Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đối với móng cọc dưới công trình nhà 10 tầng và công trình tương tự trong điều kiện đất sét yếu ở khu vực nam sài gòn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CÔNG
TRÌNH
HOÀ
NCTHÀ
NH TẠI
TRƯỜ
NG ĐƯ
ĐẠI C
HỌ
C BÁ
H KHOA
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----0O0----ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN HỮU ĐÍNH

Cán bộ chấm nhận xét 1

: GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ

ĐỀ TÀI:
Cán bộ N
chấCỨ
m nhậ
2 HƯỞ
: TS.
NG SÁ
THẨTMÂM ĐỐI
NGHIÊ
U nẢxé

NtH
NDƯƠNG
G CỦAHỒ
MA
VỚI MÓNG CỌC DƯỚI CÔNG TRÌNH NHÀ 10
TẦNG VÀ CÔNG TRÌNH TƯƠNG TỰ TRONG ĐIỀU
KIỆN ĐẤT SÉT YẾU Ở KHU VỰC NAM S GÒN
Cán bộ hướng dẫn khoa học : GS TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG
: TS. TÔ VĂN LẬN
CHUYÊN NGÀNH
MÃ SỐ NGÀNH

: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU
: 31.10.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2004

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 09 năm 2004


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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc
------oOo-----

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN HỮU ĐÍNH
PHÁI : NAM
NGÀY THÁNG NĂM SINH: 10-03-1978
NƠI SINH: BÌNH PHƯỚC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU
MÃ SỐ: 31.10.02
KHÓA :13 ( NĂM 2002 -2004)
I/-TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM ĐỐI VỚI MÓNG CỌC DƯỚI CÔNG TRÌNH
NHÀ 10 TẦNG VÀ CÔNG TRÌNH TƯƠNG TỰ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT SÉT YẾU Ở KHU VỰC
NAM SÀI GÒN.
II/-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1.NHIỆM VỤ:

Nghiên cứu đất yếu ở khu vực Nam Sài Gòn; Nghiên cứu các điều kiện phát sinh ma sát âm;
Nghiên cứu các giải pháp tính toán ảnh hưởng của ma sát âm; Nghiên cứu các giải pháp khắc phục hiện
tượng ma sát âm
2.NỘI DUNG:

PHẦN I: TỔNG QUAN
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về hiện tượng ma sát âm và sự làm việc của các cọc ma sát trong
đất yếu có xét đến hiện tượng ma sát âm
PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỂN
Chương 2: Nghiên cứu đất yếu và các yếu tố hình thành ma sát âm ở nền đất yếu dưới công trình.
Chương 3: Các kết quả nghiên cứu tính toán về hiện tượng ma sát âm trong và ngoài nước .xác lập
nhiệm vụ nghiên cứu.
Chương 4:Nghiên cứu giải pháp cấu tạo nền móng dưới công trình ảnh hưởng ma sát âm và các giải
pháp khắc phục hiện tượng ma sát âm

Chương 5: Nghiên cứu tính toán sự làm việc của cọc trong đất sét yếu có xét đến hiện tượng ma sát
âm dựa trên tốc độ chuyển vị của cọc và tốc độ chuyển vị của đất nền
Chương 6: Ứng dụng tính toán ảnh hưởng ma sát âm đối với công trình nhà 10 tầng và công trình
tương tự trên đất yếu
Chương 7: Dùng phần mềm plaxis để kiểm chứng hiện tượng ma sát âm ảnh hưởng đến khả năng
chịu tải của cọc .
PHẦN III: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chương 8: Nhận xét và kết luận, hướng nghiên cứu tiếp của đề tài
I. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: 09-02-2004
II.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
: 20-08-2004
III.HỌ VÀ TÊN THẦY HƯỚNG DẪN
: TS. LÊ BÁ KHÁNH
IV.THẦY HƯỚNG DẪN 1 THẦY HƯỚNG DẪN 2
CHỦ NHIỆM NGÀNH

TRƯỞNG BỘ MÔN

TS. LÊ BÁ KHÁNH
TS. MAI DI TÁM
GS-TSKH LÊ BÁ LƯƠNG
Nội dung và đề cương Luận Văn Thạc Só đã được thông qua Hội đồng chuyên nghành

