Nghiên cứu xác định hệ số nhóm cọc trong móng cọc ở khu vực thành phố Vĩnh Long

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM,
ngày 13 tháng 07 năm 2018

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1 ........................................................................................
2 ........................................................................................
3 .................................................................................................
4

................................................................................................

5

................................................................................................

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: VÕ SĨ HIỆP

MSHV: 1570119

Ngày, tháng, năm sinh: 19/02/1992

Nơi sinh: Kiên Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dụng công trình ngầm

Mã số: 60580204

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu xác định hệ số nhóm cọc trong móng cọc ở khu vục thành
phố Vĩnh Long.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Thiết lập mô hình thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng phần mềm Plaxis 3D Foudation để tìm ra
biểu đồ quan hệ chuyển vị - tải trọng tương đồng với kết quả thử tĩnh thục tế.
2. Sủ dụng Plaxis 3D Foundation mô phỏng bài toán cho nhiều tim cọc. Đánh giá và so sánh
hệ số nhóm cọc trong mô phỏng vừa tìm đuợc.

3. Kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

:..../.. ./2018

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :..../.. ./2018

V.

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS VÕ PHÁN
Tp. HCM, ngày... thảng... năm 2018

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS VÕ PHÁN

PGS.TS. LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS. TS.VÕ Phán đã
dành nhiều tâm huyết để giảng dạy và truyền đạt những kiến thức khoa học, những kinh
nghiệm vô cùng quý giá cho chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường.Thầy đã
hướng dẫn giúp chúng em hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn phương pháp tiếp

cận nghiên cứu. Thầy đã có nhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ rất nhiều trong suốt
chặng đường vừa qua.
Em cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học
Bách Khoa TP HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho chúng em trong
suốt khóa học cao học vừa qua.
Mặc dù bản thân cũng đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện, tuy nhiên với khả năng và
hiểu biết hiện tại của chúng em chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi nhưng thiếu sót nhất
định. Kính mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm cho em để bổ sung những kiến thức và hoàn
thiện chính bản thân mình hơn.
Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô.

Tp. HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2018

Võ Sĩ Hiệp


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÓM CỌC TRONG MÓNG CỌC
Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ VĨNH LONG
TÓM TẮT:
Đề tài luận vãn tập trung nghiên cứu hệ số nhóm cọc cho công trình có nền đất ở Thành
phố Vĩnh Long - Tỉnh Vĩnh Long bằng phương pháp mô phỏng nhiều mô hình có số luợng và
khoảng cách tim cọc khác nhau trên phần mềm Plaxis 3D Foundation kết họp với thí nghiệm
nén tĩnh ngoài hiện truờng. Lấy kết quả mô phỏng đuợc là biểu đồ quan hệ tải trọng- chuyển vị
của các nhóm cọc so sánh với phuơng pháp tính Converse Labarre và rút ra một số nội dung:
Số luợng cọc bố trí trong đài tỷ lệ nghịch với hệ số nhóm, nhung so với công thúc của
Converse Labarre thì hệ số nhóm tính theo Plaxis 3D Foudation giảm nhanh hơn đặc biệt
khi số luợng cọc trong đài từ 10 cọc trở lên thì sụ sai khác càng thấy rõ.
Khi cọc đuợc bố trí số lẻ cũng bị ảnh huởng do hệ số nhóm (trong công công thức của
Converse Labarre không đề cập đến vấn đề này).

Hệ số nhóm của nhóm cọc bố trí thẳng hàng lớn hơn so với bố trí cọc so le với cùng số
lượng cọc và khoảng cách, nhung sự chênh lệch giữa hai cách bố trí không nhiều.
Khoảng cách bố trí cọc ảnh huởng rất lớn tới hệ số nhóm, khi khoảng cách giữa các cọc
giảm thì hệ số nhóm giảm và nguợc lại. Khi khoảng cách giữa các cọc trong nhóm lớn
hơn ỐD, thì sụ tuơng tác giữa các cọc là không đáng kể.

Từ khoá: Hệ số nhóm cọc, sức chịu tải của cọc trong nhóm.


STUDY TO DETERMINE THE COEFFICIENT OF PILES IN PILE
FOUNDATION IN VINH LONG CITY
ABSTRACT:
The thesis topic focuses on the coefficient of grouping of stakes for projects with land in
Vinh Long city - Vĩnh Long province by simulating various models with different heart rate
and pile spacing on the Plaxis 3D Foundation software combined with static compression
testing field. Get the simulation is a chart of the load - transposition of the groups compare to
the Converse Labarre method and extract some content:
Number of layout in the rate in the group with the group number, but so the Converse
Labarre, the group number of the Plaxis 3D Foudation is shrinked less than when the
quantity in the fountain from the 10 is the upper unknown a different error.
Staggered layout is also affected by the group factor (Converse Labarre's formula does
not cover this issue).
The grouping factor of the pile group is higher than the staggered piles with the same
number of piles and spacing, but the difference between the two piles is not much.
Pile spacing greatly influences group coefficient, as the distance between the piles
decreases, the coefficient decreases and vice versa. When the distance between the piles
in the group is greater than 6D, the interaction between the piles is negligible.

