Nghiên cứu ứng xử của cọc ống bê tông gia cố nền đất yếu dưới nền đường đắp bằng phân tích PTHH

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CỌC ỐNG BÊ TÔNG GIA CỐ
NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐẮP BẰNG PHÂN TÍCH PTHH
PHAN HUY ĐÔNG*

Study on the behaviours of Large Diameter Cast-in-place Concrete Pipe
Pile for piled embankment reinforcement by FEM
Abstract: This paper presents a three-dimensional (3D) numerical
analysis of a case study of a piled embankment project using the “Large
diameter cast in-place concrete pipe pile (PCC pile). At this site, PCC pile
with diameter of 1m, length of 16m were installed to support the design
load of 150 kPa, which are generated by embankment height in range of
3m to 6m and train load. In 3D analysis, the actual shape of PCCs and
their installation pattern with the in-situ soil parameters were simulated.
Therefore, the behaviours of Pile under the embankment were analysed
with different Pile spacing, Pile length and with or without Pile cap. The
3D analysis found that the differential settlement between piles and soil
can be controlled by both pile spacing and pile length. In addition,
selection of length of PCC pile should consider its characteristic since
PCC pile is non-reinforcement.
1. GIỚI THIỆU*
Bài toán gia cố nền đất yếu dưới nền đường
đắp bằng cọc là một trong những giải pháp tin
cậy và hiệu quả nhất khi áp dụng xử lý nền đất
yếu dưới nền đường đắp cao, ví dụ như đường
dẫn đầu cầu, đường cao tốc, đường sắt,….
Trong đó, giải pháp cọc bê tông ống đường kính
lớn đổ tại chỗ, gọi tắt là cọc PCC đã được áp
dụng ở Việt Nam trong những năm gần đây
(Dong PH, 2016; Phan Huy Đông 2017). Với ưu
điểm chính là dạng cọc ống, thành mỏng, chỉ
dùng bê tông mà không dùng cốt thép, đường

kính lớn, cọc PCC được phát triển riêng cho gia
cố nền đất yếu. Cọc PCC được chế tạo tại chỗ
trong ống vách gồm hai ống thép được hàn nối
đồng trục, phía dưới mũi giữa hai ống thép được
cấu tạo bản lề bịt để bảo vệ ngăn không cho đất
xâm nhập vào trong ống vách trong khi hạ. Ống
vách được rung và hạ liên tục xuống độ sâu thiết
* Bộ môn Cơ học đất-Nền móng, Đại học Xây dựng
E-mail:

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019

kế bằng búa rung đến độ sâu thiết kế. Trong quá
trình rung và hạ ống vách, do mũi cọc dạng hình
nêm làm cho đất xung quanh thành cọc bị nén
chặt để tạo khoảng rỗng đúng bằng chiều dày
thành cọc. Sau đó, tiến hành đổ bê tông vào
thành rỗng giữa hai ống thép và vừa rung ống
vừa rút ống vách lên, bê tông dưới trọng lượng
bản thân được đổ toàn vẹn bên trong ống vách,
lực rung của máy có tác dụng đầm chặt bê tông
cọc đảm bảo chất lượng cọc đồng thời cũng đầm
chặt đất xung quanh cọc.
Nhằm đánh giá ứng sử của cọc PCC dưới
nền đường đắp một cách chính xác hơn, khảo
sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm
việc của cọc (chiều sâu cọc, khoảng cách cọc,
chiều cao lớp đất đắp), bài báo này trình bày
các phân tích ứng suất và biến dạng của bài
toán cọc PCC gia cố nền đất yếu dưới nền

đường sắt có đắp cao bằng phương pháp
PTHH, sử dụng mô hình 3D qua phần mềm
Plaxis 3D. Qua đó, đề xuất phương pháp thiết
kế phù hợp với loại cọc này.
3


