Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp xi măng đất gia cố mặt nền đến sức chịu tải ngang của cọc đứng, ứng dụng cho đập trụ đỡ vùng đồng bằng sông cửu long (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM
&

TRẦN MINH THÁI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP XI MĂNG ĐẤT
GIA CỐ MẶT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI NGANG CỦA
CỌC ĐỨNG, ỨNG DỤNG CHO ĐẬP TRỤ ĐỠ
VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 9580202

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2020


Công trình được hoàn thành tại:
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

Người hướng dẫn khoa học:
1. GS. TS Nguyễn Vũ Việt
2. GS. TS Trần Đình Hoà

Phản biện 1:
Phản biện 2:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện

Họp tại Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
Địa chỉ: 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội
vào hồi

giờ 00, ngày

tháng

năm 2020

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Hà Nội
- Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là một nước có bờ biển dài và có nhiều sông lớn đổ ra biển trải
dọc suốt từ Bắc vào Nam. Trong những năm gần đây sự khắc nghiệt của thiên
nhiên càng thể hiện rõ như hiện tượng biến đổi khí hậu, mực nước biển ngày
càng dâng cao, bão lũ càng lớn và mùa kiệt thiếu nguồn nước ngọt, xâm nhập
mặn đã ảnh hưởng rất lớn đến đời sống và phát triển kinh tế xã hội của cả
nước. Đồng bằng sông Cửu Long là vùng có tiềm năng to lớn, chiếm vị trí
quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội và là chìa khoá chính trong chiến
lược an ninh lương thực quốc gia.
Chủ trương lớn của Nhà nước là cần tiếp tục nghiên cứu, đầu tư xây dựng
các công trình đê biển, công trình điều tiết vùng cửa sông vùng triều nhằm
phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai cũng như bảo vệ dân sinh kinh tế, góp phần

phát triển đất nước.
Trong xây dựng công trình điều tiết hiện nay, Đập trụ đỡ (ĐTĐ) đang
ngày càng được ứng dụng rộng rãi, trở thành một giải pháp khoa học thay thế
dần các công trình truyền thống, đặc biệt thể hiện rõ trong các công trình lớn
ngăn sông vùng ven biển. Để nâng cao hơn nữa hiệu quả ứng dụng công nghệ,
nhất thiết cần phải tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện thêm cả về lý thuyết và
thực nghiệm những vấn đề còn chưa được sáng tỏ. Đối với công trình Đập trụ
đỡ, thường xuyên chịu tải trọng ngang tác dụng rất lớn. Ngoài giải pháp bố trí
cọc xiên thì biện pháp gia cố lớp bề mặt nền móng sẽ có tác dụng đáng kể làm
tăng sức chịu tải ngang của móng cọc. Để có xác định kích thước phù hợp cho
lớp gia cố và đánh giá mức độ ảnh hưởng đến sức chịu tải ngang của móng
cọc Đập trụ đỡ như thế nào thì đến nay vẫn chưa được giải quyết. Vì vậy đề
tài nghiên cứu có tính cấp thiết và thực tế.
2. Mục đích nghiên cứu
- Làm cơ sở khoa học, hoàn thiện lý thuyết trong tính toán thiết kế ĐTĐ;
- Đề xuất hình thức và kết cấu của lớp gia cố bề mặt nhằm tăng sức chịu tải
trọng ngang cho móng cọc ĐTĐ xây dựng trong vùng ĐBSCL.
3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
- Nghiên cứu, phân tích các thông tin kỹ thuật liên quan được công bố
qua các tài liệu như sách, báo, tiêu chuẩn thiết kế… ở trong và ngoài nước.
- Sử dụng mô hình toán để nghiên cứu, phân tích sự ảnh hưởng của lớp
gia cố đến SCTN của cọc đơn, qua đó lựa chọn kích thước hợp lý của lớp gia
cố bề mặt ứng với các loại cọc.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
Thí nghiệm mô hình vật lý, đo đạc, đánh giá SCTN của cọc trong các
trường hợp làm việc nền đất yếu tự nhiên và nền đất sau khi gia cố lớp bề mặt.


2

Trên cơ sở đó so sánh với phương pháp nghiên cứu lý thuyết đã được xây
dựng, từ đó có kết luận về phương pháp tính SCTN của cọc, làm cơ sở để tính
ổn định móng cọc công trình ĐTĐ trong khu vực ĐBSCL;
Phương pháp chuyên gia:
Tổ chức hội thảo khoa học và các cuộc họp có phản biện, gồm có các nhà
khoa học có hiểu biết chuyên sâu về lĩnh vực nghiên cứu của NCS đến họp
cho ý kiến góp ý, đánh giá, phản biện kết quả nghiên cứu.
4. Đối tượng nghiên cứu
Sức chịu ngang trục của cọc đơn thẳng đứng trong trường hợp gia cố lớp
bề mặt móng cọc phía đầu cọc ĐTĐ vùng ĐBSCL.
5. Phạm vi nghiên cứu
- Về kết cấu: Cọc đơn thẳng đứng trong móng cọc ĐTĐ trên nền đất yếu
vùng ĐBSCL.
- Về vật liệu cọc: cọc BTCT các loại
- Về gia cố: Gia cố lớp nền bề mặt phía đầu cọc bằng cọc xi măng đất
(XMĐ) sử dụng công nghệ trộn sâu (DMM)
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Luận án đã thiết lập được cơ sở khoa học tính toán gia cố bề mặt móng
cọc (kết cấu mới, nền đất tự nhiên kết hợp với xi măng bằng phương
pháp trộn sâu) có tác dụng gia tăng sức chịu ngang của móng ĐTĐ
vùng đồng bằng sông Cửu Long, nơi có đặc điểm nền đất yếu, bất lợi
cho xây dựng công trình.
- Kết quả nghiên cứu của luận án đã được ứng dụng trong thiết kế móng
cọc và nhằm hoàn thiện lý thuyết tính toán công nghệ ĐTĐ.
7. Những đóng góp mới của luận án
- Luận án đã đề xuất được giải pháp mới để tăng SCTN của móng cọc
ĐTĐ vùng ĐBSCL và xác định được kích thước hợp lý của phần gia cố
này.
- Luận án đã xây dựng được quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị ngang (p

~ y) cho loại đất yếu đại diện và cho lớp gia cố bề mặt nền móng. Qua
đó xác định được hệ nền và phương pháp xác định SCTN để ứng dụng
thiết kế móng cọc ĐTĐ vùng ĐBSCL.
8. Bố cục của luận án
Bố cục của luận án, gồm có các phần: Mở đầu; 4 Chương chính; Kết luận
và kiến nghị; Danh mục công trình đã công bố và Tài liệu tham khảo


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRỤ ĐỠ VÀ CÁC GIẢI PHÁP
GIA TĂNG SỨC CHỊU TẢI NGANG CHO MÓNG CỌC
TRONG VÙNG ĐẤT YẾU
1.1 Tổng quan về Đập trụ đỡ
1.1.1 Giới thiệu công nghệ Đập trụ đỡ
Nguyên lý của ĐTĐ là đưa toàn bộ lực tác dụng vào công trình về các trụ
riêng biệt, sau đó truyền
xuống nền thông qua bệ
trụ. Giữa các trụ pin là
cửa van điều tiết và kết
cấu chống thấm.
Hình 1.1: Mô hình Đập
trụ đỡ

Ưu điểm của ĐTĐ là có thể xây dựng công trình ngay trên lòng sông tự
nhiên, xây dựng công trình trong điều kiện địa chất nền yếu, chiều sâu lớp đất
yếu lớn như ở các vùng cửa sông ven biển hoặc vùng phù sa cổ.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu và áp dụng các loại Đập trụ đỡ trên thế giới
Từ những năm đầu thế kỷ XX, dạng công trình ngăn sông kiểu ĐTĐ đã
được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và áp dụng vào thực tế. Các công

trình có quy mô lớn tập trung ở những nước có nền khoa học và kinh tế phát
triển mạnh như Đức, Anh,… với nhiệm vụ ngăn triều hoặc kiểm soát triều và
chống ngập úng.
1.1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng Đập trụ đỡ trong nước
Công nghệ Đập trụ đỡ được Viện Khoa học Thủy lợi nghiên cứu bắt đầu
từ năm 1991-1995 trong Đề tài độc lập Quốc gia KC12-10. Cấu tạo và nguyên
lý chịu lực của ĐTĐ như hình 1.1.
Tính đến nay công nghệ ĐTĐ đã ứng dụng để xây dựng rất nhiều công
trình ngăn sông trên cả nước và đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật to lớn, tiêu
biểu như: Công trình ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long (TT Huế), Cống Nhiêu
Lộc-Thị Nghè (TP Hồ Chí Minh), Cống Biện Nhị, cống Bào Chấu, cống Vàm
Đình (Cà Mau), cống Nhà Mát (Bạc Liêu), cống Bầu Điền (Tiền Giang), cống
Kênh Cụt (Kiên Giang), cống Cầu Xe (Hải Dương),…Hiện nay các công trình
thuộc Dự án Chống ngập TP Hồ Chí Minh đang áp dụng công nghệ ĐTĐ để
xây dựng, bề rộng thông nước từ 40 - 160m;