Keywords: Coefficient of pile group, bearing capacity of pile in group.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy
PGS.TS.Võ Phán.
Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu
khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.
Tp. HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2018


MỤC LỤC:
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1
1.

Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................................... 1

2.

Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................................... 1

3.

Đối tuợng nghiên cứu.......................................................................................................... 2

4.

Nội dung nghiên cứu ........................................................................................................... 2

5.

Phuơng pháp nghiên cứu ..................................................................................................... 2

ố.

Phạm vi nghiên cứu............................................................................................................. 3

7.

Ý nghĩa khoa học và thục tiễn ............................................................................................. 3

8.

Giới hạn của đề tài .............................................................................................................. 3

CHƯƠNG 1............................................................................................................................... 4

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ HỆ SỐ NHÓM CỌC ..4
1.1 Khái quát về móng cọc .................................................................................................... 4
1.2 Tổng quan về hệ số nhóm .................................................................................................. 4
1.3 Các kết quả nghiên cứu thục nghiệm về nhóm cọc thời gian truớc đây............................. 5
1.3.1 Nghiên cứu với thí nghiệm tại hiện truờng ................................................................. 5
1.3.2 Nghiên cứu trên mô hình vật lý tỉ lệ nhỏ: ................................................................... 6
1.4 Nhận xét chuơng 1 ........................................................................................................... 10
CHƯƠNG 2............................................................................................................................. 11
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ HỆ SỐ NHÓM CỌC
.................................................................................................................................................. 11
2.1 Lý thuyết sức chịu tải của cọc .......................................................................................... 11
2.1.1 Sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cuờng độ của đất nền .................................... 11
2.1.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT
(theo phụ lục G.3 TCVN 10304:2014 [9]) ....................... ....... .......................................... 13
2.1.2.1 Công thức Meyerhof ......................................................................................... 13

2.1.2.2 Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản (1988) ............................................... 14
2.2 Lý thuyết hệ số nhóm cọc ............................................................................................... 15


2.2.1 Công thức hệ số nhóm của Converse - Labarre( 1941) ............................................ 15
2.2.2 Hệ số nhóm theo nguyên tắc của Feld( 1943) .......................................................... 18
2.2.3 Hệ số nhóm theo Karl Terzaghi và Ralph B............................................................ 19
2.2.4 Hệ số nhóm theo công thức của Sayed và Bakeer(1992) ........................................ 20
2.2.5 Hệ số nhóm theo công thức của Das (1998) ............................................................ 21
2.3 Tính toán hệ số nhóm theo quy định các tiêu chuẩn việt nam ......................................... 21
2.3.1 Theo TCXD 205:1998 .......................................................................................... 21
2.3.2 Theo TCVN 10304:2014 ......................................................................................... 22
2.3.3 Theo 22 TCN 272:05 .............................................................................................. 22
2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán hệ số nhóm trong Plaxis 3D-Foundation................................. 23
2.4.1 Nguyên lý và các phương trình trong bài toán PTHH .............................................. 23
2.4.1.1 Khái niệm về phương pháp PTHH..................................................................... 23
2.4.1.2 Trình tụ các buớc phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn. 24
2.4.2 Mô hình tính toán cho Plaxis 3D-Foundation .......................................................... 25
2.4.2.1 Tổng quan về phần mềm Plaxis 3D-Foundation................................................ 25
2.4.2.2 Các chuơng trình chính trong Plaxis 3D foundation ........................................ 25
2.4.2.3 Các buớc giải bài toán bằng phần mềm Plaxis 3D foundation ......................... 26
2.4.2.4 Các mô hình vật liệu ......................................................................................... 26
2.4.2.5 Các thông số đầu vào thục tế trong Plaxis 3D Foundation ............................... 31
2.4.3 Phân tích tuơng tác giữa chuyển vị của cọc và độ lún nền duới tác dụng của tải
trọng đúng ............................................................................................................................ 38
2.5 Nhận xét chuơng 2 ........................................................................................................... 41
CHƯƠNG 3............................................................................................................................. 43
MÔ PHỎNG PHÂN TÍCH .................................................................................................... 43
3.1 Giới thiệu công trình ........................................................................................................ 43
3.1.1 Quy mô công trình.................................................................................................... 43

3.1.2 Điều kiện địa chất .................................................................................................... 43
3.2 Tính toán sức chịu tải cọc đơn ......................................................................................... 44
3.2.1 Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc hiện truờng .......................................................... 44
3.2.2 Mô phỏng cọc đơn trong Plaxis 3D Foudation ....................................................... 52
3.3 Tính toán hệ số nhóm cọc trong phần mềm Plaxis3D Foudation .................................... 57
3.3.1 Nhóm cọc bố trí thẳng hàng ..................................................................................... 57
3.3.2 Nhóm cọc lẽ bố trí sole ............................................................................................ 76
3.3.3 So sánh cách bố trí cọc trong cùng tổ hợp cọc ......................................................... 81
3.3.4 Ảnh hưởng của khoảng cách cọc đến ứng xử của nhóm cọc ................................... 87
3.4 Kết luận chương 3............................................................................................................ 94
I.
Kết luận....... ................................................................................................................ 96


II. Kiến nghị ..................................................................................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 98


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Phân bố ứng suất trong nền cọc .................................................................................. 5
Hình 1.2 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả khác trong nền sét cứng
và sét yếu .................................................................................................................................... 7
Hình 1.3 Tỷ số độ lún (Rs) theo thí nghiệm của Barden và Monckton và ................................. 8
Hình 1.4 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của G.

