Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến khả năng chịu tải dọc trục và độ lún của nhóm cọc thẳng đứng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
BẠCH VŨ HOÀNG LAN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG
NHÓM ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI DỌC TRỤC
VÀ ĐỘ LÚN CỦA NHÓM CỌC THẲNG ĐỨNG

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 62.58.02.11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. TÔ VĂN LẬN
2. GS. NGUYỂN CÔNG MẪN

Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2017


-iiLỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực
hiện. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án

Bạch Vũ Hoàng Lan

-iiiLỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Tô Văn Lận và GS.
Nguyễn Công Mẫn là hai thầy trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình
thực hiện đề tài nghiên cứu. Xin tri ân các thầy – những người đã dành
nhiều tâm sức, trí tuệ và sự động viên, hỗ trợ để em hoàn thành luận án kịp
tiến độ.
Em trân trọng gửi lời cảm ơn tới GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ, GS. TS.
Trần Thị Thanh, PGS. TS. Võ Phán và PGS.TS. Tô Văn Thanh đã cho em
những góp ý rất quí báu trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Đức Vinh, TS. Nguyễn Ngọc Phúc
và TS. Phan Tá Lệ đã có nhiều sự giúp đỡ về trang thiết bị và các chỉ dẫn
rất thiết thực trong quá trình nghiên cứu của tác giả.
Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học thủy lợi, Ban giám
hiệu trường ĐH Kiến trúc Tp HCM, Phòng nghiên cứu khoa học công
nghệ; phòng thí nghiệm trường ĐH Kiến trúc; Công ty Hoàng Vinh; Công
ty Phú Nguyên và Công ty CIC … đã có những hỗ trợ, giúp đỡ quý báu cho
tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời biết ơn đến gia đình và các đồng nghiệp đã luôn
sát cánh, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành nghiên cứu.


-iv-

MỤC LỤC
Lời cam đoan ……………………………………………………………...
Lời cảm ơn ………………………………………………………………...
Mục lục ……………………………………………………………………
Danh mục các bảng biểu ………………………………………………......

Danh mục các hình vẽ và đồ thị ………...…………………………………
Danh mục các ký hiệu ………………….………………………………….
MỞ ĐẦU ………………………………………………………………….
1.
Lý do lựa chọn đề tài ……………………………………………
2.
Mục đích nghiên cứu ………………………………………………
3.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu …………………………………
4.
Nội dung nghiên cứu ………………………………………………
5.
Phương pháp nghiên cứu ………………………………………......
6.
Những đóng góp mới của luận án ………………………………….
7.
Cấu trúc của luận án ……………………………………………….
Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA
NHÓM CỌC ………………………………………………..
1.1. KHÁI QUÁT VỀ HIỆU ỨNG NHÓM …………………………….
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ HIỆU ỨNG NHÓM …….
1.2.1. Công thức xác định hệ số nhóm …………………………………...
1.2.2. Công thức xác định tỷ số độ lún …………………………………...
1.3. CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ HIỆU ỨNG NHÓM
1.3.1. Phân tích kết quả nghiên cứu ………………………………………
1.3.2. Nhận xét ……………………………………………………………
1.4. QUY ĐỊNH VỀ HIỆU ỨNG NHÓM TRONG CÁC TIÊU
CHUẨN VIỆT NAM ………………………………………………
1.4.1. Theo TCXD 205: 1998 …………………………………………….
1.4.2. Theo TCVN 10304: 2014 ………………………………………….

1.4.3. Theo 22 TCN 272: 05 ……………………………………………...
1.4.4. Nhận xét về cách xác định hiệu ứng nhóm theo quy phạm ………..
1.5. NHẬN XÉT CHƯƠNG 1 …………………………………………
Chương 2: NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG NHÓM BẰNG CÁC THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ
TỶ LỆ NHỎ …………………………………………………
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC

Trang
ii
iii
iv
vii
viii
xi
1
1
3
3
4
4
5
6
9
9
11
12
14
15
16

20
21
21
21
22
22
23

24
24


-v-

2.1.1. Qui trình gia tải nén tĩnh nhóm cọc
2.1.2. Phân tích kết quả nén tĩnh cọc
2.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ LỆ NHỎ CHO THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC ……………………………………….
2.2.1. Mở đầu ……………………………………………………………..
2.2.2. Ưu nhược điểm của mô hình vật lý tỷ lệ …………………………..
2.2.3. Lập phương trình xác định sery thí nghiệm ………………………..
2.2.4. Cơ sở lý thuyết về hiệu ứng tỷ lệ trong thí nghiệm cọc ……………
2.2.5. Vật liệu cọc ………………………………………………………...
2.2.6. Kích thước thùng đất trong thí nghiệm ……………………………
2.2.7. Thiết bị cho thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng ……………….
2.3. THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ
LỆ NHỎ TRONG PHÒNG ………………………………………..
2.3.1. Qui mô các thí nghiệm trong phòng ……………………………….
2.3.2. Chế bị đất cho thí nghiệm ……………………………………….....
2.3.3. Kết quả thí nghiệm ………………………………………………...

2.3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm ………………………………………
2.4. THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ
LỆ NHỎ TẠI HIỆN TRƯỜNG ……………………………………
2.4.1. Kích thước cọc trong mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ …………………….
2.4.2. Quy mô các thí nghiệm cọc tại hiện trường ………………………..
2.4.3. Cấu tạo cọc và đài cọc …………………………………………….
2.4.4. Hệ thống đo đạc và gia tải ………………………………………...
2.4.5. Thí nghiệm nén tĩnh cọc …………………………………………..
2.4.6. Kết quả thí nghiệm ………………………………………………...
2.4.7. Phân tích kết quả thí nghiệm ……………………………………...
2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ………………………………………….
Chương 3: ỨNG DỤNG HỆ SỐ TƯƠNG TÁC TRONG VIỆC PHÂN
TÍCH HIỆU ỨNG NHÓM CỌC THẲNG ĐỨNG CHỊU
TẢI TRỌNG NÉN ĐÚNG TÂM ………………….………..
3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ……………………………………………...
3.1.1. Khái niệm cơ bản về hệ số tương tác ………………………………
3.1.2. Hệ số tương tác giữa các cọc ………………………………………
3.2. ỨNG DỤNG HỆ SỐ TƯƠNG TÁC TRONG PHÂN TÍCH HIỆU
ỨNG NHÓM CỌC ………………………………………………...
3.2.1. Thiết lập bài toán …………………………………………………..