2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ ỨNG
DỤNG PHƯƠNG PHÁP PTHH PHÂN
TÍCH BÀI TOÁN CỌC GIA CỐ NỀN
Nhìn chung, thiết kế cọc dưới nền đắp
thường theo hai phương pháp:
1) Coi nền sau khi gia cố cọc làm việc như
một nền “tương đương”: Phương pháp này
thường chỉ áp dụng cho trường hợp khi vật liệu
cọc có độ cứng không quá lớn so với nền đất (ví
dụ: trụ đất xi măng, cọc đá,…). Khi đó, nền đất
sau khi gia cố sẽ được qui đổi về một nền tương
đương với các chỉ tiêu cơ lý được tính đổi trung
bình có trọng số theo mật độ gia cố (tỷ diện tích
thay thế);
2). Coi nền gia cố cọc làm một nền “liên
hợp” làm việc đồng thời giữa cọc và đất: Theo
phương pháp này, tải trọng từ nền đất đắp sẽ
phân phối một phần vào cọc và phần còn lại vào
nền đất giữa các cọc. Tỷ lệ phân phối sẽ phụ
thuộc vào độ cứng của cọc, độ cứng của nền,
khoảng cách cọc, chiều cao nền đắp bên trên.
Để nâng cao hiệu quả làm việc của cọc, phát
huy hiệu ứng tập trung ứng suất của nền đắp vào

đầu cọc (hiệu ứng vòm), người ta còn bố trí một
tầng đệm trên đầu cọc, tầng đệm được cấu tạo
thông thường là các lớp vải địa kỹ thuật xen kẹp
lớp cát đệm hoặc lưới địa kỹ thuật xen kẹp trong
lớp đá dăm (Hình 1). Do cọc có độ cứng lớn, lại
được hạ sâu vào các lớp bên dưới, khi thiết kế
cần phát huy tối đa khả năng làm việc của cọc
gia cố (JGJ/T 213- 2010).

Phương pháp PTHH là đang được ứng dụng
rộng rãi trong tính toán thiết kế các bài toán về
Địa kỹ thuật (David and Zdravkovic-2001).
Trong đó, các phân tích tính toán hiện nay chủ
yếu áp dụng bài toán phẳng (2D). Khi đó cọc
được mô hình hóa là các phần tử tấm (plate)
hoặc phần tử neo ("node to node”). Theo cách
mô tả này có một số tồn tại sau:
- Phần tử dạng neo "node to node": Cọc
được mô tả bằng phần tử dạng neo với hai điểm
đầu và cuối cố định, cọc chỉ chịu kéo hoặc nén,
phần tử không xét đến tương tác giữa cọc và đất
xung quanh. Do đó đất có thể chảy tự do giữa
các cọc. Điều này cũng hạn chế và không phản
ánh đúng sự làm việc của các cọc.
- Sử dụng phần tử tấm (Hình 2): Các phần
tử tấm với các thuộc tính về độ cứng kháng
uốn, kháng nén và cả phần tử bề mặt được qui
đổi tương đương từ hàng cọc theo một đơn vị
chiều dài tính. Tuy nhiên, cách phân tích này
không cho phép đất chuyển dịch qua khe của

các cọc, không phản ánh đúng sự làm việc của
nền. Do đó, kết quả phân tích cũng sẽ có nhiều
hạn chế, đặc biệt là khi khảo sát bài toán ổn
định trượt của nền đắp khi xét đến khả năng
chống chuyển vị ngang của cọc do cọc có
đường kính lớn hoặc khoảng cách cọc giữa các
phương là khác nhau.
Cọc gia
cố

a.

b.
Hình 1. Nguyên lý làm việc của giải pháp gia
cọc gia cố nền đất yếu dưới nền đắp.
4

Hình 2. Sơ đồ tính cho bài toán cọc gia cố nền:
a) Sơ đồ thực tế; b) Mô hình tính trong
bài toán biến dạng phẳng 2D.
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019


Bảng 1. Các thông số kỹ thuật
của cọc PCC gia cố nền

Nhằm khắc phục các hạn chế của bài toán
2D, bài báo này các phân tích khảo sát sự làm
việc của cọc dưới các điều kiện biên thay đổi

STT

Thông số

1

Sức chịu tải yêu cầu của nền gia cố
(tại mặt lớp gia cố cọc)
Chiều cao lớp đắp
Đường kính cọc
Chiều dày thành cọc
Chiều dài cọc
Khoảng cách cọc (lưới ô vuông)
Độ lún dư yêu cầu của nền đắp

được thực hiện bằng bài toán 3 chiều (3D), sử
dụng phần mềm Plaxis 3D foundation. Toàn bộ
các phân tích ứng suất, biến dạng của nền trong
suốt quá trình gia tải sẽ được mô phỏng theo sơ
đồ 3 chiều.
3. ỨNG SỬ CỦA CỌC PCC GIA CỐ
NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐẮP
3.1. Giới thiệu dự án
Cọc PCC đã được áp dụng cho một dự án

