xác định hệ số nhóm của nhóm cọc khoan nhồi từ thí nghiệm nén tĩnh dọc trục cọc đơn khu vực quận 1, thành phố hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
-----------------------------------------------

NGUYỄN PHƯỚC LIÊM

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÓM CỦA NHÓM CỌC KHOAN
NHỒI TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH DỌC TRỤC CỌC
ĐƠN KHU VỰC QUẬN 1, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN
DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Thành Phố Hồ Chí Minh, Năm 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
----------------------------------------

NGUYỄN PHƯỚC LIÊM
XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÓM CỦA NHÓM CỌC KHOAN
NHỒI TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH DỌC TRỤC CỌC
ĐƠN KHU VỰC QUẬN 1, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành
Mã số chuyên ngành

: Xây Dựng Công Trình Dân Dụng và Công Nghiệp
: 60 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN
DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS Dương Hồng Thẩm

Thành Phố Hồ Chí Minh, Năm 2019


ii

Lời cảm ơn
Trước tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy PGS.TS
Dương Hồng Thẩm. Thầy đã hướng dẫn giúp tôi hình thành nên ý tưởng của đề tài,
hướng dẫn tôi phương pháp tiếp cận nghiên cứu. Thầy đã có nhiều ý kiến đóng góp quý
báu và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy Cô trong chương trình cao học
Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp của trường Đại Học Mở Thành Phố Hồ Chí Minh
đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khoá học vừa qua.
Và cũng không quên lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã động viên tinh
thần và nhiệt tình hỗ trợ cung cấp những hồ sơ, tài liệu giúp tôi có những thông tin cần
thiết phục vụ cho việc nghiên cứu.
Lời cảm ơn sau cùng xin dành cho ba mẹ và những người thân trong gia đình đã
hết lòng quan tâm và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành được luận văn thạc sỹ
này.
Mặc dù bản thân đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện, tuy nhiên không thể không
có những thiếu sót nhất định. Kính mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung những
kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn.
Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 11 năm 2019

Học viên

Nguyễn Phước Liêm


iii

Lời Cam Đoan
Tôi xin cam đoan rằng luận văn “Xác định hệ số nhóm của nhóm cọc khoan nhồi
từ thí nghiệm nén tĩnh dọc trục cọc đơn khu vực Quận 1, Thành Phố Hồ Chí Minh” là
công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS.TS Dương Hồng
Thẩm.
Ngoại trừ những tài liệu được tham khảo, trích dẫn trong luận văn này, tôi xin
cam đoan rằng các kết quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các
nghiên cứu khác.
Không có sản phẩm nào của người khác được sử dụng trong luận văn này mà
không được trích dẫn theo đúng quy định.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 11 năm 2019
Học viên

Nguyễn Phước Liêm


iv

Tóm Tắt Luận Văn
XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÓM CỦA NHÓM CỌC KHOAN NHỒI TỪ THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH DỌC TRỤC CỌC ĐƠN KHU VỰC QUẬN 1,
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TÓM TẮT: Đề tài luận văn tập trung nghiên cứu hệ số nhóm của cọc khoan nhồi

cho công trình có nền đất ở khu vực Quận 1 - Thành Phố Hồ Chí Minh bằng phương
pháp mô phỏng có số lượng và khoảng cách tim cọc khác nhau dựa trên phần mềm Plaxis
3D Foundation kết hợp với thí nghiệm nén tĩnh ngoài hiện trường. Lấy kết quả mô phỏng
được là biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị. Kết quả cho thấy:
Khi cọc được bố trí so le cũng bị ảnh hưởng do hệ số nhóm (trong công thức của
Converse Labarre không đề cập đến vấn đề này).
Khoảng cách bố trí cọc ảnh hưởng rất lớn tới hệ số nhóm, khi khoảng giữa các
cọc giảm thì hệ số nhóm giảm, khi khoảng cách giữa các cọc tăng thì hệ số nhóm tăng.
Từ khoá: Sức chịu tải của cọc, hệ số nhóm cọc.