24
24
27
27
28
28
30
31
33

39
43
43
44
46
49
58
59
60
61
62
64
66
67
72

74
74
74
76
78
78


-vi-

3.2.2. Phân tích hiệu ứng nhóm cọc ………………………………………
3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ………………………………………….
Chương 4: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ TRONG PHÂN TÍCH
HIỆU ỨNG NHÓM CỌC …………………………………

4.1. MỞ ĐẦU …………………………………………………………...
4.1.1. Mục đích của bài toán mô phỏng phương pháp số ………………..
4.1.2. Mô hình vật liệu của Plasix-3D ………………………………...….
4.2. MÔ PHỎNG SỐ CHO CÁC THÍ NGHIỆN NÉN TĨNH CỌC …..
4.2.1. Số liệu về nền đất và hệ cọc – đài cọc ………………………….....
4.2.2. Kết quả tính toán …………………………………………………...
4.3. PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ………….
4.3.1. Hiệu ứng nhóm …………………………………………………….
4.3.2. Xấp xỉ tỷ số độ lún bằng các hàm mũ ….………………………......
4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4…………………………………………..
Chương 5: CÁC ĐỀ XUẤT ……………………………………………..
5.1
ĐỀ XUẤT CÁC XÁC ĐỊNH TỶ SỐ ĐỘ LÚN …………………..
5.1.1 Công thức của Fleming và cộng sự ………………………………..
5.1.2 So sánh giá trị tỷ số độ lún ………………………………………...
5.1.3 Đề xuất công thức tính số mũ Z …………………………………..
5.1.4 Kết quả tính toán và so sánh ………………………………………
5.2 ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH TÍNH TOÁN THAY ĐỔI CHIỀU DÀI
CỌC ĐỂ CẢI THIỆN SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÓM CỌC ……….
5.2.1 Đặt vấn đề ………………………………………………………….
5.2.2 Cơ sở lý thuyết ……………………………………………………..
5.2.3 Đề xuất phương pháp tính …………………………………………
5.2.4 Trình tự tính toán …………………………………………………..
5.3
KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 ………………………………………….
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………...
KẾT LUẬN ……………………………………………………......
KIẾN NGHỊ ……………………………………….…………….....
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN ………………………..
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ………………………….

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………….
PHỤ LỤC ………………………………………………………………...

81
86
88
88
88
88
90
90
93
104
104
107
108
109
109
109
110
111
113
114
114
116
118
120
122
123
123

124
125
126
128
133


-vii-

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
CHƯƠNG 2
Bảng 2.1. Các đại lượng nghiên cứu ………………………………………
Bảng 2.2. Phạm vi bề rộng (B) và chiều sâu (h) của vùng ảnh hưởng xung
quanh cọc đơn và nhóm cọc ……………………………………
Bảng 2.3 Bảng tổng hợp một số thí nghiệm cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ
trong phòng thí nghiệm ………………………………………….
Bảng 2.4. Tổng số thí nghiệm nén tĩnh trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ …….
Bảng 2.5. Sức chịu tải cực hạn (Qult) và sức chịu tải cho phép của cọc đơn;
Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của các nhóm cọc …………………
Bảng 2.6. Hiệu suất sử dụng của cọc trong các nhóm 4 cọc ……………..
Bảng 2.7. Hiệu suất sử dụng của cọc trong các nhóm 6 cọc ……………..
Bảng 2.8. Hiệu suất sử dụng của cọc trong các nhóm 9 cọc ……………..
Bảng 2.9. Quy mô các thí nghiệm cọc tại hiện trường …………….………
Bảng 2.10 Số liệu nén tĩnh cọc tại hiện trường ……………………..…….
Bảng 2.11 Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của các nhóm cọc ………….…….
Bảng 2.12 Hiệu suất sử dụng của các cọc trong nhóm N9 và N16A . …….
CHƯƠNG 3
Bảng 3.1. Kết quả tính toán tỷ số độ lún (RS) của các nhóm 4 cọc ………….
Bảng 3.2. Kết quả tính toán tỷ số độ lún (RS) của các nhóm 6 cọc ………….

Bảng 3.3. Kết quả tính toán tỷ số độ lún (RS) của các nhóm 9 cọc ………….
Bảng 3.4. Kết quả tính toán tỷ số độ lún (RS) của các nhóm 16 cọc ………...
CHƯƠNG 4
Bảng 4.1. Thông số của nền đất ………………………………..……………
Bảng 4.2. Thông số của cọc và đài..………………………………………….
Bảng 4.3. Giá trị Tải trọng – Độ lún của ba loại chiều dài cọc đơn …………
Bảng 4.4. Giá trị Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của các nhóm cọc ……………
CHƯƠNG 5
Bảng 5.1. Ảnh hưởng của tỷ số S/d đến sự biến thiên của số mũ Z ………...
Bảng 5.2. Ảnh hưởng của tỷ số L/d đến sự biến thiên của số mũ Z ………...
Bảng 5.3. Hệ số nhóm và phân phối lực cho các cọc của nhóm 9 cọc ……...
Bảng 5.4. Tính toán thay đổi chiều dài cọc cho nhóm 12 cọc ………………
Bảng 5.5. Tính toán thay đổi chiều dài cọc cho nhóm 36 cọc ………………

29
36
37
43
49
57
58
58
60
65
66
70
84
84
85
85

90
92
94
99
112
112
117
121
121


-viii-

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU
Trang
Hình 1.
Phân vùng khu vực đất yếu ở khu vực Tp. Hồ Chí Minh …….
2
CHƯƠNG 1
Hình 1.1. Vùng phân bố ứng suất xung quanh cọc đơn và hiện tượng
Hình 1.1. chồng ứng suất do hiệu ứng nhóm …………………………....
9
Hình 1.2. Phân loại nhóm cọc theo Viggiani và Randolph (1996) ………
10
Hình 1.3. Xác định hệ số nhóm cọc theo nguyên tắc của Feld (1943) ….
12
Hình 1.4. Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả
khác trong nền sét cứng ………………………………………
16