4

1.1.4 Những vấn đề cần phải được tiếp tục nghiên cứu khi áp dụng Đập
trụ đỡ ở ĐBSCL và ở Việt nam
Đập trụ đỡ mặc dù đã được nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam khá lâu
tuy nhiên với điều kiện mực nước sâu và cột nước lớn gây ra lực ngang rất lớn
thì việc thiết kế loại công trình này vẫn còn bị khó khăn do khả năng kháng
lực ngang bị hạn chế so với công trình truyền thống. Đối với vùng ĐBSCL
lớp đất yếu sâu cũng là một khó khăn khi áp dụng công nghệ ĐTĐ.
Các biện pháp làm tăng SCTN của móng cọc ĐTĐ vẫn thường được áp
dụng là bố trí cọc xiên và xiên chéo lớn. Vì vậy cần tiếp tục nghiên cứu các
giải pháp làm tăng SCTN cho móng.
1.2 Đánh giá chung địa chất vùng Đồng bằng sông Cửu long đến khả

năng làm việc của móng cọc thường xuyên chịu tải trọng ngang
1.2.1. Phân bố và đặc trưng đất yếu ở ĐBSCL
ĐBSCL được bao phủ bởi lớp trầm tích trẻ khá dày, thành phần cấu tạo
của lớp này phổ biến là đất yếu: sét yếu, cát chảy, bùn...
Đất sét yếu này có các đặc trưng cơ lý cơ bản nhất như sau:
+ Dung trọng tự nhiên của đất: γ = 14,5÷15,5kN/m3
+ Độ ẩm tự nhiên của đất: w = 75%÷65%
+ Hệ số rỗng tự nhiên của đất: e = 1,5÷2,0
+ Các đặc trưng cơ học của đất: φ = 4o÷5o, c = 5÷6kPa
+ Các đặc trưng biến dạng của đất: Eo = 500÷600kPa
Chiều dày đất sét yếu ở ĐBSCL thường từ 0÷40m.
1.2.2. Địa chất nền các công trình Đập trụ đỡ đã xây dựng tại ĐBSCL
Qua tổng kết địa chất tại các công trình ứng dụng công nghệ ĐTĐ tại
ĐBSCL thấy rằng trong phạm vi từ 0 đến 5m đất nền phía đầu cọc rất yếu (φ
= 3-5o, c = 1–5kPa, γ = 1,5–1,65kN/m3).
1.2.3. Những lưu ý khi xây dựng ĐTĐ trên nền đất yếu vùng ĐBSCL
- Hầu hết các công trình ĐTĐ đều có áp lực lên móng p >300 ÷ 500kPa
nên đều cần xử lý nền móng khi xây dựng.
- Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của các loại đất yếu là phi tuyến,
nên việc áp dụng mô hình nền Winkler mở rộng (giai đoạn tuyến tính và phi
tuyến tính) là phù hợp với thực tế làm việc của nền đất dưới công trình.
- Đất có hệ số thấm nước bé, nên tốc độ cố kết chậm, lún kéo dài. Do đó
đối với biện pháp xử lý nền (xử lý gia cố lớp mặt) cần quan tâm đến những
giải pháp làm tăng nhanh quá trình thoát nước để nền đất cố kết nhanh.
- Giải pháp nền - móng định hướng cho việc xây dựng các công trình
ĐTĐ là sử dụng móng cọc, có thể sử dụng là cọc bê tông cốt thép, cọc khoan
nhồi, cọc bê tông dự ứng lực, cọc thép...
1.3. Các giải pháp gia tăng sức chịu tải trọng ngang cho móng cọc ĐTĐ
Đối với ĐTĐ, móng cọc thường chịu tải trọng ngang lớn, có 2 giải pháp
chính làm tăng cường SCTN cho móng đó là: bố trí cọc xiên trong móng hoặc

5

tăng sức chịu tải trọng ngang của cọc đơn trong nhóm cọc. Mỗi giải pháp có
những ưu, nhược điểm và điều kiện ứng dụng khác nhau. Đối với ĐTĐ, các
giải pháp đưa ra phải thuận lợi vì các trụ đỡ có sức chịu tải ngang từ vài trăm
đến vài nghìn tấn cho một trụ, số cọc vì thế cũng rất nhiều.
1.3.1 Giải pháp cọc xiên: Sử dụng cọc xiên hoặc xiên chéo lớn để chuyển lực
ngang trở về lực dọc trục.
1.3.2. Giải pháp gia cố lớp nền bề mặt
1.3.2.1. Ảnh hưởng của đất nền quanh cọc tới SCTN của cọc
Khi cọc chịu lực ngang, đất
nền phía cọc di chuyển xuất hiện
lực kháng lại lực ngang tác dụng.
Biểu đồ của lực kháng của loại đất
dính được thể hiện như hình 1.2:
Hình 1.2: Phân bố áp lực kháng
của đất lên cọc

Đối với đất dính thì giá trị được coi như không đổi, chiều sâu phát sinh ở
độ sâu cách mặt đất 1,5d. Tính chất cơ học của đất và lớp đất trên mặt ảnh
hưởng lớn và trực tiếp tới khả năng chịu lực ngang của cọc. Khi cải thiện tính
chất của lớp gia cố bề mặt thì khả năng chịu lực ngang của cọc sẽ cải thiện.
Các phương án xử lý như sau:
1.3.2.2. Sử dụng vật liệu đá dăm, đá mạt hoặc các vật liệu thô khác
Sử dụng vật liệu này vào đất nền quanh cọc vì có góc ma sát trong lớn,
hệ số tỷ lệ nền lớn. Việc gia cố có thể thực hiện trước hoặc sau khi đã thi công
cọc. Nhược điểm là khó kiểm tra việc thi công trong nước. Sự tiếp xúc giữa
cọc và lớp đá sẽ không đồng đều dẫn đến tính toán không chính xác.

1.3.2.3 Sử dụng giải pháp cải tạo đất nền bằng cọc xi măng đất (XMĐ)
Giải pháp cải tạo nền đất yếu cho móng cọc bằng công nghệ trộn sâu
(DMM) chính là tạo các cọc XMĐ trong lớp đất yếu bề mặt móng cọc.
Các hình thức như: gia cố phạm vi dưới bệ trụ, quanh các cọc chịu lực
hoặc gia cố thành các khối bao quanh bệ trụ. Đối với ĐTĐ, tác giả kiến nghị
giải pháp gia cố dưới bệ trụ.
Giải pháp này tương đối đơn giản, tuy nhiên cần tính toán cụ thể dựa trên
điều kiện địa chất nền, loại móng cọc, loại cọc cũng như hàm lượng xi măng
gia cố. Giải pháp này áp dụng phù hợp và hiệu quả nhất cho móng cọc có lớp
nền bề mặt là đất yếu.
1.3.2.4. Sử dụng vữa dâng bê tông


6

Lớp bê tông bịt đáy hiện nay thường được sử dụng bằng bê tông mác
B20 (M250). Nhược điểm là tính đàn hồi của lớp bê tông bịt đáy không có vì
vậy khả năng chịu tải ngang của lớp này rất khó xác định; thường thì chiều
sâu lớp bịt đáy nhỏ hơn rất nhiều chiều sâu ảnh hưởng của lực ngang nên hiệu
quả giải pháp không cao. Giải pháp này phù hợp và hiệu quả cho trường hợp
móng cọc có lớp nền là đất cát hoặc sét cứng.
1.3.3. Lựa chọn giải pháp nghiên cứu của luận án
Trong Luận án này tác giả đi sâu nghiên cứu giải pháp tăng SCTN của
cọc đơn trong nhóm cọc. Các loại vật liệu gia cố trên đều có tác dụng tăng khả
năng chịu lực ngang cho móng cọc, tuy nhiên khả năng thi công có thể ảnh
hưởng lớn đến kết quả nghiên cứu. Trong các loại đó tác giả chọn phương án
gia cố bằng cọc xi măng đất để nghiên cứu.
1.4 Các nghiên cứu về gia cố xi măng đất cho đất yếu
1.4.1 Tình hình ứng dụng XMĐ gia cố đất yếu trên thế giới và Việt Nam
Công nghệ cải tạo đất bằng xi măng, xi măng – vôi được nghiên cứu và