2
3
4
5
6

7

xây dựng đường sắt đô thị tại Hà Nội. Trong đó

2F

cọc PCC được sử dụng để gia cố nền đất yếu

2a

7.00 0

18 m

3

3b

10.80 4

3
5a
15.60
6d

xen kẹp. Với yêu cầu chịu tải không quá lớn,

8b

kế cọc và độ lún cho phép được tổng hợp trên

Bảng 1.

a. Hạ ống vách và đổ bê tông

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019

m
36
m
1,0
m
0,12
m
1618
m×m 3,0 4,0
cm
30

3a

25m, trong đó có lẫn lớp thấu kính cát mỏng

Các thông số chính về tải trọng, giải pháp thiết

150

2

Trong đó, nền đất với nhiều lớp xen kẹp, chiều

cọc PCC được thiết kế theo mô hình cọc ma sát.

kPa

4.50 0

đường sắt. Điều kiện địa chất và giải pháp thiết

dày lớp đất mềm và yếu thay đổi từ 20 m đến

Giá trị

2.30

dưới nền đường đắp cao. Bên trên là kết cấu
kế cọc tại khu vực khảo sát mô tả trên Hình 3.

Đơn
vị

12
17.30
19.70 4

8e

12
23.40 14

Hình 3. Điều kiện địa chất và giải pháp

thiết kế cọc PCC

b. Vệ sinh đầu cọc;

5


c. Đổ mũ cọc;

d. San lấp làm phẳng bề mặt

e. Thi công tầng đệm đá dăm và lưới ĐKT

f. Thi công đắp nền và kết cấu đường

Hình 4. Một số hình ảnh thi công cọc PCC tại dự án đường sắt đô thị (Dong PH., 2016)
3.2. Thiết lập sơ đồ tính
Với mục đích nhằm đánh giá sức chịu tải
giới hạn của nền gia cố cọc PCC và tìm hiểu
thêm về ứng xử của nền gia cố cọc trong bài
toán gia tải vào nền liên hợp cọc đất. Sơ đồ
làm việc của cọc và nền trong quá trình gia tải
đắp được mô tả bằng phần mềm Plaxis 3D
foundation (Plaxis tutorial Manual). Nội dung
phân tích bằng Plaxis 3D foundation bao gồm
các bước sau:
Bước 1. Lập sơ đồ tính: Dựa trên mặt cắt
thiết kế điển hình của nền đường Hình 5.a, sơ
đồ tính toán được lập trên Hình 5.b. Do bài
toán đối xứng qua trục tâm của đường, để

giảm bớt khối lượng phân tích, các sơ đồ phân
tích chỉ xét một nửa của đường. Các lớp đất
dời và dính được phân tích theo các dạng mô
hình nền khác nhau. Bảng 2 tổng hợp các chỉ
tiêu cơ lý của các lớp đất (mô tả trên hình 3)
được xác định dựa vào báo cáo khảo sát địa
chất tại dự án.
6

a.
30m

6m

8m
Mô hình 3D

b.

Active pore pres sures

Hình 5. a. Sơ đồ tính; b. Lưới phần tử trong
mô hình phân tích bằng Plaxis 3D

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019


Bước 2. Xác lập các điều kiện ban đầu:
Cũng giống như sử dụng các phần mềm mô
phỏng bài toán phẳng 2D, khi phân tích

trạng thái ứng suất biến dạng trong bài toán
3D, trước hết cần thiết lập các điều kiên ban
đầu về ứng suất ban đầu (do trọng lượng
bản thân) và áp lực nước lỗ rỗng thủy tĩnh
của nền. Ứng suất ban đầu được xác định ở
trạng thái cố kết thường (trạng thái k 0 ) và

áp lực nước lỗ rỗng được xác đinh theo áp
lực thủy tĩnh.
Bước 3. Thiết lập thi công cọc: Các cọc
PCC dạng ống có thể mô phỏng bằng phần tử
dạng ống (tube) với các thông số vật liệu được
gán bằng của bê tông sử dụng tại dự án (Cấp
độ bền B22.5).
Bước 4. Thiết lập thi công nền đắp: Nền đất
đắp là cát.