Hình 1.5. Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả
khác trong nền sét yếu ………………………………………..
16
Hình 1.6. Tỷ số độ lún theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả
khác trên nhóm 3x3 cọc với chiều dài cọc L=20d …………….
18
Hình 1.7. Hệ số nhóm theo thí nghiệm của G.Dai và các tác giả khác …..
19
Hình 1.8. Tỷ số độ lún theo thí nghiệm của G. Dai và các tác giả khác …
20
CHƯƠNG 2
Hình 2.1. Mặt bằng các nhóm cọc sử dụng trong thí nghiệm …………...
32
Hình 2.2. Vùng ứng suất phân bố xung quanh cọc đơn và nhóm cọc ….
35
Hình 2.3. Phạm vi vùng ảnh hưởng do biến dạng của nhóm 9 cọc ……
36
Hình 2.4. Chi tiết cấu tạo hệ khung và thùng chứa đất …………………
40
Hình 2.5. Các cao trình lắp đặt strain gauge dọc theo thân cọc và chi tiết
nhóm cọc – đài cọc ……………………………………………
41
Hình 2.6. Thiết bị sử dụng cho hệ gia tải và đo lường tải trọng ………..
42
Hình 2.7. Các đồng hồ đo chuyển vị và đồng hồ đo áp lực …………….
42
Hình 2.8. Vị trí các cọc có lắp đặt strain gauge trong các thí nghiệm ….
43
Hình 2.9. Lắp đặt các thiết bị cho thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng
44

Hình 2.10. Các giai đoạn chế bị đất bằng phương pháp đầm nén ………
45
Hình 2.11. Biểu đồ Tải trọng – Thời gian của các cọc đơn ……………...
46
Hình 2.12. Biểu đồ Độ lún –Tải trọng của các cọc đơn ………………….
46
Hình 2.13. Biểu đồ Biến dạng- Tải trọng của các cọc đơn ………………
47
Hình 2.14. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của các cọc đơn và các nhóm 4 cọc
48
Hình 2.15. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của các cọc đơn và các nhóm 6 cọc
48
Hình 2.16. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của các cọc đơn và các nhóm 9 cọc
49
Hình 2.17. Biểu đồ hệ số nhóm – tỷ số S/d của các nhóm cọc …………..
50
Hình 2.18. Biểu đồ hệ số nhóm – Tải TB của cọc trong các nhóm cọc ….
51
Hình 2.19. Biểu đồ Tỷ số độ lún – tỷ số S/d của các nhóm cọc ………….
52
TB
Hình 2.20. Đồ thị (fs) – Độ lún (U) và qp – Độ lún (U) của các nhóm 4
52
cọc có tỷ số S/d=3 …………………………………………...
TB
Hình 2.21. Đồ thị Sức kháng bên đơn vị TB (fs) – Độ lún (U) của các
cọc trong nhóm 6 cọc có tỷ số L/d=30 ………………………..
54
Hình 2.22. Đồ thị Sức kháng mũi đơn vị (qp) – Độ lún (U) của các cọc
trong nhóm 6 cọc có tỷ số L/d=30 …………………………….

54


-ixHình 2.23. Đồ thị Sức kháng bên đơn vị TB (fs)TB – Độ lún (U) của các
cọc trong nhóm 9 cọc có tỷ số L/d=30 ………………………..
Hình 2.24. Đồ thị Sức kháng mũi đơn vị (qp) – Độ lún (U) của các cọc
trong nhóm 9 cọc có tỷ số L/d=30 …………………………….
Hình 2.25. Biểu đồ : Lực phân phối vào từng cọc – Độ lún (U) trong các
nhóm 9 cọc có tỷ số L/d=30 ………………………………......
Hình 2.26. Biểu đồ quan hệ tỷ lệ của lực phân phối vào từng cọc trên tải
trọng trung bình của cọc (ri) trong nhóm theo tỷ số S/d ……..
Hình 2.27. Mặt bằng nhóm 16 cọc (N16B) có thay đổi chiều dài cọc……
Hình 2.28. Mặt bằng định vị các thí nghiệm tại hiện trường …………….
Hình 2.29. Cao trình lắp đặt strain gauge cho các loại chiều dài cọc …..
Hình 2.30. Chi tiết cọc và các mối nối cọc ………………………………
Hình 2.31. Sơ đồ hệ gia tải của thí nghiệm nén tĩnh cọc ………………..
Hình 2.32. Thi công ép cọc và lắp đặt đài cọc ……………………………
Hình 2.33. Load cell (50kN), thiết bị đo chuyển vị điện tử và đầu đọc
Hình 2.34. Bản đồ vị trí khu vực thí nghiệm nén tĩnh cọc ……………….
Hình 2.35. Lắp đặt các thiết bị đo đạc cho thí nghiệm nén tĩnh ………….
Hình 2.36. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của các nhóm cọc tại hiện trường ..
Hình 2.37. Biểu đồ Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của các nhóm cọc theo số
lượng cọc trong nhóm …………………………………………
Hình 2.38. Biểu đồ biến dạng dọc trục, sức kháng bên của từng đoạn cọc
và sức kháng mũi đơn vị của cọc đơn (Đ1) …………………..
Hình 2.39. Biểu đồ biến dạng dọc trục, sức kháng bên của từng đoạn cọc
và sức kháng mũi đơn vị của cọc trong nhóm 4 cọc (N4)
Hình 2.40. Biểu đồ sức kháng bên và sức kháng mũi đơn vị theo độ lún
của các vị trí cọc khác nhau trong nhóm 9 cọc (N9) ………….
Hình 2.41. Biểu đồ sức kháng bên và sức kháng mũi đơn vị theo độ lún

của các vị trí cọc trong nhóm 16 cọc cùng chiều dài (N16A) ...
Hình 2.42. Biểu đồ biểu diễn sự phân phối lực vào các vị trí cọc khác
nhau trong các nhóm cọc N9; N16A và N16B …………….....
Hình 2.43. Biểu đồ sức kháng bên và sức kháng mũi đơn vị theo độ lún
của các vị trí cọc trong nhóm 16 cọc khác chiều dài (N16B) …
CHƯƠNG 3
Hình 3.1. Các ghi chú về kích thước hình học trong bài toán của Mindlin
Hình 3.2. Cách dạng phân bố mô đun đàn hồi của nền đất theo chiều sâu
Hình 3.3. Sơ đồ xác định hệ số tương tác giữa hai cọc …………………
Hình 3.4. Mặt bằng nhóm cọc …………………………………………….
Hình 3.5. Biểu đồ tỷ lệ lực phân phối vào cọc theo tỷ số S/d của các
nhóm cọc ………………………………………………………
Hình 3.6. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=3 ……………..
Hình 3.7. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=4 ……………..
Hình 3.8. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=5 ……………..
Hình 3.9. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=6 ………..……
CHƯƠNG 4

55
55
56
59
60
60
61
61
62
63
63
64

65
66
67
68
69
70
70
71
71
74
77
77
79
83
86
86
86
86


-xHình 4.1.