ứng từ những năm 1960, điển hình là Mỹ, Nhật. Công nghệ này sử dụng nhiều
trong các công trình đường bộ và đường sắt như: làm móng, ổn định hố đào,
ổn định mái dốc, giảm rung động…
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu gia cố đất trộn sâu được bắt đầu nghiên cứu
từ những năm đầu thập kỷ 80. Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng
dụng cọc XMĐ để gia cố nền đất yếu. Trong lĩnh vực thuỷ lợi, từ năm 2005
cọc XMĐ bắt đầu được áp dụng. Mục tiêu ban đầu là xử lý chống thấm nền và
mang cống cho các cống. Sau đó, cọc XMĐ được tiếp tục nghiên cứu hoàn
thiện cho mục đích chống thấm và gia cố nền cho các loại công trình khác.
1.4.2 Các nghiên cứu về cọc XMĐ trong gia cố nền đất yếu tại ĐBSCL
Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam đã ứng dụng công nghệ cọc XMĐ
trong xử lý nền và chống thấm các công trình thuỷ lợi tại vùng ĐBSCL và đã
mang lại hiệu quả nhất định về kỹ thuật và kinh tế. Một số thông số kỹ thuật
về cọc XMĐ phổ biến tại ĐBSCL:
Đường kính cọc: 60cm – 80cm
Hàm lượng xi măng: thường dùng 300kg/m3
Cường độ kháng nén tuỳ theo từng loại đất, cụ thể như bảng 1.1:
Bảng 1.1: Cường độ cọc XMĐ ứng với 1 số loại đất yếu đặc trưng
TT
1
2
3
4
5

Loại đất
Đất sét pha, dẻo chảy
Đất sét trạng thái dẻo chảy
Bùn sét
Than bùn hóa

Bùn sét lẫn hữu cơ

Cường độ kháng nén (kPa)
(28 ngày)
(90 ngày)
634-906
1032-1123
630-814
886-1057
430-690
684-980
184-236
116-164
551-973
856-1156


7

1.4.3 Ứng dụng cọc xi măng đất trong gia cố móng cọc tại Nhật Bản
Từ năm 2001 Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng cọc XMĐ để
tăng SCTN cho móng cọc các công trình, tiêu biểu như Cầu Yabegawa thuộc
dự án Đường cao tốc Ariake, tỉnh Fukuoka, Nhật Bản. Cọc khoan nhồi được
sử dụng sâu 50m, lớp gia cố bằng cọc XMĐ có chiều dài và chiều sâu là B =
16.8m và Hgc = 10.5m. Việc ứng dụng XMĐ đã mang lại hiệu quả kinh tế và
kỹ thuật rõ rệt, nhất là giảm được số cọc đứng, giảm chuyển vị ngang và khả
năng chịu động đất tốt hơn. Tuy nhiên phương pháp thiết kế không được thiết
lập mà chỉ được thí nghiệm hiện trường tại mỗi công trình riêng biệt.
1.5 Kết luận chương 1
- Mặc dù đã được nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế tuy nhiên ĐTĐ vẫn còn

nhiều vấn đề cần phải được tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện lý thuyết để áp
dụng thiết kế, nhất là đối với nền đất yếu tại ĐBSCL.
- Giải pháp nhằm tăng khả năng chịu lực ngang cho cọc đơn và cho móng cọc
ĐTĐ được lựa chọn để định hướng nghiên cứu trong luận án là giải pháp gia
cố lớp đất bề mặt móng cọc, phía đầu cọc bằng cọc XMĐ - công nghệ DMM.
- Hiện nay chưa có công bố nào về lý thuyết tính toán xác định phạm vi của
lớp gia cố, vì vậy cần nghiên cứu bằng mô hình toán và thực nghiệm hiện
trường để đưa ra phương pháp xác định cũng như đánh giá hiệu quả của giải
pháp gia cố nêu trên đối với SCTN của cọc.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA GIẢI PHÁP
GIA CỐ NỀN LỚP MẶT
2.1 Các yếu tố ảnh hưởng của lớp gia cố bề mặt đến nền móng cọc ĐTĐ
Khi Đập trụ đỡ có lớp gia cố bề mặt nền thì tính chất, trạng thái ứng suất
nền thay đổi, điều đó sẽ ảnh hưởng tới:
- Ảnh hưởng tới SCTN của cọc đơn.
- Ảnh hưởng tới sức chịu tải đứng và hiện tượng ma sát âm của cọc.
- Ảnh hưởng tới SCTN của nhóm cọc.
- Ảnh hưởng tới sức chịu tải của đất nền dưới lớp gia cố bề mặt.
- Ảnh hưởng của lớp gia cố bề mặt tới độ lún của móng cọc.
2.2 Phương pháp tính toán cọc đơn chịu tải trọng ngang
2.2.1 Các phương pháp tính toán cọc đơn đang áp dụng hiện nay
Đối với bài toán ổn định móng cọc nói chung và móng cọc ĐTĐ nói
riêng luôn xuất phát từ kết quả nghiên cứu làm việc của một cọc đơn. Vì vậy
tính toán cọc đơn không những có ý nghĩa quan trọng. Hiện nay có rất nhiều
phương pháp tính toán cọc đơn, mỗi phương pháp tính đều có 3 đặc điểm cơ
bản như: Mô hình của môi trường đất bao quanh cọc; Tính chất của mối quan
hệ giữa phản lực đất p và chuyển vị ngang của cọc y; Cách giải bài toán.


8

2.2.2 Phân tích và lựa chọn phương pháp tính toán cọc đơn.
Do đặc điểm làm việc của móng cọc ĐTĐ trong vùng ĐBSCL nên nhóm
các phương pháp dựa trên sức kháng bên cực hạn của cọc như Phương pháp
Broms và Phương pháp Meyerhof có nhiều hạn chế vì không áp dụng được
cho nền nhiều lớp và không xem xét tới chỉ tiêu cường độ của đất.
Phương pháp “Đường cong p ~ y” đối với tính toán móng cọc ĐTĐ vùng
ĐBSCL là khá phù hợp bởi cọc trong nền nhiều lớp và cọc dài.
Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ máy tính, các phần mềm
thương mại tính toán cọc, sử dụng lý thuyết đường cong p ~ y để giải các bài
toán về cọc ngày càng nhiều và độ tin cậy cao, điển hình như: Phần mềm tính
toán Ensoft Lpile; Ensoft Group; Phần mềm Midas; Phần mềm FB_Pier…
2.3 Nghiên cứu phạm vi ảnh hưởng của lớp gia cố bề mặt theo chiều sâu
2.3.1. Cơ sở lý thuyết xác định chiều sâu ảnh hưởng hah lớp bề mặt
Chiều dày của lớp đất bề mặt giữ vai trò quyết định tới chuyển vị, nội lực
trong cọc và có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, hah được xác định theo một số
công thức:
(2-1)
hah = 2.(d + 1)
(2-2)
hah = 3,5d + 1,5
Chiều sâu ảnh hưởng hah theo (2-1) và (2-2) làm cơ sở để so sánh với kết
quả nghiên cứu xác định chiều sâu gia cố hợp lý.
2.3.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều sâu lớp gia cố bề mặt đến
SCTN của móng cọc ĐTĐ bằng mô hình toán
- Mục đích tính toán là xác định chiều sâu gia cố hợp lý mà với giá trị đó
cọc và nền gia cố chịu lực ngang lớn nhất từ đó đề xuất công thức xác định
chiều sâu lớp gia cố hợp lý.
- Lựa chọn loại cọc nghiên cứu tính toán trong mô hình là các cọc BTCT
có kích thước phù hợp với thực tế thường dùng, chiều dài cọc được chọn phải

thoả mãn điều kiện là loại “cọc dài”
- Lựa chọn phương pháp gia cố: gia cố đất lớp mặt móng bằng cọc XMĐ,
lớp gia cố kín xung quanh cọc.
- Sơ đồ tính toán: Tính toán cho trường hợp khi chưa gia cố đất yếu; Tính
toán xác định chiều sâu hợp lý cho từng loại cọc, trường hợp gia cố bằng công
nghệ DMM – xi măng đất.
- Để nghiên cứu khả năng chịu tải trọng ngang phải dựa vào lý thuyết
đường cong p~y. Khi gán cho cọc một chuyển vị cưỡng bức khi đó cọc sẽ
xuất hiện lực ngang có hướng chống lại hướng của chuyển vị cưỡng bức.
- Thông số tính toán:
Lựa chọn kết cấu gia cố là loại cọc XMĐ đường kính D100cm ken sít,
hàm lượng xi măng 300kg/m3
Tính toán thông số cọc XMĐ làm việc như nền tương đương.
Chỉ tiêu đất: Mẫu đất đại diện được lấy tại Mỹ Tho, Tiền Giang:


9

Lớp 1

Cu (kPa)
14.2

γ (kN/m3)
15,8

φ (độ)
4,35

Chỉ tiêu cọc XMĐ:

Cc (kPa)
φ (độ)
γ (kN/m3)
400
35
18,0
2.3.2.1. Kết quả tính toán
a) Trường hợp đất nền hiện trạng
(nền tự nhiên):
Biểu$đồ$quan$hệ$giữa$SCTN$với$kích$thước$cọc$nền$tự$nhiên$
40"
35"

Sức$chịu$tải$ngang$(kN)$

30"

Hình 2.1: Biểu đồ quan
hệ giữa SCTN với kích
thước cọc, nền tự nhiên

25"
20"
15"
10"
5"
0"
5"

Hình 2.2: Biểu đồ quan

hệ giữa SCTN với độ
sâu gia cố

15"

20"

25"

30"

35"

40"

250"

"Sức"chịu"tải"ngang"(kN)"

b) Kết quả tính
toán cho trường hợp gia
cố với chiều sâu khác
nhau đối với từng loại
cọc như hình 2.2:

10"

Biểu"đồ"quan"hệ"giữa"sức"chịu"tải"ngang"với"độ"sâu"gia"cố""
kích$thước$cọc$(cm)$

200"
SCTN"Cọc"20"

150"

SCTN"Cọc"35"
100"

STCN"Cọc"40"
SCTN"cọc"10"

50"

SCTN"cọc"30"

0"
0"

0,5"

1"

1,5"

2"

2,5"

3"

3,5"

4"

4,5"

Độ"sâu"gia"cố"(m)"

Biểu#đồ#quan#hệ#giữa#kích#thước#cọc#với#độ#sâu#gia#cố#
2.3.2.2. Đề xuất phương pháp xác định
chiều sâu gia cố
Từ kết quả nghiên
4"
y"="12,473x "+"0,2719x"+"1,3726"
R²"="0,99499"
cứu chiều sâu gia cố
3,5"
ứng với các loại cọc tác
3"
giả xác định được giá
2,5"
trị độ sâu gia cố hợp lý
2"
của các loại cọc, từ đó
xây dựng biểu đồ quan
1,5"
hệ giữa độ sâu gia cố
1"
0"
0,05"

0,1"
0,15"
0,2"
0,25"
0,3"
0,35"
0,4"
và kích thước cọc như
kích#thước#cọc#(m)#
hình 2.3.
Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ giữa độ sâu gia cố và kích thước cọc
Độ#sâu#gia#cố#(m)#

2

0,45"


10

Từ biểu đồ xây dựng công thức xác định độ sâu gia cố hợp lý như sau:
Hgc = 12,5D2 + 0,27D + 1,37
(2-3)
D là đường kính hoặc cạnh cọc và được tính bằng m
2.4 Nghiên cứu phạm vi ảnh hưởng của lớp gia cố bề mặt theo mặt bằng
2.4.1. Cơ sở lý thuyết xác định kích thước lớp gia cố trên mặt bằng
a) Cơ sở lý thuyết
Trên mặt bằng, vùng gia cố phải đủ rộng để lớp gia cố bề mặt có tác dụng
vừa để có tác dụng đối với khả năng gia tăng SCTN của cọc trong móng. Các
kiểu gia cố có thể áp dụng: Gia cố toàn bộ diện tích vùng đáy bệ trụ đỡ; Gia

cố xung quanh vùng chu vi bệ trụ đỡ.
b) Chuyển vị ngang cho phép của móng cọc Đập trụ đỡ
Xác định chuyển vị ngang cho phép của cọc để làm cơ sở nghiên cứu
SCTN ứng với phạm vi gia cố trên mặt bằng.
Chuyển vị ngang cho phép lấy theo các tiêu chuẩn hiện hành tuy nhiên
đối với công trình ĐTĐ, để đảm bảo cọc và nền làm việc trong giới hạn tuyến
tính cũng như không ảnh hưởng tới sự làm việc của kết cấu cửa van và kết cấu
chống thấm, lựa chọn chuyển vị ngang cho phép của cọc [y] = 25mm.
2.4.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của diện tích lớp gia cố bề mặt đến SCTN
của móng cọc ĐTĐ bằng mô hình toán
Mục đích tính toán là xác định chiều dài gia cố hợp lý mà với giá trị đó
cọc và nền gia cố chịu lực ngang lớn nhất ứng với các loại cọc. Từ đó đề xuất
phương pháp xác định chiều dài lớp gia cố và xây dựng mối quan hệ giữa
SCTN với các loại cọc sau khi có kích thước gia cố hợp lý.
Sử dụng phầm mềm Địa kỹ thuật Midas GTS NX phiên bản 2014 – Hàn
Quốc GTS NX để nghiên cứu chiều dài gia cố. Tính toán các trường hợp với
các chiều dài lớp gia cố thay đổi: Bắt đầu bằng 5D, sau đó tăng dần mỗi cấp
so sánh 25cm, đến khi hết sự ảnh hưởng của chiều dài lớp gia cố.
Phương pháp lựa chọn để tính toán là phương pháp triết giảm ϕ, c.
Nguyên lý tính toán là giảm dần sức bền kháng cắt của vật liệu nền đến điểm
giả định xảy ra mất ổn định. Tỷ lệ triết giảm sức kháng cắt tối đa tại thời điểm
đó được coi là yếu tố an toàn tối thiểu.
a) Sơ đồ tính toán:
- Mô hình được xây dựng trên phần mềm Midas - GTS.
- Các thông số địa chất của nền, của lớp gia cố mục 2.3
- Kích thước mô hình:
+ Chiều dài và chiều cao mô hình thay đổi theo từng kích thước cọc
(bằng 2 lần chiều dài cọc);
+ Chiều rộng mô hình không nhỏ hơn 5D (D là đường kính hay
cạnh cọc để cọc làm việc độc lập).

+ Chiều sâu khối gia cố tính theo công thức (2-3)
+ Chiều rộng khối gia cố bằng chiều rộng mô hình


11

+ Cọc đơn có chiều dài theo từng kích thước cọc (bảng 2.1)
Bảng 2.1: Kích thước mô hình nghiên cứu xác định chiều dài gia cố hợp lý
Kích thước cọc (cm)
Chiều
Bề rộng
Chiều
TT
gia cố
dài cọc
Cọc
Cọc
Cọc ly sâu gia
cố (m)
(m)
(m)
vuông
tròn
tâm
1
10x10
10
10
1,52
0,5

6
2
20x20
20
20
1,92
1,0
6
3
30x30
30
30-6
2,58
1,5
15
4
35x35
35
35-6
3,00
1,75
15
5
40x40
40
40-6.5
3,48
2,0
15
6

60
60-9
6,03
3,0
30
b) Kết quả tính toán
Tính toán và xây
dựng biểu đồ quan hệ
giữa SCTN với chiều dài
gia cố cho từng loại và
kích thước cọc nghiên
cứu như sau (Hình 2.4
điển hình là cọc vuông):
Hình 2.4: Biểu đồ quan hệ giữa SCTN cọc vuông với chiều dài gia cố
c) Nhận xét kết quả nghiên cứu:
Khi tăng chiều dài khối gia cố thì SCTN của cọc đơn tăng đáng kể, tuy
nhiên đến một phạm vi nhất định thì dù có gia tăng chiều dài nhưng SCTN
vẫn không tăng thêm nữa. Điều này cho thấy, chiều dài gia cố Lgc đến một giá
trị tới hạn nhất định sẽ phát huy được tối đa hiệu quả gia cố.
Biểu&đồ&quan&hệ&giữa&kích&thước&cọc&với&chiều&dài&gia&cố&
Chiều dài gia cố hợp lý chỉ phụ
thuộc vào kích thước cọc D chứ không
phụ thuộc nhiều vào hình dáng5,0"cọc.
d) Đề xuất công thức xác 4,5"
định chiều dài gia cố
Từ kết quả tính
4,0"
y"="$1,9536x "+"5,0707x"+"1,1901"
toán chiều dài gia cố
R²"="0,98429"

3,5"
hợp lý của các loại cọc,
3,0"
tác giả xây dựng biểu đồ
2,5"
quan hệ giữa độ sâu gia
2,0"
cố và kích thước cọc
1,5"
như hình 2.5
Chiều&dài&gia&cố&(m)&

2

1,0"
0"

0,1"

0,2"

0,3"

0,4"

0,5"

kích&thước&cọc&(m)&

Hình 2.5: Biểu đồ quan hệ giữa chiều dài gia cố và kích thước cọc

0,6"

0,7"