Dai và cáctác giả khác ............................ 9

Hình 1.5 Tỷ số độ lún theo thí nghiệm của G.

Dai và cáctác giả khác .......................... 10

Hình 2. 1 biểu đồ xác định hệ số a ........................................................................................... 12
Hình 2. 2 Biểu đồ xác định hệ số ap và fL ................................................................................ 15
Hình 2. 3 Mặt bằng bố trí cọc trong đài ................................................................................... 16
Hình 2. 4 Xác định hệ số nhóm cọc theo nguyên tắc của Feld (1943) ..................................... 19
Hình 2. 5 Sơ đồ của nhóm cọc.................................................................................................. 19
Hình 2. 6 Các mặt bao phá hoại M-C trong không gian úng suất chính .................................. 27
Hình 2. 7 Mặt chảy dẻo của mô hình Hardening Soil .............................................................. 29
Hình 2. 8 Mặt chảy dẻo của mô hình Soft Soil......................................................................... 31
Hình 2. 9 Định nghĩa về EO và E50 ......................................................................................... 34
Hình 2. 10 Hình dạng của hệ phân tích cọc - đất...................................................................... 38
Hình 2. 11 Minh hoạ 2 loại sức kháng của đất ........................................................................ 40
Hình 3. 1 Phối cảnh công trình “Nhà ở xã hội khu tái định cu - TP Vĩnh Long”.................... 43
Hình 3. 2 Hệ thống đối trọng .................................................................................................... 45
Hình 3.

3 Hệ thống giá đỡ và đồng hồ đo chuyển vị ............................................................. 45

Hình 3.

4 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị ................................................................... 51

Hình 3. 5 Tổng thể bài toán ...................................................................................................... 54
Hình 3.

6 Thiết lập mặt phang làm việc ................................................................................ 54

Hình 3.

7 Thiết lập đuờng bao kết cấu và vẽ cọc .................................................................. 54

Hình 3.8 Vẽ tải trọng tác dụng lên đầu cọc (tải phân bố trên diện tích) ................................... 55
Hình 3.9 Khai báo lỗ khoan và tính chất của từng lớp đất ....................................................... 55


Hình 3.10 Chia lưới phàn tử 2d và 3D ..................................................................................... 55
Hình 3.11 Tạo cọc (click bỏ soil below và rán vật liệu là bê tông cho cọc) ............................. 56
Hình 3.12 Rán tải cho cọc và chọ điểm tính toán ..................................................................... 56
Hình 3.13 Biểu đồ quan hệ tải trọng và độ lún của cọc đơn..................................................... 56
Hình 3.14 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 2 cọc (1x2) ....................................... 58
Hình 3.15 Tính toán hệ số nhóm cho tổ họp 2 cọc (1x2) ......................................................... 58
Hình 3.16 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 3 cọc (1x3) ....................................... 59
Hình 3.17 Tính toán hệ số nhóm cho tổ họp 3 cọc (1x3) ......................................................... 59
Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 4 cọc (1x4) ....................................... 60
Hình 3.19 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 4 cọc (1x4) ......................................................... 60
Hình 3.20 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 5 cọc (1x5) ....................................... 61
Hình 3.21 Tính toán hệ số nhóm cho tổ họp 5 cọc (1x5) ......................................................... 61
Hình 3. 22 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 6 cọc (1x6) ...................................... 62
Hình 3.23 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 6 cọc (1x6) ........................................................62
Hình 3.24 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 4 cọc (2x2) ......................................63
Hình 3.25 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 4 cọc (2x2) ......................................................... 63
Hình 3.26 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ hợp 6 cọc (2x3) ....................................... 64
Hình 3.27 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 6 cọc (2x3) ......................................................... 64
Hình 3.28 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ hợp 8 cọc (2x4) ....................................... 65
Hình 3.29 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 8 cọc (2x4) ......................................................... 65
Hình 3.30 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ hợp 10 cọc (2x5) ..................................... 66
Hình 3.31 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 10 cọc (2x5) ....................................................... 66
Hình 3.32 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ hợp 12 cọc (2x6) ..................................... 67
Hình 3.33 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 12 cọc (2x6) ....................................................... 67
Hình 3.34 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ hợp 9 cọc (3x3) ....................................... 68

Hình 3.35 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 9 cọc (3x3) ......................................................... 68
Hình 3.36 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 12 cọc (3x4) ..................................... 69
Hình 3.37 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 12 cọc (3x4) ....................................................... 69


