Nghiên cứu đánh giá giải pháp móng cọc trên nền đất yếu cho công trình xây dựng có xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất trên địa bàn tp. Quảng Ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TÔN LONG MỸ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC
TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CỦA SỐ LIỆU NỀN
ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐẶNG CÔNG THUẬT

Phản biện 1: PGS.TS. PHẠM THANH TÙNG

Phản biện 2: TS. LÊ KHÁNH TOÀN

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công
nghiệp họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 04 tháng
05 năm 2019

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa
Đại học Đà Nẵng
- Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại
học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


1

MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
Với điều kiện địa chất có lớp đất yếu dày ở nông so với mặt đất tự nhiên,
xu thế sử dụng móng cọc bê tông cốt thép dưới các công trình xây dựng ở khu
vực thành phố Quảng Ngãi trở nên phổ biến. Cùng với sự phát triển kinh tế xã
hội, các khu dân cư mới và các khu cụm công nghiệp được đầu tư xây dựng
ngày càng nhiều và không ít trường hợp phải hình thành trên nền trước kia là
vùng trũng (ruộng lúa thấp, ao mương…) cần san lấp để đạt cao độ quy hoạch
hay tôn nền để vượt lũ. Sự cố kết của đất yếu dưới nền đắp làm gây ra ma sát âm
tác dụng lên móng cọc dưới các công trình xây dựng tại các khu này. Hiện tượng
này làm giảm sức chịu tải của cọc, làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc và có thể
gây mất ổn định cho công trình.
Ở khía cạnh khác, một trong những ưu điểm chính của kết cấu móng cọc
là khả năng chịu tải lớn, so với các loại móng khác như móng nông. Ngoài ra, độ
ổn định khi sử dụng móng cọc cũng tốt hơn so với móng nông. Tuy nhiên,
nhược điểm của kết cấu móng cọc là có giá thành xây dựng khá cao, và chiếm
một tỷ trọng lớn trong tổng giá thành công trình. Vì vậy trong thực tế, để việc
thiết kế và thi công móng cọc vừa đảm bảo độ bền, độ ổn định, cũng như đảm
bảo giá thành cạnh tranh, thì việc thiết lập và giải các bài toán tối ưu thiết kế cho
kết cấu móng cọc là một vấn đề quan trọng cần được quan tâm nghiên cứu. Vì

vậy, nghiên cứu có thể giải bài toán thiết kế tối ưu đa mục tiêu cho kết cấu móng
cọc, trong đó hàm mục tiêu bao gồm cực tiểu thể tích móng cọc (gồm cọc và đài
cọc) và độ lún của móng cọc. Biến thiết kế bao gồm chiều dài cọc Lc và đường
kính cọc Dc Ràng buộc về giới hạn khả năng chịu tải Pmax và ràng buộc về giới
hạn độ lún Smax.
Chính các lý do nêu trên, nội dung: “Nghiên cứu đánh giá giải pháp móng
cọc trên nền đất yếu cho công trình xây dựng có xét đến độ tin cậy của số liệu
nền đất trên địa bàn TP. Quảng Ngãi” được tác giả lựa chọn làm đề tài luận
văn của học viên.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định sự ảnh hưởng của ma sát âm khi tính toán móng cọc, đặc biệt
trong trường hợp nền đất yếu (ví dụ như ở Khu vực thành phố Quảng Ngãi).
- Đánh giá độ tính cậy khi xét đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên khi tính toán
móng cọc, so sánh trường hợp không kể đến và có kể đến ảnh hưởng ma sát âm
khi tính toán móng cọc.


2

- Giải bài toán thiết kế tối ưu đa mục tiêu cho kết cấu móng cọc, trong đó
hàm mục tiêu bao gồm cực tiểu thể tích móng cọc (gồm cọc và đài cọc) và độ
lún của móng cọc. Biến thiết kế bao gồm chiều dài cọc Lc và đường kính cọc D c
Ràng buộc về giới hạn khả năng chịu tải Pmax
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Móng cọc và các tham số đầu vào ngẫu nhiên.
- Phạm vi nghiên cứu: Ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm khi tính toán
móng ở hai địa chất thiộc thành phố Quảng Ngãi
4. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu; tìm hiểu lý thuyết tính toán móng cọc có kể đến và
không kế đến ảnh hưởng của ma sát âm.

- Nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy, phương pháp mô phỏng Monte Carlo.
- Tính toán áp dụng với một số nền đất cụ thể tại khu vực tỉnh Quảng
Ngãi và áp dụng mô phỏng Monte Carlo để tính xác suất phá hủy
- So sánh, tổng hợp, nhận xét và rút ra kiến nghị.
5. Cấu trúc của luận văn
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về giải pháp móng cọc cho công trình xây dựng dân dụng
trên nền đất yếu ở địa bàn thành phố Quảng Ngãi
Chương 2: Cơ sở khoa học thiết kế, lựa chọn giải pháp móng cọc trên nền
đất yếu cho công trình xây dựng tại thành phố Quảng Ngãi.
Chương 3: Đánh giá giải pháp móng cọc trên nền đất yếu ở thành phố
Quảng Ngãi khi xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất.
Kết luận và kiến nghị


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC CHO CÔNG TRÌNH XÂY
DỰNG DÂN DỤNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ
QUẢNG NGÃI
1.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NỀN, MÓNG
1.1.1. Khái niệm nền, móng
a. Nền công trình
b. Móng công trình
1.1.2 Phân loại nền, móng
a. Phân loại nền
b. Phân loại móng
1.2. SƠ LƯỢC VỀ MÓNG CỌC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
1.3. NHẬN XÉT SƠ BỘ VỀ NỀN ĐẤT Ở THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI

Với điều kiện địa chất có lớp đất yếu dày ở nông so với mặt đất tự nhiên, xu
thế sử dụng móng cọc bê tông cốt thép dưới các công trình xây dựng ở khu vực
thành phố Quảng Ngãi trở nên phổ biến. Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, các
khu dân cư mới và các khu cụm công nghiệp được đầu tư xây dựng ngày càng
nhiều và không ít trường hợp phải hình thành trên nền trước kia là vùng trũng
(ruộng lúa thấp, ao mương…) cần san lấp để đạt cao độ quy hoạch hay tôn nền để
vượt lũ. Sự cố kết của đất yếu dưới nền đắp làm gây ra ma sát âm tác dụng lên
móng cọc dưới các công trình xây dựng tại các khu này. Hiện tượng này làm giảm
sức chịu tải của cọc, làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc và có thể gây mất ổn
định cho công trình.
1.4. KẾT LUẬN
Trong chương này, luận văn đã trình bày những khái niệm sơ lược và cấu tạo
về móng cọc các công tình xây dựng. Tuy nhiên, trong các thiết kế móng hiện nay
thường bỏ quan việc ảnh hưởng của ma sát âm - là tác nhân làm giảm khả năng
chịu tải trọng của cọc, vì vậy trong thiết kế tính toán móng cọc nếu bỏ qua ma sát
âm là rất nguy hiểm cho công trình.
Bên cạnh đó, các tham số đầu vào khi tính toán móng cọc như: chỉ tiêu cơ lý
đất nền, tải trọng tác động… sẽ không mang giá trị tất định, mà sẽ dao động ngẫu
nhiên quanh giá trị thiết kế ban đầu tuân theo một qui luật phân phối xác suất nhất
định. Sự dao động này làm cho ứng xử đầu ra của kết cấu cũng dao động và đôi
khi vượt quá giới hạn cho phép, dẫn đến phá hoại kết cấu móng.
Trong chương tiếp theo, luận văn sẽ trình bày cơ sở khoa học các vấn đề này
để tiến hành các tính toán cụ thể trong chương 3.


4

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC THIẾT KẾ, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG CỌC
TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI THÀNH

PHỐ QUẢNG NGÃI
2.1. YÊU CẦU CHUNG VỀ CÔNG TÁC THIÊT KÊ NỀN MÓNG
2.1.1. Ý nghĩa công tác thiết kế nền móng
Khi tính toán, thiết kế và xây dựng công trình, phải làm sao đảm bảo thỏa
mãn ba yêu cầu sau:
- Bảo đảm sự làm việc bình thường của công trình trong quá trình xây dựng
và sử dụng lâu dài sau này.
- Bảo đảm ổn định về mặt cường độ và biến dạng của từng kết cấu cũng như
toàn bộ công trình.
- Bảo đảm thời gian xây dựng ngắn nhất với giá thành hợp lý nhất.
2.1.2. Nội dung công tác thiết kế nền móng
Trong tính toán thiết kế nền móng công trình, người ta chủ yếu tính theo
trạng thái giới hạn (TTGH). Trạng thái giới hạn là trạng thái mà khi vượt quá kết
cấu không còn thỏa mãn các yêu cầu đề ra đối với nó khi thiết kế [2, 7].
2.2. CÔNG TÁC KHẢO SÁT ĐỊA KỸ THUẬT PHỤC VỤ CÔNG TÁC
THIẾT KẾ NỀN MÓNG
* Công tác khảo sát địa kỹ thuật
- Khảo sát địa kỹ thuật là một phần của công tác khảo sát xây dựng thực hiện
nhằm đánh giá điều kiện địa chất công trình, dự báo sự biến đổi và ảnh hưởng của
chúng đối với công trình xây dựng trong quá trình xây dựng và sử dụng công
trình.
Khảo sát địa kỹ thuật bao gồm khảo sát địa chất công trình và quan trắc địa
kỹ thuật.
- Điều kiện địa chất công trình bao gồm đặc điểm địa hình, địa mạo; cấu trúc
địa chất; đặc điểm kiến tạo; đặc điểm địa chất thuỷ văn; đặc điểm khí tượng - thuỷ
văn; thành phần thạch học; các tính chất cơ - lý của đất, đá; các quá trình địa chất
tự nhiên, địa chất công trình bất lợi.
- Điểm thăm dò là vị trí mà tại đó khi khảo sát thực hiện công tác khoan, đào,
thí nghiệm hiện trường (xuyên, cắt, nén tĩnh, nén ngang, thí nghiệm thấm...), đo
địa vật lý...

2.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH, ĐỊA CHẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ QUẢNG
NGÃI
2.3.1. Đặc điểm địa hình


5

Thành phố Quảng Ngãi có địa hình khá bằng phẳng, trong vùng nội thành có
núi, sông tạo nên môi trường sinh thái tốt, có mực nước ngầm cao, địa chấn ổn
định.
2.3.2. Đặc tính địa chất công trình
Địa hình ở đây thuộc vùng đồng bằng của tỉnh Quảng Ngãi. Đất đá ở đây
có nguồn gốc trầm tích các lớp đất đá ở đây đến độ sâu yêu cầu khảo sát chủ yếu
là lớp sét pha, sét pha lẫn sạn sỏi, cát hạt trung, đá phong hóa mạnh thành sét pha,
theo tài liệu tham khảo dưới chúng là nền đá gốc granit, nền đất thiên nhiên ở đây
tương đối cứng, ổn định.
2.3.3. Phân vùng địa chất khu vực thành phố Quảng Ngãi
Vùng địa chất khu vực thành phố Quảng Ngãi chia ra làm 2 khu vực đó là
khu vực địa chất yếu thường nằm ở vị trí ruộng trũng, ao, hồ, đầm lầy có dạng nền
đất đắp (san nền) và khu vực có địa hình khá cao, địa chất tốt.
2.4. QUY TRÌNH TÍNH TOÁN MÓNG CỌC
Quy trình tính toán móng cọc thông thường trải qua các bước sau :
2.4.1 Sơ bộ chọn kích thước tiết diện cọc
a. Chọn chiều sâu chôn móng (hm)
hmin

tg(450

2

)

2Qtt
.Bñ

(2.1)

- Để đầu cọc không bị dịch chuyển và cột không bị uốn ta phải đặt cọc ở độ sâu
sao cho đủ ngàm vào đất hm > hmin x 0.7
b. Chọn vật liệu và kích thước cọc
2.4.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu làm cọc.
Sức chịu tải tính toán của cọc theo điều kiện làm việc được xác định công thức
(Theo TCXD 195 : 1997)
Pvl = (RnFb + RanFa)
(2.3)
2.4.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo tính chất cơ lý của đất nền.
Theo TCXD 205 : 1998 – Phụ lục A
Qtc = m(mR qp Ap + u mf fi li)
(2.5)
2.4.4. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền (TCVN
205-1998)
Sức chịu tải cho phép của cọc được tính theo công thức
Qp
Ap q p As qs
Qs
Qa
(2.6)
FS p FSs FS p
FSs
Do cọc đi qua nhiều lớp đất nên công thức được mở rộng :

6

Qa

Ap q p

u

FS p

( f sili )
FSs

(2.7)

2.4.5. Xác định số cọc, kích thước đài cọc.
Ứng suất trung bình sơ bộ dưới đáy móng
Pn
(3d ) 2

sb
tb

(2.13)