12

Từ đó xây dựng công thức xác định chiều dài gia cố hợp lý như sau:
Lgc = -1,95D2 + 5,07D + 1,19 (m)
(2-4)
Sau khi xác định được chiều dài gia cố hợp lý, tác giả tính toán và xây
dựng biểu đồ quan hệ giữa SCTN với kích thước các loại cọc như hình 2.6.
230#
210#

Sức$chịu$tải$ngang$(kN)$

190#
170#
150#

cọc#vuông#

130#

cọc#tròn#

110#

cọc#ly#tâm#

90#
70#
50#
5#

10#

15#

20#

25#

30#

35#

40#

45#

50#

55#

60#

65#

Kích$thước$cọc$(cm)$

Hình 2.6: Biểu đồ quan hệ giữa SCTN và kích thước của các loại cọc
2.5 Kết luận chương 2
- Bằng việc sử dụng phương pháp phân tích số bằng các phần mềm, tác
giả đã làm rõ được sự hiệu quả khi gia cố lớp mặt móng cọc bằng cọc xi măng
đất - công nghệ trộn sâu DMM. Cụ thể là:
+ Sau khi gia cố, độ cứng và cường độ lớp bề mặt móng cọc phía đầu cọc
tăng lên làm cho sức chịu tải ngang của cọc được cải thiện.
+ Phạm vi gia cố với sức chịu tải ngang của cọc có quan hệ tuyến tính
tuy nhiên tới 1 phạm vi gia cố nhất định thì hiệu quả của khối gia cố không
phát huy thêm nữa.
+ Giá trị phạm vi gia cố mà tới điểm đó dù có mở rộng thêm phạm vi
nhưng sức chịu tải ngang của cọc đứng không tăng thêm thì được gọi là chiều
sâu và chiều dài gia cố hợp lý.
- Trong chương này tác giả đã xây dựng phương pháp xác định kích
thước hợp lý của khối gia cố sử dụng công nghệ trộn sâu xi măng đất nhằm
gia tăng sức chịu tải ngang cho cọc cũng như xác định được sức chịu tải
ngang tính toán của cọc đơn sau khi gia cố nhằm phục vụ tính toán cọc.
- Các kết quả nghiên cứu bằng mô hình toán cần được kiểm chứng bằng
mô hình vật lý trong cùng một điều kiện về nền và lớp gia cố xi măng đất để
làm sáng tỏ về sự hiệu quả của khối gia cố bề mặt móng phía đầu cọc cũng
như đưa ra các kết luận để khuyến nghị bổ sung vào lý thuyết tính toán móng
cọc Đập trụ đỡ trong thực tế.


13

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA

LỚP GIA CỐ BẰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ
3.1 Giới thiệu chung về nghiên cứu thực nghiệm
Mục tiêu của luận án nghiên cứu hướng tới việc ứng dụng giải pháp gia
cố đất yếu bề mặt của móng cọc ĐTĐ vùng ĐBSCL nên các thí nghiệm đều
được thực hiện tại hiện trường đại diện tại ĐBSCL và các loại cọc thường
dùng trong thiết kế ĐTĐ. Do hạn chế của thiết bị thí nghiệm nên phần gia cố
dày 1,5 – 2m không thể cho phép thực hiện thí nghiệm bằng việc tạo lớp gia
cố XMĐ bằng công nghệ DMM, vì vậy trong nghiên cứu thí nghiệm thực hiện
việc tạo lớp gia cố này bằng XMĐ có các chỉ tiêu tương đương với cọc XMĐ
nhưng bằng cách trộn máy và đổ bằng thủ công.
3.2 Mục tiêu, nội dung và các yêu cầu trong thí nghiệm
3.2.1. Mục tiêu thí nghiệm
Thí nghiệm, đo đạc, đánh giá SCTN của cọc trong các trường hợp làm
việc nền đất yếu tự nhiên và nền sau khi có gia cố lớp bề mặt. Trên cơ sở đó
so sánh với phương pháp lý thuyết đã được nghiên cứu, từ đó có kết luận về
hiệu quả của giải pháp gia cố nền lớp mặt đối SCTN của móng cọc, làm cơ sở
để tính toán thiết kế móng cọc ĐTĐ trong khu vực ĐBSCL;
Thông qua thí nghiệm mô hình vật lý xác định được hệ số nền k và xây
dựng đường cong p ~ y cho nền tự nhiên và nền lớp mặt sau khi có gia cố.
3.2.2. Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm
Từ phương pháp tính toán SCTN của cọc đơn, nghiên cứu đo đạc trên mô
hình vật lý với tỷ lệ 1:1 tải trọng và chuyển vị đầu cọc trong các trường hợp
cọc làm việc trong nền đất yếu tự nhiên và nền đất sau khi có gia cố lớp bề
mặt; Đo đạc chuyển vị bề mặt của khối gia cố để đánh giá phạm vi hợp lý của
lớp gia cố.
3.2.3. Phạm vi nghiên cứu thí nghiệm: Đại diện nền đất yếu tự nhiên vùng
ĐBSCL, thí nghiệm được thực hiện tại TP Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang.
3.2.4. Đối tượng nghiên cứu thí nghiệm
Cọc đơn thẳng đứng chịu tải trọng ngang, lớp gia cố bề mặt là XMĐ
3.2.5. Nội dung nghiên cứu.

Kết quả mô hình toán đã xác định được phạm vi gia cố hợp lý ứng với
từng loại cọc. Xây dựng mô hình vật lý và đo đạc một số trường hợp cụ thể để
so sánh kết quả với phương pháp lý thuyết. Từ đó, có kết luận về giải pháp gia
cố và những khuyến nghị trong tính toán cọc đơn chịu tải ngang.
3.3 Xây dựng mô hình thí nghiệm và các thiết bị thí nghiệm
3.3.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm
Xây dựng mô hình thí nghiệm với tỷ lệ 1:1 tại hiện trường thực tế vùng
ĐBSCL – tại TP Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang gồm:


14

+ Cọc thí nghiệm: Cọc BTCT, loại cọc vuông có tiết diện 10x10cm,
20x20cm và 35x35cm, cọc tròn có đường kính D = 10cm, 20cm và cọc ly tâm
D40cm. Chiều dài cọc là L(cm) được xác định sau khi thí nghiệm mẫu đất nền
khu vực thí nghiệm, với loại cọc có cạnh 10cm, 20cm dài 6m, cọc 35cm và
40cm dài 15m.
+ Trụ phản lực (bệ đỡ): Gồm 3 cọc 30x30cm dài 12m đóng thành hình
tam giác, các cọc được đổ đài bằng BTCT hình lục giác dày 50cm;
+ Hệ thống khung giá đỡ, puly, kích, đôn thép
+ Nền thí nghiệm gồm 2 trường hợp: nền tự nhiên và nền được gia cố lớp
mặt bằng XMĐ. Lớp gia cố XMĐ trong các thí nghiệm được thực hiện ở
nghiên cứu này được sử dụng theo đúng cấp phối của cọc XMĐ thường được
sử dụng trong vùng ĐBSCL và có kích thước như Bảng 3.1.
Kích thước khối gia cố ứng với từng trường hợp cụ thể như hình
Bảng 3.1: Thông số cọc và khối gia cố mô hình thí nghiệm
Loại cọc (cm)
Kích thước khối gia cố (m)
Chiều dài
cọc (m)

Cọc vuông
Sâu
Rộng
Dài
10
6,00
1,52
1,00
2,48
20
6,00
1,92
2,00
3,06
35
15,00
3,00
3,50
3,77
Cọc tròn
10
6,00
1,52
1,00
2,48
20
6,00
1,92
2,00
3,06

40
15,00
3,48
4,00
3,96
3.3.2. Các thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm bao gồm ba phần: trang bị gia tải, trang bị phản lực,
trang bị đo, như hình 3.1:
Hình 3.1: Sơ đồ trang bị
thí nghiệm

1. Trụ phản lực; 2. Tấm thép chôn sẵn; 3. Giá phản lực 4. Bộ cảm biến
lực nén 5. Kích nằm; 6. Cọc thí nghiệm; 7: Điểm chuẩn; 8. Bộ cảm biến
chuyển vị; 9. Tấm thép quan trắc chuyển vị nền.
Các thiết bị chính phục vụ thí nghiệm bao gồm:
a) Thiết thiết bị gia tải: dùng kích nằm để gia tải, bộ cảm biến đo lực để
đo giá trị tải trọng tác động.


15

b) Thiết bị phản lực
Bệ phản lực lớn hơn 1,5 ∼ 2 lần sức chịu tải dự tính lớn nhất thí nghiệm,
độ cứng trên hướng lực tác động của nó không được nhỏ hơn độ cứng bản
thân của cọc thí nghiệm.
c) Bố trí điểm chuẩn để đo chuyển vị tại điểm lực tác động của cọc, dùng
thanh thép hình cắm sâu vào đất 1,5m làm điểm chuẩn. Toàn bộ hệ thống thiết
bị chuẩn được bố trí độc lập để giảm ảnh hưởng của khối gia cố và đất nền.
Hiện nay, phần lớn cọc thí nghiệm hiện trường thường dùng hình thức
đầu cọc tự do. Vì vậy ở đây tác giả dùng hình thức đầu cọc tự do là phương

pháp tương đối hiện thực và hợp lý.
d) Các thiết bị đo đạc:
- Kích cơ 2 chiều: Để gia tải và xả tải tác động vào đầu cọc
- Loadcell 20 tấn: hiển thị giá trị lực tác động vào đầu cọc
- Đầu đọc số liệu (Data taker): Thiết bị để ghi dữ liệu đo được truyền vào
máy tính, có thể kết nối và ghi số liệu đồng thời trên nhiều modul đo.
- Cảm ứng chuyển vị thanh đo chuyển vị ngang đầu cọc:
- Cảm biến chuyển vị thanh để đo vùng phạm vi ảnh hưởng lớp gia cố:
- Cảm biến chuyển vị dây để đo vùng phạm vi ảnh hưởng lớp gia cố
- Thiên phân kế: Để đo chuyển vị ngang của đầu cọc theo từng cấp tải
trọng khác nhau.
- Thiết bị ghi nhận tín hiệu đo: dùng ghi lại số liệu từ thiết bị đo để hiện
thị trên máy tính.
- Máy tính xách tay: Để lưu và xử lý số liệu từ Data taker
- Máy ảnh kỹ thuật số: Để chụp hình ảnh quá trình thí nghiệm.
e) Các thiết bị khác:
- Máy bơm nước: Phục vụ bơm nước vào và ra phạm vi thí nghiệm
- Máy đóng cọc: là dạng búa diezen có trọng lượng đầu búa >2,0T đặt
trên dàn cẩu >20T để phục vụ đóng cọc thí nghiệm.
- Thiết bị thi công đào đất và khối gia cố XMĐ;
3.4 Các trường hợp và trình tự thí nghiệm
3.4.1. Các trường hợp thí nghiệm
Các trường hợp thí nghiệm xác định tải trọng ngang và chuyển vị gồm:
a) Thí nghiệm đối với nền tự nhiên:
- Gia tải ngang và ghi nhận số liệu liên tục đến khi cọc chuyển vị 10mm
thì lấy giá trị để tính hệ số nền của đất tự nhiên, sau đó tiếp tục gia tải đến giá
trị chuyển vị 25mm và đến khi cọc hoặc nền bị phá hoại.
- Trong quá trình gia tải ngang số liệu về lực ngang và chuyển vị được đo
đạc và ghi chép vào máy tính.
b) Thí nghiệm đối với nền đã xử lý gia cố:

Lớp nền phía trên cùng của móng cọc được xử lý gia cố bằng lớp xi
măng - đất. Đối với từng loại cọc sẽ có chiều dày và chiều rộng lớp gia cố


16

Lực$ngang$đầu$cọc$(kN)$

XMĐ khác nhau. Thí nghiệm tương tự thí nghiệm đối với nền đất tự nhiên,
tuy nhiên lớp gia cố phía sau cọc được đo đạc chuyển vị của để xác định ảnh
hưởng của phạm vi gia cố trên mặt bằng.
3.4.2. Lắp đặt thiết bị và trình tự thí nghiệm
a) Lắp đặt thiết bị: Để thực hiện được mục đích thí nghiệm, đo lực tác
động, chuyển vị đầu cọc, chuyển vị lớp gia cố sau cọc, tại những vị trí cần so
sánh bố trí các đầu đo.
b) Trình tự thí nghiệm
+ Thi công trụ phản lực.
+ Chuẩn bị cọc thí nghiệm đủ cường độ, đóng cọc ngập vào nền tại các vị
trí thí nghiệm, trừ đầu cọc 0,5m để đặt điểm tác dụng lực ngang.
+ Lấy mẫu thí nghiệm đất nền (9 chỉ tiêu).
+ Đào đất sâu và thi công khối gia cố theo kích thước hợp lý. Lấy mẫu
vữa và bảo dưỡng mẫu.
+ Lắp đặt thiết bị đo chuyển vị trong nền gia cố tại các điểm sau cọc
+ Thí nghiệm mẫu XMĐ ở thời điểm 28 ngày và 91 ngày. Sau thời gian
28 ngày tiến hành thí nghiệm đẩy ngang cọc cho từng modul riêng biệt.
3.5. Kết quả thí nghiệm
3.5.1 Kết quả thí nghiệm đối với các loại cọc vuông
Kết quả thí nghiệm cho các loại cọc vuông thể hiện bằng các biểu đồ
quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị đầu cọc p ~ y trong hai trường hợp: tự
nhiên và gia cố được thể hiện trong từng biểu đồ, điển hình như sau:

170"
160"
150"
140"
130"
120"
110"
100"
90"
80"
70"
60"
50"
40"
30"
20"
10"
0"

TH"nền"tự"nhiên"
TH"nền"gia"cố"

0"

5"

10"

15"

20"

25"

30"

35"

40"

Chuyển$vị$ngang$đầu$cọc$(mm)$

Hình 3.2: Biểu đồ quan hệ p ~ y cho cọc vuông 35x35cm
3.5.2 Kết quả thí nghiệm đối với các loại cọc tròn
Kết quả thí nghiệm cho các loại cọc tròn thể hiện bằng các biểu đồ quan
hệ giữa tải trọng và chuyển vị đầu cọc p ~ y trong hai trường hợp: tự nhiên và
gia cố được thể hiện trong từng biểu đồ, điển hình như sau (hình 3.3):


17

50"
45"

Lực$ngang$đầu$cọc$(kN)$

40"
35"
30"
25"

TH"nền"tự"nhiên"

20"

TH"nền"gia"cố"

15"
10"
5"
0"
0"

5"

10"

15"

20"

25"

30"

35"

40"

Chuyển$vị$ngang$đầu$cọc$(mm)$

Hình 3.3: Biểu đồ quan hệ p ~ y cho cọc tròn D10cm
Từ các kết quả nghiên cứu mô hình vật lý thu được mối quan hệ giữa
SCTN với kích thước cọc cho từng loại cọc:
Biểu$đồ$quan$hệ$SCTN$với$kích$thước$cọc$vuông$thí$nghiệm$

160"

Lực$ngang$đầu$cọc$(kN)$

140"
120"
100"
80"

TH"tự"nhiên"

60"

TH"gia"cố"

40"
20"
0"
0"

5"

10"

15"

20"

25"

30"

35"

40"

Kích$thước$cọc$(cm)$

Hình 3.4: Biểu đồ quan hệ SCTN và kích thước cọc vuông
Biểu$đồ$quan$hệ$SCTN$với$kích$thước$cọc$tròn$thí$nghiệm$

180"

Lực$ngang$đầu$cọc$(kN)$

160"
140"
120"
100"
80"

TH"gia"cố"

60"

TH"tự"nhiên"

40"
20"
0"
0"

5"

10"

15"

20"

25"

30"

35"

40"

45"

Kích$thước$cọc$(cm)$

Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ SCTN và kích thước cọc tròn (ly tâm)

18

3.5.3 Nhận xét kết quả thí nghiệm
Từ các biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị cho thấy trong phạm
chuyển vị cho phép của Đập trụ đỡ (<25mm) sức chịu tải ngang tăng tỷ lệ
thuận với đường kính cọc. Trong trường hợp nền gia cố, ngoài phạm vi
chuyển vị cho phép (đến 25mm) giá trị tải trọng có chiều hướng tỷ lệ nghịch
với chuyển vị, điều đó cho thấy khối gia cố hình thành chuyển vị tới hạn. Kết
quả thí nghiệm cũng cho thấy giá trị chuyển vị tới hạn của các loại cọc và các
kích thước cọc không có sự khác biệt lớn, điều đó có nghĩa lớp xi măng đất đã
đạt tới ranh giới phá hoại nên không đem lại hiệu quả về chuyển vị nữa.
Vì vậy có thể kết luận sự gia tăng về khả năng chịu lực ngang của cọc
phụ thuộc vào loại cọc, hình dáng cọc, đất nền và vật liệu gia cố. Giá trị tới
hạn của chuyển vị phụ thuộc nhiều vào vật liệu gia cố nền lớp mặt.
3.6 So sánh kết quả thí nghiệm hiện trường với tính toán
3.6.1 So sánh về SCTN của cọc
Qua kết quả thí nghiệm hiện trường và tính toán với cùng kích thước mô
hình vật lý và thông số nền tác giả thấy rằng, đối với trường hợp nền tự nhiên
kết quả giữa thí nghiệm và tính toán là tương đối giống nhau về SCTN của
cọc. Đối với trường hợp nền gia cố cho thấy sức chịu tải thực tế của các cọc
đều thấp hơn tính toán khoảng 5%.
Bảng 3.2 So sánh SCTN của cọc vuông giữa tính toán và thí nghiệm
KT
SCT cọc vuông
SCT cọc vuông
Tỷ lệ SCTN giữa thí
cọc
(tính toán)
(thí nghiệm)

nghiệm và tính toán (%)
10
45,6
42,62
93,5
20
93,2
90,37
97,0
35
164,3
156,21
95,1
Trung bình
95,2
Bảng 3.3 So sánh SCTN của cọc tròn giữa tính toán và thí nghiệm
SCT cọc tròn
SCT cọc tròn
Tỷ lệ SCTN giữa thí
KT cọc
(tính toán)
(thí nghiệm)
nghiệm và tính toán (%)
10
42,9
40,66
94,8
20
90,2
85,59