DETERMINATION OF THE GROUP COEFFICIENT OF THE BORED
PILE OF DRILLS FROM THE STATIC COMPRESSION TEST IN THE
SINGLE SHAFT OF DISTRICT 1, HO CHI MINH CITY
ABSTRACT: The dissertation focuses on studying the coefficients of bored piles
for soil-based constructions in District 1 - Ho Chi Minh City by simulating many models
with different number and distance of pile piles. based on Plaxis 3D Foundation software
combined with field static compression testing. Taking the simulation results is the load
- displacement relationship diagram. The results showed:
When the pile is arranged odds is also affected by the group coefficient (in
Converse Labarre’s formula does not mention this issue).
The pile layout distance greatly affects the group factor, when the interval
between piles decreases, the group coefficient decreases, when the gap between the piles
increases, the group coefficient increases.
Keywords: Bearing capacity of pile, Coefficient of pile groups.


v

Mục Lục
Lời cảm ơn .......................................................................................................................ii

Lời Cam Đoan ................................................................................................................ iii
Tóm Tắt Luận Văn ..........................................................................................................iv
Mục Lục ........................................................................................................................... v
Danh Mục Hình ..............................................................................................................vii
Danh Mục Bảng ............................................................................................................... x
Danh Mục Từ Viết Tắt ....................................................................................................xi
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................... 1
1.1. Giới thiệu ........................................................................................................... 1
1.2. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 2
1.3. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2
1.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 3
1.5. Đóng góp và giới hạn của đề tài ........................................................................ 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ........................................................................................ 4
2.1. Về Hệ số nhóm cọc ............................................................................................ 4
2.2. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm hiện trường về hệ số nhóm trước đây .... 5
2.3. Kết luận chương 2 ............................................................................................ 11
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH SỨC CHỊU TẢI VÀ HỆ SỐ NHÓM .... 13
3.1. Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT
................................................................................................................................ 13


vi

3.2. Lý thuyết hệ số nhóm cọc ................................................................................ 16
3.3. Tính toán hệ số nhóm theo quy định các tiêu chuẩn Việt Nam ....................... 21
3.4. Tính toán hệ số nhóm trong Plaxis 3D-Foundation ......................................... 23
3.5. Nhận xét chương 3 ........................................................................................... 34
CHƯƠNG 4: TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỰC HẠN CỦA CỌC ................................... 35
4.1. Tính ứng suất bản thân .................................................................................... 35
4.2. Hiệu chỉnh chỉ số SPT ..................................................................................... 39

4.3. Tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc theo Viện Kiến Trúc Nhật Bản ......... 41
4.4. Tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc theo Meryahof ................................... 45
4.5. Tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc bằng mô phỏng Plaxis ....................... 48
4.6. Nhận xét chương 4 ........................................................................................... 70
CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG NHÓM CỌC .................................................................. 71
5.1. Phân tích sức chịu cực hạn của nhóm cọc D800 dựa vào phần mềm Plaxis 3D
................................................................................................................................ 71
5.2. Kết quả so sánh .............................................................................................. 107
5.3. Phân tích hồi quy đa biến............................................................................... 110
KẾT LUẬN........................................................................................................... 115
KIẾN NGHỊ .......................................................................................................... 116
NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN ........................................................... 117
Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 118
Phụ lục báo cáo kết quả khảo sát địa chất .................................................................... 122


vii

Danh Mục Hình
Hình 2.1.1 Phân bố ứng suất trong nền cọc [29].............................................................. 4
Hình 2.2.1 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả khác trong
nền sét cứng và sét yếu ..................................................................................................... 7
Hình 2.2.2 Tỷ số độ lún (RS) theo thí nghiệm của Barden và Monckton (1970) và các
tác giả khác trên nhóm 3x3 với chiều dài cọc L=20d ...................................................... 8
Hình 2.2.3 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của G.Dai (2012) và các tác giả khác ............ 10
Hình 2.2.4 Tỷ số độ lún theo thí nghiệm của G.Dai (2012) và các tác giả khác ........... 11
Hình 3.1.1 Biểu đồ xác định hệ số α_p và f_L .............................................................. 14
Hình 3.2.1 Mặt bằng bố trí cọc trong nhóm cọc ............................................................ 17
Hình 3.2.2 Công thức xác định hệ số nhóm (η) theo nguyên tắc của Feld (1943) ........ 18
Hình 3.2.3 Sơ đồ của nhóm cọc ..................................................................................... 20

