf
+−=
ϕσϕ
tan.).sin1(
'
l
i
: chiều dài lớp đất
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
23
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
Vậy khi xác định giá trị thiết kế của cọc khi có vùng ảnh hưởng ma sát âm là
giá trị nhỏ nhất trong tất cả giá trị sức chịu tải cọc mà ta tính toán (theo vật liệu, theo
chỉ tiêu cơ lý, theo cường độ đất nền, theo ASTM, theo tiêu chuẩn Nhật, thí nghiệm
xuyên tĩnh ).
2.3 TÍNH THEO TIÊU CHUẨN NHẬT BẢN
2.3.1 Khái quát ma sát âm
Nếu cọc xuyên qua lớp đất mà chịu ảnh hưởng cố kết thì ma sát âm sẽ được tính

đến khi tính toán sức chịu tải cho phép dọc trục của cọc
Chú giải : Khi cọc xuyên qua lớp sét mềm tới lớp địa tầng chịu lực, lực ma sát
từ lớp mềm sẽ tác động hướng lên phía trên và chịu một phần tải trọng tác động lên
đầu cọc. Khi lớp sét cố kết thì bản thân cọc được đỡ bởi sức chịu tải của tầng chịu lực
và hầu như không lún, hướng lực ma sát theo hướng ngược lại.
Lực ma sát trên toàn bộ chu vi xung quanh cọc bây giờ dừng chống lại tải trọng
tác dụng lên đầu cọc. Lực ma sát hướng xuống phía dưới và tác dụng lên tải trọng ở
chân cọc. lực ma sát hướng xuống phía dưới trên toàn bộ chu vi xung quanh cọc được
gọi là ma sát tiếp xúc âm hay ma sát âm.
2.3.2 Lý thuyết tính toán
a. Trường hợp 1:
Giá trị ma sát âm vẫn còn mang tính lý thuyết và chưa được cụ thể, tuy nhiên
giá trị lớn nhất có thể được xác định từ phương trình:
snf
fLR
2max,
ϕ
=
(1)
Trong đó:
- R
nf,max
: Lực ma sát tiếp xúc ma sát âm lớn nhất (cọc đơn) KN.
-
ϕ
: chu vi xung quanh cọc (chu vi của diện tích kín trong trường hợp cọc thép
có tiết diện chữ H) (m).
- L
2
: Chiều dài của cọc trong lớp đất cố kết (kN/m2).

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
24
TIỂU LUẬN: NỀN MÓNG NÂNG CAO GVHD: PGS. TS VÕ PHÁN
-
s
f
: Cường độ lực ma sát tiếp xúc trong lớp đất cố kết.
b. Trường hợp 2
Trong trường hợp trên ,
s
f
: trong nền đất sét đôi khi được lấy bằng q
u
/2. Nếu lớp
cát kẹp giữa lớp sét cố kết , hoặc nếu lớp cát nằm trên lớp sét cố kết , thì chiều dày lớp
cát sẽ nằm trong L
2
. Ma sát thành bên trong lớp cát đôi khi được xét đến để tính toán
cho
s
f
. Giá trị lớn nhất của ma sát âm trong trường hợp này được thể hiện trong
Phuong trình:
ϕ
)
2
2(
2max,
cu

snf
Lq
LNR
+=
Trong đó:
- L
s2
: Chiều dày lớp cát nằm trong L
2
.
- L
c
: Chiều dày lớp sét nằm trong L
2
.
- L
2
= L
c
+ L
s2
.
-
2s
N
: Giá trị trung bình của lớp cát có chiều dày L
s2
.
- q
u

: Cường độ trung bình nén nở hông của lớp sét có chiều dày L
c
.
c. Trường hợp 3:
Trong trường hợp nhóm cọc, ma sát tiếp xúc âm có thể được tính toán bằng
cách coi sự làm việc của nhóm cọc như móng đơn sâu. Lực ma sát tiếp xúc âm cho
một cọc được tính toán bằng cách chia cho số cọc.
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC
25