Hình 3.38 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 15 cọc (3x5) ..................................... 70
Hình 3.39 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 15 cọc (3x5) ....................................................... 70
Hình 3.40 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 18 cọc (3x6) ..................................... 71
Hình 3.41 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 18 cọc (3x6) ....................................................... 71
Hình 3.42 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 16 cọc (4x4) ..................................... 72
Hình 3.43 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 14 cọc (4x4) ....................................................... 72
Hình 3.44 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 20 cọc (4x5) ..................................... 73
Hình 3.45 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 20 cọc (4x5) ....................................................... 73
Hình 3.46 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 24 cọc (4x6) ..................................... 74
Hình 3.47 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 24 cọc (4x6) ....................................................... 74
Hình 3.48 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 3 cọc lẻ (bố trí tam giác) ................. 77
Hình 3.49 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 3 cọc (bố trí tam giác) ........................................ 77
Hình 3.50 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 5 cọc so le......................................... 78
Hình 3.51 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 5 cọc so le .......................................................... 78
Hình 3.52 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ hợp 7 cọc so le......................................... 79
Hình 3.53 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 7 cọc so le .......................................................... 79
Hình 3.54 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ hợp 11 cọc so le....................................... 80
Hình 3.55 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 11 cọc so le ........................................................ 80
Hình 3.56 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ hợp 3 cọc so le và thẳng hàng ................ 82
Hình 3. 57 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 3 cọc thẳng hàng ............................................... 82
Hình 3. 58 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 3 cọc thẳng hàng ............................................... 82
Hình 3.59 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ hợp 5 cọc so le và thẳng hàng ................ 83
Hình 3.60 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 5 cọc thẳng hàng ................................................ 83
Hình 3.61 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 5 cọc so le ......................................................... 83
Hình 3.62 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 8 cọc so le và thẳng hàng ................ 84

Hình 3.63 Tính toán hệ số nhóm cho tổ họp 8 cọc thẳng hàng ................................................ 84
Hình 3.64 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 8 cọc so le .......................................................... 84
Hình 3.65 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 18 cọc so le và thẳng hàng.... 85


Hình 3.66 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 18 cọc thẳng hàng.............................................. 85
Hình 3. 61 Tính toán hệ số nhóm cho tổ họp 18 cọc so le ....................................................... 85
Hình 3.68 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 24 cọc so le và thẳng hàng.... 86
Hình 3.69 Tính toán hệ

số nhóm cho tổ hợp 24 cọc thẳng hàng ......................................... 86

Hình 3.70 Tính toán hệ

số nhóm cho tổ hợp 24 cọc so le ................................................... 86

Hình 3.71 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 6 cọc ................................................. 88
Hình 3.72 Tính toán hệ

số nhóm cho tổ hợp 6 cọc 2x3 với khoảng cách 3D ..................... 88

Hình 3. 73 Tính toán hệ số nhóm cho tổ họp 6 cọc 2x3 với khoảng cách 4.5D ....................... 89
Hình 3.74 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 6 cọc 2x3 với khoảng cách 6D ........................... 89
Hình 3.75 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ họp 7 cọc ................................................. 90
Hình 3. 76 Tính toán hệ số nhóm cho tổ họp 7 cọc so le với khoảng cách 3D ....................... 90
Hình 3.77 Tính toán hệ

số nhóm cho tổ hợp 7 cọc so le với khoảng cách 4.5D ................. 91

Hình 3.78 Tính toán hệ

số nhóm cho tổ hợp 7 cọc so le với khoảng cách 4.5D ................. 91

Hình 3.79 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tổ hợp 9 cọc ................................................. 92
Hình 3.80 Tính toán hệ

số nhóm cho tổ hợp 9 cọc với khoảng cách 3D ............................ 92

Hình 3.81 Tính toán hệ

số nhóm cho tổ hợp 9 cọc với khoảng cách 4.5D ......................... 93

Hình 3. 82 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 9 cọc với khoảng cách 6D ................................. 93


DANH MỤC BẢNG BIÊU
Bảng 2. 1 Giá trị các hệ số k, ZL và N’q cho cọc trong đất cát ................................................ 13
Bảng 2. 2 Tính toán hệ số nhóm với L = 3D, 3.5D, 4D ........................................................... 16
Bảng 2. 3 Bảng tra hệ số Rinter ................................................................................................ 37
Bảng 3. 1 Thống kê các lớp đất tại hố khoan HK1................................................................... 43
Bảng 3. 2 Đặc điểm cọc thí nghiệm ......................................................................................... 44
Bảng 3. 3 Các bước gia tải và giảm tải (chu kì 1) .................................................................... 46
Bảng 3. 4 Các bước gia tải và giảm tải (chu kì 2) .................................................................... 46
Bảng 3. 5 Quy trình quan trắc .................................................................................................. 46
Bảng 3. 6 Kết quả thí nghiệm cọc PT1 (Chu kì 1) ................................................................... 47
Bảng 3. 7 Kết quả thí nghiệm cọc PT1 (Chu kì 2) ................................................................... 47
Bảng 3. 8 Số liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc PT1 .......................................................................48
Bảng 3. 9 Các thông số khai báo trong mô hình......................................................................52
Bảng 3.10 Bảng so sánh tính toán hệ số nhóm theo phưong pháp Converse Labarre và phần
mềm Plaxis 3D Foundation ...................................................................................................... 75

Bảng 3. 11 Bảng tổng họp hệ số nhóm cho tổ họp cọc lẽ .......................................................81
Bảng 3.12 Bảng tổng hợp so sánh hệ số nhóm bố trí so le với bố trí thẳng hàng ...................87
Bảng 3. 13 Bảng tổng hợp so sánh hệ số nhóm bố trí theo khoảng cách theo 2 phương pháp
Converse Labarre và Plaxis 3D Foundation ............................................................................. 94


MỘT SỐ KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
FEM

: Phương pháp phần tử hữu hạn

SPT

: Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

s

: Chuyển vị

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

A

: Diện tích tiết diện cọc

u

: Chu vi tiết diện cọc

: Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

fi

: Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i
: Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i

Ỉ'

: Sức chịu tải cực hạn của cọc

D
E

: Đường kính cọc
: Modul đàn hồi

OCR

: Hệ số quá cố kết

L

: Chiều dài cọc

MNN

: Mực nước ngầm

X unsat

: Dung trọng của đất trên mực nước ngầm
: Dung trọng của đất dưới mực nước ngầm

Y sat

m

: Hệ số mũ

Fref

: Độ cứng gia tải dọc trục

^50
ur

: Độ cứng dỡ/ nén lại 3 trục

pref
oed

: Độ cứng gia tải nén co kết

Eref

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Móng cọc là loại kết cấu được ứng dụng rộng rãi trong các loại công trình dân dụng, cầu
đường, thủy lợi và nhất là các công trình trên nền đất yếu. Sử dụng cọc là giải pháp nền móng
có nhiều ưu điểm nổi bật về tính ổn định chịu lực; tính kinh tế về giá thành; tính linh hoạt về vật
liệu và đa dạng về phương pháp thi công.
Khi chịu tác dụng của tải trọng công trình, cọc phát huy khả năng chịu lực thông qua ma
sát giữa thành cọc - đất và sức kháng mũi cọc. Đe chịu được tải trọng lớn, móng cọc bao gồm
một nhóm cọc, nếu khoảng cách giữa các cọc không đủ lớn, trong vùng đất xung quanh các cọc
hình thành hiện tượng chồng lấn ứng suất chống cắt do ma sát bên và do sức chống mũi của các
cọc gây ra, vì vậy trong thực tế ứng xử của nhóm cọc khi chịu tải khác với ứng xử của cọc đơn,
nhất là khi nhóm cọc làm việc trong nền đất dính.
Mức độ giảm sức chịu tải và gia tăng chuyển vị của nhóm cọc so với cọc đơn được thể
hiện thông qua các giá trị hệ số nhóm. Các nghiên cứu về hệ số nhóm trong móng cọc thường
chủ yếu tập trung vào việc xác định giá trị hệ số nhóm (r|) để đánh giá sức chịu tải ứng với khả
năng chịu tải của cọc và nhóm cọc, tuy nhiên trong thực tế hiệu ứng nhóm cọc không chỉ làm
giảm khả năng chịu tải mà còn gia tăng độ lún của nhóm cọc so với cọc đơn làm việc trong cùng
điều kiện.
Từ nhũng nghiên cứu ban đầu ta nhận thấy, khi tải trọng tác dụng vào nhóm cọc, sức chịu
tải của nhóm sẽ tăng do sự phát triển của sức kháng bên và sức kháng mũi của cọc, tuy nhiên
quy luật biến đổi của hai loại sức kháng này là hoàn toàn khác nhau, điều này sẽ gây ra sự thay
đổi về phạm vi và độ lớn của vùng ứng suất phân bố xung quanh và ở mũi cọc và vì thế sẽ gây
ảnh hưởng đáng kể đến giá trị hiệu ứng nhóm, thêm vào đó chuyển vị của nhóm cọc là một vấn
đề quan trọng quyết định đến độ an toàn của công trình, đó chính là lý do hình thành đề tài: “

Nghiên cứu xác định hệ số nhóm cọc trong móng cọc ở khu vực thành phổ Vĩnh Long”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định hệ số nhóm cọc dựa vào lý thuyết tính toán và phần mềm Plaxis 3D - Foundation
để đưa ra một hệ số nhóm hợp lý để có cái nhìn tổng thể về sự làm việc của nhóm cọc trong
việc tính toán móng cọc tại khu vực Thành phố Vĩnh Long.

3. Đối tượng nghiên cứu
Hiệu ứng nhóm trong các cọc ma sát, có đài cọc cứng làm việc trong nền đất sét yếu ở
khu vực thành phố Vĩnh Long.

4. Nội dung nghiên cứu
Tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng nhóm cọc, các nghiên cứu về cách xác
định hệ số nhóm cọc trong nước và thế giới;
Tiến hành thí nghiệm thử tĩnh cọc tại hiện trường để xác định sức chịu tải của cọc đơn;
Mô phỏng số các bài toán nén tĩnh cọc bằng phần mềm plaxis 3D (2013) để xác định sức
chịu tải của cọc khi làm việc theo nhóm;
Đề xuất giá trị hệ số nhóm để tối ưu hóa bài toán thiết kế móng cọc.

5. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện các mục tiêu nghiên cứu trên đây, tác giả lựa chọn phương pháp nghiên cứu
như sau: Nghiên cứu lý thuyết tính toán, quan trắc hiện trường và sử dụng phần mềm Plaxis 3D
- Foundation tính toán so sánh kết quả.
Trong đó:
a. Nghiên cứu lý thuyết tính toán thông qua các lý thuyết sau:
•

Lý thuyết tính toán hệ số nhóm theo Converse Labarre.

•

Lý thuyết tính toán hệ số nhóm theo Tezaghi & Peck.

•

Lý thuyết về phần tử hữu hạn (FEM), phần mềm Plaxis 3D - Foundation.

b. Quan trắc hiện trường:
•

Sử dụng kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc hiện trường, xác định tải trọng giới hạn
của cọc đơn và độ lún tại đó để đối chiếu và hiệu chỉnh kết quả mô hình cọc đơn
trong Plaxis 3D - Foundation.
Mô phỏng:

c.
•

Sử dụng phần mềm Plaxis 3D - Foundation để tính toán hệ số nhóm cọc.

6. Phạm vi nghiên cứu
Cọc BTCT tiết diện vuông, thẳng đứng, chịu tải trọng dọc trục làm việc trong nền sét yếu
khu vục thành phố Vĩnh Long.

2


Các nhóm cọc ma sát có quy mô nhỏ, cọc được thi công bằng phương pháp ép; đài cọc
được xem như cứng tuyệt đối cứng và không tiếp xúc với nền đất.

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đề tài nghiên cứu phù hợp với nghiên cứu về móng cọc trên thế giới cũng như ở Việt
Nam. Nghiên cứu giúp kỹ sư thiết kế có cái nhìn tổng quát hơn về ứng xử cọc đơn và nhóm cọc
trong điều kiện địa chất ở Tp Vĩnh Long.
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sử dụng trong các công tác thiết kế nền móng để đưa

ra phương án móng cọc hợp lí thông qua bộ thông số hệ số nhóm. Các nghiên cứu sau có thể
được mở rộng và phát triển theo nghiên cứu này.

8. Giói hạn của đề tài
Đề tài nghiên cứu chỉ dừng lại phân tích ứng xử của nhóm cọc trong trường hợp chịu tải
trọng tĩnh theo phương đứng, trường hợp chịu tải trọng động và tải trọng theo phương ngang
chưa được xét đến.
Công trình nghiên cứu được tiến hành ở thành phố Vĩnh Long, chưa đại diện cho toàn bộ
địa chất khu vực tỉnh Vĩnh Long và lân cận.
Do hạn chế về kinh phí nên các thí nghiệm kiểm chứng hiện trường chưa được tiến hành
đối với nhóm cọc để có kết quả phân tích tốt hơn.

3


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN cứu THựC NGHIỆM VỀ HỆ
SỐ NHÓM CỌC
1.1 Khái quát về móng cọc
Móng cọc là một loại móng sâu, thường dùng cho các công trình có tải trọng lớn hoặc lớp đất tốt
nằm sâu dưới lòng đất. Có hai loại cọc phổ biến nhất là cọc BTCT đúc sẵn và cọc nhồi (cọc đổ tại chổ).
Khi phương án móng nông không còn thích hợp để gánh đỡ công trình, hoặc do tải trọng quá lớn
hoặc do lớp đất nền bên trên gần mặt đất là loại đất yếu chịu lực kém. Người ta nghĩ đến móng sâu
bằng cách truyền tải trọng đến những lớp đất chịu lực tốt hơn thông qua các thanh (cọc hoặc trụ) có khả
năng chịu lực cao làm bằng các loại vật liệu phổ biến như: gỗ, bê tông, thép (Theo Châu Ngọc Ẩn, Nền
Móng, 2005).
Hiện nay, cọc được sử dụng rất phổ biến trong các công trình dân dụng, giao thông thuỷ lợi.

1.2 Tổng quan về hệ số nhóm
Trong móng cọc, sự làm việc của cọc đơn khác với sự làm việc của nhóm cọc. Khi khoảng cách

giữa các cọc đơn khá lớn (6d trở lên, d là đường kính cọc) thì cọc làm việc như cọc đơn. Nhung thực
tế trong đài cọc, khoảng cách giữa các cọc thường được bố trí là 3d -ỉ- 4d cho cọc chế sẵn và 2,5d + 3d
cho cọc khoan nhồi nên gây ra sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc trong nhóm dẫn đến sức chịu tải
của các cọc trong nhóm sẽ khác với cọc đơn. Đe biểu thị sự khác nhau đó người ta tính toán hệ số nhóm
cọc.
Qu nhóm = T| X n X Qu đơn

(1 -1)

Trong đó: T| là hệ số nhóm;
n là số lượng cọc trong nhóm;
Quđơn là

sức chịu tải của một cọc đơn.

Qu nhóm là sức chịu tải của cả nhóm cọc.