Bảng 2. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
Thông
số

Đơn vị

Chiều dày
Mô hình nền

c

e
Cc

Cs
E50
Eoed
Eur

3

kN/m
(kPa)
độ

kPa
kPa
kPa

2F

2a

3a

Lớp đất
3b

MH
2,3

MH
2,2

CH, CL
2.5

HS
17,5
9
18
1,184
0,04
0,057
3300
3450
9000

HS
16,7
11,53
18°16′
1,43
0,048
0,06
3300
4800
9500

HS
15,1
8,55
18°28′
2,044

0,095
0,105
2100
3000
6000

3.3. Phân tích hiệu quả của cọc PCC gia
cố nền
Nhằm đánh giá vai trò của cọc PCC trong gia
cố nền, bài báo tiến hành khảo sát các trạng thái
Nền tự nhiên
H đắp = 5m

a. Chuyển vị của nền không có cọc
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019

ML
3,8

5a
MH,
MO
4,8

6d
CLML&ML
1.7

8b
ML

6,1

HS
16,3
11,02
23°82′
1,531
0,06
0,06
3200
4913,612
9500

HS
16,1
14,49
23°90′
1,57
0,057
0,064
2600
4000
8312

MC
18
17,02
21°12′
1,56
0,038

0,039
4900
3710,79
12000

HS
17,5
7,5
26°
1,178
0,039
0,044
7400
7410,79
15900

ứng suất và biến dạng của nền trong trường hợp
có bố trí cọc và không bố trí cọc với các chiều
cao đắp tăng dần (thông số thiết kế được mô tả
trong Bảng 1).
Cọc 3mx3m, , dài 16m
H đắp = 5m

b. Chuyển vị của nền có cọc
7


0

Chuyển vị nghang (m)

0.2
0.4
0.6
0.8

1

0

Chiều sâu (m)

-5

-10

-15

Có cọc
-20

-25

Không có cọc

Hđắp=3m

Hđắp =3m

Hđắp=4m

Hđắp=4m

Hđắp=5m

Hđắp=5m

d. Chuyển vị ngang của nền tại vị trí
chân mái dốc trong trường hợp có cọc
và không có cọc
Hình 6. Kết quả phân tích chuyển vị của nền trong các trường hợp có cọc và không có cọc.
c. Mô tả chuyển vị ngang của cọc

8

chuyển vị ngang lớn và tăng mạnh. Chân mái
dốc bị đẩy trồi.

0.4
0.2
KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)
ĐỘ LÚN (m)

0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

-0.2

13

14

15

H đắp = 1m

-0.4

H đắp = 2m

-0.6

H đắp = 3m

-0.8

H đắp = 4m
H đắp = 5m

-1

a.

H đắp = 6m

0.4
KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)

0.2
0
0
ĐỘ LÚN (m)

Kết quả phân tích chuyển vị (lún và chuyển
vị ngang) của nền gia cố cọc, cũng như ứng sử
của cọc được mô tả trên Hình 6 và Hình 7. Cụ
thể như sau:

Chuyển vị thẳng đứng (Độ lún):
Trường hợp nền tự nhiên (Hình 6.a và Hình
7.a): Chuyển vị đứng chủ yếu chỉ tập trung vào
các lớp đất bên trên, phạm vi phân phối cho thấy
vùng ảnh hưởng xấp xỉ bằng kích thước bề rộng
của nền gia tải. Độ lún của nền là khá lớn, khi
chiều cao đắp đến trên 4m, nền có dấu hiệu bị
trượt trồi, khi chuyển vị đứng của một số điểm
gần chân mái đắp có xu thế chuyển vị lên trên.
Trường hợp có cọc (Hình 6.b và Hình 7.b):
Phạm vi ảnh hưởng xuống sâu hơn, có thể thấy
đến hết chiều dài cọc, điều này là do cọc tiếp
nhận tải trọng và phân phối dọc theo thân cọc.
Độ lún của nền khi gia cố cọc giảm đáng kể. Có
thể thấy, ở chiều cao thiết kế (5m) chuyển vị
của nền xấp xỉ12 cm, đáp ứng yêu cầu về độ lún
theo thiết kế.
Chuyển vị ngang của nền:
Trường hợp không có cọc (Hình 6.a và 6.d):
Chuyển vị ngang chủ yếu chỉ tập trung ở vị trí
chân mái dốc. Khi chiều cao đắp trên 5m,

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

-0.2
H đắp = 1m
-0.4

H đắp = 2m

-0.6

H đắp = 3m

-0.8

H đắp = 4m
H đắp = 5m

-1

b.