Sơ bộ tính diện tích đáy đài:
Fsb

N tt
sb
tb

tb

hd 1.1

(2.14)

Xác định số lượng cọc theo công thức:
tt
c

n

N0tt
Fsb

(2.15)

2.4.6. Tính toán móng cọc
2.4.7. Kiểm tra sức chịu tải cọc theo điều kiện sau :
tt
Qmax

Qtt và Qmin > 0

2.4.8. Tính lún cho móng cọc đài đơn (theo trang thái giới hạn thứ hai).
Nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất, tải trọng của móng được truyền

trên diện tích rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc
được tính như sau:
tb

(2.20)
4
2.4.9. Tính toán móng cọc trên nền đất yếu có ảnh hưởng của hiện tượng ma
sát âm
- Định nghĩa hiện tượng ma sát âm [8, 13]
Đối với công trình có sử dụng móng cọc, khi cọc được đóng vào trong tầng đất
có tính nén lún hoặc đất vừa mới đắp mà mũi cọc đặt trong tầng đất chặt. Sẽ xảy ra
đồng thời quá trình lún của đất và cọc sau khi đóng cọc và đặt tải. Ngay sau khi đóng
và trong quá trình đóng cọc, một phần tải được đất kháng lại do lực dính của đất và
cọc. Tuy nhiên khi quá trình cố kết xảy ra nó sẽ truyền toàn bộ tải lên mũi cọc. Trong
một số trường hợp độ lún của đất có thể lớn hơn của cọc, sự chuyển vị tương đối này
phát sinh ra lực kéo xuống của tầng đất đối với cọc gọi là hiện tượng ma sát âm, lực
kéo xuống gọi là lực ma sát âm.
Theo quy phạm Việt Nam Theo TCXD 205-1998, ma sát âm làm giảm khả năng
chịu tải của cọc nhất là đối với cọc nhồi, do đó cần xem xét khả năng xuất hiện của
nó khi tính toán sức chịu tải của cọc trong các trường hợp sau:
+ Sự cố kết chưa kết thúc của trầm tích cổ đại và trầm tích kiến tạo.


7

+ Sự tăng độ chặt của đất rời dưới tác dụng của trọng lực.
+ Tăng ứng suất hữu hiệu trong đất do mực nước ngầm bị hạ thấp.
+ Tôn nền do quy hoạch có chiều dày lớn hơn 1m.
+ Phụ tải trên nền kho lớn hơn 20 KN/m2 .
+ Sự giảm thể tích của đất do chất hữu cơ trong đất bị phá hủy.

2.10. PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT CẤU DỰA VÀO PHƯƠNG PHÁP
MÔ PHỎNG MONTE CARLO
Trong quá trình thiết kế các công trình xây dựng, nhiều dữ liệu tính toán đầu
vào sẽ không mang giá trị cố định, mà sẽ dao động ngẫu nhiên quanh giá trị thiết kế
ban đầu và thường tuân theo một qui luật phân phối xác suất cố định. Những thay đổi
có thể do yếu tố tự nhiên hoặc do yếu tố con người. Điều này dẫn đến ứng xử đầu ra
của kết cấu cũng dao động theo một qui luật phân phối xác suất, và sẽ có một số
trường hợp ứng xử đầu ra vượt quá giới hạn cho phép được định trước như: chuyển vị
vượt quá chuyển vị cho phép, ứng suất vượt quá ứng suất cho phép,…Xác suất các
trường hợp ứng xử đầu ra vượt quá giới hạn cho phép được gọi là xác suất không an
toàn của kết cấu hay xác suất phá hủy của kết cấu. Khi đó, việc xác định xác suất phá
hủy của kết cấu khi có sự dao động ngẫu nhiên của các yếu tố đầu vào được gọi là bài
toán phân tích độ tin cậy của kết cấu [3, 4, 6].
2.10.1 Tổng quan về lý thuyết tính toán độ tin cậy
Bước đầu tiên trong việc tính toán độ tin cậy hay xác suất phá hủy của một kết
cấu là chọn tiêu chuẩn an toàn hay phá hoại của phần tử hoặc kết cấu được xem xét
cụ thể, các tham số tải trọng hay sức bền thích hợp, được gọi là biến cơ bản Xi, và
quan hệ chức năng của chúng phù hợp với tiêu chuẩn áp dụng [5, 9]. Về mặt toán
học, hàm công năng cho mối quan hệ này có thể được mô tả bởi:
M =g(X1, X2,…., Xn)
(2.36)
2.10.2. Các bước cơ bản của bài toán phân tích độ tin cậy của kết cấu
Tổng quát, một bài toán phân tích độ tin cậy cho kết cấu bao gồm các bước sau
[10]:
b1. Xác định hàm trạng thái giới hạn
Hàm trạng thái gới hạn là ngưỡng an toàn cho phép của kết cấu, và được thiết
lập dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế đã qui định trước hoặc do nhà thiết kế đặt ra như:
ứng suất cho phép của vật liệu, chuyển vị cho phép của kết cấu,…Tuỳ vào yêu cầu
của thiết kế và mức độ quan trọng của công trình mà người thiết kế có thể lựa chọn
một hoặc nhiều hàm trạng thái giới hạn để đánh giá.

Hàm trạng thái giới hạn được đại điện bởi hai thành phần và có dạng như sau:
g(x) = R(x) – Q(x)
(2.44)
b2. Lựa chọn biến ngẫu nhiên


8

g
xi

g
xi

g ( xi

xi ) g ( xi )
xi

(2.45)

Trong đó:
- xi là một giá trị được chọn bất kỳ của biến ngẫu nhiên thứ i
- ∆xi là số gia của biến và thông thường được chọn rất bé.
Dựa vào kết quả phân tích độ nhạy, người thiết kế sẽ chọn các biến ngẫu nhiên
có độ nhạy lớn để tiến hành phân tích độ tin cậy.
b3. Xác định các thông số cần thiết của biến ngẫu nhiên
2.10.3. Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo Simulation (MCS)
n
Pf