Hình 3.2.4 Đồ thị xác định hệ số lực dính α theo Randolph và Murphy (1985) ........... 21
Hình 3.4.1 Mặt bao phá hoại Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất..................... 27
Hình 3.4.2 Các mặt chảy dẻo của mô hình Hardening Soil ........................................... 28
Hình 3.4.3 Mặt chảy dẻo của mô hình Soft Soil trong không gian ứng suất ................. 29
Hình 4.2.1 Phối cảnh công trình “Khách sạn Silverland” .............................................. 36
Hình 4.3.1 Mặt cắt địa chất công trình ........................................................................... 37
Hình 4.8.1 Thí nghiệm thử tải tĩnh ở hiện trường .......................................................... 49
Hình 4.8.2 Kích thuỷ lực và các đồng hổ đo chuyển vị ................................................. 50
Hình 4.8.3 Biểu đồ quan hệ tải trọng - Độ lún cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh ... 54
Hình 4.8.4 Thiết lập tổng thể ......................................................................................... 57
Hình 4.8.5 Khai báo hình trụ hố khoan, gán các lớp đất và gán General cho cọc ......... 58
Hình 4.8.6 Gán Parameters cho Cọc .............................................................................. 59
Hình 4.8.7 Gán General cho lớp 1 ................................................................................. 60
Hình 4.8.8 Gán Parameters cho lớp 1 ............................................................................ 61


viii

Hình 4.8.9 Khai báo cọc D800 ....................................................................................... 62
Hình 4.8.10 Khai báo cao độ làm việc ........................................................................... 62
Hình 4.8.11 Chia lưới phần tử 2D .................................................................................. 63
Hình 4.8.12 Tạo pha tính toán ........................................................................................ 64
Hình 4.8.13 Chọn điểm A tại tâm cọc ở vị trí đỉnh cọc ................................................. 65
Hình 4.8.14 Tính toán .................................................................................................... 66
Hình 4.8.15 Xuất kết quả ............................................................................................... 67
Hình 4.8.16 Biểu đồ so sánh chuyển vị của Plaxis 3D và nén tĩnh cọc D800 ............... 68
Hình 4.8.17 Xuất kết quả sức chịu tải cọc D800 ........................................................... 69
Hình 4.8.18 Kết quả sức chịu tải cọc D800 ................................................................... 70
Hình 5.1.1 Bố trí cọc 3 cọc khoảng cách 3D ................................................................. 72
Hình 5.1.2 Giải sơ đồ 3 cọc khoảng cách 3D ................................................................. 73

Hình 5.1.3 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 3 cọc khoảng cách 3D ......... 74
Hình 5.1.4 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 3 cọc khoảng cách 3D .............................. 75
Hình 5.1.5 Bố trí cọc 5 cọc khoảng cách 3D ................................................................. 76
Hình 5.1.6 Giải sơ đồ 5 cọc khoảng cách 3D ................................................................. 77
Hình 5.1.7 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 5 cọc khoảng cách 3D ......... 78
Hình 5.1.8 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 5 cọc khoảng cách 3D .............................. 79
Hình 5.1.9 Bố trí 7 cọc khoảng cách 3D ........................................................................ 80
Hình 5.1.10 Giải sơ đồ 7 cọc khoảng cách 3D............................................................... 81
Hình 5.1.11 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 7 cọc khoảng cách 3D ....... 82
Hình 5.1.12 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 7 cọc khoảng cách 3D ............................ 83
Hình 5.1.13 Bố trí cọc 3 cọc khoảng cách 4D ............................................................... 84
Hình 5.1.14 Giải sơ đồ 3 cọc khoảng cách 4D............................................................... 85
Hình 5.1.15 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 3 cọc khoảng cách 4D ....... 86
Hình 5.1.16 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 3 cọc khoảng cách 4D ............................ 87
Hình 5.1.17 Bố trí 5 cọc khoảng cách 4D ...................................................................... 88


ix

Hình 5.1.18 Giải sơ đồ 5 cọc khoảng cách 4D.............................................................. 89
Hình 5.1.19 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 5 cọc khoảng cách 4D ....... 90
Hình 5.1.20 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 5 cọc khoảng cách 4D ............................ 91
Hình 5.1.21 Bố trí 7 cọc khoảng cách 4D ...................................................................... 92
Hình 5.1.22 Giải sơ đồ 7 cọc khoảng cách 4D.............................................................. 93
Hình 5.1.23 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 7 cọc khoảng cách 4D ....... 94
Hình 5.1.24 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 7 cọc khoảng cách 4D ............................ 95
Hình 5.1.25 Bố trí 3 cọc khoảng cách 6D ...................................................................... 96
Hình 5.1.26 Giải sơ đồ 3 cọc khoảng cách 6D............................................................... 97
Hình 5.1.27 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 3 cọc khoảng cách 6D ....... 98
Hình 5.1.28 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 3 cọc khoảng cách 6D ............................ 99

