Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất của móng bè cọc nhà cao tầng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------------------

CAO NGỌC LÂM

PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ
PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG GIỮA CỌC VÀ ĐẤT
CỦA MÓNG BÈ CỌC NHÀ CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã ngành:

60.58.02.08

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------------------

CAO NGỌC LÂM

PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ
PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG GIỮA CỌC VÀ ĐẤT
CỦA MÓNG BÈ CỌC NHÀ CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã ngành: 60.58.02. 08
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.TRƯƠNG QUANG THÀNH

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH
TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM
TP.HCM, ngày 24 tháng 10 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
TT

Họ và tên

Chức danh Hội đồng

1

PGS. TS. Nguyễn Xuân Hùng

Chủ tịch

2

PGS. TS. Dương Hồng Thẩm

Phản biện 1

3

PGS. TS. Võ Phán

Phản biện 2

4

TS. Nguyễn Hồng Ân

5

PGS. TS. Lương Văn Hải

Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa
chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

----------------

----------------

TP. HCM, ngày 07 tháng 09 năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

CAO NGỌC LÂM

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 13/07/1981

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN MSHV:

1341870040

I. Tên đề tài:

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất
của móng bè cọc nhà cao tầng

II. Nhiệm vụ và nội dung:
1. Mở đầu
2. Tổng quan móng bè cọc nhà cao tầng
3. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phân phối tải trọng công trình lên
cọc và bè trong giải pháp móng bè cọc
4. Phân tích, so sánh phương án móng cọc và móng bè cọc cho công trình thực tế
tại Thành Phố Hồ Chí Minh
III. Ngày giao nhiệm vụ:

17/03/2015

IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

07/09/2015

V. Cán bộ hướng dẫn:

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên Cao ngọc Lâm, trong quá trình thực hiện Luận văn Thạc sĩ với đề tài:
“ Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất của
móng bè cọc nhà cao tầng “ tôi đã có tham khảo nhiều bài báo và nhiều luận văn trước
đây của các tác giả và được trích dẩn theo đúng quy định. Ngoài những nội dung được
tham khảo và trích dẩn tôi cam đoan đây là nội dung nghiên cứu của tôi thực hiện dưới sự

hướng dẫn của thầy TS. Trương Quang Thành.
Các kết quả số trong luận văn là do chính bản thân tôi thực hiện. Tôi xin chịu trách
nhiệm toàn bộ về luận văn này
Trân trọng !
Tp. HCM, ngày 02 tháng 9 năm 2015
Học Viên thực hiện

CAO NGỌC LÂM


LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối
tải trọng giữa cọc và đất của móng bè cọc nhà cao tầng” được thực hiện với kiến thức
thu thập trong suốt quá trình học tập tại trường. Cùng với sự cố gắng của bản thân và sự
giúp đỡ, động viên của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong suốt quá trình
học tập, thực hiện luận văn.
Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Trương Quang Thành
người thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực
hiện luận văn.
Em cũng xin gửi lời tri ân đến các thầy cô Trường Đại học Công Nghệ TPHCM,
đặc biệt là phòng sau đại học và Khoa Xây Dựng đã cho tôi những kiến thức và kinh
nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tai trường.
Xin gửi lời đến các học viên chuyên ngành Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân
Dụng và Công Nghiệp khóa 2013, những người bạn đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình học.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến bố mẹ và gia đình đã động viện, tạo điều kiện tốt nhất
cho tôi về vật chất lẫn tinh thần trong những năm tháng học tập tại trường.
Luận văn được hoàn thành nhưng không thể tránh được những thiếu sót và hạn chế.
Rất mong sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn
thiện và có ý nghĩa thực tiễn.