100
(2.46)
N
Bản chất của phương pháp này là xây dựng tương tự xác suất hoặc phục hồi đại
lượng được nghiên cứu, hiện thực nó một cách ngẫu nhiên và xem kết quả nhận được
như lời giải gần đúng của bài toán. Độ chính xác của các kết quả nhận được phụ
thuộc vào số lần thử nghiệm N và càng chính xác khi N càng lớn. Như đã biết, sai số
của phương pháp Monte Carlo tỷ lệ với C / N , với C là một hằng số nào đó, nghĩa là
để giảm sai số 10 lần thì phải tăng N lên 102 lần.
2.11. KẾT LUẬN
Trong chương này, đã trình bày sơ lược và một số phương pháp tính toán độ tin
cậy để xác định rõ về mức độ tin cậy đối với kết cấu móng cọc công trình xây dựng,
trong chương 3 sẽ trình bày tính toán móng cọc chịu ảnh hưởng của ma sát âm dựa
theo lý thuyết độ tin cậy
CHƯƠNG 3
ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở THÀNH PHỐ
QUẢNG NGÃI KHI XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CỦA SỐ LIỆU NỀN ĐẤT
3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Như đã phân tích ở chương 2, địa chất khu vực thành phố Quảng Ngãi chia ra
làm 2 khu vực đó là khu vực địa chất yếu thường nằm ở vị trí ruộng trũng, ao, hồ,
đầm lầy có dạng nền đất đắp (san nền) và khu vực có địa hình khá cao, địa chất tốt.
Trong đó, với điều kiện địa chất có lớp đất yếu dày ở nông so với mặt đất tự nhiên, xu
thế sử dụng móng cọc bê tông cốt thép dưới các công trình xây dựng ở khu vực
Quảng Ngãi trở nên phổ biến. Bên cạnh đó, các khu dân cư mới và các khu cụm công
nghiệp được đầu tư xây dựng ngày càng nhiều và không ít trường hợp phải hình
thành trên nền trước kia là vùng trũng (ruộng lúa thấp, ao mương…) cần san lấp để
đạt cao độ quy hoạch hay tôn nền để vượt lũ. Sự cố kết của đất yếu dưới nền đắp làm


9

gây ra ma sát âm tác dụng lên móng cọc dưới các công trình xây dựng tại các khu
này. Hiện tượng này làm giảm sức chịu tải của cọc, làm tăng tải trọng tác dụng vào
cọc và có thể gây mất ổn định cho công trình.
3.2. BÀI TOÁN 1: Phân tích móng cọc trên nền đất yếu - ảnh hưởng hiện tượng
ma sát âm
Thông số bài toán
Chúng ta xét ảnh hưởng của ma sát âm sự làm việc của cọc đơn bê tông cốt thép
(BTCT) cạnh 30x30cm, dài 30m, gồm 3 đoạn cọc nối lại, cọc được đóng vào tầng đất
có các thông số địa chất như sau:

Bảng 3.1. Số liệu địa chất
Thông số
Chiều dày
Dung trọng tự nhiên
Dung trọng đẩy nổi
Module đàn hồi
Lực dính
Góc ma sát trong

Ký hiệu
h (m)
γđn (kN/m3)
γđn (kN/m3)
E (kN/m2)
C (kN/m2)
(o)

Hệ số poisson

Lớp 1
17.9
16
6
2000
9
6

Lớp 2
5.6
20
10
7000
24.5
27.1

Lớp 3
1.5
192
9.2
15000
6
27

Lớp 4
18
19.6
9.6
17000
9.1

27.2

0.25

0.3

0.3

0.3

Mực nước ngầm sâu cách cốt ±0.00 là 5 (m)
Mô đun đàn hồi của cọc E = 2.65x106 (T/m2)
Nhằm tôn tạo bãi, nâng cao trình nền, người ta đấp một khối đất có chiều cao 2m, γtn
= 14.0 kN/m2.
Áp lực gây lún: Pgl 14.0 2 28.0 (kN/m2)
Lực tác dụng lên đầu cọc P = 55T, β = 0.8.
Tính toán độ lún cho lớp đất sét yếu
Tính độ lún của lớp sét yếu:
0.8
28 17.9
2000

n
i

S pi
i 1

Ei

Pgl hi

0.2005 (m)

Tính toán độ lún của cọc
Biến dạng đàn hồi của bản thân cọc
L

P L
Ap Ec

55 30
0.3 0.3 2.65 106

0.69 10 2 (m)

Độ lún của đất ở mũi cọc (không xét đất đấp)

Sm

qp B

1

2

Ei

Ứng suất hữu hiệu do nền gây ra tại mũi cọc :

10
'
vp
'
vp

'
i

Hi

16 5 6 (17.9 5) 10 5.6 9.2 1.5 9.6 5

2

275.2 (kN/m )

Cọc được ngàm vào lớp 4: φ = 27.20 ; C = 9.1 (kN/m2)
Tra theo bảng tra của Vesic ta được: Nq=13.5; Nc=24.31; Nγ= 14.9
Cường độ đất nền dưới mũi cọc:
'
vp

qp

c Nc

Nq

d

N

qp

9.1 24.31 257.2 13.5 9.6 0.3 14.9

2

3.981 103 (kN/m )

Vậy độ lún của đất ở mũi cọc :
Sm

3.981 103 0.3 0.88 1 0.32

0.0563 (m)

17000

Độ lún của đất ở thân cọc

Sb

B

f si

i

1

2

E0i

Lưu ý: Ở đây chúng ta có 4 lớp đất (1, 2, 3, 4) và chiều sâu mực nước ngầm nằm ở
độ sâu -5m, tức là nằm giữa lớp đất 1, vì vậy để thuận tiện ta chia lớp đất 1 thành 02
phần : nằm trên (1a) và dưới (1b) mực nước ngầm. Chúng ta có bảng tính các giá trị
Sbi như sau:

Bảng 3.2. Tính toán độ lún do lực thân cọc đối với từng lớp đất
Lớp đất

Ư/s hữu hiệu
theo phương

Lực ma sát
bên fsi

Hệ số ωbi

Độ lún do lực
thân cọc Sbi

40.0

10.06

3.42

0.0049

118.7

17.47

4.29

0.0106

185.4

23.74

3.51

0.0117

220.3

78.52

2.78

0.0085

251.2

74.08

3.42

0.0046

đứng
Lớp 1a: φ=6o ; C=9 ; γ=16 ;
H1a=5
Lớp 1b: φ=6o ; C=9 ; γ=6 ;
H1b=12.9
Lớp 2: φ=27,1o ; C=24.5;
γ=10 ; H2=5.6
Lớp 3: φ=27o ; C=6; γ=9.2 ;
H3=1.5
Lớp 4: φ=27,2o ; C=9.1;
γ=9.6 ; H4=5.0

Sb

'
vi

Sbi 0.0403 (m).