Hình 5.1.29 Bố trí 5 cọc khoảng cách 6D .................................................................... 100
Hình 5.1.30 Giải sơ đồ 5 cọc khoảng cách 6D............................................................. 101
Hình 5.1.31 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 5 cọc khoảng cách 6D ..... 102
Hình 5.1.32 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 5 cọc khoảng cách 6D .......................... 103
Hình 5.1.33 Bố trí 7 cọc khoảng cách 6D .................................................................... 104
Hình 5.1.34 Giải sơ đồ 7 cọc khoảng cách 6D............................................................. 105
Hình 5.1.35 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 7 cọc khoảng cách 6D ..... 106
Hình 5.1.36 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 7 cọc khoảng cách 6D .......................... 107
Hình 5.2.1 Biểu đồ so sánh sức chịu tải nhóm 3 cọc ................................................... 108
Hình 5.2.2 Biểu đồ so sánh sức chịu tải nhóm 5 cọc ................................................... 109
Hình 5.2.3 Biểu đồ so sánh sức chịu tải nhóm 7 cọc ................................................... 110
Hình 5.3.1 Chọn Data>Data analaysis>Regression ..................................................... 111
Hình 5.3.2 Chọn Regression>Input>Labels>Confidence ............................................ 112


x

Danh Mục Bảng
Bảng 3.4.1 Chọn giá trị Modul đàn hồi theo chỉ số SPT [4]......................................... 31
Bảng 3.4.2 Giá trị tham khảo Modul đàn hồi theo Bowls (1984) ................................. 32
Bảng 3.4.3 Bảng tra hệ số Poisson [17] ........................................................................ 32
Bảng 3.4.4 Bảng tra hệ số Rinter. ................................................................................. 33
Bảng 4.4.1 Bảng phân loại lớp đất ................................................................................ 37
Bảng 4.4.2 Kết quả tính toán ứng suất bản thân ........................................................... 39
Bảng 4.5.1 Kết quả hiệu chỉnh chỉ số SPT.................................................................... 41
Bảng 4.6.1 Bảng thông số tính toán theo Viện Kiến Trúc Nhật Bản ............................ 43
Bảng 4.6.2 Cường độ sức kháng bên hông của cọc theo Nhật Bản .............................. 44
Bảng 4.6.3 Cường độ sức kháng mũi của cọc theo Nhật Bản ...................................... 45
Bảng 4.7.1 Bảng thông số tính toán theo Meyerhof ..................................................... 46
Bảng 4.7.2 Cường độ sức kháng bên hông của cọc Meyerhof ..................................... 47

Bảng 4.7.3 Cường độ sức kháng mũi của cọc Meyerhof .............................................. 48
Bảng 4.8.1 Số liệu của cọc tính toán ............................................................................. 48
Bảng 4.8.2 Qui trình gia tải và giảm tải của cọc CT2 ................................................... 51
Bảng 4.8.3 Tổng hợp kết quả nén tĩnh cọc D800 (CT2) ............................................... 53
Bảng 4.8.4 Bảng thông số Plaxis 1 ............................................................................... 55
Bảng 4.8.5 Bảng thông số Plaxis 2 ............................................................................... 56
Bảng 4.8.6 So sánh kết quả chuyển vị giữa Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc D800 ............. 68
Bảng 5.2.1 Bảng hệ số nhóm cọc sau khi phân tích.................................................... 107
Bảng 5.3.1 Dữ liệu tính toán ....................................................................................... 111
Bảng 5.3.2 Kết quả hồi quy đa biến hai biến số cho sức chịu tải nhóm cọc............... 112
Bảng 5.3.3 Kết quả hồi quy đa biến ba biến số cho sức chịu tải nhóm cọc ................ 113


xi

Danh Mục Từ Viết Tắt
SPT

: Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn ( Standard Penetration Test).

KNCT

: Khả năng chịu tải.

PP

: Phương pháp.

PTHH

: Phần tử hữu hạn.

MC

: Mô hình đàn – dẻo lý tưởng Mohr coulomb.

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam.