Trân trọng !
Tp. HCM, ngày 02 tháng 9 năm 2015
Học Viên

CAO NGỌC LÂM


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài


“Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất của
móng bè cọc nhà cao tầng.”
Tóm tắt
Vấn đề sử dụng giải pháp móng bè cọc cho công trình nhà cao tầng là vấn đề rất
được quan tâm hiện nay. Việc lựa chọn giải pháp này trong điều kiện nào là hợp lý để
mang lại hiệu quả kinh tế lẫn kỹ thuật là vấn đề quan trọng.
Móng bè cọc không phải là một loại móng khác biệt, phần lớn móng cọc nằm
trong nền đều đang ứng xử như móng bè trên nền cọc trong thực tế. Sự khác biệt giữa
móng cọc và móng bè cọc chỉ nằm ở nguyên tắc thiết kế. Nguyên tắc thiết kế của móng
bè cọc là có xem xét đến tải trọng của công trình phân phối cho nền đất trực tiếp dưới bản
móng bè.
Trong nội dung luận văn này chủ yếu là phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ
lệ phân phối tải trọng của công trình vào trong các cọc bên dưới bè so với tổng tải trọng
của công trình. Một số yếu tố đó là điều kiện địa chất, cường độ tải trọng ngoài, độ cứng
của bản móng và cách bố trí cọc dưới bè.
Tổng hợp các nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán móng bè cọc trên thế giới và
phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử lún, sử dụng phần mềm Plaxis 3D để mô
phỏng các bài toán phân tích, luận văn này sẽ giúp cho người kỹ sư thiết kế có thêm cơ sở
lý luận trong việc lựa chọn giải pháp thiết kế móng bè trên nền cọc cho các công trình

cao tầng hiện nay.


-i-

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

Trang

1.

Tính cấp thiết của đề tài

1

2.

Mục tiêu nghiên cứu

1

3.

Phương pháp nghiên cứu

1

4.

Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài

2

5.

Giới hạn của đề tài

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MÓNG BÈ CỌC NHÀ CAO TẦNG
1.1

Giới thiệu móng bè cọc

3

1.2

Một số ưu điểm của móng bè cọc

5

1.3

Vấn đề thiết kế móng bè cọc

6

1.4

Một số công trình tiêu biểu tính toán theo quan điểm móng bè cọc

12

1.5

Công trình móng bè cọc mang lại hiệu quả kinh tế ở TP.Hồ Chí Minh

18

1.6

Một số kết luận của chương 1

24

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH MÓNG BÈ CỌC
2.1

Các phương pháp phân tích móng bè cọc

25

2.2

So sánh các phương pháp tính móng bè cọc

36

2.3

Một số kết luận của chương 2

38

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MỨC ĐỘ
PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG CÔNG TRÌNH LÊN CỌC VÀ BÈ TRONG GIẢI
PHÁP MÓNG BÈ CỌC
3.1

Giới thiệu

40

3.2

Phương pháp phân tích hệ sốαpr

46


- ii 3.3

Đặt bài toán phân tích hệ số αpr

46

3.4

Một số kết luận rút ra từ chương 3

75

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH, SO SÁNH PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC VÀ
MÓNG BÈ CỌC CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ
4.1