Độ lún toàn bộ của cọc

S

L Sm Sb 0.69 10 2 5.63 10 2 4.03 10 2 10.35 10 2 (m)

11

- Xác định chiều dài của cọc chịu ma sát âm
Chiều sâu ảnh hưởng đến ma sát âm

S
1 d H1
S pi

z

10.35 10 2
1
17.9 8.66 (m)
20.05 10 2

- Xác định sức chịu tải của cọc khi không có ma sát âm
Sức chịu tải cực hạn ban đầu khi chưa có khối đắp :
Qp q p Ap 3.98 103 0.3 0.3 358.24 (kN).

Qs u
Qs

f s Hi

4 0.3

10.06 5 17.47 12.9 23.74 5.6 78.52 1.5 74.08 5.0

Qs 1076.3 (kN)
Qa

Qs
FSs

Qp
FS p

1076.3 358.24
657.57 (kN)
2
3

- Xác định sức chịu tải của cọc khi có xét ma sát âm do nền đất yếu
Xét lớp đất 1 chiều dày 17,9m với chiều sâu đoạn ma sát âm trong lớp đất này là
z = 8.66m lớn hơn chiều sâu mực nước ngầm, vì vậy chúng ta có thể chia cọc thành
03 đoạn như sau.
+ Đoạn ma sát âm dài 5m (trên mực nước ngầm)
5
'
16
40.0
v1
2
f s1

1 sin 60

40 tg(60 )

9 10.06

+ Đoạn ma sát âm dài (8.66 – 5) = 3.66m (dưới mực nước ngầm)
3.66
'
16 5 6
90.98
v2
2
fs2

1 sin 60

90.98 tg(60 ) 9 14.86

+ Đoạn ma sát dương dài (17.9-8.66) = 9.24m
9.24
'
16 5 6 3.66
129.68
v3
2
fs3

1 sin 60

129.68 tg(60 ) 9 18.50

Như vậy :

QsMSÂ

4 0.3

40 10.06 90.98 14.86 129.68 18.5
23.74 5.6 78.52 1.5 74.08 5.0

QsMSÂ 824.85 (kN)


12

QsMSÂ
FSs

MSÂ
a

Q

Qp
FS p

824.85 358.24
2
3

531.84 (kN)

Độ giảm sức chịu tải của cọc khi xét ma sát âm:

Q Qa QaMSÂ 657.57 531.84 125.73 (kN)
Kết luận: Khi có kể đến ma sát âm, sức chịu tải của cọc giảm 125.73kN (khoảng
19%) trong trường hợp có phụ tải đất đắp trên nền đất yếu.
3.3. BAI TOAN 2 : Phân tích các đặc trưng thống kê của sức chịu tải móng cọc
trên nền đất yếu khi xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất
3.3.1. Cơ sở lý thuyết
Để tính toán nội lực trong móng cọc có xét đến tính ngẫu nhiên của các chỉ tiêu
nền đất, theo phân tích trong phần tổng quan, ta có thể sử dụng phương pháp mô hình
hóa thống kê. Trong trường hợp xem xét các chỉ tiêu cơ lý của nền đất là các đại
lượng ngẫu nhiên, sức chịu tải của cọc cũng là đại lượng ngẫu nhiên.
Biến ngẫu nhiên được chọn trong bài toán là các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
nền gồm góc nội ma sát (φ), lực dính (c), dung trọng tự nhiên (γ). Giả định các biến
ngẫu nhiên này tuân theo quy luật phân bố chuẩn (normal) với giá trị trung bình (μ)
được lấy từ bảng 3.1. Hệ số biến thiên (cv) của các biến ngẫu nhiên được lấy khoảng
10% (cv = 0.1). Từ đó, độ lệch chuẩn của các biến ngẫu nhiên sẽ là σ = 10%μ.
Như vậy, với 3 chỉ tiêu cơ lý (φ, c, γ) của 4 lớp đất nền, chúng ta sẽ có tất cả 12
biến ngẫu nhiên.
3.3.2. Các bước tính toán
Bước 1: Phát sinh một dãy Ns giá trị {φ, c, γ}1, {φ, c, γ}2, {φ, c, γ}i…, tuân theo
quy luật phân bố chuẩn dựa vào kỳ vọng và độ lệch chuẩn đã biết của các giá trị φ, c
và γ.
Bước 2: Tính toán một giá trị của sức chịu tải của cọc Q aMSÂ theo trình tự được
mô tả ở mục 3.2.
Bước 3: Lặp lại Ns lần Bước 1 và Bước 2, nhận được N giá trị của QaMSÂ.
Bước 4: Kỳ vọng và phương sai của đại lượng QaMSÂ` tính theo các công thức
MSÂ
a

Q

1
N

N
MSÂ
si

Q
i 1

MSÂ
s

và var Q

1

N

N 1

i 1

MSÂ
si

Q

2

1
N

2

N
MSÂ
si

Q
i 1

Bước 5: Xác định độ tin cậy của móng cọc bằng phương pháp thống kê
Nf
với Nf là số lần mô phỏng mà giá trị QaMSÂ Pmax (xem chi tiết ở sơ đồ khối
Pf
N
thể hiện ở hình vẽ 3.2).


13

Hình 3.3 Biểu đồ tần suất xuất hiện các giá trị sức chịu tải của cọc với 2 trường
hợp có xét và không xét đến ảnh hưởng của nền đất yếu do hiện tượng ma sát
âm.
Từ kết quả mô phỏng ta so sánh với giá trị Pmax , khi đó kết quả độ tin cậy (xác
suất phá hủy) của kết cấu móng ở hai trường hợp như sau:

8000
100% 92.0%
- Không xét ma sát âm: Ps 1 Pf 1
100000
1853
Ps 1 Pf 1
100% 81.47%
- Có xét ma sát âm:
100000
Như vậy, ta thấy rằng móng thiết kế theo trên là tương đối an toàn (>90%), tuy
nhiên khi có kể đến ma sát âm, xác suất an toàn (81.47%) của móng cọc sẽ nhỏ hơn
rất nhiều trường hợp không xét ma sát âm.
3.3.4. Khảo sát độ tin cậy của móng cọc khi thay đổi tải trọng truyền xuống
cọc, phụ tải đất đắp và mực nước ngầm
Trong phần này, chúng ta lần lượt thay đổi các giá trị tải trọng tác dụng lớn
nhất lên cọc (Pmax) , áp lực gây lún do phụ tải đất đắp (Pgl) và chiều sâu mực nước
ngầm (MNN) để quan sát ảnh hưởng của các yếu tố đến độ tin cậy của móng cọc.
Kết quả tính toán cho cả hai trường hợp được thể hiện trong 3 hình vẽ dưới
đây :


14

Hình 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của Pmax đến độ tin cậy của kết cấu