Ngày

PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

ThS. VÕ PHÁN

tháng

năm 2004

PHÓ TRƯỞNG KHOA KTXD

TS. CHÂU NGỌC ẨN


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên con xin gửi lời chân thành cảm ơn đến đấng sinh thành .Người đã nuôi
dưỡng cho con lớn khôn để hôm nay con mới có thể hoàn thành được luận văn
thạc só của mình
Trải qua thời gian học tập và nghiên cứu ở chương trình cao học tại trường đại
học Bách Khoa Tp.HCM .Em đã nhận được sự giảng dạy tận tình của các thầy Lê
Bá Lương, thầy Nguyễn Văn Thơ, thầy Châu Ngọc n , thầy Lê Bá Khánh …sau
cùng em đã hoàn thành luận án cao học chuyên nghành công trình trên nền đất
yếu .Em thật sự đã nắm bắt được phần nào những kiến thức khoa học chuyên môn
,đặc biệt trong lónh vực cơ học đất- nền móng ,công trình trên đất yếu.Để có được
những kiến thức quý bấu đó ,em không thể nào quên công lao to lớn mà các giáo
sư tiến só khoa học cùng các thầy cô trong ban giảng huấn đã truyền lại cho chúng
em ,đó là những kiến thức không thể thiếu đối với em để hoàn thành luận án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả các Giáo sư tiến só khoa học cùng các
thầy cô đã dành nhiều thời gian tâm huyết truyền đạt những kiến thức quý bấu đó
,cho chúng em qua các bài giảng ,các giáo trình ,ngoài ra còn cho chúng em biết
được những kiến thức qúy bấu khi tiếp xúc với các công trình thực tế qua các buổi
đi khảo sát công trình thực tế ,tìm hiểu những sự cố xảy ra cho công trình.
Em xin chân thành cản ơn thầy Giáo sư tiến só khoa học Lê Bá Lương,thầy tiến só
Lê Bá khánh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt thời gian em thực hiện
luận án này .

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Giáo sư tiến só khoa học Nguyễn Văn
Thơ ,thầy Tiến Só Châu Ngọc n và các thầy cô phòng quản lý khoa học sau đại
học đã giảng dạy ,giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian học cao
học và hoàn thành luận án này.
Học viên cao học.

Nguyễn Hữu Đính


TÓM TẮT LUẬN ÁN
Tên Đề Tài :
Nghiên Cứu nh Hưởng Của Ma Sát m Đối Với Móng Cọc Dưới Công
Trình Nhà 10 Tầng Và Công Trình Tương Tự Trong Điều Kiện Đất Sét Yếu
Khu Vực Nam Sài Gòn’’.
Tóm Tắt :
nước ta ,nhiều vùng đất xây dựng là đất yếu, có hệ số nén lún lớn và khả
năng chịu tải thấp.nên khi tiến hành xây dựng công trình có tải trọng tương đối
lớn thường được thiết kế móng cọc bê tông cốt thép để truyền tải trọng của công
trình xuống tầng đất tốt chịu lực bên dưới .khi cọc được đóng vào trong tầng đất
nền có quá trình cố kết chưa hoàn toàn ,nếu tốc độ chuyển vị của đất nền dưới
công trình nhanh hơn tốc độ chuyển vị của cọc theo chiều đi xuống,thì sự
chuyển vị tương đối này phát sinh ra lực kéo xuống của tầng đất đối với cọc làm
giảm khả năng chịu tải của cọc đồng thời còn làm tăng tải trọng tác dụng vào
cọc gọi là hiện tượng ma sát âm.
Việc xây dựng các công trình mới xây chen bên cạnh các công trình củ đã gây
ảnh hưởng đến công trình lân cận do lực ma sát âm làm cho các công trình bên
cạnh có thể bị nghiêng ,lún vượt quá giới hạn cho phép .san lấp mặt bằng để
xây dựng các khu dân cư ,công trình nhà xưởng kho bãi đã xảy ra hiện tượng ma
sát âm gây ảnh hưởng trực tiếp đến công trình xây dựng và các công trình lân
cận do lực ma sát âm làm giảm sức chịu tải của cọc và làm tăng tải trọng tác

dụng vào cọc.
Một số tác giả đã nghiên cứu về hiện tượng ma sát âm theo những quan niệm
khác nhau ,đã rút ra được chiều dài ảnh hưởng ma sát âm gần bằng 0.7 chiều
dài cọc trong đất yếu.Trong nội dung luận án này tác giả đã nghiên cứu vùng
ảnh hưởng ma sát âm dựa trên chuyển vị tương đối giữa cọc và lớp đất nền xung
quanh cọc .Vùng ảnh hưởng ma sát âm ở vị trí mà tại đó tốc độ chuyển vị của
đất nền nhỏ hơn tốc độ chuyển vị của cọc ,đồng thời độ lún còn lại của đất nền
nhỏ hơn độ lún còn lại của cọc. Dựa trên quan điểm trên ,tác giả đã tính độ lún
của đất nền theo thời gian ,xác định phương trình cân bằng tốc độ tốc độ chuyển
vị của cọc và đất nền ,từ đó tìm ra được vùng ảnh hưởng ma sát âm của cọc
chính là chiều sâu vùng ảnh hưởng lún của đất nền . Từ chiều sâu vùng ảnh
hưởng ,ta tính được lực ma sát âm tác dụng vào cọc .thời gian cọc không còn bị
ảnh hưởng ma sát âm ,đồng thời cũng đưa ra một số biện pháp làm giảm ảnh