Giới thiệu công trình

76

4.2

Kết quả khảo sát địa chất công trình

76

4.3

Phân tích, thiết kế móng cho công trình theo quan điểm móng cọc

78

4.4

Thiết kế móng cho công trình theo quan điểm móng bè cọc

94

4.5

So sánh về hai quan điểm thiết kế đài kép hai cột và đài bè cọc cho

105

công trình thực tế.
4.6

Một số nhận xét của chương 4

105

PHẦN KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ
Kết luận

106

Kiến nghị

107
TÀI LIỆU THAM KHẢO

108


- iii -

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang

Bảng 1.1

Tỷ lệ tải trọng do cọc chịu và nền chịu ở một số công trình nước 11
ngoài

Bảng 1.1

Tỷ lệ tải trọng do cọc chịu và nền chịu ở một số công trình nước

12

ngoài (tt)
Bảng 1.2

Bảng tổng hợp kết quả quan trắc và tính toán MBC công trình Tiền

18

Phong, Hà Nội
Bảng 2.1

Bảng liệt kê các phương pháp cũng như khả năng dự đoán tính toán

26

đặc trưng móng bè cọc của từng phương pháp (theo Poulos)
Bảng 2.2

Bảng tóm tắt thông số sử dụng trong mô hình do Poulos đặt ra

37

Bảng 3.1

Bảng giá trị ước lượng môđun biến dạng và hệ số Poisson của đất

44

Bảng 3.2

Tương quan giữa trị số N và trạng thái đất nền

45

Bảng 3.3

Thông số đầu vào trong mô hình phân tích

47

Bảng 3.4

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

51

Bảng 3.5

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

52

Bảng 3.6

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

53

Bảng 3.7

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

54

Bảng 3.8

Tổng hợp kết quả của 4 trường hợp phân tích

55

Bảng 3.9

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

57

Bảng 3.10

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

58

Bảng 3.11

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

59

Bảng 3.12

Tổng hợp 3 trường hợp phân tích – Bài toán 2

60

Bảng 3.13

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

62

Bảng 3.14

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

63

Bảng 3.15

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

64

Bảng 3.16

Tổng hợp 3 trường hợp – Bài toán 3

65

Bảng 3.17

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

69

Bảng 3.18

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

70

Bảng 3.19

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

71


-4Bảng 3.20

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

72

Bảng 3.21

Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng

73

Bảng 3.22

Tổng hợp 5 trường hợp – Bài toán 4

74

Bảng 4.1

Nội lực chân cột khung trục 2 dùng để thiết kế móng

78

Bảng 4.2

Thông số kỹ thuật của cọc thí nghiệm

82

Bảng 4.3

Quy trình tăng và giảm tải trọng cọc P1-7

83

(tải trọng thí nghiệm = 920 tấn)
Bảng 4.4

Quy trình tăng và giảm tải trọng P2-20

84

(tải trọng thí nghiệm = 900 tấn)
Bảng 4.5

Tổng hợp kết quả thí nghiệm CỌC P1-7

85

Bảng 4.6

Tổng hợp kết quả thí nghiệm CỌC P2-20

86

Bảng 4.7

Thông số đầu vào bê tông trong mô hình phân tích

96

Bảng 4.8

Thông số đầu vào bê tông trong mô hình phân tích

97

Bảng 4.9

Giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng – phương án 1

103

Bảng 4.10

Giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng – phương án 2

104

Bảng 4.11

Bảng so sánh hiệu quả của phương án bố trí chiều dài cọc

104

Bảng 4.12

Bảng so sánh sơ bộ hiệu quả của hai quan điểm thiết kế

105

-5-

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1

Một số dạng bản móng bè cọc

4

Hình 1.2

Hiệu ứng tương tác giữa đất –cấu trúc trong móng bè cọc của

5

Katzenbach và cộng sự (1998),(2000)
Hình 1.3

Cọc bố trí làm giảm độ lún của nền (Randolph,1994)