94,9
40
176,5
167,99
95,2
Trung bình
94,9
3.6.2 So sánh về phạm vi ảnh hưởng của lớp gia cố trên mặt bằng
Trên sơ đồ thí nghiệm hiện trường NCS đã lắp đặt các điểm đo chuyển vị
(2,3,4,5,6) của mặt lớp gia cố phía sau cọc (theo phương tác dụng lực ngang)
lần lượt là 40cm, 80cm, 120cm, 160cm và 200cm. Tại điểm 4, 5 và 6 không
thể quan trắc và đo đạc được bất kỳ giá trị chuyển vị nào. Từ đó NSC thấy
rằng phạm vi ảnh hưởng của lớp gia cố là rất nhỏ so với tính toán.


19

3.7 Xác định hệ số tỷ lệ của hệ số nền k
Hệ số nền được xác định từ kết quả thí nghiệm cọc chịu tải trọng ngang
tại hiện trường, đối với 2 trường hợp: nền tự nhiên tiêu biểu tại ĐBSCL và lớp
gia cố XMĐ, kết quả xác định hệ số nền k như sau:
Bảng 3.4 Giá trị k của nền gia cố xi măng đất và nền tự nhiên (T/m4)
Trường
hợp nền
gia cố
tự nhiên

10x10
42.262
1.850

Cọc vuông
20x20
35x35
41.129
41.154
1.809
1.841

Cọc tròn
D10
D20
41.824
41.182
1.893
1.825

Li tâm
D40
41.350
1.804

Trung
bình
41.483
1.837

3.8 Xác định sức chịu tải ngang của cọc trong trường hợp nền gia cố
Căn cứ vào kết quả giữa tính toán và thí nghiệm từ đó tác giả xây dựng
và đề xuất cách xác định SCTN của cọc như sau:

- Đối với cọc vuông: sử dụng biểu đồ hình 3.6
Biểu đồ so sánh SCTN của cọc vuông

220"

SCTN"8nh"toán"

200"

SCTN"đề"xuất"

Sức chịu tải ngang (kN)

180"
160"
140"
y"="$0,0181x2"+"5,4259x"+"1,2937"
R²"="0,99998"

120"
100"
80"
60"
40"
5"

10"

15"

20"

25"

30"

35"

40"

45"

Kích thước cọc (cm)

Hình 3.6 Biểu đồ xác định SCTN theo kích thước của cọc vuông
Hoặc sử dụng công thức:
P = -0,018D2 + 5,43D + 1,29 (kN)
(3.5)
Với D là kích thước cạnh cọc vuông (cm)
Biểu
đồ solysánh
SCTN
của cọc
trònđồ
ly tâm
- Đối với cọc tròn
hoặc
tâm:
sử dụng
biểu

hình 3.7
250"

SCTN"8nh"toán"
SCTN"Đề"xuất"

Sức chịu tải ngang (kN)

200"
150"

y"="$0,0545x2"+"7,0386x"$"13,874"
R²"="0,99874"

100"
50"
0"
0"

5"

10"

15"

20"

25"

30"

35"

40"

45"

50"

55"

60"

65"

Hình 3.7 Biểu đồ xác định SCTN
kích thước của cọc tròn
Kích thướctheo
cọc (cm)


20

Hoặc sử dụng công thức:
P = -0,055D2 + 7,04D – 13,87 (kN)
(3.6)
Với D là đường kính cọc tròn (cm)
3.7 Kết luận chương 3
Kết quả được thể hiện trong chương này làm mục đích sáng tỏ lý thuyết
và là kết quả được thực hiện thí nghiệm đối với loại nền đất và vật liệu gia cố

cụ thể tại khu vực ĐBSCL. Kết quả thí nghiệm cho thấy khá tương đồng với
kết quả tính bằng mô hình toán. Giá trị chịu lực ngang của cọc tăng lên
khoảng 7 đến 8 lần trong giới hạn chuyển vị đã chọn cho ĐTĐ.
Giá trị sức chịu tải ngang đã được kiểm tra lại bằng phần mềm với các
thông số về đất nền, lớp gia cố và cọc theo đúng mô hình thí nghiệm để xác
định được sai số giữa tính toán và thực tế. Từ đó làm cơ sở để đề xuất phương
pháp xác định sức chịu tải ngang cho từng loại cọc trong thiết kế xây dựng
công trình.
Để có thể khảo sát và phân tích đầy đủ hơn sự ảnh hưởng của nền được
gia cố đối với SCTN của cọc cho toàn vùng ĐBSCL, các thí nghiệm sau cần
tập trung vào xem xét sự ảnh hưởng của cấp phối vữa XMĐ, ảnh hưởng của
các loại đất, vị trí gia cố trên hay dưới mực nước ngầm cũng như sự ảnh
hưởng của nhóm cọc, liên kết đầu cọc.
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐẬP TRỤ ĐỠ
TRONG TRƯỜNG HỢP CÓ LỚP GIA CỐ BỀ MẶT
4.1. Lựa chọn phương pháp tính SCTN của cọc đơn
Công trình trụ đỡ ở vùng ĐBSCL, thường phải dùng cọc dài, lớp đất bùn
sét yếu thường rất dày, kiến nghị sử dụng phương pháp đường cong p~y để
tính toán cọc chịu tải ngang là phù hợp.
4.2. Các yếu tố liên quan đến tính toán móng trụ sau khi gia cố nền
4.2.1. Hệ số nền và sức chịu tải ngang của cọc đơn.
4.2.1.1 Hệ số tỷ lệ của hệ số nền k: Hệ số nền được xác định theo các
bảng tra của Tiêu chuẩn thiết kế Móng cọc, đối với loại đất khác hay lớp gia
cố thì từ kết quả trong Chương 3, mục 3.7
4.2.1.2 Sức chịu tải ngang của cọc đơn:
Sau khi gia cố lớp bề mặt nền phía trên đầu cọc bằng công nghệ DMM,
kích thước hợp lý của khối gia cố đã xác định, xác định sức chịu tải ngang của
cọc đơn ứng với các loại cọc và kích thước cọc theo các công thức (3.5) cho
cọc vuông và (3.6) cho cọc tròn.
4.2.2. Hiệu ứng nhóm cọc

Khi cọc cùng làm việc trong nhóm thì SCTN giới hạn của nhóm cọc sẽ
giảm đi so với tổng SCTN giới hạn của từng cọc đơn.


21

4.2.3. Lựa chọn hệ số nhóm cọc
Với việc nghiên cứu lớp gia cố bề mặt nền móng cọc ĐTĐ bằng cọc
XMĐ dẫn đến số lượng cọc giảm, khoảng cách các cọc >3d nên tác giả phân
tích các kết quả nghiên cứu của Rollins, Prakash và Saran để khuyến nghị lấy
hệ số nhóm Gc của cọc trong móng cọc để phục vụ cho việc tính toán móng
cọc ĐTĐ trường hợp gia cố như bảng sau:
S/d
3
3,5
4
4,5
5
6
8
Gc
0,4
0,45
0,5 0,55 0,6
0,65
1
- S là khoảng các giữa các tâm cọc;
- d là đường kính hoặc chiều rộng của cọc.
4.3 Quy trình thiết kế móng cọc ĐTĐ trong trường hợp nền gia cố
Tác giả đề xuất các bước tính toán thiết kế ĐTĐ sau khi thực hiện việc