hưởng ma sát âm và có một số kiến nghị khi tíh toán móng cọc trong đất
yếu.Ngoài ra ,tác giả còn dùng phần mềm plaxis để diễn tả hiện tượng ma sát
âm trong cọc bê tông cốt thép ,xác định chiều sâu ảnh hưởng ma sát âm của cọc
và lực ma sát âm tác dụng vào cọc trong trường hợp chưa có tải trọng công trình
tác dụng vào cọc và khi có tải trọng công trình tác dụng vào cọc.


SUMMARY OF THESIS
TITLE:

“Research The Influence Of Negative Skin Friction On Concrete Pile
Foundation For Construction 10 Floors And The Same Constrution
Project In Condition Soft Clay Located on Sai Gon South”.
ABSTRACT:
In my country, the most soil is soft soil, has factor settlement hight and bearing

capacity low. When construction was built with hight loading, it often is designed
pile foundation for transferred loading of construction to soil stratum rigid. When
pile passing through soil layer hasn’t perfect process consolidation, if the soil
settles speed more than the pile in consolidating ground. In this situation, the
interface shear stress developed along the pile-soil interface acts downwards force
that reduces capacity bearing of pile and increases loading on shaft pile, and is
referred to as phenomenon negative skin friction (NSF).
The new construction is built adjacent old construction. In this situation,
influence negative skin friction to cause old construction sloping , excess
settlement allow. The filling level ground for poputation area, factory, has been
happen negative skin friction influence direct to construction and surrounding
construction that reduces capacity bearing of pile and increases loading on piles.
Some results of affected zone of negative skin friction by over-sea researchers
are determinated based on different conception, conclude of affected zone of
negative skin friction approximate to 0.7L (L: the length of pile in soft soil). In this
thesis, The authority had studied define affected zone of negative skin friction
based on conception relative deformation pile and soil surrounding: affected zone
of Negative skin friction locate where has the adjacent soil settles speed less
than the pile. Base on conception relative deformation, The authority had
calculated the settlement of soil and foundation pile by the time, established
balances equation settlement-speed of pile and adjacent soid. From its, the
affected zone of negative skin friction is defined. the affected zone of negative
skin friction is affected zone settles of soil. Calculated negative skin friction


force, the time effect NFS. The solutions have been suggested to prevent the
negative skin friction on pile as well as the method for concrete design effected
negative skin friction. Program Plaxis is used reproduce phenomenon NSF, the
length effect NSF and force NSF is defined in case: with load and without load of
construction action on pile.

MỤC LỤC
TÓM TẮT LUẬN ÁN--------------------------------------------------------------------CHƯƠNG MỞ ĐẦU-----------------------------------------------------------------------1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM
ĐỐI VỚI MÓNG CỌC DƯỚI CÔNG TRÌNH TRONG ĐIỀU KIỆN SÉT ĐẤT
YẾU”
I. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU---------------------------------------------------1
II.TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI--------------------------2
III.TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN ---------------------------------------------2
CHƯƠNG I--------------------------------------------------------------------------------5
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM
I. NGHIÊN CỨU BẢN CHẤT CỦA CÁC HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM -----------5

I.1Định nghóa hiện tượng ma sát âm ----------------------------------------------5
I.2 Nguyên nhân gây ra lực ma sát âm--------------------------------------------5
I.3 Các yếu tố ảnh hưởng trị số của lực ma sát âm------------------------------6
I.4 Anh hưởng của hiện tượng ma sát âm----------------------------------------7
CHƯƠNGII--------------------------------------------------------------------------------9
NGHIÊN CỨU ĐẤT SÉT YẾU Ở KHU VỰC NAM SÀI GÒN VÀ CÁC YẾU
TỐ TẠO THÀNH MA SÁT ÂM Ở NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CÔNG TRÌNH.
I.TỔNG QUAN VỀ ĐẤT SÉT YẾU Ở KHU VỰC NAM SÀI GÒN.----------9
I.1. Định nghóa đất yếu. --------------------------------------------------------------9
I.2. Phân loại đất yếu. ---------------------------------------------------------------10
I.3. Nghiên cứu những đặc trưng cơ lý cơ bản địa chất ở nam sài gòn--------13
I.4. Thống kê địa chất điển hình cho cầu An Nghóa----------------------------17
I.5. Một số mặt cắt địa chất điển hình ở khu vực Nam Sài Gòn---------------21
I.6. Kết luận về đặc điểm địa chất ở khu vực Nam Sài Gòn-------------------24