H đắp = 6m

Hình 7. Độ lún của nền đất yếu theo các chiều
cao đắp (H đắp) khác nhau:a. Nền tự nhiên;
b. Nền gia cố cọc (3mx3m)
Trường hợp có cọc (Hình 6.c và 6.d):
Chuyển vị ngang phân bố đều hơn và vùng ảnh
hưởng xa hơn về phía ngoài nền đắp. Kết quả
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019


0.15

Chiều cao đắp 5m.

0.1

Cọc 3mx3m
Cọc 5mx5m

0.05

Cọc 4mx4m

KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)

ĐỘ LÚN (m)

0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

-0.05
-0.1
-0.15
-0.2
-0.25
-0.3
-0.35

Hình 9. Độ lún của nền đất yếu tại vị trí giữa
các cọc với các khoảng cách cọc khác nhau
Chuyển vị ngang (m)
0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

-5

Chiều sâu (m)

khảo sát chuyển vị ngang của cọc cho thấy các
cọc ở biên chịu chuyển vị ngang nhiều hơn so
với các cọc ở tim đường. Khi chiều cao đắp 5m,
chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cọc biên là xấp
xỉ 5,67 cm.
Áp lực nước lỗ rỗng dư:
Kết quả phân tích áp lực nước dư trong nền
đất ngay sau khi thi công đắp được mô tả trong
Hình 8. Trường hợp nền tự nhiên, tại thời điểm
thi công đắp xong (tốc độ đắp trung bình lấy
theo tốc độ đắp thực tế tại dự án, xấp xỉ
0,5m/ngày), áp lực nước lỗ rỗng dư trong nền
tăng cùng với khi tẳng tải trọng đắp. Toàn bộ áp
lực đất đắp sẽ tác dụng vào nước trong lỗ rỗng
và tiêu tán dần theo thời gian. Tuy nhiên trường
hợp có cọc, phần lớn tải trọng đắp phân phối
vào cọc, do đó áp lực nước dư tăng lên là không
đáng kể. giá trị áp lực nước dư còn giảm khi
tăng chiều cao đắp, điều này có thể giải thích là

khi tăng chiều cao đắp, xuất hiện hiệu ứng vòm,
tải trọng đắp sẽ phân phối vào cọc nhiều hơn và
vào đất giữa các cọc ít hơn do đó áp lực nươc
dư cũng giảm theo.

-10

(*H)

-15
Vị trí cọc

d.
Hình 8. Áp lực nước dư tại độ sâu xấp xỉ 5m
(lớp đất số 3a)
3.4. Phân tích ảnh hưởng của mật độ gia
cố cọc
Nhằm đánh giá ảnh hưởng của mật độ gia cố
cọc và sự làm việc tương tác giữa cọc với đất
nền giữa các cọc, các kết quả độ lún, chuyển vị
ngang của nền cũng sẽ được khảo sát ở các
khoảng cách cọc khác nhau 3mx3m, 4mx4m và
5mx5m. Thông số khác về cọc vẫn được giữ
nguyên như thông số thiết kế trong Bảng 1.
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019

-20

Vị trí đất

Cọc 3mx3m

Cọc 3mx3m

Cọc 4mx4m

Cọc 4mx4m

Cọc 5mx5m

Cọc 5mx5m

-25

Hình 10. Chuyển vị ngang tại vị trí cọc và vị trí
của đất tại chân mái dốc với các khoảng cách
cọc khác nhau
Kết quả trên Hình 9 ứng với chiều cao đắp
H = 5m cho thấy, độ lún của nền đất yếu tăng
9


đáng kể khi khoảng cách giữa các cọc tăng lên.
Khi chiều khoảng cách cọc tăng lên 4mx4m
chuyển vị của nền tại tim đường xấp xỉ 26,7 cm
xấp xỉ với độ lún yêu cầu. Khi khoảng cách cọc
5mx5m độ lún của nền đã vượt giá trị yêu cầu.
Hình 10 biểu diễn chuyển vị ngang tại điểm ở
chân ta luy đắp ở vị trí cọc và vị trí giữa các
cọc. Như vậy, khi khoảng cách cọc chỉ là