6

Hình 1.4

Biểu đồ quan hệ tải trọng –độ lún theo các quan điểm thiết kế

8

Hình 1.5

Phân biệt móng cọc, bè cọc và móng bè theo mức độ tiếp nhận tải

8

trọng
Hình 1.6

Hệ số phân phối tải trọng theo mức độ giảm lún

11

(Kitiyodom et al, 2002)
Hình 1.7

Hình ảnh công trình Treptower

12

Hình 1.8

Số liệu thực hiện quan trắc lún và tính toán công trình Treptower

13

Hình 1.9

Hình ảnh công trình Westend I Tower, Frankfurt

14

Hình 1.10

Mặt cắt ngang công trình Westend I Tower, Frankfurt

15

Hình 1.11

Trụ sở Công ty Tiền Phong, huyện Từ Liêm, Hà Nội

16

Hình 1.12

Quan trắc tải trọng tác dụng lên cọc công trình Tiền Phong

17

Hình 1.13

Quan trắc áp lực đáy móng bè cọc công trình Tiền Phong

17

Hình 1.14

Địa chất chung cư Lê Hồng Phong- Phan Văn Trị

19

Hình 1.15

Ảnh chụp thực tế công trình Chung cư cao cấp Grandview

20

Hình 1.16

Địa chất công trình chung cư cao cấp Grandview

21

Hình 1.17

Công trình Bitexco Tower, HCM

22

Hình 1.18

Vietcombank Tower, HCM

23

Hình 1.19

Sai Gon Pearl, HCM

23

Hình 2.1

Mô tả đơn giản về bè cọc đơn vị

27

Hình 2.2

Quan hệ giữa độ lún và tải trọng

29

Hình 2.3

Bố trí cọc giảm lún, và tính toán móng điều chỉnh (poulos, 2001)

30

Hình 2.4

Đường cong Tải – Lún tính toán cho móng bè (poulos, 2001)

31


-6Hình 2.5

Phương pháp dãy móng trên nền lò xo theo Poulos (1991)

32

Hình 2.6

Mô phỏng cọc và nền

33

Hình 2.7

Bài toán móng bè cọc do Poulos đặt ra năm 1994

37

Hình 2.8

Biểu đồ so sánh độ lún trung bình móng bè cọc giữa các phương 38
pháp

Hình 2.9

Biểu đồ so sánh tỷ lệ % tải trọng do cọc chịu giữa các phương pháp

38

Hình 3.1

Sơ đồ mô phỏng tương tác móng bè cọc

41

Hình 3.2

Xác định E và υ từ thí nghiệm nén đơn

43

Hình 3.3

Xác định E0 và E50 từ thí nghiệm 3 trục thoát nước C-D

43

Hình 3.4

Xác định Eoed thí nghiệm nén cố kết

44

Hình 3.5

Mặt bằng bố trí cọc trong bè móng bài toán 1

48

Hình 3.6

Sơ đồ bài toán trường hợp 1

48

Hình 3.7

Sơ đồ bài toán trường hợp 2

49

Hình 3.8

Sơ đồ bài toán trường hợp 3

49

Hình 3.9

Sơ đồ bài toán trường hợp 4

50

Hình 3.10

Đánh số vị trí cọc bè móng bài toán 1

50

Hình 3.11

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới cảu nền đất trong

51

trường hợp 1
Hình 3.12

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới cảu nền đất trong

52

trường hợp 2
Hình 3.13

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới cảu nền đất trong

53

trường hợp 3
Hình 3.14

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới cảu nền đất trong

54

trường hợp 4
Hình 3.15

Biểu đồ phần trăm tải trọng công trình phân phối lên cọc và bè

55

Hình 3.16

Mặt bằng bố trí cọc trong bè móng bài toán 2

56

Hình 3.17

Sơ đồ bài toán 2 và đánh số vị trí cọc trong bè móng

56

Hình 3.18

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lướ của nền đất trong 57
trường hợp 1

Hình 3.19

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lướ của nền đất trong 58
trường hợp 2


-7Hình 3.20

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong 59
trường hợp 3

Hình 3.21

Biểu đồ phần trăm tải trọng công trình phân phối lên cọc và bè 60

móng

Hình 3.22

Sơ đồ bài toán 3

61

Hình 3.23

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong

62

trường hợp 1
Hình 3.24

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong

63

trường hợp 2
Hình 3.25

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong

64

trường hợp 3
Hình 3.26

Phần trăm tải trọng công trình phân phối lên cọc và bè móng

65

Hình 3.27

Tọa độ các cọc – bài toán 4

66

Hình 3.28

Sơ đồ trường hợp 1- bài toán 4

66

Hình 3.29

Sơ đồ trường hợp 2- bài toán 4

67

Hình 3.30

Sơ đồ trường hợp 3- bài toán 4

67

Hình 3.31

Sơ đồ trường hợp 4- bài toán 4

68

Hình 3.32

Sơ đồ trường hợp 5- bài toán 4

68

Hình 3.33

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong

69

trường hợp 1
Hình 3.34

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong

70

trường hợp 2
Hình 3.35

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới cảu nền đất trong

71

trường hợp 3
Hình 3.36

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng của nền đất trong 72
trường hợp 4