lựa chọn gia cố bề mặt nền móng bằng cọc XMĐ như sau:
Bước 1: Khảo sát, đánh giá địa chất công trình.
Trên cơ sở kết quả khảo sát, để đảm bảo ổn định của công trình ĐTĐ thì
lựa chọn duy nhất là thiết kế móng cọc cho các trụ. Dựa vào địa tầng khu vực
khảo sát để đề xuất sơ bộ móng cọc đóng hay cọc khoan nhồi.
Bước 2: Xác định nhiệm vụ và quy mô công trình, bố trí kết cấu công
trình và tính toán lực tác dụng vào công trình.
Bước 3: Lựa chọn kiểu móng trụ, loại cọc
Bước 4: Lựa chọn giải pháp gia tăng SCTN cho móng trụ
Trong bước này sẽ lựa chọn được giải pháp gia tăng SCTN cho móng trụ
bằng gia cố XMĐ, chọn lựa mức độ gia cố và kiểu gia cố
Bước 5: Bố trí mặt bằng cọc
Bước 6: Tính toán xác định kích thước khối gia cố hợp lý.
Sau khi dự kiến loại móng, loại cọc và chi tiết hình thức gia cố sẽ xác
định kích thước (chiều sâu, phạm vi trên mặt bằng) gia cố hợp lý nhất. Kích
thước khối gia cố phụ thuộc vào kích thước cọc
Bước 7: Kiểm tra điều kiện làm việc của móng cọc ĐTĐ sau khi được
gia cố lớp mặt nền bằng cọc XMĐ.
Bước 8: Nếu các điều kiện về chuyển vị, ứng suất ở bước 7 không đảm
bảo thì phải quay lại bước 5 để chọn lại kích thước cọc số lượng cọc; kích
thước cọc và kích thước khối gia cố…
4.4 Áp dụng kết quả nghiên cứu vào tính toán cho công trình thực tế
Để minh họa cho việc tính toán này, lựa chọn công trình cống Bầu Điền
(tỉnh Tiền Giang) làm công trình điển hình để tính toán cũng như đánh giá
hiệu quả gia cố. Tác giả sẽ thiết kế móng cọc cho 2 trường hợp nền tự nhiên
và nền sau khi gia cố bề mặt để có sự so sánh hai phương án.
4.4.1 Giới thiệu về công trình cống Bầu Điền
Theo Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công Công trình cống Bầu Điền, huyện
Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang, công trình có những thông số như sau:

22

- Dự án: Công trình 5 kênh Bắc Quốc lộ 1, cấp III.
- Thiết kế năm 2010-2014, thi công hoàn thiện năm 2015
4.4.1.1. Các chỉ tiêu thiết kế
- Tần suất để tính toán ổn định kết cấu, P = 1%, thi công: P=10%.
- Tổ hợp ngăn mặn, ngăn lũ: MN sông: +2,19m; MN đồng: +0,5m.
- Tổ hợp giữ ngọt:
MN sông: +0,8m; MN đồng: -1,36m.
4.4.1.2. Các thông số kỹ thuật
- Kiểu cống hở bằng BTCT M300, ứng dụng công nghệ ĐTĐ.
- Chiều rộng thông nước: B = 20 m, gồm 2 khoang cống.
- Cao trình ngưỡng cống: ∇ = -3,00 m, cao trình đỉnh cửa van: +2,50m.
- Xử lý nền móng trụ bằng cọc BTCT M300 tiết diện 35x35cm, cọc
cắm sâu vào tầng địa chất tốt khoảng 3m đến 5m.
4.4.2. Điều kiện địa chất công trình
Các đặc trưng cơ lý của đất nền trong phạm vi khảo gồm các lớp như sau:
Lớp 1: Bùn sét màu xám xanh, đôi chỗ kẹp cát mịn. Lớp này xuất hiện
trong tất cả các hố khoan khảo sát và phân bố dưới lớp 1a đến 11,6m ở hố
khoan HK1; 7,8m ở HK2; 7,1m ở HK3; 7,2m ở HK4 và 8,8m ở HK5.
Lớp 2: Sét, sét pha màu xám nâu, nâu vàng, xám trắng: trạng thái dẻo
cứng trong tất cả các hố khoan khảo sát và phân bố dưới lớp 1 đến 24,4m ở hố
khoan HK; 21,5m ở HK2; 22,7m ở HK3; 21,5m ở HK4 và 22,8m ở HK5.
Lớp 3: Cát lẫn sét, màu xám nâu, nâu vàng, xám trắng, kết cấu chặt vừa.
Lớp này xuất hiện ngay dưới lớp 2, khi khoan hết độ sâu thiết kế 30,0m vẫn
chưa xuất hiện đáy lớp.
4.4.4 Kết quả tính toán móng cọc trường hợp nền tự nhiên
- Tổng số cọc: 40; Số cọc đứng: 12
- Số cọc xiên chịu tải trọng giữ ngọt:15; chịu tải trọng ngăn mặn: 13

4.4.5 Tính toán móng cọc trường hợp nền sau khi gia cố bề mặt
Tổng số cọc: 20 cọc và được bố trí thàng 2 hàng, mỗi hàng 10 cọc.
4.4.6 Đánh giá hiệu qủa kinh tế và kỹ thuật trong hai trường hợp
4.4.6.1 Về kỹ thuật
Bảng 4.1 Thống kê cọc thi công móng trụ cống Bầu Điền
PA cọc xiên 1:7
PA cọc
TT
xét đến lớp bịt
Ghi chú
XM – Đ
đáy
Tổng số cọc
40
20
Số cọc thẳng
12
20
Số cọc xiên
28
0
xiên 2 chiều
Khối lượng gia cố
190m3
485m cọc
D80cm
So sánh kết quả tính toán trong hai trường hợp: nền tự nhiên móng cọc
xiên có xét đến lớp bịt đáy và móng cọc thẳng đứng, nền gia cố bằng cọc
XMĐ cho thấy số cọc trong móng trụ giảm từ 40 cọc xuống chỉ còn 20 cọc

23

đứng (giảm 50% số cọc) và không cần bố trí cọc xiên.
4.4.6.2 Về kinh tế
Để việc so sánh về kinh tế được rõ, NCS đã xác định khối lượng thi công
móng trụ của 2 trường hợp để tính toán dự toán với giá tại thời điểm Quý III
năm 2018. Kết quả so sánh được thể hiện trong Bảng 4.2
Kết quả so sánh cho thấy, với phương án gia cố, kinh phí xây dựng móng
trụ giảm được 21,6% so với phương án nền tự nhiên sử dụng cọc xiên.
Bảng 4.2 Tổng hợp chi phí trực tiếp thi công móng trụ cống Bầu Điền
TT
1
2
3
4

Chi phí trực tiếp
Chi phí vật liệu
Chi phí nhân công
Chi phí máy xây dựng
Trực tiếp phí khác
Cộng chi phí trực tiếp

Phương án nền
tự nhiên (Đ)
345.833.818
325.274.577
477.404.382
22.970.256

1.171.483.031

Phương án nền gia
cố (Đ)
528.551.514
167.102.406
248.511.300
18.883.304
963.048.525

Kết luận chương 4
Trong chương này NCS trình bày quy trình tính toán SCTN cho cọc đơn
trong trường hợp nền gia cố lớp mặt cũng như quy trình tính toán thiết kế
móng cọc ĐTĐ sau khi được gia cố lớp bề mặt bằng cọc XMĐ.
Trong quy trình 8 bước cơ bản trên, việc xác định ban đầu loại móng,
loại cọc và lựa chọn kích thước cọc có vai trò quan trọng nhất vì nó liên quan
tới thời gian tính toán, hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của giải pháp gia tăng
SCTN móng cọc bằng việc gia cố cọc XMĐ tại lớp bề mặt của nền móng.
Bằng việc tính toán cho công trình thực tế trong hai trường hợp: nền tự
nhiên và nền gia cố cho thấy số cọc trong móng trụ giảm từ 40 cọc xuống chỉ
còn 20 cọc đứng (giảm 50% số cọc) và không cần bố trí cọc xiên. Điều đấy
cho thấy hiệu quả của giải pháp gia cố bằng cọc XMĐ.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Từ các kết quả nghiên cứu đã trình bày ở các chương trước của luận án,
rút ra được những kết luận sau:
Luận án đưa ra phân tích các giải pháp làm tăng SCTN cho móng cọc trụ
đỡ trên nền đất yếu và tập trung nghiên cứu sự ảnh hưởng của lớp gia cố bề
mặt của nền móng. Trong giải pháp này cọc XMĐ theo công nghệ DMM
được chọn lựa để gia cố nền lớp mặt nhằm tăng khả năng chịu lực ngang của

móng cọc ĐTĐ vùng ĐBSCL là phù hợp và khả thi nhất.
Bằng việc sử dụng phương pháp số và phương pháp thực nghiệm hiện
trường trong nghiên cứu, cho thấy khả năng chịu lực ngang của cọc đơn tăng
lên 7 - 8 lần sau khi xác định được kích thước hợp lý của khối gia cố.
Qua việc tính toán cho một công trình cụ thể cho thấy giải pháp gia cố