3mx3m, thì chuyển vị ngang tại vị trí của cọc và
vị trí đất giữa các cọc là tương đối giống nhau.

a. Cọc dài 12m

Tuy nhiên, khi khoảng cách cọc tăng thì sự khác
biết trở lên rõ ràng hơn đặc biệt ở độ sâu đến
5m. Điều này chứng tỏ rằng, đất giữa các cọc đã
có xu thế chuyển dịch ngang nhiều hơn, nền vân
có khả năng bị phá hoại trượt, không phải là ở vị
trí cọc và là vị trí giữa các cọc.
3.7. Ảnh hưởng khi thay đổi chiều dài cọc
Tiến hành thay đổi chiều dài cọc từ 12m,
16m và 20 m. Các thông số khác của cọc và nền
giữ nguyên theo thiết kế trong Bảng 1.

b. Cọc dài 16m

c. Cọc dài 20m

Hình 11. Hình ảnh mô tả vùng chuyển vị ngang của cọc

10

phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách cọc mà ít
chịu ảnh hưởng của chiều sâu cọc.
0.1
0.05

KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)

0
ĐỘ LÚN (m)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

13

14

-0.05
-0.1
-0.15
-0.2

Cọc dài 12m

-0.25

Cọc dài 16m

-0.3

Cọc dài 20m

-0.35
-0.4

a. Khoảng cách cọc 3mx3m
0.1

0.05

KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)

0
0
ĐỘ LÚN (m)

Vùng huy động làm việc của cọc:
Kết quả phân tích trên Hình 11 cho thấy, khi
cọc có chiều dài ngắn, chuyển vị ngang của cọc
phân bố tương đối đều suốt chiều dài cọc. Tuy
nhiên khi chiều dài cọc tăng dần, phạm vi ở phía
trên đầu cọc có xu thế chịu biến dạng ngang
nhiều hơn so với phần phía dưới, cọc sẽ chịu
uốn nhiều hơn. Do cọc PCC không có cốt thép,
nền đây là ghi chú rất quan trọng cho các kỹ sư
thiết kế khi quyết định chiều dài cọc. Ở trường
hợp cọc dài 20m, ngàm vào lớp đất cứng, hình
ảnh phân phối chuyển vị ngang của đầu cọc cho
thấy rõ rệt là cọc chịu uốn nhiều hơn, chân cọc
gần như không có biến dạng.
Độ lún của nền:
Kết quả phân tích độ lún của nền và của cọc
tại vị trí mặt cắt đi qua đỉnh một hàng cọc biểu
diễn trên Hình 12 cho thấy, khi giảm chiều dài
cọc thì độ lún của nền và của cọc đều tăng. Tuy
nhiên, Độ chênh lún giữa vị trí cọc và vị trí cọc

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

-0.05
-0.1
-0.15
-0.2

Cọc dài 12m

-0.25
Cọc dài 16m

-0.3
-0.35
-0.4

b. Khoảng cách cọc 4mx4m
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019


0.1
0.05
KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)
0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

ĐỘ LÚN (m)

-0.05
-0.1

-0.15
-0.2

Giá trị sy max = 509 kPa

Cọc dài 12m

-0.25
Cọc dài 16m

-0.3
-0.35
-0.4

c. Khoảng cách cọc 5mx5m

a. Trường hợp không mũ cọc

Hình 12. Độ lún của nền tại mặt cắt đi qua
vị trí đỉnh cọc với chiều cao đắp 5m.

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019

Giá trị sy max = 630 kPa

b. Có mũ cọc 1,5mx1,5m
Hình 13. Vùng phân phối ứng suất theo
phương đứng tác động vào mũ cọc
0.1
0.05
KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)
0
0
Độ lún của nền (m)