Hình 3.37

Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng của nền đất trong 73
trường hợp 4

Hình 3.38

Biểu đồ phần trăm tải trọng công trình phân phối lên cọc và bè -5 74
trường hợp

Hình 4.1

Mặt bằng tim cột tầng hầm công trình

78


- viii Hình 4.2

Mặt bằng bố trí các đài cọc trong công trình

79

Hình 4.3

Sơ đồ tính sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền

81

Hình 4.4

Đồ thị quan hệ giữa tải trọng và độ lún cọc P1-7

87

Hình 4.5

Đồ thị quan hệ giữa tải trông và độ lún cọc P2-20

87

Hình 4.6

Sơ đồ móng M1

88

Hình 4.7

Sơ đồ móng M2

89

Hình 4.8

Mặt bằng bố trí móng cọc trong công trình

90

Hình 4.9

Sơ đồ tính và biểu đồ mô men uốn trong đài cọc theo phương cạnh

93

dài
Hình 4.10

Biểu đồ mô men uốn trong đài theo phương cạnh ngắn

93

Hình 4.11

Mặt bằng bố trí móng cọc trong công trính

95

Hình 4.12

Tọa độ các cọc trong bè móng

95

Hình 4.13

Bố trí cọc dưới bè theo hai phương án

96

Hình 4.14

Chuyển vị lưới củ nền đất nền trong 2 phương án

98

Hình 4.15

Biểu đồ chuyển vị của bản móng bè – phương án 1

99

Hình 4.16

Biểu đồ chuyển vị của đất xung quanh bản móng bè – phương án 1

99

Hình 4.17

Biểu đồ chuyển vị của bản móng bè – phương án 2

100

Hình 4.18

Biểu đồ chuyển vị của đất xung quanh bản móng bè – phương án 2

100

Hình 4.19

Biểu đồ mô men uốn M11 trong bản móng bè – phương án 1

101

Hình 4.20

Biểu đồ men uốn M22 trong bản móng bè – phương án 1

101

Hình 4.21

Biểu đồ mô men uốn M11 trong bản móng bè – phương án 2

102

Hình 4.22

Biểu đồ men uốn M22 trong bản móng bè – phương án 2

102

Hình 4.23

Đánh số thứ tự các cọc trong đài móng bè

103


-1-


-2-

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nhà cao tầng thường được thiết kế có tầng hầm để chôn sâu công trình vào
trong đất và giải pháp móng thường được lựa chọn áp dụng đó là móng bè vì có thể
tận dụng được mặt trên của bản móng bè làm sàn tầng hầm.
Phương pháp thiết kế móng bè cọc giống với phương pháp thiết kế móng cọc
đài bè, chấp nhận quan điểm cho rằng công trình được ngàm vào móng và xem móng
là tuyệt đối cứng thì hoàn toàn không đúng với sự làm việc thực tế của công trình lúc
đó sẽ không tận dụng được hết khả năng chịu lực của kết cấu cũng như khả năng chịu
tải của đất nền bên dưới bản móng. Điều đó sẽ không đạt được hiệu quả kinh tế.
Thiết kế giải pháp móng bè trên nền cọc, tải trọng của công trình không phải
truyền hoàn toàn vào cọc mà cần phải xem xét đến mức độ tiếp nhận tải trọng công
trình vào phần đất nền nằm trực tiếp dưới đáy bản móng bè.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài ở đây là nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến
mức độ phân phối tải trọng vào cọc trong giải pháp móng bè cọc nhà cao tầng.
Một số yếu tố được xem xét khi phân tích đó là:

-

Điều kiện địa chất tại khu vực xây dựng

-

Điều kiện tải trọng ngoài tác dụng lên bè

-

Điều kiện về độ cứng của bản móng bè

-

Điều kiện về cách bố trí và chiều dài cọc

3. Phương pháp nghiên cứu
Học viên sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
-

Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp các cơ sở lý thuyết tính toán móng bè cọc.