Quan hệ lôgarít giữa biến dạng thể tích và ứng suất nén đẳng
hướng ………………………………………………………….
Hình 4.2. Đặc trưng của đường biến dạng tổng của mô hình Soft Soil
trong mặt phẳng ứng suất chính ……………………………....
Hình 4.3. Mô phỏng bài toán nén tĩnh cọc đơn bằng Plaxis-3D ………..
Hình 4.4. Biểu đồ Tải trọng – Độ lún của các cọc đơn ………………….
Hình 4.5. Biểu đồ truyền tải dọc trục theo từng cấp tải của các cọc đơn
Hình 4.6. Biểu đồ phân bố sức kháng bên đơn vị dọc thân cọc đơn ứng

với từng cấp tải của các cọc đơn ……………………………..
Hình 4.7. Biểu đồ phân bố sức kháng bên , sức kháng mũi của các cọc
đơn theo độ lún của cọc ……………………………………….
Hình 4.8. Mô phỏng bài toán nén tĩnh nhóm 4 cọc bằng Plaxis-3D ……
Hình 4.9. Đồ thị Tải trọng - Độ lún của các nhóm 4 cọc ………………..
Hình 4.10. Đồ thị Tải trọng - Độ lún của các nhóm 6 cọc ………………..
Hình 4.11. Đồ thị Tải trọng - Độ lún của các nhóm 9 cọc ………………..
Hình 4.12. Đồ thị Tải trọng - Độ lún của các nhóm 16 cọc ……………....
Hình 4.13. Biểu đồ Tỷ lệ lực phân phối vào cọc – Tỷ số S/d của nhóm cọc
Hình 4.14. Biểu đồ Sức kháng thành đơn vị - Độ lún của các nhóm cọc có
tỷ số L/d=20 …………………………………………………..
Hình 4.15. Biểu đồ Sức kháng thành đơn vị - Độ lún của các nhóm cọc có
tỷ số L/d=25 …………………………………………………..
Hình 4.16. Biểu đồ Sức kháng thành đơn vị - Độ lún của các nhóm cọc có
tỷ số L/d=30 …………………………………………………..
Hình 4.17. Biểu đồ Hệ số nhóm – Tỷ số S/d của các nhóm cọc tính bằng
thí nghiệm trên mô hình vật lý tỷ lệ và Plaxis-3D …………....
Hình 4.18. Biểu đồ Tỷ số độ lún – Tỷ số S/d của các nhóm cọc tính bằng
lý thuyết; thí nghiệm trên mô hình vật lý tỷ lệ và Plaxis-3D
Hình 4.19. Tỷ số độ lún (RS) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=3 ………..
Hình 4.20. Tỷ số độ lún (RS) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=4 ……….
Hình 4.21. Tỷ số độ lún (RS) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=5 ……….
Hình 4.22. Tỷ số độ lún (RS) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=6 ………..
CHƯƠNG 5
Hình 5.1. Ảnh hưởng của thông số hình học đến hệ số độ lún theo
Fleming và cộng sự (1985) ……………………………………
Hình 5.2. Biểu đồ RS–n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=3 ………………
Hình 5.3. Biểu đồ RS–n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=4 ……………...
Hình 5.4. Biểu đồ RS–n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=5 ……………...
Hình 5.5. Biểu đồ RS–n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=6 ……………...

Hình 5.6. Móng cọc của khu chung cư 5 tầng, tại Bulit Tinggi, Klang,
Malaysia ………………………………………………………
Hình 5.7. Móng cọc của bồn chứa 2500 tấn dầu, tại Indonesia …………
Hình 5.8. Các vị trí cọc theo nguyên tắc của Feld (1943) ……………….
Hình 5.9. Đề xuất phương án thay đổi chiều dài cọc trong nhóm ……….

89
89
93
95
95
96
96
97
98
98
98
99
100
101
102
103
105
106
107
107
107
107
109
113

113
113
113
115
115
116
118


-xiCÁC KÝ HIỆU VÀ CHỈ SỐ
Ký hiệu

Đơn vị

Dij

-

H

%

J

Đại lượng
Hệ số tương tác giữa cọc i và cọc j
Biến dạng

3

Dung trọng tự nhiên của đất

3

kN/m

Jk

kN/m

Dung trọng khô của đất

Jsat

kN/m3

Dung trọng dưới mực nước của đất

K

-

Hệ số nhóm cọc

Kp

-

Hiệu suất sử dụng của cọc trong nhóm

K’S

-

Hiệu suất hình học của nhóm cọc

O

-

Độ mảnh của cọc (O=L/d)

U

-

Hệ số ma sát trong công thức của Sayed và Bakeer

Q

-

Hệ số Poisson của nền đất

Q1

-

Hệ số Poisson của đất dọc thân cọc

Q2

-

Hệ số Poisson của đất ở mũi cọc

Qp

-

Hệ số Poisson của vật liệu cọc

V’

kPa

'