Tp.HCM

: Thành phố Hồ Chí Minh


1

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Giới thiệu
Cọc khoan nhồi hiện nay, có thể nói là giải pháp chủ yếu để giải quyết kỹ thuật
móng và thi công không chiếm chỗ. Trong những năm gần đây, việc áp dụng giải
pháp móng cọc khoan nhồi đã trở thành xu thế được lựa chọn cho các công trình cao
tầng xuất hiện ngày càng nhiều tại Tp. Hồ Chí Minh. Điều này đã trở thành xu thế
chính trong quá trình hiện đại hóa thành phố. Quận 1 là một trung tâm đô thị, với tốc
độ xây dựng nhà cao tầng chóng mặt. Do đó việc đầu tư chuyên môn và khoa học kỹ
thuật về thiết kế nền móng cần được chú trọng tại đây.
Móng cọc khoan nhồi có những tính ưu việt hơn các loại móng cọc khác ở chỗ
có khả năng chịu được tải trọng lớn, mật độ cọc thấp, ít gây ra chuyển vị ngang và ít
gây ra ảnh hưởng chấn động khi thi công đến các công trình lân cận. Ngoài ra, trong
cấu trúc nền vùng Quận 1, TP.HCM có tầng cát, cát pha hoặc cát to lẫn sạn sỏi thạch

anh là tầng đất tốt, chiều dày lớn và chiều sâu phân bố hợp lý, ít biến đổi rất phù hợp
cho việc tựa cọc.
Nói về nhóm cọc, về phương diện kết cấu, sự làm việc của cọc tùy thuộc độ
cứng của đài, chiều sâu đặt đáy đài và khoảng cách giữa các cọc trong nhóm. Về
phương diện nền móng, có thể đúc kết rằng:
 Cách đánh giá khả năng chịu tải cho nhóm cọc trước hết là rất quan trọng
 Sự phân bố tải lên các cọc và sức chịu tải giữa các cọc trong nhóm
 Ảnh hưởng của số cọc, kiểu bố trí (hình tam giác, hình vuông, hình ngang,
hình dọc)
 Sự làm việc của nhóm cọc còn được cho rằng phụ thuộc vào loại đất. Tùy theo
loại đất mà xảy ra quá trình truyền tải giữa các cọc với nhau (theo loại đất dưới
mũi và xung quanh cọc).
Với đề tài nghiên cứu này, học viên mong muốn đóng góp vào việc xây dựng
một bộ thông số chung về hệ số nhóm cọc cho việc thiết kế móng cọc khoan nhồi các
công trình có nền đất ở Quận 1- Tp. Hồ Chí Minh.


2

1.2. Đặt vấn đề
Khả năng chịu tải (KNCT) xác định từ kết quả nén tĩnh cọc đơn nhưng KNCT
của nhóm cọc lại lấy theo ∑Qcọc đơn x Hệ số hiệu quả nhóm.
Điều này cho thấy một số điểm chưa chặt chẽ:
Khi áp dụng Qcọc đơn để tính nhóm cọc (∑Qcọc đơn x Hệ số nhóm) trong khi độ
lún rõ ràng là khác nhau giữa cọc đơn và nhóm cọc. Nói cách khác, kiểu tính KNCT
nhóm bằng cách: Căn cứ tiêu chí độ lún cọc đơn (thí nghiệm nén tĩnh) để xác định
sức chịu tải của cọc đơn, rồi sau đó đưa vào tính toán nhóm cọc x Hệ số hiệu quả
nhóm như bấy lâu nay vẫn làm, thực sự là một việc không phù hợp có thể phản bác
được.
Kết quả nén tĩnh cọc đơn ở vị trí được định trước bởi thiết kế, trong khi lực

dọc trong nhóm cọc khác nhau (có sự phân bố không đồng đều). Vậy với độ lún nhóm
khác với độ lún cọc đơn, cộng với việc xét cơ chế truyền tải tùy loại đất khiến sự phân
bố lực giữa các cọc trong nhóm không đều…thì các cọc ắt sẽ chịu lực không đều, cọc
này đủ, nhưng cọc khác tuỳ loại đất cát hay đất sét?
Khi số lượng cọc trong nhóm khác nhau, xét thêm yếu tố nền đất (theo đó là
sự phân bố không đồng đều) thì việc áp dụng công thức hệ số hiệu quả nhóm như
nhau là không phù hợp.
Đặt ra vấn đề nghiên cứu là:
Xác định KNCT của nhóm cọc sử dụng hệ số nhóm hiệu chỉnh có xét đến loại
đất và số cọc. Để có kết quả tập trung, luận văn này tập trung nghiên cứu cọc khoan
nhồi hạ vào nền đất rời.
1.3. 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 nhằm có cái nhìn tổng thể về sự
làm việc của nhóm cọc trong việc tính toán móng cọc khoan nhồi ở khu vực Quận 1Tp. Hồ Chí Minh.