4


Hình 1.1 Phân bố ứng suất trong nền cọc
Trong móng cọc, cọc thường được tập hợp thành nhóm để đáp ứng khả năng chịu tải
trọng lớn do công trình truyền xuống. Trong nền đất rời, quá trình hạ cọc bằng phương pháp
đóng hay ép thường nén chặt đất, làm tăng hệ số ma sát và sức chống mũi cọc, vì vậy sức chịu
tải của nhóm cọc có thể lớn hơn sức chịu tải của các cọc đơn.
Ở môi trường đất dính, khỉ khoảng cách giữa các cọc trong nhóm nhỏ hơn sáu lần đường
kính của cọc hoặc cạnh cọc thì hiệu ứng nhóm phát sinh giữa các cọc lân cận do hiện tượng
trùng lấn ứng suất trong đất, điều này dẫn đến sức chịu tải của nhóm cọc ma sát nhỏ hơn tồng
sức chịu tải của các cọc đơn trong nhóm. Trong quá trình làm việc của nhóm cọc, ứng suất
trong đất từ tải trọng do nhóm cọc truyền xuống mở rộng cả về chiều rộng lẫn chiều sâu một

cách đáng kể so với ứng suất phát sinh do cọc đơn.
1.3 Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm về nhóm cọc thời gian trước đây
1.3.1 Nghiên cứu với thí nghiệm tại hiện trường
Các thí nghiệm hiện trường thường cho ra những kết quả chính xác nhưng giá thành thí
nghiệm rất cao, cho nên sổ lượng thí nghiệm hiện trường cho đến nay vẫn còn hạn chế. Các thí
nghiệm hiện trường được tiến hành với cọc ổng thép, cọc bê tông cốt thép, cọc thép hình với
đầu cọc tự do hoặc ngàm vào đai. Thí nghiệm nhóm cọc thường được đỉ kèm với thí nghiệm
cho một cọc đơn để kiểm chứng. Tải trọng thí nghiệm thường được đật ở đầu cọc hoặc vị trí
đài cọc đổi với nhóm cọc, trong quá trình thí nghiệm, có thể tăng tải trọng đến gần phá hoại
hoặc phá hoại cọc. Một số thí nghiệm được kể đến như:
- Thí nghiệm hiện trường cho nhóm cọc của Kim & Brungraber (1976) đã th ực hiện thí
nghiệm hiện trường cho đất sét vùng Pennsyvania. Nhóm cọc kích thước 2 cọc X 3 cọc, khoảng cách
giữa các cọc là 3.6D và 4.8D, với D là đường kính hoặc cạnh cọc. Kết quả cho thấy sức chịu tải của
nhóm cọc tăng lên khi tăng khoảng cách giữa các cọc và tải trọng trưng bình tác dụng lên một cọc
trong nhóm nhỏ hơn tải trọng tác dụng lên cọc đơn tương ứng.( Theo J.B. Anderson, F.c. Townsend,
and B, Grajales, 2003).

5


-

Thí nghiệm hiện trường cho nhóm cọc của Brown et al (1988) với nhóm cọc kích thước 3 cọc X 3
cọc trong đất cát chặt và khoảng cách giữa các cọc là 3D. Cát có độ chặt tương đối Dr = 50%.
Ông đã kết luận rằng nhóm cọc chuyển vị nhiều hơn cọc đơn khi cọc đơn chịu cùng tải trọng bằng
tải trưng bình tác dụng lên từng cọc trong nhóm. Trong các hàng cọc khác nhau cũng ứng xử khác
nhau. (Theo Brown, D.A, and Reese, L. c, 1998)

-

Thí nghiệm hiện trường cho nhóm cọc của Ruesta & Townsend et al (1997) tại vị trí cầu
Roosevelt trên các cọc bê tông cốt thép dự ứng lực. Hai nhóm cọc 4 cọc X 4 cọc với đầu cọc tự do
và đầu cọc ngàm trong đài được tiến hành thí nghiệm,

-

khoảng cách giữa các cọc (tính từ tâm) là 3D. Thí nghiệm cũng được tiến hành cho một cọc đơn
để so sánh kết quả. Địa chất khu vực thí nghiệm bao gồm lớp cát rời đến độ sâu 4m và theo sau
bởi lớp cát kết. Hệ số nhóm của nhóm cọc được ghi nhận là 80%. (Theo Pedro F. Ruesta, Frank c.
Townsend, 1997)

1.3.2 Nghiên cứu trên mô hình vật lý tỉ lệ nhỏ:
Việc nghiên cứu hiệu ứng nhóm cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ trong phòng có chi phí thấp
hơn so với thí nghiệm tại hiện trường và có ưu điểm khi nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông số, nên
được khá nhiều các tác giả sử dụng, điển hình như: Whitaker (1957); Saffery và Tate (1961); Sowers
và cộng sự (1961); Barden và Monckton (1970); Mattes và Poulos (1971); Bajad và Sahu (2008); Itoh
và Yamagata (1998); Goto và cộng sự (2013) ...
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về hiệu ứng nhóm cọc trên các mô hình vật lý cho thấy các
thông số có ảnh hưởng lớn đến hiệu ứng nhóm là: Khoảng cách cọc; Chiều dài cọc; số lượng cọc; Hình
dạng cọc; Mặt bằng bố trí cọc; Đặc điểm của đài cọc (tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với nền đất); Trình
tự và phương pháp thi công cọc và tính chất cơ lý của nền đất.
Đe kiểm chứng mức độ chính xác của các công thức lý thuyết, ta tiến hành so sánh các kết quả
phân tích hiệu ứng nhóm từ một số thí nghiệm nén tĩnh cọc với các

6


kết quả tương ứng thu được bằng công thức tính hệ số nhóm và tỷ số độ lún được trình bày sau
đây.
a. Thí nghiệm của Đarden và Monckton (1970)

Đarden và Monckton (1970) tiến hành thí nghiệm nén tĩnh các nhóm cọc có mặt bằng
vuông với tỷ lệ nhỏ, có qui mô: 3x3 cọc và 5x5 cọc. Đường kính cọc d=l/8 inch; Chiều dài cọc
L=4inch, tỷ số L/d=20; tỷ số s/d=1.5; 2; 2.5; 3; 3.5 và 4. Các nhóm cọc làm việc trong hai loại
nền sốt: nền sét cứng và sét yếu.