Hình 3.5. Khảo sát ảnh hưởng của Pgl đến độ tin cậy của kết cấu


15

Hình 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của MNN đến độ tin cậy của kết cấu
Nhận xét :
i) Trường hợp thay đổi giá trị Pmax tác dụng vào đầu cọc (hình 3.4) thì sự thay
đổi kết quả độ tin cậy của hai trường hợp (có và không có MSA), P max càng lớn thì độ
tin cậy (Ps) của kết cấu càng nhỏ.
ii) Trường hợp thay đổi phụ tải đất đắp (hình 3.5), chúng ta có thể nhận thấy
rằng khi kể đến hiện tượng ma sát âm, độ tin cậy cho kết cấu sụt giảm nghiêm trọng.
Phụ tải đất đắp càng tăng (áp lực gây lún càng lớn) sức chịu tải của cọc giảm mạnh và
khi đó độ tin cậy của kêt cấu móng càng giảm mạnh. Trong khi đó, đối với trường
hợp không xét ma sát âm kết quả độ tin cậy gần như không thay đổi, tức là không phụ
thuộc vào Pgl. Từ kết quả thu được, có thể kết luận rằng sự ảnh hưởng của hiện tượng
ma sát âm đến khả năng chịu tải của móng cọc là rất đáng kể. Chính vì vậy, đối với
những công trình có công tác san lấp thì việc kể đến hiện tượng ma sát âm trong quá
trình thiết kế là cực kỳ quan trọng.
iii) Đối với trường hợp thay đổi chiều sâu mực nước ngầm (hình 3.6), ta nhận thấy
hiện tượng ma sát âm chỉ ảnh hưởng trong khoảng nhất định khi thay đổi mực nước ngầm,
giá trị này còn tùy thuộc vào mỗi bài toán khác nhau. Với trường hợp đang xét, nếu chiều
sâu mực nước ngầm sâu hơn khoảng 6m thì kết quả hai trường hợp là như nhau.
3.4. BAI TOAN 3 : Đánh giá hiệu quả giải pháp móng cọc thông qua bài toán tối
ưu đa mục tiêu
3.4.1. Đặt vấn đề


16

Như chúng ta đã biết, một trong những ưu điểm chính của kết cấu móng cọc là
khả năng chịu tải lớn, so với các loại móng khác như móng nông. Ngoài ra, độ ổn
định khi sử dụng móng cọc cũng tốt hơn so với móng nông. Tuy nhiên, nhược điểm
của kết cấu móng cọc là có giá thành xây dựng khá cao, và chiếm một tỷ trọng lớn
trong tổng giá thành công trình. Vì vậy trong thực tế, để việc thiết kế và thi công

móng cọc vừa đảm bảo độ bền, độ ổn định, cũng như đảm bảo giá thành cạnh tranh,
thì việc thiết lập và giải các bài toán tối ưu thiết kế cho kết cấu móng cọc là một vấn
đề quan trọng và nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới.
Tổng quát, một bài toán tối ưu có thể có một hay nhiều hàm mục tiêu. Tuy
nhiên trong thực tế, hầu hết các trường hợp ra quyết định luôn xem xét sự hòa hợp
giữa hai hay nhiều mục tiêu cùng lúc. Do đó, việc áp dụng tối ưu hóa đa mục tiêu để
tính toán cho kết cấu là thiết thực và mang lại nhiều lợi ích. Lời giải của bài toán tối
ưu hóa đa mục tiêu này sẽ là một tập hợp nghiệm tối ưu, thỏa mãn các mục tiêu đặt ra
theo các tỉ lệ ưu tiên hỗn hợp từ 0 đến 1 và tập hợp nghiệm này được gọi là tập
nghiệm Pareto.
3.4.2. Mô tả bài toán
Các thông số đầu vào của số liệu địa chất một công trình ở khu vực thành phố
Quảng Ngãi như trình bày ở bảng 3.4.

Bảng 3.4. Số liệu địa chất
STT

1
2
3
4
5
6
7

Tính chất
của đất
Dung trọng
tự nhiên
Dung trọng

đẩy nổi
Module đàn
hồi
Lực dính
Góc ma sát
trong
Hệ số
poisson
Bề dày lớp
đất

Đơn
vị

Bùn
sét,
chảy

Cát
pha
dẻo

Sét pha,
dẻo
mềm

Sét
nửa,
cứng

Cát
pha,dẻo

T/m3

1.46

1.95

1.95

1.9

2.02

γđn

T/m3

0.48

1.01

1.0

0.91

1.06

E

T/m2

80.1

805.5

555.7

599.0

1287.6

C

T/m2

0.57

0.9

2

2.65

0.88

Độ

3039’

22020’

10047’

12010’

24039’

-

0.41

0.28

0.25

0.15

0.28

m

18.5

8.2

3.9

6.7

23.5

Kí
hiệu

h


17

Bảng 3.5. Tải trọng tính toán tại chân cột
Tải trọng
N (T)
Mx (T.m)
My (T.m)
Qx (T)
Tải trọng tính toán
1050
210
39
25
Tải trọng tiêu chuẩn
913.1
182.6
33.9
21.7
3.4.3. Thiết kế sơ bộ móng cọc
a. Sơ bộ chọn kích thước tiết diện cọc.
Chiều sâu chôn móng thỏa mãn điều kiện của móng cọc (đài thấp)

hmin

tg (450

hmin

0

tg (45

2

)

Qy (T)
18
15.6

2Qtt
.Bd

3039'
2 x 25
)
2
1.46 x 4.8

2.58 (m)

Để đầu cọc không bị dịch chuyển và cột không bị uốn ta phải đặt cột ở độ sâu
sau cho đủ ngàm vào đất hm > hmin x0.7 (chọn hm = 3(m)
Chọn cọc khoan nhồi đường kính d = 0.8(m), mũi cọc nằm trong lớp đất cát
pha, dẻo tại cao độ -47.5 (m), có chiều dài cọc Lc = 45.0(m), đoạn cọc ngàm vào bệ là
0.5(m). Mũi cọc cắm vào lớp thứ 5 có chiều dày 23.5 (m), đất cát pha dẻo.