3

1.4. 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: Sử dụng các lý thuyết tính toán sau đây:
 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: Ghi nhận tải trọng giới hạn của cọc đơn và độ lún tại đó
trong quá trình thử tải tĩnh cọc đơn tại hiện trường để đối chiếu và hiệu chỉnh kết quả

mô phỏng cọc đơn trong Plaxis 3D- Foundation.
c. Mô phỏng: Sử dụng phần mềm Plaxis 3D- Foundation để tính toán hệ số nhóm
cọc.
1.5. Đóng góp và giới hạn của đề tài
Đề tài nghiên cứu phù hợp với xu hướng nghiên cứu về móng cọc trên thế giới
cũng như 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 khu vực Quận 1- Tp. Hồ Chí Minh.
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được sử dụng trong công tác thiết kế nền móng,
để đưa ra phương án móng cọc hợp lý thông qua bộ thông số về hệ số nhóm. Cuối
cùng các nghiên cứu sau có thể được mở rộng và phát triển theo hướng nghiên cứu
này.
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 cọc chịu tải trọng động và tải
trọng theo phương ngang chưa được xét đến.
Công trình nghiên cứu được tiến hành ở Quận 1 và chưa đại diện cho toàn bộ
địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và khu vực lân cận.
Do hạn chế về kinh phí, các thí nghiệm kiểm chứng ngoài hiện trường chưa
được tiến hành nhiều đối với nhóm cọc để có kết quả phân tích tốt hơn.


4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1. Về Hệ số nhóm cọc
Trong móng cọc, sự làm việc của cọc đơn khác với sự làm việc của nhóm cọc.
Khi khoảng cách giữa các cọc khá lớn (6d trở lên, d là đường kính cọc) thì cọc làm
việc như cọc đơn. Nhưng thực tế trong đài cọc khoảng cách giữa các cọc thường bố
trí là 2.5d÷3d nên gây ra sự ảnh hưởng lẫn nhau của các cọc trong nhóm dẫn đến sức
chịu tải của cọc trong nhóm sẽ khác với cọc đơn. Để biểu thị sự khác nhau đó người
ta đi tính toán hệ số nhóm cọc.

Qu nhóm = η x n x Qu đơn (2.1)
Trong đó:
Qu nhóm : Sức chịu tải của cả nhóm cọc
n

: Số lượng cọc trong nhóm

η

: Hệ số nhóm.

Qu đơn : Sức chịu tải của một cọc đơn.

Hình 2.1.1 Phân bố ứng suất trong nền cọc [29]


5

Trong móng cọc, cọc thường 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 nền làm tăng hệ số ma sát và sức chống mũi
của cọc, vì vậy sức chịu tải của nhóm cọc có thể lớn hơn tổng sức chịu tải của các
cọc đơn.
2.2. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm hiện trường về hệ số nhóm
trước đây
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 nên số lượng thí nghiệm hiện trường cho đến nay vẫn còn
hạn chế. Các thí nghiệm thường được tiến hành với cọc thí nghiệm là cọc ống thép,
cọc bê tông cốt thép, cọc thép hình với đầu cọc tự do hoặc ngàm vào đài. Thí nghiệm

nhóm cọc thường đi kèm với thí nghiệm cho một cọc đơn để kiểm chứng. Tải trọng
thí nghiệm thường được đặt ở đầu cọc hoặc tại vị trí đài cọc đối với nhóm cọc, trong
quá trình thí nghiệm có thể tăng tải trọng đến không phá hoại hoặc phá hoại cọc.
Thí nghiệm hiện trường cho nhóm cọc của Kim & Brungraber (1976) đã thực
hiện thí nghiệm hiện trường cho đất sét vùng Pensyvania. 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 trung bình tác dụng lên một cọc trong nhóm nhỏ hơn tải trọng tác
dụng lên cọc đơn tương ứng (J.B. Anderson, F.C Townsend, and B. Grajales, 2003)
Thí nghiệm hiện trường cho nhóm cọc của Brown và Reese (1988) với nhóm cọc
kích thước 3 cọc x 3 cọc trong đất các chặt và khoảng 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 trung bình tác dụng lên từng cọc trong
nhóm. Trong các hàng cọc khác nhau cũng ứng xử khác nhau (Brown, D.A, and
Reese, L.C, 1988).