3.8. Ảnh hưởng của mũ cọc
Nhằm đánh giá ảnh hưởng của mũ cọc
trong khả năng phân phối tải trọng của nền
đất đắp vào cọc để khai thác tối đa khả năng
làm việc của cọc, bài báo đã tiến hành phân

tích ảnh hưởng của mũ cọc trong bài toán với
nền đắp cao 5m với các trường hợp không có
mũ cọc và trường hợp mũ cọc mở rộng
1,5mx1,5m.
Hình 13 mô tả hình chiếu bằng vùng tập
trung ứng suất tại vị trí đỉnh cọc cho hai
trường hợp cọc không mở rộng mũ và cọc có
mở rộng mũ trường hợp khoảng cách cọc là
5mx5m. Khi có mũ cọc, ứng suất tập trung
vào đầu cọc tăng lên đáng kể từ 509 kPa lên
đến 630 kPa do ảnh hưởng của hiệu ứng vòm
phân phối tải trọng vào cọc. Kết quả phân
tích trên Hình 14 cho thấy, hiệu quả của việc
mở rộng mũ cọc là không lớn nếu khoảng
cách cọc nhỏ (trường hợp khoảng cách cọc
3mx3m), khi độ lún tại vị trí cọc và vị trí nền
đất giữa các cọc là không khác nhau nhiều.
Tuy nhiên khi khoảng cách cọc lớn hơn, việc
mở rộng mũ cọc sẽ tăng hiệu ứng vòm và
phát huy khả năng phân phối tải trọng của
nền đất đắp xuống mũ cọc. Như vậy mũ cọc
có vai trò lớn trong việc tăng khả năng phân
phối tải trọng về đầu cọc cũng như để hạn
chế độ chênh lún giữa vị trí cọc và nền đất
xung quanh.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

-0.05
-0.1
-0.15
-0.2

-0.25

Cọc 3mx3m

Cọc 5mx5m

Không có mũ

Không có mũ

Mũ cọc 1.5x1.5m

Mũ cọc 1.5mx1.5m

-0.3
-0.35
-0.4

Hình 14. Độ lún của cọc và nền trong trường
hợp có mũ cọc và không có mũ cọc
4. KẾT LUẬN
Các kết quả phân tích trong bài báo này cho
thấy, khi mô tả bài toán cọc gia cố nền đất yếu
dưới nền đắp bằng mô hình 3D giúp mô tả được
chính xác hơn điều kiện làm việc cũng như
tương tác giữa cọc và nền. Các phân tích trong
bài báo này đưa đến một số kết luận sau:
- Việc phân tích bài toán bằng mô hình 3D
giúp mô tả được chuyển vị ngang giữa đất và
cọc, do đó sẽ mô tả chính xác hơn ổn định trượt

của nền đắp.
11


- Độ lún cũng như độ chênh lún của nền

TÀI LIỆU THAM KHẢO

giữa vị trí có cọc và đất giữa các cọc tăng
đáng kể khi khoảng cách cọc tăng. Để giảm
độ lún chung của nền cũng như độ chênh lún
giữa cọc và đất, có thể cấu tạo mở rộng mũ
cọc để tăng khả năng phân phối tải trọng vào
cọc. Khi khoảng cách cọc lớn, độ lún của
nền đất giữa các cọc sẽ diễn ra theo thời
gian do nền đất chịu nén, áp lực nước thặng
dư tăng lên.
- Lựa chọn chiều dài cọc khi gia cố: Cọc
PCC là loại cọc ống, thành mỏng không dùng
cốt thép, do đó khả năng chịu uốn kém. Khi
gia cố nền đất yếu bằng cọc cần hết sức lưu ý
lựa chọn chiều dài cọc hợp lý (hết phạm vi
huy động được ma sát thành cọc) để cho phép
cọc có thể chuyển vị cùng với nền đất.

1. Dong PH., Quynh VM., (2016), “Case
history of applicability of Large Diameter Cast-inplace Concrete Pipe Pile for foundation treatment
in Vietnam”. Proceeding of the 2nd Conference
on Transport Infrastructure with Sustainable
Development. Construction Publishing House.

2. Phan Huy Đông, (2017), “Giải pháp Cọc
bê tông ống đường kính lớn đổ tại chỗ cho gia
cố nền đất yếu”, Tạp chí địa kỹ thuật, 2017.
3. JGJ/T 213 – 2010: Technical specification
for composite foundation of cast-in-place
concrete large-diameter pipe pile- China.
4. Hồ Anh Tuấn và Trần Bình, “Phương
pháp phần tử hữu hạn”
5. Tài liệu hướng dẫn sử dụng Plaxis –
Plaxis tutorial Manual.
6. David M. Potts and L. Zdravkovic, 2001,
“Ứng dụng PTHH trong địa kỹ thuật”.

Người phản biện: PGS.TS. ĐOÀN THẾ TƯỜNG

12

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019