-

Nghiên cứu tổng kết các công trình thực tế

- Sử dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng và phân tích giải pháp móng bè
cọc. Từ đó đưa ra các nhận xét và kết luận cho việc nghiên cứu
4. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài

Đề tài: “Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa
cọc và đất của móng bè cọc nhà cao tầng.” giúp cho người kỹ sư thiết kế nền móng
có thêm một cơ sở lý luận chính xác hơn trong việc lựa chọn các thông số liên quan
đến móng bè cọc, đánh giá được điều kiện địa chất công trình và các yếu tố ảnh hưởng
để lựa chọn giải pháp móng ưu việt mang lại hiệu quả kinh tế cao.
5 . Giới hạn của đề tài
Phạm vi nghiên cứu cụ bộ chưa có điều kiện nhân rộng phân tích nhiều khu vực
địa chất khác nhau.. Kết quả nghiên cứu phần lớn dựa vào kết quả phân tích khi mô
phỏng trên phần mềm Plaxis 3D. Chưa phần tích đầy đủ hết các yếu tố ảnh hưởng đến
sự phân phối tải trọng vào cọc trong giải pháp móng bè cọc.Công trình thực tế để so
sánh nghiên cứu chưa có thí nghiệm phá hỏng cọc.


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN MÓNG BÈ CỌC NHÀ CAO TẦNG
1.1 Giới thiệu móng bè cọc
Nhà cao tầng ngày càng được xây dựng nhiều ở các thành phố lớn của Việt
Nam. Kinh nghiệm thiết kế và thi công trong nước về loại này chưa có điều kiện tổng
kết toàn diện. Công tác thiết kế nền móng công trình cao tầng, là một trong những bài
toán kỹ thuật và kinh tế phức tạp.
Móng bè cọc hay còn được gọi là móng bè trên nền cọc. Móng bè cọc có rất
nhiều ưu điểm so với các loại móng khác, như khi chịu lực tải trọng lớn, độ cứng lớn,
không gian tự do thông thoáng thuận lợi cho việc bố trí tầng hầm, liên kết giữa bè và
kết cấu chịu lực bên trên như vách, cột có độ cứng lớn phù hợp sơ đồ làm việc của
công trình.
Móng bè cọc là một hệ thống móng kết hợp, bao gồm các phần tử chịu lực như
bè móng, các cọc và đất nền bên dưới. Móng bè cọc có cấu tạo gồm hai phần như sau:
a. Bản móng (bè móng) hay đài cọc có nhiệm vụ liên kết các đầu cọc lại với nhau
thành khối và phân phối tải trọng từ chân kết cấu cho các cọc trong bè, đồng

thời truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc giữa đáy bè và đất
nền. Bản móng bè có thể làm dạng bản phẳng, bản dầm, dạng hộp nhằm tăng độ
cứng chống uốn.
b. Các cọc làm nhiệm vụ truyền tải trọng xuống nền đất dưới chân cọc thông qua
sức kháng mũi và vào nền đất xung quanh cọc thông qua sức kháng bên. Có
nhiều cách bố trí cọc trong mặt bằng đài cọc nhằm đảm bảo điều kiện kinh tế và
kỹ thuật. Bố trí cọc trong đài tùy thuộc vào mục đích của người thiết kế, nhằm
điều chỉnh lún không đều, giảm áp lực lên nền ở đáy bè hay giảm nội lực trong
bè. Cách bố trí cọc trong đài thường theo nguyên tắc trọng tâm nhóm cọc trùng
hoặc gần với trọng tâm tải trọng công trình. Giải pháp này có ưu điểm là tải
trọng xuống cọc được phân bố hợp lí hơn; tính làm việc tổng thể của nhóm cọc
tốt hơn. Các cọc dưới bè có thể là cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc khoan nhồi
hoặc cọc baret.


(a) Bè móng dạng bản

(b) Bè móng dạng nấm

(c) Bè móng dạng hộp
Hình 1.1: Một số dạng bản móng bè cọc
Móng bè cọc là một giải pháp nền móng để giảm thiểu độ lún cũng như lún lệch,
tận dụng được khả năng chịu tải của đất nền bên dưới móng bè và làm giảm thiểu
moment uốn trong bè. Tính chất nổi bật nhất của móng bè cọc là ảnh hưởng tương hỗ
giữa đất và kết cấu móng, được cân đối trong thiết kế khi có một phần tải trọng truyền
xuống đất nền thông qua bè và phần còn lại thông qua cọc. Katzenbach et al (2000) đã
xác định được 4 loại tương tác trong ứng xử của móng bè cọc như hình [1.2] sau đây:


qt = ứng suất tác dụng

Qp = tải truyền đến cọc

(S-P) Tương tác giữa đất và cọc
(P-R) Tương tác giữa cọc và bè

qr = áp lực truyền lên đất

(S-R) Tương tác giữa đất và bè
(P-P) Tương tác giữa cọc và cọc

Hình 1.2: Hiệu ứng tương tác giữa đất – cấu trúc trong móng bè cọc của Katzenbach và
cộng sự (1998), (2000)
1.2 Một số ưu điểm của móng bè cọc
Việc sử dụng móng bè cọc có nhiều ưu điểm sau đây:
 So với móng cọc thì móng bè cọc có số lượng cọc nhỏ hơn và chiều dài cọc
cũng nhỏ hơn nhiều
 Cải thiện được điều kiện làm việc của móng nông nhờ giảm độ lún cũng như độ
lún lệch. Cọc đóng vai trò như bộ phận giảm lún
 Giảm được ứng suất cũng như moment nội lực trong móng bè nhờ vào sự sắp
xếp hợp lý của các cọc
 Phát huy vai trò chịu lực của phần móng bè
 Giảm thiểu khả năng phình trồi khi đào hố móng


Có thể bố trí cọc để chịu tải trọng lệch tâm từ công trình bên trên


Hình 1.3: Cọc bố trí làm giảm độ lún của nền (Randolph, 1994)
1.3 Vấn đề thiết kế móng bè cọc

Các yêu cầu chung khi thiết kế nền móng:
- Bảo đảm cho tải trọng được truyền dẫn đủ tin cậy
- Góp phần điều chỉnh biến dạng, giảm thiểu lún không đều.
- Phân tích nội lực có tính đến sự cùng làm việc của kết cấu móng với kết cấu
bên trên và đất nền
- Hoàn thiện thiết kế thi công kết cấu móng.
1.3.1 Nguyên lý thiết kế móng bè cọc
Trong thiết kế móng bè cọc, có 5 vấn đề cần thiết được xem xét bao gồm:



Sức chịu tải cực hạn khi chịu tải đứng, tải ngang và moment
Độ lún tối đa



Độ lún lệch



Đánh giá các giá trị moment, lực cắt của bè để thiết kế bè móng



Đánh giá các giá trị moment, sức chịu tải của cọc để thiết kế cọc.

1.3.2 Các quan điểm thiết kế móng bè cọc hiện nay
a. Quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn
Quan điểm tính toán này phù hợp cho những kết cấu móng cọc có chiều cao đài
lớn kích thước đài nhỏ, hoặc nền đất dưới đáy đài yếu, có tính biến dạng lớn. Khi đó, ta

có thể bỏ qua sự làm việc của đất nền dưới đáy bè và xem toàn bộ tải trọng công trình
do cọc chịu 100%.
Theo quan điểm này, các cọc dưới bè móng được thiết kế như một nhóm cọc để
tiếp nhận hoàn toàn tải trọng của công trình mà không kể đến sự tham gia chịu tải của


nền đất dưới đài cọc. Trong khi tính toán, hệ móng bè cọc được tính như móng cọc đài
thấp với nhiều giả thiết kèm theo như:


Tải trọng ngang do nền đất trên mức đáy đài tiếp thu



Đài móng tuyệt đối cứng, ngàm cứng với các cọc, chỉ truyền tải trọng

đứng
lên các cọc, do đó cọc chỉ chịu kéo hoặc nén
 Cọc trong nhóm cọc làm việc như cọc đơn, chịu toàn bộ tải trọng từ
đài
móng
 Khi tính toán tổng thể móng cọc thì coi hệ móng là một khối móng quy
ước.
Tính toán theo quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn có ưu điểm là đơn giản, thiên
về an toàn và được hướng dẫn chi tiết trong các giáo trình nền móng hiện nay. Độ lún
của móng tính toán theo phương pháp này nhỏ, sử dụng nhiều cọc và thường hệ số an
toàn cao, chưa phát huy được hết sức chịu tải của cọc và không kinh tế, được coi như là
một phương án "an toàn" trong thiết kế.
b. Quan điểm bè chịu tải hoàn toàn
Quan điểm thiết kế này phù hợp với những công trình đặt trên nền đất yếu có

chiều dày không lớn lắm. Khi đó liên kết giữa cọc và đài không cần phức tạp, vì mục
đích cọc để gia cố nền và giảm lún là chính.
Theo quan điểm này, bè được thiết kế để chịu phần lớn tải trọng lên móng, các
cọc chỉ nhận một phần nhỏ tải trọng, được bố trí hạn chế cả về số lượng sức chịu tải
với mục đính chính là gia cố nền, giảm độ trung bình và lún lệch. Độ lún của móng
trong quan điểm này thường lớn, vượt quá độ lún cho phép, ngoài ra với tải trọng công
trình lớn, tính theo quan điểm này thường không đảm bảo sức chịu tải của nền đất dưới
móng.
c. Quan điểm bè và cọc đồng thời chịu tải
Trong quan điểm này, độ lún của công trình thường lớn hơn so với quan điểm
cọc chịu tải hoàn toàn nhưng về tổng thể, nó vẫn đảm bảo nằm trong quy định với một
hệ số an toàn hợp lý, do đó quan điểm tính toán này cho hiệu quả kinh tế tốt hơn so với
quan điểm đầu. Tuy nhiên, quá trình tính toán cần sử dụng các mô hình phức tạp hơn,
do đó hiện nay quan điểm này chưa được phổ biến rộng rãi
Theo quan điểm này, hệ kết cấu móng bè - cọc đồng thời làm việc với đất nền
theo một thể thống nhất, xét đến đầy đủ sự tương tác giữa các yếu tố đất-bè-cọc. Trong
quan điểm này, các cọc ngoài tác dụng giảm lún cho công trình, còn phát huy hết được


-8-

khả năng chịu tải, do đó cần ít cọc hơn, chiều dài cọc nhỏ hơn. Khi cọc đã phát huy hết
khả năng chịu tải, thì một phần tải trọng còn lại sẽ do phần bè chịu và làm việc như
móng bè trên nền thiên nhiên.

Hình 1.4: Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún theo các quan điểm thiết kế

Hình 1.5: Phân biệt móng cọc, bè cọc và móng bè theo mức độ tiếp nhận tải trọng
Nhận xét: quan điểm thiết kế thứ nhất thiên về an toàn, nhưng không kinh tế,
nên áp dụng khi công trình có yêu cầu cao về khống chế độ lún. Quan điểm thiết kế thứ

hai, móng bè trên nền thiên nhiên là phương án kinh tế nhưng độ lún của bè là rất lớn
và thường nền đất không đủ sức chịu tải với công trình có tải trọng lớn. Quan điểm
thiết kế thứ ba, dung hòa được các ưu, nhược điểm của hai quan điểm trên, nên trường
hợp công trình không có yêu cầu quá cao về độ lún, có thể sử dụng để tăng tính kinh tế.