6

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 cố kết. Hệ số nhóm của nhóm cọc được ghi nhận là 80%
(F. Ruesta and C. Townsend, 1997).
Nghiên cứu với thí nghiệm trên mô hình vật lý
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 công 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.
Để kiểm chứng mức độ chính xác của các công thức lý thuyết, học viên tiến hành
so sánh các kết quả phân tích hiệu ứng nhóm từ một số thí nghiệm nén tĩnh của cọc
với các kết quả tương ứng thu được bằng công thức tính hệ số nhóm và tỷ số độ lún
được trình bày dưới đây.
a) Thí nghiệm của Barden và Monckton (1970)
Barden 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= 1/8 inch; Chiều dài cọc = 4 inch, 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 sét: Sét cứng và Sét yếu


7

Hình 2.2.1 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả khác
trong nền sét cứng và sét yếu
Hệ số nhóm (η) thu được từ các thí nghiệm của Barden và Monckton (1970)
so sánh với các kết quả tính toán bằng các công thức lý thuyết thể hiện ở các đồ thị
trên Hình 2.2.1 cho thấy:
-

Giá trị hệ số nhóm (η) của các nhóm cọc xác định từ các công thức sau:
Conserve – Labarre (1941):

  1  [arctan

d (m1  1)m2  (m2  1)m1
x
]
S
90m1m2

Feld (1943): Qr = ηQa ; Sayed – Bakeer (1992):   1  (1   's K )
Das (1998):  

2S (m1  m2  2)  4d
; đều cho giá trị nhỏ hơn một (ɳ<1) ứng
m1 m2

với mọi khoảng cách cọc, điều này không phù hợp với kết quả thí nghiệm khi
khoảng cách giữa các cọc trong nhóm nhỏ hơn hai lần đường kính cọc (S<2d).


8

Hệ số nhóm (η) tính theo công thức của Feld (1943): Qr = ηQa, không xét đến
ảnh hưởng của khoảng cách cọc, do đó khi tỷ số 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):   1  (1   's K ) , các công
thức tính hệ số nhóm 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 khi cọc làm việc trong nền sét của Barden
và cộng sự (1970).

-

Sự khác biệt của giá trị hệ số nhóm (ɳ) thu được từ thí nghiệm và từ các công
thức là khá lớn khi cọc làm việc trong nền đất sét cứng, sai số này giảm đi khi
cọc trong nền đất sét yếu.

Hình 2.2.2 Tỷ số độ lún (RS) theo thí nghiệm của Barden và Monckton (1970)
và các tác giả khác trên nhóm 3x3 với chiều dài cọc L=20d
-

Tỷ số độ lún (RS): Kể đến sự gia tăng chuyển vị đứng (độ lún) của nhóm cọc

so với cọc đơn làm việc trong điều kiện tương đương:
RS =

𝑈𝐺
𝑈𝑆

Trong đó: UG - độ lún của nhóm cọc; US - độ lún của cọc đơn ứng với tải trọng
trung bình của cọc trong nhóm.


9

-

Tỷ số độ lún (RS) từ thí nghiệm của Barden và Monckton (1970) được so sánh

với các giá trị tương ứng tính từ các công thức của Skempton (1953) và
Randolph – Clancy (1993) thể hiện ở Hình 2.3.3 cho thấy:

-

Kết quả tính tỷ số độ lún (RS) theo công thức của Skempton (1953):
RS =

(4𝐵+9)2
(𝐵+12)2

; 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 Randolph – Clancy (1993):
RS = 0,29𝑛𝑅−1,35 với R = √

𝑛𝑆
𝐿

; cho kết quả tỷ số độ lún (RS) có quy luật

tương tự như kết quả thí nghiệm của Barden và Monckton (1970), tuy nhiên
công thức này chưa biểu diễn được sự thay đổi tỷ số độ lún khi xét đến tính
chất của nền đất và sai số giữa kết quả thí nghiệm và công thức tính khá lớn,
trong khoảng [2.2%÷54.9%].
b) Thí nghiệm của G.Dai và cộng sự (2012)
G.Dai và cộng sự (2012) tiến hành thí nghiệm 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 lớp, các chỉ tiêu cơ lý của nền đất
tại khu vực thí nghiệm; số liệu thí nghiệm và các đồ thị thể hiện kết quả thí nghiệm;
kết quả như sau:


10

Hình 2.2.3 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của G.Dai (2012) [8] và các tác giả khác
Kết quả xác định hệ số nhóm (η) của cọc bằng các thí nghiệm của G.Dai và
cộng sự (2012), được so sánh với các kết quả bằng các công thức của Conserve –
Labarre (1941); Feld (1943); Sayed – Bakeer (1992) và Das (1998) thể hiện trên
các đồ thị của Hình 2.2.3 cho thấy:
-

Hệ số nhóm (ɳ) của cọc xác định bằng công thức của Conserve – Labarre
(1941); Feld (1943); và thí nghiệm đều cho giá trị nhỏ hơn (η<1) với tất cả các
nhóm cọc. Sai số giữa kết quả tính hệ số nhóm (ɳ) 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 lón hơn một (η>1) với tất cả các loại chiều dài cọc và các qui mô nhóm
cọc, không khớp với kết quả thí nghiệm.