-

Ap

Ứng suất hữu hiệu của đất
Tỷ trọng của đất

2

Diện tích tiết diện ngang của cọc

2

m

AS

m

Diện tích xung quang cọc

B

m

Bề rộng của nhóm cọc

c

kPa

Lực dính đơn vị của đất

d

m

Đường kính cọc

e

-

Hệ số rỗng của đất

E

MPa

Mô đun đàn hồi

ES

MPa

Mô đun đàn hồi của đất

E1

MPa

Mô đun đàn hồi trung bình của đất dọc thân cọc

E2

MPa

Mô đun đàn hồi của đất dưới mũi cọc

Ep

MPa

Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc

Er

MPa

Mô đun đàn hồi của đài cọc

GS

MPa

Mô đun trượt của nền đất


-xii-

Ký hiệu

Đơn vị

Đại lượng

fs

kPa

FS

-

GS

kPa

kV

kN/m

Độ cứng dọc trục của cọc đơn

K

-

Tỷ số độ cứng giữa cọc và đất

Lp

m

Chiều dài cọc

L

m

Chiều dài phần cọc nằm trong đất

m1

cọc

Số cọc theo phương dọc của nhóm cọc

m2

cọc

Số cọc theo phương ngang của nhóm cọc

n

cọc

Tổng số cọc trong nhóm

qp

kPa

Sức kháng mũi đơn vị huy động giữa cọc – đất

P

kN

Lực nén tác dụng vào cọc hoặc nhóm cọc

Qa

kN

Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn

Qb

kN

Sức kháng mũi của cọc đơn

Qf

kN

Sức kháng bên của cọc đơn

Qs

kN

Sức chịu tải của cọc đơn

Qg

kN

Sức chịu tải của nhóm cọc

ri

-

R

μH

Biến dạng dọc trục của cọc

RS

-

Tỷ số độ lún của nhóm cọc

S

m

Khoảng cách giữa các cọc trong nhóm

Smax

m

Bán kính giới hạn vùng ảnh hưởng của cọc trong nhóm

Sgh

mm

Độ lún giới hạn của công trình

tr

mm

Chiều cao của đài cọc

[U]

mm

Độ lún cho phép của cọc khi thử tĩnh xác định theo

Ug

mm

Độ lún ứng với tải trọng giới hạn của nhóm cọc

Uav

mm

Độ lún của cọc đơn ứng với tải trọng TB của cọc trong nhóm

U1

mm

Độ lún của cọc dưới tác dụng của tải trọng đơn vị

Vi

kN

Lực phân phối cho cọc thứ i trong nhóm

Sức kháng bên đơn vị
Hệ số an toàn
Mô đun trượt của nền đất

Tỷ lệ giữa lực của cọc thứ i trên lực TB của cọc trong nhóm


-1MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Móng cọc là loại kết cấu được ứng dụng rộng rãi trong các loại công
trình dân dụng, cầu đường, thủy lợi và nhất là các công trình trên nền đất
yếu. Sử dụng cọc là giải pháp nền móng có nhiều ưu điểm nổi bật về tính ổn
định khi chịu lực; tính kinh tế về giá thành; tính linh hoạt về vật liệu và đa
dạng các phương pháp thi công.
Khi chịu tác dụng của tải trọng công trình, cọc phát huy khả năng chịu
lực thông qua ma sát giữa thành cọc - đất và sức kháng ở mũi cọc. Để chịu
được tải trọng lớn móng cọc thường bao gồm một nhóm cọc, khi khoảng
cách giữa các cọc không đủ lớn, trong vùng đất quanh các cọc hình thành
hiện tượng chồng lấn ứng suất chống cắt do ma sát bên và do sức chống mũi
của các cọc gây ra, vì vậy trong thực tế ứng xử của nhóm cọc khi chịu tải

khác với ứng xử của cọc đơn, nhất là khi nhóm cọc làm việc trong nền đất
dính [1]; [8]; [57]; [58].
Mức độ giảm sức chịu tải của nhóm cọc và gia tăng chuyển vị của
nhóm cọc so với cọc đơn thường được thể hiện thông qua các giá trị hệ số
nhóm và tỷ số độ lún. Các nghiên cứu về hiệu ứng nhóm trong móng cọc
thường chủ yếu tập trung vào việc xác định giá trị hệ số nhóm (K) để đánh
giá sức chịu tải ứng với khả năng chịu tải giới hạn của cọc và nhóm cọc, tuy
nhiên trong thực tế hiệu ứng nhóm còn làm gia tăng độ lún của nhóm cọc so
với cọc đơn làm việc trong cùng điều kiện.
Từ những nghiên cứu ban đầu ta nhận thấy, khi tải trọng tác dụng vào
nhóm cọc, do sự tương tác giữa hệ cọc – đất, sẽ gây ra sự thay đổi về phạm
vi và độ lớn của vùng ứng suất phân bố xung quanh và ở mũi cọc và vì thế
dẫn đến sự suy giảm đến khả năng làm việc của nhóm cọc. Vấn đề đặt ra là
cần xét đến hiệu ứng nhóm như thế nào khi tính toán thiết kế móng cọc, để


-2đảm bảo các yêu cầu về chịu lực và chuyển vị nhưng không quá lãng phí, đó
chính là lý do hình thành đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng
nhóm đến khả năng chịu tải dọc trục và độ lún của nhóm cọc thẳng
đứng”.
Theo [17], [47] khu vực đất yếu ở thành phố Hồ Chí Minh là các dạng
địa hình thành tạo do đầm lầy và các quá trình kiến tạo khác, gồm các dải
trũng tích tụ đầm lầy ven
sông Sài Gòn, sông Nhà
Bè, sông Lòng Tàu… Các
lớp đất yếu phân bố rộng
rãi ở nhiều khu vực trong
thành phố, bao gồm các
quận huyện ven như: Nhà
Bè, Cần Giờ và huyện

Bình Chánh và cả các
quận nội thành như: quận
2; quận 4; quận 7; quận 8
Hình 1. Phân vùng khu vực đất yếu ở khu
vực Tp. Hồ Chí Minh [47]

và một phần quận 9 và
Thủ đức (Hình 1). Đây là

các vùng thấp, trũng, độ cao trung bình từ 0.5m - 2 m, trầm tích cấu tạo nên
các bề mặt có nhiều nguồn gốc khác nhau, chủ yếu là các trầm tích trẻ (tuổi
Holocen). Các lớp đất yếu thường gặp phần lớn là loại đất sét yếu hoặc bùn
sét hữu cơ, có thể bị nhiễm mặn ở khu vực gần ven biển, có chiều dày biến
thiên từ 15m đến 40m, các lớp đất này thường có các đặc trưng cơ lý như
sau:
- Dung trọng tự nhiên J =[14 ÷15.5] kN/m3;
- Hệ số rỗng tự nhiên e =[1.5÷2.5];
- Độ ẩm tự nhiên W t 65%


-3- Sức chống cắt không thoát nước Su = 5 kPa ÷ 25 kPa.
- Góc ma sát trong M = 30 ÷ 60
Do khả chịu năng lực kém và có tính nén lún cao của nền sét yếu phân
bố trên phạm vi khá rộng ở nhiều khu vực trong Tp. Hồ Chí Minh nhất là
khu Nam Sài gòn, nên phương án móng cọc thường là một trong những lựa
chọn hợp lý cho các công trình xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng kỹ
thuật, vì thế luận án sẽ tập trung nghiên cứu hiệu ứng nhóm khi nhóm cọc
làm việc trong nền sét yếu.
2. Mục đích của đề tài


Nghiên cứu về sự phân phối tải trọng, sự huy động ma sát thành và sức
kháng mũi của của cọc trong nhóm, khi nhóm cọc chịu nén đúng tâm,
làm việc trong nền đất loại sét.



Nghiên cứu hiệu ứng trong nhóm cọc thông qua hai đại lượng là: hệ số
nhóm và tỷ số độ lún, có xét đến các thông số ảnh hưởng, như: Khoảng
cách cọc; Chiều dài cọc và số lượng cọc trong nhóm.



Đề xuất cách sử dụng hệ số nhóm và tỷ số độ lún trong việc xác định
sức chịu tải và độ lún của nhóm cọc làm việc trong nền đất sét, từ kết
quả thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu hiệu ứng nhóm trong các nhóm cọc quy mô nhỏ, có đài cọc

−

đơn dưới cột. Nhóm cọc chịu nén đúng tâm và làm việc trong nền đất
sét đồng nhất.


Cọc có tiết diện tròn, thẳng đứng; Đài cọc cứng và không tiếp xúc với
nền đất.



Các nhóm cọc có số lượng cọc nhỏ hơn hoặc bằng 16 cọc (n≤16), có
khoảng cách cọc giữa các cọc trong nhóm biến thiên từ ba đến sáu lần
đường kính cọc (S=3d÷6d). Để bỏ qua hiện tượng cọc bị uốn dọc, trong


-4quá trình ép cọc và chịu lực, luận án chỉ nghiên cứu các loại cọc có tỷ số
giữa chiều dài và đường kính cọc L/d= 20; 25 và 30.


Bỏ qua ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm khi cọc và nhóm cọc làm
việc trong nền sét yếu.



Cọc được thi công bằng phương pháp ép và không xét đến ảnh hưởng
của trình tự ép cọc đến hiệu ứng nhóm cọc;

4. Nội dung nghiên cứu


Tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng nhóm cọc. Các
phương pháp xác định hệ số nhóm, tỷ số độ lún của các tác giả trong
nước và trên thế giới;



Nghiên cứu, chế tạo thiết bị sử dụng cho các thí nghiệm nén tĩnh cọc
trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ sử dụng trong phòng và tại hiện trường;



Tiến hành các thí nghiệm nén tĩnh cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ ở
trong phòng và hiện trường có kết hợp đo biến dạng cọc, nhằm xác
định: Quy luật phân bố lực cho từng cọc; Sự phân bố sức kháng bên
theo độ sâu; Sự thay đổi sức kháng bên, sức kháng mũi huy động giữa
cọc và đất của cọc; Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của nhóm cọc.



Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết hệ số tương tác trong bài toán phân
tích hiệu ứng nhóm cọc chịu nén đúng tâm;



Mô phỏng số các bài toán nén tĩnh cọc bằng phần mềm Plaxis-3D
(2013) để kiểm chứng kết quả thu được từ mô hình thí nghiệm và lý
thuyết. Phát triển bài toán mô phỏng để xây dựng tương quan về tỷ số
độ lún trong móng cọc theo số lượng cọc trong nhóm;

5. Phương pháp nghiên cứu


Phương pháp lý thuyết: sử dụng các lý thuyết về cơ học kết hợp với lý
thuyết đàn hồi và công thức tính hệ số tương tác, nhằm phân tích hiệu
ứng nhóm của nhóm cọc thẳng đứng chịu tải dọc trục.


-5

Phương pháp thực nghiệm:
ƒ Xây dựng và chế tạo thiết bị và mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ của nhóm
cọc sử dụng trong thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng và tại hiện
trường.
ƒ Tiến hành các thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và các nhóm cọc ở trong
phòng và tại hiện trường trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ.



Phương pháp mô phỏng: Sử dụng phần mềm Plaxis-3D để mô phỏng sự
làm việc của nhóm cọc và các thông số của nền đất, từ đó thực hiện tính
toán để đối chiếu kết quả khi phân tích hiệu ứng nhóm cọc bằng lý
thuyết và thí nghiệm.

6. Những đóng góp mới của luận án
(1). Kết quả nghiên cứu luận án đã cho thấy trong nhóm cọc đài cứng, ảnh

hưởng của hiệu ứng nhóm làm cho lực phân bố vào từng cọc không
đồng đều: Tỷ lệ lực phân chia cho các cọc ở giữa nhóm là bé nhất và
tăng dần ra với các cọc ở phía ngoài, kết quả này là do sự suy giảm
cường độ của sức kháng bên và sức kháng mũi của cọc trong nhóm so
với giá trị tương ứng của cọc đơn. Thêm vào đó, các giá trị cực đại
của thành phần ma sát đơn vị và sức chống mũi đơn vị của các vị trí
cọc trong nhóm không phải là hằng số, mà thay đổi phụ thuộc vào tác
dụng tương hỗ giữa hệ cọc-đất.
(2). Đề xuất biểu thức tính số mũ Z, sử dụng trong công thức thực nghiệm

để xác định tỉ số độ lún của Fleming và cộng sự (1985). Công thức
được dùng để ước tính độ lún của nhóm cọc làm việc trong nền đất
sét yếu từ kết quả nén tĩnh cọc đơn.

(3). Đề xuất trình tự tính toán thay đổi chiều dài của các cọc trong nhóm,

giúp khai thác tối ưu khả năng chịu lực của nhóm cọc thẳng đứng, có
đài cọc cứng, chịu tải trọng nén đúng tâm;


-67. Cấu trúc của luận án
Ngoài các nội dung có liên quan như: mục lục, danh mục tài liệu tham
khảo, các công trình nghiên cứu đã công bố, các hình vẽ, bảng biểu, phụ
lục..., luận án gồm 130 trang, được bố cục trong 5 chương:
Chương: Mở đầu
Giới thiệu mục tiêu, phương pháp, phạm vi và kết quả nghiên cứu của
đề tài.
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về hiệu ứng nhóm cọc
Tổng hợp các công thức xác định hệ số nhóm và tỷ số độ lún; Nghiên
cứu việc phân tích hiệu ứng nhóm cọc thông qua các thí nghiệm nén tĩnh
cọc đơn và nhóm cọc trên mô hình tỷ lệ lớn tại hiện trường và thí nghiệm
trong phòng với tỷ lệ nhỏ.
Các quy định về giá trị hệ số nhóm cọc và ảnh hưởng của hiệu ứng
nhóm khi thiết kế móng cọc trong các tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng
hiện hành của Việt nam.
Đưa ra các nhận xét về các vấn đề còn tồn tại và những nội dung cần
thiết luận án cần tiếp tục giải quyết.
Chương 2: Nghiên cứu hiệu ứng nhóm bằng các thí nghiệm nén tĩnh cọc
trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ
Nghiên cứu các hiệu ứng tỷ lệ, để chế tạo thiết bị và các mô hình vật lý
tỷ lệ nhỏ của các nhóm cọc sử dụng trong các thí nghiệm nén tĩnh cọc trong
phòng thí nghiệm và tại hiện trường.
Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến sự làm việc của nhóm
cọc, thông qua việc phân tích, đối chiếu và so sánh các kết quả các thí

nghiệm nén tĩnh cọc đơn và nhóm cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ.
Chương 3: Ứng dụng hệ số tương tác trong việc phân tích hiệu ứng trong
nhóm cọc thẳng đứng chịu tải trọng nén


-7Nghiên cứu cơ sở thiết lập và sử dụng công thức xác định hệ số tương
tác trong bài toán hệ có hai cọc. Thiết lập bài toán phân tích hiệu ứng nhóm
cọc xét đến tác dụng tương hỗ của hệ cọc-đất khi sử dụng công thức tính hệ
số tương tác của Randolph và Worth, để tính toán tỷ số độ lún và sự phân
phối lực cho các cọc trong một số nhóm cọc cụ thể.
Chương 4: Sử dụng phương pháp số trong phân tích hiệu ứng nhóm cọc
Sử dụng phương pháp số thông qua phần mềm Plaxis-3D với mô hình
nền hợp lý để mô phỏng hệ cọc – đất với tỷ lệ lớn để khắc phục nhược điểm
không mô phỏng được áp lực địa tầng của các thí nghiệm trên vật lý tỷ lệ
nhỏ; để thiết lập các thí nghiệm nén tĩnh cọc. Phân tích hiệu ứng nhóm từ
kết quả của các bài toán mô phỏng để đối chiếu và so sánh với kết quả
tương ứng thu được từ phương pháp lý thuyết và thí nghiệm;
Chương 5: Các đề xuất
Đề xuất biểu thức xác định số mũ Z, sử dụng trong công thức thực
nghiệm để tính tỷ số độ lún (RS) của Fleming và cộng sự (1985).
Đề xuất qui trình tính toán thay đổi chiều dài cọc giúp cải thiện sức
chịu tải của nhóm cọc có đài cứng chịu tải nén đúng tâm.
Kết luận và kiến nghị
Kết luận: Xác định các sai số khi xác định hệ số nhóm và tỷ số độ lún
bằng các công thức khi so sánh với các giá trị tương ứng thu được từ kết quả
nghiên cứu. Các sai số này là do các yếu tố ảnh hưởng như: chiều dài cọc
(hay tỷ lệ L/d) và tính chất của nền đất hầu hết chưa được xét đến khi tính
hệ số nhóm và tỷ số độ lún bằng các công thức hiện hành.
Sự phân phối lực không đồng đều cho các cọc và hiệu suất sử dụng của
các vị trí cọc trong các nhóm cọc đài cứng. Sự suy giảm cường độ sức

kháng thành và sức kháng mũi của các vị trí cọc trong nhóm so với các đại
lượng tương ứng của cọc đơn.


-8Kiến nghị: Những lưu ý đối với người thiết kế khi sử dụng móng cọc
ép, ở các khu vực có chiều dày lớp bùn sét lớn tại Tp. Hồ Chí Minh:
Cần sử dụng hệ số nhóm khi kiểm tra khả năng chịu tải của các cọc
trong nhóm. Sử dụng công thức tính tỷ số độ lún của Fleming và cộng sự
với biểu thức xác định số mũ Z do tác giả đề xuất, để ước tính độ lún của
nhóm cọc thông qua các thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn.
Với nhóm cọc có đài cứng, chịu tải nén đúng tâm, có thể áp dụng đề
xuất tính toán thay đổi chiều dài cọc trong nhóm, để tối ưu khả năng làm
việc của nhóm cọc thẳng đứng.
Những định hướng nghiên cứu tiếp theo về hiệu ứng nhóm khi xét đến
ảnh hưởng của: tính chất của đài cọc; vật liệu cọc; tính chất cơ lý của nền
nhiều lớp … đây là những phần nằm ngoài giới hạn nghiên cứu của đề tài
nhưng có thể ứng dụng những kết quả nghiên cứu của Luận án.


-9Chương 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÓM CỌC
1.1 KHÁI QUÁT VỀ HIỆU ỨNG NHÓM
Để chịu được tải

P

P

P

trọng lớn, móng cọc
thường được cấu tạo
bởi một nhóm cọc, tuy

L

nhiên khi khoảng cách
giữa các cọc không đủ
lớn, sẽ hình thành
trong vùng đất xung
quanh các cọc hiện
tượng chồng ứng suất
chống cắt do ma sát
bên và do sức chống
mũi của các cọc gây ra
(Hình 1.1).

Độ lớn

ứng suất trong vùng
chồng ứng suất này

Vùng phân bố
ứng suất xung
quanh nhóm cọc
Vùng chồng ứng
suất của 3 cọc
S

Vùng chồng ứng

suất của 4 cọc
Vùng chồng ứng
suất của 2 cọc

S

Hình 1.1. Vùng phân bố ứng suất xung quanh
cọc đơn và nhóm cọc [21]

phụ thuộc vào nhiều
yếu tố: Khoảng cách cọc; Chiều dài cọc; Hình dạng cọc; Số lượng cọc; Độ
lớn của tải trọng tác dụng vào nhóm cọc và tính chất của nền đất xung
quanh nhóm cọc… Hiện tượng chồng ứng suất làm suy giảm ma sát giữa
cọc - đất và sức chống mũi của cọc dẫn đến giảm khả năng chịu lực và gia
tăng chuyển vị của nhóm cọc so với cọc đơn.
Để giảm ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm, có thể gia tăng các khoảng
cách cọc (S) nhằm giảm độ lớn của ứng suất trong các vùng chồng lấn, tuy


-10nhiên điều này sẽ gây bất lợi cho khả năng chịu lực của đài cọc (nhất là các
dạng đài đơn dưới các cột của công trình) dẫn đến sự phân phối các lực tác
dụng vào đầu cọc trong nhóm không đồng đều, do vậy trong thực tế ứng xử
của nhóm cọc khi chịu tải hoàn toàn khác với ứng xử của cọc đơn.
(b). Nhóm cọc lớn

(a). Nhóm cọc nhỏ
L>B
R≤2

L

R t 4

L
L

B
Với: R

B

nS
L

n – Số lượng cọc trong nhóm
S – Khoảng cách giữa các cọc

Hình 1.2.Phân loại nhóm cọc theo Viggiani và Randolph (1996) [55]
Trong phạm vi nghiên cứu, luận án giới hạn nghiên cứu trên các nhóm
cọc nhỏ số lượng cọc n≤ 16. Qui mô nhóm cọc được giới hạn theo phân loại
của Viggiani và Randolph [55] (Hình 1.2).
Mức độ giảm sức chịu tải và gia tăng chuyển vị của nhóm cọc so với
cọc đơn là do sự tương tác giữa các cọc trong nhóm và giữa nhóm cọc với
đất nền xung quanh. Để xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm cọc chịu tải
trọng dọc trục, người ta thường sử dụng hai thông số:
(1) Hệ số nhóm cọc (K): Kể đến sự giảm sức chịu tải của nhóm cọc so với
tổng sức chịu tải của từng cọc đơn làm việc riêng lẻ:
K

 QG
ult

nQult

(1.1)


-11Trong đó: (QG)ult - sức chịu tải giới hạn của nhóm cọc ; Qult - sức chịu tải
giới hạn của cọc đơn; n - tổng số cọc trong nhóm.
Các nghiên cứu về hiệu ứng nhóm trong móng cọc của các tác giả trên
thế giới đã chỉ ra rằng khi cọc làm việc trong môi trường đất dính, hệ số
nhóm cọc thường có giá trị nhỏ hơn một (K <1), nhận định trên cũng được
Vesic [21]; [54] báo cáo trong kết quả nghiên cứu của mình vào năm 1977
thông qua 6 thí nghiệm nén tĩnh nhóm cọc trong đất rời và 5 thí nghiệm nén
tĩnh nhóm cọc trong đất dính
(2) Tỷ số độ lún (RS): Kể đến sự gia tăng chuyển vị đứng (độ lún) của
nhóm cọc so với cọc đơn làm việc trong điều kiện tương đương:
RS

UG
US

(1.2)

Trong đó: UG - độ lún của nhóm cọc; US - độ lún của cọc đơn ứng với tải
trọng trung bình của cọc trong nhóm
Các tác giả: Skempton và cộng sự (1953); Meyerhof (1959); Vesic
(1968) và Mandolini và cộng sự (2005) [55] đã thu thập số liệu về độ lún
của 63 phương án móng cọc và cọc đơn khác nhau, được thi công bằng
nhiều phương pháp: đóng, ép, nhồi. Các nhóm có số lượng cọc từ 4 cọc đến
5600 cọc (4d n d 5600); Khoảng cách cọc: 2dd S d 8d; Tỷ số L/d của cọc
biến thiên từ: 13d L/d d 126; Các kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ số độ lún

luôn bằng hoặc lớn hơn một (RS t 1)
1.2 CÁC CÔNG THỨC TÍNH HIỆU ỨNG NHÓM CỌC
Một số các nghiên cứu về hiệu ứng nhóm cọc trên thế giới với mục tiêu
xây dựng các công thức xác định hệ số nhóm hoặc tỷ số độ lún của nhóm
cọc, để từ đó dự báo được khả năng chịu lực, độ lún của nhóm cọc thông
qua sức chịu tải cực hạn qui ước của cọc đơn, xác định từ biểu đồ quan hệ
giữa tải trọng - độ lún của cọc.


-121.2.1 Công thức xác định hệ số nhóm
Có khá nhiều công thức xác định hệ số nhóm đã được đề xuất, có thể
liệt kê một số công thức phổ biến của các tác giả sau:
a) Công thức hệ số nhóm của Converse – Labarre (1941) [21]; [24]
Đây là một trong những công thức được sử dụng phổ biến nhất để tính
toán hệ số nhóm của các nhóm cọc có mặt bằng hình chữ nhật:
ª
d (m  1)m 2  (m 2  1)m1 º
K 1  «arctan u 1
»
S
90m1m 2
¬
¼

(1.3)

Trong đó: m1 - Số hàng cọc trong nhóm; m2 - Số cọc trong một hàng;
b) Hệ số nhóm theo nguyên tắc của Feld (1943) [21]
(a)

K =14/16 = 0.875

(b)

(c)

K =13/16 = 0.815

K

11 ·
§ 13 · §
¨ 4u ¸  ¨ 2u ¸
16
16
©
¹ ©
¹
6

0.77

(e)

(d)

13 · §
11 · 8
§
¨ 4× ¸ + ¨ 4× ¸ +

16 ¹ ©
16 ¹ 16
= 0.72
K= ©
9

8·
§ 13 · § 11 · §
¨ 4× ¸ + ¨ 6× ¸ + ¨ 2× ¸
16 ¹ © 16 ¹ © 16 ¹
©
K=
= 0.7
12

Hình 1.3. Xác định hệ số nhóm (K) theo nguyên tắc của Feld (1943)
Feld (1943) đề ra nguyên tắc xác định hệ số nhóm được tóm tắt như
sau: Sức chịu tải của mỗi cọc trong nhóm sẽ giảm đi một lượng là 1/16 khi
nó chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi một cọc ở lân cận. Cách xác định hệ số
nhóm (K) theo nguyên tắc Feld cho một số nhóm cọc thể hiện trên Hình 1.3.