Fa
Fa

xd 2
4
3.14 x0.82
4

0.5024 (m)

xD2
x(0.4 0.65)%
4
3.14 x802
2
Fa
x(0.4 0.65)% 20.09 32.65 (cm )
4
Chọn 14
Fa = 28.13 (cm2)
Fa

b. Xác định sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền theo TCXDVN: 205 - 1998
Sức chịu tải cực hạn của cọc

Qu = Qs + Qp

Bảng 3.6. Bảng tính fsi
Lớp đất

φ

1-sinφ

tgφ

Hi (m)

1
2
3
4
5

3.65
22.33
10.78
12.17
29.21

0.94
0.62
0.81
0.79
0.51

0.06
0.41
0.19
0.22
0.559

15.5
8.2
3.9
6.7
10.2

γi
(kN/m3)
4.8
10.1
10.0
9.1
10.6

'
vi

2

(kN/m )
37.2
115.8
176.7

226.7
311.25

fsi
(kN/m)
6.21
35.79
41.36
57.12
89.41


18

c. Tính toán, chọn số lượng cọc, kích thước hình học đài cọc.
Ứng suất trung bình sơ bộ dưới đáy móng
sb
tb

Qa
(3d c ) 2

2994
(3 x0.8) 2

2

2

519.8 (kN/m ) = 51.98 (T/m )

Diện tích sơ bộ của đáy đài

Fsb

N0tt
sb
tb

1050
23.14 (m2)
51.98 1.1 2 3

h

tb d

Trọng lượng đài và đất phủ trên đài

Qsbd 1.1xFsb hd tb 1.1 23.14 3 2 152.72 (T)
Chọn số lượng cọc là 6 cọc
Bố trí cọc theo 2 phương : Phương x = 3 cọc ; phương y = 2 cọc
Cạnh dài của đài móng L = 6.8 (m), cạnh ngắn của đài móng B = 4.8 (m)
d. Kiểm tra móng cọc
*) Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc
Lực truyền xuống 1 cọc hàng biên :
tt
max
N tt M y X nen M xttYnenmax
tt

Qmax
nc
X i2
Yi 2
tt
Qmax

tt
Qmin

tt
Qmin

Kết luận :

1265.4 75 2.4 260 1.2
6
9.6
7.2
tt
max
N tt M y X nen M xttYnenmax

X i2

nc

272.98 (T)

Yi 2

1265.4 75 2.4 260 1.2
148.8 (T)
6
9.6
7.2
tt
Qmax
272.98(T) < Qa = 299.4 (T)
tt
Qmin
148.8 (T) > 0

Vậy : Điều kiện kiểm tra thỏa
**) Kiểm tra ổn định nền dưới khối móng quy ước

Bảng 3.7. Bảng tính góc ma sát trong trung bình
Lớp đất

hi (m)

φ(0)

hi x φ

1
2
3
4

15.5
8.2
3.9
6.7

3.65
22.33
10.78
12.17

56.57
183.13
42.06
81.52

tb

(0)

13.8


19

5
Tổng

10.2
44.5

24.65

251.43
614.71

Bảng 3.8. Xác định trọng lượng các lớp đất
hi
hi(m)
Trọng lượng lớp i (T)
(T / m3 )

Lớp đất

1
3
2
6
639.4
1
15.5
1.46
22.63
2070.6
2
8.2
1.95
15.99
1463
3
3.9

1.95
7.605
695.8
4
6.7
1.9
12.73
1164.8
5
10.2
2.02
20.61
1885.2
Tổng
85.6
7918.8
Lớp đất thứ nhất tính từ đáy đài móng trở lên và dung trọng là dung trọng trung
bình giữa đất và bê tông là 2 (T/m3)
Trọng lượng bản thân hệ cọc
d 2 x3.14
Nc nc xLc x2.5x
4
0.82 x3.14
Nc 6 x44.5x2.5x
335.6 (T)
4
Trọng lượng móng khối qui ước
Nmq = 7918.8 +335.6 = 8254.4 (T)
Lực dọc tiêu chuẩn ở tâm đáy móng khối quy ước
tc

N mq
N mq N 0tt / 1.15 9167 (T)
Mô men tiêu chuẩn ở tâm đáy khối móng qui ước
tc
M mq
M 0tc Q0tc x(Lc+ hđ)

210
25x44.5 2 1193 (T.m)
1.15
Độ lệch tâm tiêu chuẩn
tc
M mq
e
= 0.13 (m)
tc
N mq
tc
M mq

Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước
tc
N mq
=91.93 (T/m2)
max
6e
Fmq x(1
)
Lmq

20
tc
N mq
min

Fmq x(1
max

6e
)
Lmq
min

tb

=80.11 (T/m2)

= 86.02 (T/m2)

2
Cường độ tiêu chuẩn của đất nền dưới móng khối qui ước
R tc

m1m2
( ABmq
ktc

n
mq

B

hi

i

DCmq )

1

1.3x1.1
x(0.757 x9.37 x1.06 4.027 x85.6 6.595 x0.88)
1
2
Rtc 511. 7 (T/m )
Với tc
= 24,650
mq
Rtc

Tra bảng ta được:
A = 0.757; B = 4.027; D = 6.595
Kiểm tra điều kiện
max

91.93(T/m2) < Rtc =511. 7x1.2=614 (T/m2)

min

80.11 (T/m2) > 0

tb

86.02 (T/m2) < Rtc = 511. 7 (T/m2)

Kết luận : Cường độ đất nền thỏa mãn điều kiện
3.4.4. Đánh giá giải pháp móng cọc thông qua bài toán tối ưu giữa chi phí và
khả năng chịu lực của móng cọc
Các thông số của bài toán như chỉ tiêu cơ lý và cường độ đất nền (γ, c, φ) hoặc
tải trọng tác động (N, M, Q) được xem là giá trị tiền định khi giải bài toán thiết kế.
Trong nghiên cứu này, dựa trên điều kiện thi công thực tế, các tác giả đã chọn hai loại
đường kính 1,0m và 1,2m để thiết kế ban đầu cho cọc khoan nhồi điển hình. Tuy
nhiên, khi thiết kế tối ưu đa mục tiêu, tác giả sẽ khảo sát cho tất cả các trường hợp
của đường kính cọc Dc = {0,6m  1,2m}, để giúp cho người thiết kế có nhiều cơ sở
lựa chọn và đánh giá các phương án thiết kế.
Sơ đồ tính toán:


21

Thông số đầu
vào bài toán

Thiết kế tiền định

Áp dụng TCVN
và Vesic (1973)

Thiết kế tối ưu đa

mục tiêu

Giải thuật tối ưu
MCS

Kết quả tối
ưu
Hình 3.8 Sơ đồ khối tính toán tối ưu
Bài toán thiết kế tối ưu đa mục tiêu cho kết cấu móng cọc được trình bày như
sau:
Hàm mục tiêu