11

Hình 2.2.4 Tỷ số độ lún theo thí nghiệm của G.Dai (2012) [8] và các tác giả
khác
So sánh giá trị của tỷ số độ lún (RS) xác định từ thí nghiệm của G.Dai và
cộng sự (2012) với các công thức của Skempton (1953) và Randolph – Clancy (1993)
theo Hình 2.2.4 cho thấy:
-

Kết quả tính tỷ số độ lún (RS) theo công thức Skempton (1953); Randolph –
Clancy (1993) và kết quả thí nghiệm đều có xu hướng tăng khi số lượng cọc
trong nhóm tăng.

-

Ở các nhóm cọc có khoảng cách S= 2.5d và chiều dài L=50d, kết quả thí
nghiệm có xu hướng khá tương đồng với giá trị RS tính bằng công thức của
Skempton (1953); G.Dai và cộng sự (2012).

-

Với các nhóm cọc có khoảng cách S=3d và chiều dài cọc L=60d thì qui luật
thay đổi của tỷ số độ lún từ kết quả thí nghiệm chưa phù hợp với kết quả tính
từ các công thức lý thuyết. Sai số của giá trị RS giữa thí nghiệm các công thức
tính biến thiên trong khoảng [3.1%÷36.3%].
2.3. Kết luận chương 2
Hệ số nhóm cọc là một đại lượng chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như:

chiều dài cọc, khoảng cách giữa các cọc, số lượng cọc trong một đài, tính chất và độ
cứng của đài cọc, đặc điểm địa chất của lớp đất ở mũi cọc và các lớp đất mà cọc đi

12

qua. Do đó, một trong những suy nghĩ của người thiết kế là ‘Làm thế nào để xác định
chính xác sức chịu tải của cọc khi kể đến hiệu ứng nhóm?” Vấn đề này học viên sẽ
làm rõ ở các chương sau.
Từ các thí nghiệm hiện trường trên, học viên nhận thấy rằng khoảng cách
giữa các cọc là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng ứng xử của nhóm cọc. Sự sắp xếp
của các cọc trong nhóm theo các cách khác nhau cũng ảnh hưởng đến sự làm việc của
nhóm cọc.


13

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH SỨC
CHỊU TẢI VÀ HỆ SỐ NHÓM
3.1. Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu
chuẩn SPT
Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản (1988)
Sức chịu tải cực hạn của cọc được xác định theo công thức:
𝑅𝑐,𝑢 = 𝑞𝑏 𝐴𝑏 + 𝑢 ∑(𝑓𝑐,𝑖 𝑙𝑐,𝑖 + 𝑓𝑠,𝑖 𝑙𝑠,𝑖 ) (3.1)
Ab là diện tích tựa cọc trên nền, lấy bằng diện tích mặt cắt ngang đối với cọc
đặc.
qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc xác định như sau:
Khi mũi cọc nằm trong đất rời 𝑞𝑏 = 300𝑁𝑝 cho cọc đóng (ép) và 𝑞𝑏 = 150𝑁𝑝
cho cọc khoan nhồi.
Khi mũi cọc nằm trong đất dính 𝑞𝑏 = 9𝐶𝑢 cho cọc đóng và 𝑞𝑏 = 6𝐶𝑢 cho cọc
khoan nhồi.
Đối với cọc đóng, cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp
đất rời thứ “i”:
𝑓𝑠,𝑖 =

10𝑁𝑠,𝑖
3

và cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”:
𝑓𝑐,𝑖 = 𝛼𝑝 𝑓𝐿 𝑐𝑢,𝑖
trong đó:
𝛼𝑝 là hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa sức kháng cắt
không thoát nước của đất dính 𝑐𝑢 và trị số trung bình của ứng suất pháp hiệu quả
thẳng đứng.
𝑓𝐿 là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng.
𝑁𝑝 là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc;