ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

_______________________
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
LỚP ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG 2012
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
LỚP ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG 2012
ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM
ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
GVGD: PGS.TS. VÕ PHÁN
HVTH: NHÓM 3
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO
I
I
•
GiỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MA SÁT ÂM
•
GiỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MA SÁT ÂM
II
II
•
TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM THEO CÁC TIÊU CHUẨN.
•
TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM THEO CÁC TIÊU CHUẨN.
IV
IV
•
TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS
•
TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS
V
V

•
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
•
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
VI
VI
•
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ.
•
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ.
NỘI DUNG BÁO CÁO
2
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
Các nguyên nhân gây ra hiện tượng ma sát âm:

Ma sát âm do lún dưới tải trọng bản thân hoặc đắp nền.

Cọc đóng trên nền chưa kết thúc cố kết.

Mực nước ngầm bị hạ thấp.
Biện pháp khắc phục ma sát âm có thể chia làm ba nhóm chính:
 Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất.
 Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất nền.

Biện pháp làm giảm ma sát giữa đất và cọc trong vùng ma sát âm.
3
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
4.1. Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất
Giảm tối đa độ lún cũng như tốc độ lún còn lại của nền đất trước khi thi công cọc bằng các biện pháp xử lý
nền như gia tải trước bằng đất đắp hoặc chân không, kết hợp với các giải pháp tăng nhanh quá trình cố kết,

nghĩa là quá trình tiêu tán áp lực lỗ rỗng thặng dư trong nền bằng cọc cát hay bấc thấm,v.v
4
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
4.1.1. Nội dung biện pháp

Đối với công trình có thời gian thi công không gấp, công trình có hệ móng cọc trong đất yếu chưa cố
kết. Để giảm ma sát âm, có thể bố trí các phương tiện thoát nước theo phương thẳng đứng (giếng cát hoặc
bấc thấm) để nước cố kết ở các lớp sâu trong đất yếu dưới tác dụng tải trọng đắp sẽ có điều kiện để thoát
nhanh (thoát theo phương nằm ngang ra giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát lên mặt đất tự
nhiên).

Tuy nhiên, để đảm bảo phát huy được hiệu quả thoát nước này thì chiều cao nền đắp tối thiểu nên là
4m, do đó nếu nền đắp không đủ lớn thì ta kết hợp với gia tải trước để phát huy hiệu quả của các đường
thấm thẳng đứng.
5
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
–
Khi sử dụng các giải pháp thoát nước cố kết thẳng đứng nhất thiết phải bố trí tầng cát đệm.
–
Giếng cát chỉ nên dùng loại có đường kính từ 35-45 cm, bố trí kiểu hoa mai với khoảng cách giữa các
giếng bằng 8-10 lần đường kính giếng.
–
Nếu dùng bấc thấm thì cũng nên bố trí so le kiểu hoa mai với cự ly không nên dưới 1,3m và không quá
2,2m.
–
- Khi sử dụng các giải pháp thoát nước cố kết thẳng đứng nên kết hợp với biện pháp gia tải trước và
trong mọi trường hợp thời gian duy trì tải trọng đắp không nên dưới 6 tháng.
6
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
Sơ đồ bố trí gia tải trước kết hợp giếng cát làm tăng nhanh q trình cố kết của đất

7

D L
Khối đất đắp (thường là cát)
k
h
k
v
k
v
k
h
k
v
k
h
k
v
k
h
k
v
k
h
k
v
k
h
Trụ thóat nước
Đệm cát

H
cố kết trước lớp đất yếu nhằm làm giảm ma sát âm
Hình 3-1: Gia tải trước kết hợp dùng giếng cát thoát nước làm
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
4.1.2. Ưu điểm: có thể áp dụng cho cả cọc đóng và cọc khoan nhồi.
4.1.3. Nhược điểm: cần thời gian thi công lâu và mặt bằng lớn (nếu có đắp gia tải).
4.2. Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất nền
Kiểm soát và hạn chế đến mức có thể ứng suất phân bố trong nền đất yếu do tải trọng chất thêm trong khi
thi công công trình cũng như sau khi công trình được đưa vào sử dụng. Giải pháp có thể được đưa ra là sử
dụng sàn giảm tải trên hệ cọc hoặc là nền đất đắp trên hệ cọc vật liệu trộn (đất trộn xi măng, đất trộn vôi, )
có lót vải địa kỹ thuật.
8
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
4.2.1. Nội dung biện pháp
-
Đối với các công trình có phụ tải là hàng hóa, vật liệu, container, …. tải trọng phụ có giá trị lớn thì dùng các
sàn bê tông có xử lý cọc để đặt phụ tải.
-
Trong công trình giao thông, sàn giảm tải (bố trí cho nền đường đắp cao sau mố cầu), ngày càng được sử
dụng rộng rãi, đất đắp nền được đắp lên sàn giảm tải chứ không tác dụng trực tiếp lên nền đất yếu bên
dưới.
9
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
4.2.2. Ưu điểm
Biện pháp này dễ thi công, làm giảm đáng kể lực kéo xuống của cọc, an toàn về kỹ thuật. Biện pháp này
đặc biệt thích hợp với các công trình được xây dựng tôn nền cao trên nền đất yếu lớn như hiện nay.
4.2.3. Nhược điểm
–
Xét về mặt kinh tế thì chưa đạt hiệu quả cao.
–

Trong nhóm này còn phải kể đến phương pháp xử lý nền bằng phương pháp cố kết chân không. Các
phương pháp này mới được áp dụng tại Việt Nam có hiệu quả rất lớn tuy nhiên giá thành còn cao.
10
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
4.3. Biện pháp làm giảm ma sát giữa đất và cọc trong vùng ma sát âm
Giảm ma sát, sự dính bám giữa bề mặt đất và cọc trong phần nền có xuất hiện ma sát âm. Trong nhóm
giải pháp này bao gồm nhiều phương án đã được nghiên cứu, chứng minh và báo cáo trong các bài báo
của nhiều tác giả.
4.3.1. Nội dung biện pháp
Tạo lớp phủ mặt ngoài để ngăn ngừa tiếp xúc trực tiếp giữa cọc và đất xung quanh làm giảm ma sát thành
bên giữa cọc và lớp đất nền xung quanh cọc.
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM

Bitumen thường được sử dụng để phủ xung quanh cọc bởi vì đặc tính dẻo nhớt của nó, ứng xử như vật
liệu rắn đàn hồi dưới tác động tải tức thời (đóng cọc) và như chất lỏng nhớt với sức chống cắt nhỏ khi tốc
độ di chuyển thấp.

Những thành công sử dụng bitumen để làm giảm lực kéo xuống phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như lọai
và tính chất của bitumen, mức độ thâm nhập của hạt đất vào bitumen, sự phá hỏng của bitumen khi đóng
cọc, và nhiệt độ môi trường.

Theo kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ bitumen làm giảm ma sát âm trong cọc của Brons
(1969), kết quả nghiên cứu cho thấy lực ma sát âm giảm khoảng 90% so với trường hợp không dùng lớp
phủ mặt ngoài.
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM

Theo kết quả nghiên cứu của Bjerrum (1969), đối với cọc dùng lớp phủ bitumen và dùng bùn bentonite
để bảo vệ khi hạ cọc thì lực kéo xuống giảm 92%. Trong trường cọc dùng bùn bitonite để giữ ổn định thì lực
kéo xuống giảm 15%.


Vì vậy có thể kết luận: lớp phủ bitumen có tác dụng làm giảm lực kéo xuống khoảng 75%. Tuy nhiên,
nếu không có bùn bentonite khi hạ cọc thì tác dụng của bitumen chỉ còn khoảng 30% mà thôi, do lớp phủ
bitumen bị phá hỏng trong quá trình hạ cọc. Do đó chiều dày lớp phủ bitumen nên vào khoảng 4-5mm để
ngừa cho trường hợp bị xước khi hạ cọc.
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM
4.3.2. Ưu điểm : Thi công đơn giản, kinh phí thấp
4.3.3. Nhược điểm

Chỉ có thể áp dụng cho cọc đóng, không áp dụng được cho cọc khoan nhồi.

Ngoài ra, người ta có thể khoan tạo lỗ có kích thước lớn hơn kích thước cọc trong vùng chịu ma sát
âm, sau đó thi công cọc mà vẫn giữ nguyên khoảng trống xung quanh và được lấp đầy bằng bentonite.
KẾT LUẬN
5.1. Nhận xét về hiện tượng ma sát âm
–
Ma sát âm hay sức kháng bên âm là một thành phần lực sinh ra trong các trường hợp độ lún của lớp đất
xung quanh cọc lớn hơn độ lún của cọc.
–
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ma sát âm (chỉ tiêu cơ lý của đất, mực nước ngầm, loại cọc, các kích
thước của cọc, độ cố kết thời gian cố kết của đất…) cho nên việc xây dựng một mô hình tính toán tổng quát
cho bài toán này rất phức tạp.
–
Ma sát âm phát triển theo thời gian và đạt giá trị lớn nhất khi kết thúc cố kết.
KẾT LUẬN
–
Lực ma sát âm tỉ lệ với áp lực ngang của đất tác động lên cọc và tốc độ lún cố kết của đất, hiện tượng
ma sát âm sẽ kết thúc khi độ lún cố kết chấm dứt, lúc bấy giờ ma sát của đất và cọc sẽ trở thành ma sát
dương.
–
Lực ma sát âm không chỉ tác động lên mặt bên của cọc mà còn tác dụng lên mặt bên của đài cọc, hoặc

mặt bên của mố cầu hay mặt tường chắn có tựa lên cọc.
–
Khi tăng chiều cao đất đắp (hoặc phụ tải) thì ma sát âm tăng rất nhanh ở giai đầu và chậm lại ở giai
đoạn sau, và khi chiều cao đắp tăng đến một giới hạn nào đó thì ma sát âm sẽ tăng không đáng kể (có thể
là const). Kết quả tương tự cũng xảy ra đối với chiều sâu vùng chịu ảnh hưởng z.
KẾT LUẬN
- Tuỳ theo chiều cao của lớp đất đắp (hoặc độ lớn của phụ tải) và chiều dày của tầng đất yếu mà chiều sâu
vùng chịu ảnh hưởng của ma sát âm có thể không chỉ ở trong vùng đất yếu mà có thể ảnh hưởng sang cả
lớp đất tốt bên dưới (khi độ lún của lớp đất tốt lớn hơn độ lún của cọc).
KẾT LUẬN
5.2. Nhận xét các phương pháp tính ma sát âm
–
Nhóm tiểu luận đã tiến hành 3 phương pháp tính toán ma sát âm và nhận thấy rằng kết quả 3 phương
pháp này là tương đương nhau chứng tỏ các phương pháp tính là chuẩn xác.
–
Trong đó phương pháp thiết kế theo TCVN là phương pháp được đề xuất sử dụng trong thiết kế móng
cọc ở nước ta. Phương pháp này đơn giản phù hợp với các quy trình quy phạm và điều kiện địa chất ở Việt
Nam.
–
Phương pháp theo nhà khoa học DAS cho phép xác định nhanh chống giá trị ma sát âm và có thể dùng
để dự báo độ ảnh hưởng của ma sát âm trong thiết kế sơ bộ.
KẾT LUẬN
- Sử dụng phần mềm Plaxis là một phương pháp mới mà nhóm đã nổ lực nghiên cứu và cho ra các kết quả
rất phù hợp với những nghiên cứu trước. Với phương pháp này ta có thể nghiên cứu sâu thêm các vấn đề
về ảnh hưởng của ma sát âm mà các phương pháp giải tích trước đây rất khó khăn thực hiện.
KIẾN NGHỊ
- Trong thiết kế nếu có xét đến ảnh hưởng của ma sát âm cần tính toán cả hai ứng xử thoát nước và không
thoát nước của đất vì phân tích ảnh hưởng của ma sát âm là quá trình phân tích ứng xử dài hạn (ứng xử
thoát nước) của đất nên đòi hỏi phải có đầy đủ các thông số ứng xử thoát nước từ các thí nghiệm địa chất.
Nếu chỉ sử dụng các thông số từ các thí nghiệm đơn giản như cắt trực tiếp, thí nghiệm nén nhanh thì

những kết quả thu được sẽ không chính xác đem lại cái nhìn không đúng về ma sát âm tăng chi phí thiết kế
nhưng không mang lại hiệu quả.
KIẾN NGHỊ
- Cần xem xét ảnh hưởng của ma sát âm trong các trường hợp sau:
»
Cọc xuyên qua các lớp đất yếu với độ cố kết còn bé như sét yếu, bùn, than bùn…
»
Ở những nơi nền công trình được nâng cao với với chiều dày lớn hơn 1m trên lớp đất yếu hay phụ tải
nền với tải trọng lớn từ 20kPa trở lên.
»
Mực nước ngầm bị hạ thấp đáng kể do quá trình thi công công trình mới hay do khai thác nước ngầm
trong thành phố.
»
Quá trình thi công cọc ép của một số công trình xây chen có thể gây ra ma sát âm đối các cọc biên của
công trình cũ.
»
Thiết kế cọc nổi trên nền đang cố kết.
KIẾN NGHỊ
-
Sử dụng các giải pháp khắc phục cần nắm rõ các điều kiện của công trình và những ưu nhược điểm của
phương pháp đề có lựa chọn phù hợp. Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng và phù hợp với
các công trình khác nhau nên cần phân tích lựa chọn thật kỹ để quá trình thiết kế là hiệu quả và kinh tế
nhất.
-
Ảnh hưởng của ma sát âm cho nhóm cọc là một vấn đề cần nghiên cứu sâu thêm ở nước ta.
Vì đối với địa chất ở các vùng như quận 7, 8, Nhà Bè, Đồng Bằng Sông Cửu Long… lớp đất yếu trên mặt
dày, rất dể xảy ra hiện tượng ma sát âm tác dụng lên cọc khi san lấp mặt bằng.
KIẾN NGHỊ
-
Nếu không có một nhận định chính xác về mức độ ảnh hưởng của ma sát âm đến cọc trong những khu

vực này dể dẫn đến các sự cố khi sử dụng công trình.
Nhưng tính đến ma sát âm mà không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc thì chi phí công trình sẽ tăng.
Nhưng giá trị tăng cũng như tiết kiệm là bao nhiêu thì cần có những nghiên cứu cụ thể để xác định.
24
End
Thank for Your Attention!
End
Thank for Your Attention!