TỶ só 5/(1

Hình 1.2 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả
khác trong nền sét cứng và sét yếu
Hệ sổ nhóm (TỊ) thu được từ các thí nghiệm của Barden và Monckton so sảnh với
các kết quả tính toán bằng các công thức lý thuyết thể hiện ở các đồ thị trên Hình 1.2
cho thấy:
- Giá trị hệ số nhóm (TỊ) của các nhóm cọc xác định từ các công thức của Conserve Labarre; Feld; Sayed - Bakeer và Das (1998) đều cho giá trị nhỏ hơn một (TỊ <1) ứng
với mọi khoảng cách cọc, điều này không phù hợp với kết quả thí nghiệm khỉ khoảng
cách giữa các cọc trong nhóm nhỏ hơn hai lần đường kính cọc (S<2d).
-

Hệ số nhóm (TỊ) tính theo nguyên tắc của Feld (1943) không xét đến ảnh hưởng của
khoảng cách cọc, do đó khỉ tỷ sổ s/d tăng thì sai số của giá trị hệ số nhóm tính theo
công thức so với kết quả thí nghiệm càng lớn.

-

Ngoại trừ công thức của Sayed - Bakeer (1992), các công thức tính hệ số nhỏm khác
đều không xét đến ảnh hưởng của nền đất. Tuy nhiên, quy luật biến thiên của hệ số
nhóm theo công thức của Sayed - Bakeer chưa phù hợp với kết quả thí nghiệm khỉ cọc
làm việc trong nền sét của Barden và cộng sụ (1970).
7

-

Sự khác biệt của giả trị hệ số nhóm (TỊ) thu được từ thí nghiệm và từ cảc công thức là
khá lớn khi cọc làm việc trong nền đất sét cứng, sai sổ này giảm đi khi cọc trong nền
đất sét yếu.
KQI N nên ‘.ẻi ứửỊit (Ị97O)
KQIS nén iẻl mím
Skcmplori 11953|
Ha ndcỊpíỊ c linn'11995}

Hình 1.3 Tỷ số độ lún (Rs) theo thí nghiệm của Barden và Monckton và các tác giả
khác trên nhóm 3x3 cọc với chiều dài cọc L=20d
Tỷ số độ lún (Rs) từ thí nghiệm của Barden và Monckton (1970) được so sánh với
giá trị tương ứng tính từ các công thức của Skempton (1953) và Randolph - Clancy
(1993) thể hiện trên Hình 1.3, cho thấy:
-

Kết quả tính tỷ số độ lún (Rs) theo công thức của Skempton (1953) chưa phù hợp với
kết quả thí nghiệm, khi giá trị tỷ số độ lún (Rs) tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa các
cọc.

-

Công thức của Randolph - Clancy (1993) cho kết quả tính tỷ số độ lún (RS) cố quy luật
tương tự như kết quả thí nghiệm của Barden và Monckton, tuy nhiên công thức này
chưa biểu diễn được sự thay đổi tỷ số độ lún khỉ xét đến tính chất của nền đất và sai số
giữa kết quả thí nghiệm và công thức tính khả lón, trong khoảng [2.2%^54.9%].

8

b. Thí nghiệm của G. Dai và cộng sự (2012)
G.Dai và cộng sự (2012) tiến hành thí nghiêm nén tĩnh cọc đơn và nhóm cọc có qui mô:
1x2; 2x2 và 3x3 cọc. Cọc bê tông có đường kính d=400mm. Cọc đơn và nhóm cọc được ép
vào nền sét nhiều lóp, các chỉ tiêu cơ lý của nền đất tại khu vực thí nghiệm; kết quả như sau:

QU XIó MIỞM CỌC

Hình 1.4 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của G. Dai và các tác giả khác

Kết quả xác định hệ số nhóm của bằng các thí nghiệm của G.Daỉ và cộng sự (2012), được
so sánh với các kết quả tính bằng các công thức của Conserve - Labarre (1941); Feld (1943);
Sayed - Bakeer (1992) và Das (1998) thể hiện trên các đồ thị cho thấy:
- Hệ số nhóm (TỊ) của xác định bằng công thức của Conserve -Labarre (1941); Feld (1943)
và thí nghiệm đều cho giá trị nhỏ hơn một (ĩ| <1) với tất cả các nhóm cọc. Sai số giữa
kết quả tính hệ số nhóm (r|) từ thí nghiệm so với công thức lý thuyết trong phạm vi
[3.9% 4.9%].
- Các giá trị hệ số nhóm tính bằng công thức của Sayed và Bakeer (1992) và Das (1998)
chưa phù hợp khi áp dụng với nền có nhiều lớp đất, vì giá trị hệ số nhóm lớn hơn một
(ĩ|>l) với tất cả các loại chiều dài cọc và các qui mô nhóm cọc, không khớp với kết quả
thí nghiệm.

9