Min f1(Dc,Lc) = min {V(X)}; Min f2(Dc,Lc) = min {S(X)}
g1(Dc,Lc) = Pmax – Qu <0 ; g2(Dc,Lc) = S(X) – 0,08 ≤0 ; -Pmin <0
Hàm ràng buộc
; 0,6 m ≤ Dc ≤ 1,2 m; 30 m ≤ Lc ≤ 100 m.
Biến thiết kế
X = (Dc,Lc)
Trong phần này, các tác giả sẽ giải bài toán tối ưu đa mục tiêu cho móng cọc
gồm 6 cọc. Hàm mục tiêu là cực tiểu thể tích V(X) và cực tiểu độ lún móng cọc S(X);
hàm ràng buộc gồm các ràng buộc về khả năng chịu tải, độ lún và giới hạn biến thiết
kế. Trong đó biến thiết kế chiều dài [Lc] được khảo sát trong khoảng (30 m; 100 m)
và đường kính được khảo sát trong khoảng (0,6 m; 1,2 m).
Kết quả tính toán trong hình 3.8 cho thấy, nghiệm bài toán không chỉ là
một nghiệm duy nhất như bài toán thiết kế tối ưu đơn mục tiêu, mà sẽ là một tập hợp
các điểm thiết kế tối ưu nằm trên đường pareto. Kết quả này vì vậy sẽ giúp cho
người thiết kế có thêm nhiều sự lựa chọn trong quá trình tính toán thiết kế.


22

Hình 3.9. Nghiệm tối ưu đa mục tiêu cho kết cấu móng cọc
Dựa vào nghiệm tối ưu trên đường cong pareto này, người thiết kế có thể
chọn các điểm thiết kế thiên về an toàn hoặc thiên về tiết kiệm chi phí. Kết quả chi
tiết được thể hiện ở bảng 3.10. Kết quả cho thấy rằng nếu chọn phương án thiết kế
thiên về an toàn thì nên chọn điểm thiết kế I, hoặc phương án thiên về tiết kiệm chi
phí thì nên chọn điểm thiết kế G, hoặc phương án cân đối giữa chi phí và an toàn thì
nên chọn điểm thiết kế H.

Bảng 3.9. Tổng hợp nghiệm tối ưu đa mục tiêu cho kết cấu móng cọc
Điểm
G
H
I
Đường kính Dc (m)
0,6
0,6
1,1
Chiều dài Lc (m)
48,7
97,2
100
Thể tích V (m3)
49,12
62,84
181,1
Độ lún S(m)
0,059
0,04
0,035

Nhận xét:
Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu, thiết lập và giải bài toán tối ưu hóa đa mục
tiêu cho kết cấu móng cọc bằng phương pháp Monte Carlo. Bài toán tối ưu đa mục
tiêu được thành lập với hai hàm mục tiêu đối lập nhau là cực tiểu thể tích móng cọc
và cực tiểu độ lún. Biến thiết kế là chiều dài cọc Lc và đường kính cọc Dc . Điều kiện
ràng buộc bài toán tối ưu gồm có ràng buộc về khả năng chịu tải, ràng buộc về độ lún
móng cọc và ràng buộc về độ ổn định của đất nền.


23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Địa chất khu vực thành phố Quảng Ngãi chia ra làm 2 khu vực đó là khu vực
địa chất yếu thường nằm ở vị trí ruộng trũng, ao, hồ, đầm lầy có dạng nền đất đắp
(san nền) và khu vực có địa hình khá cao, địa chất tốt. Trong đó, với điều kiện địa
chất có lớp đất yếu dày ở nông so với mặt đất tự nhiên, xu thế sử dụng móng cọc bê
tông cốt thép dưới các công trình xây dựng ở khu vực Quảng Ngãi trở nên phổ biến.
Bên cạnh đó, các khu dân cư mới và các khu cụm công nghiệp được đầu tư xây dựng
ngày càng nhiều và không ít trường hợp phải hình thành trên nền trước kia là vùng
trũng (ruộng lúa thấp, ao mương…) cần san lấp để đạt cao độ quy hoạch hay tôn nền
để vượt lũ. Sự cố kết của đất yếu dưới nền đắp làm gây ra ma sát âm tác dụng lên
móng cọc dưới các công trình xây dựng tại các khu này. Hiện tượng này làm giảm
sức chịu tải của cọc, làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc và có thể gây mất ổn định
cho công trình.
Ở khía cạnh khác, móng cọc có khả năng chịu tải lớn những giá thành lại khá
cao và chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng giá thành công trình. Chính vì vậy, khi sử
dụng móng cọc cần phải có thiết kế hợp lý.
Chính vì vậy, trong luận văn này tác giả đã thực hiện được các bài toán đánh
giá giải pháp móng cọc trên nền đất yếu có xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất và

bài toán tối ưu kết cấu móng cọc, trong đó hàm mục tiêu bao gồm cực tiểu thể tích
móng cọc (gồm cọc và đài cọc) và độ lún của móng cọc.
Thông qua ba bài toán với 2 lọa cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc khoan nhồi
với hai loại nền đất khác nhau, tác giả có một số kết luận như sau:
Khi có kể đến ma sát âm do nền đất yếu, sức chịu tải của cọc giảm đáng kể
(khoảng 19%), tương ứng với đó, ta thấy rằng móng thiết kế theo trên là tương đối an
toàn (>90%) nếu không xét ma sát âm, nhưng khi có kể đến ma sát âm, xác suất an
toàn (81.47%) của móng cọc sẽ nhỏ hơn rất nhiều. Như vậy điều này chứng tỏ, cần
phải được lưu ý khi đánh giá móng cọc trên nền đất yếu.
Cụ thể hơn, khi thay đổi phụ tải đất đắp, chúng ta có thể nhận thấy rằng khi kể
đến hiện tượng ma sát âm, độ tin cậy cho kết cấu sụt giảm nghiêm trọng. Phụ tải đất
đắp càng tăng (áp lực gây lún càng lớn) sức chịu tải của cọc giảm mạnh và khi đó độ
tin cậy của kêt cấu móng càng giảm mạnh. Trong khi đó, đối với trường hợp không
xét ma sát âm kết quả độ tin cậy gần như không thay đổi, tức là không phụ thuộc vào
Pgl. Từ kết quả thu được, có thể kết luận rằng sự ảnh hưởng của hiện tượng ma sát
âm đến khả năng chịu tải của móng cọc là rất đáng kể. Chính vì vậy, đối với những
công trình có công tác san lấp thì việc kể đến hiện tượng ma sát âm trong quá trình
thiết kế là cực kỳ quan trọng.