II. CÁC YẾU TỐ HÌNH THÀNH TẠO RA MA SÁT ÂM Ở NỀN ĐẤT YẾU
DƯỚI CÔNG TRÌNH.------------------------------------------------------------------24

- -26

II.1 Các yếu tố hình thành tạo ra ma sát âm ở nền đất yếu dưới công trình.II.2. Lý thuyết cố kết thấm trong đất yếu---------------------------------- -29
II.3. Tính toán độ lún của đất nền theo thời gian---------------------------- 32
II.4. Tính lún của móng cọc theo thời gian---------------------------------- -35

CHƯƠNGIII-----------------------------------------------------------------------------37
CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VỀ HIỆN TƯNG MA SÁT
ÂM
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC. XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU.
I. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VỀ HIỆN TƯNG MA
SÁT ÂM TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC-----------------------------------------------37
I.1. Theo Joseph E.Boeles. -----------------------------------------------------37
I.2. Theo R.Frank(. Foundation Et Ouvrages En Terre)---------------------41
I.3. Theo phương pháp Zeevaert,Beer,Wallays------------------------------49
I.4. Theo Braja M. Das (Principiles of Foundation Engineering)----------52
I.5. Theo quy phạm Việt Nam--------------------------------------------------57
II NHẬN XÉT VÀ XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU.------------------58
CHƯƠNG IV-----------------------------------------------------------------------------61
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẤU TẠO NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH ĐỂ
PHÒNG TRỪ MA SÁT ÂM VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HIỆN TƯNG MA
SÁT ÂM Ở CỌC BTCT.
I.NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẤU TẠO DO HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM -61
II.NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HIỆN TƯNG MA SÁT Â-----67
II.1. Gia tải trước----------------------------------------------------------------------68
II.2. Dùng lớp phủ mặt ngoài quanh cọc-------------------------------------------70
II.3. Dùng sàn bê tông có xử lý cọc------------------------------------------------73

II.4. Dùng cọc ép mêga--------------------------------------------------------------73


CHƯƠNGV------------------------------------------------------------------------------74
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC TRONG ĐẤT YẾU
CÓ XÉT ĐẾN HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM
I. TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC CÓ XÉT ĐẾN MA SÁT ÂM---74
II. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM,
THỜI GIAN KHÔNG CÒN ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM , LỰC MA SÁT ÂM
LỚN NHẤT.-----------------------------------------------------------------------------74
II.1. Chiều sâu vùng ảnh hưởng ma sát âm theo thời gian. --------------------76
II.2. Nghiên cứu thời gian không còn ảnh hưởng của lực ma sát âm.---------81
II.3. Tính giá trị lực ma sát âm lớn nhất.--------------------------------------82
III. NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MA SÁT ÂM THEO THỜI GIAN----------------------------------------------------------------------------------------------87
IV. PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA HẠT ĐẤT XUNG QUANH CỌC--------87
IV.1 Phân tích sự phân bố lực ma sát âm trong đất--------------------------87
IV.2. Chuyển vị của hạt đất xung quanh cọc có xét ma sát âm---------------91
CHƯƠNGVI-----------------------------------------------------------------------------92
ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐỐI VỚI CÔNG
TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN ĐẤT YẾU
I.TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CỤ THỂ THEO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU---92
I.1. Công trình chung cư Miếu Nổi Quận Bình Thạnh TPHCM.---------------92
Kết luận: Sức chịu tải của cọc khi không xét ma sát âm thì lớn, nhưng khi có kể
đến ảnh hưởng của ma sát âm thì sức chịu tải của cọc nhỏ lại do thành phần ma
sát hông giảm, đồng thời cọc còn phải chịu một lực ma sát âm (xem như tỉnh tải)
tác dụng kéo cọc đi xuống-------------------------------------------------------109
I.2. Công trình cầu An Nghóa-huyện Cần Giơ đang chuẩn bị thi công mớiø. ( Cầu
củ đã từng bị sự cố về mố cầu)------------------------------------------------------110
Kết luận: Sức chịu tải của cọc khi không xét ma sát âm thì lớn, nhưng khi có
kể đến ảnh hưởng của ma sát âm thì sức chịu tải của cọc nhỏ lại do thành phần

ma sát hông giảm, đồng thời cọc còn phải chịu một lực ma sát âm (xem như tỉnh
tải) tác dụng kéo cọc đi xuống ------------------------------------------------126
II. TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CỤ THỂ THEO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
TRƯỚC----------------------------------------------------------------------------------126
II.1. Công Trình Chung Cư Miếu Nổi Quận Bình Thạnh TPHCM.----------128
II.2. Công Trình Cầu An Nghóa-Huyện Cần Giờ.---------------------------129
CHƯƠNGVII---------------------------------------------------------------------------127
DÙNG PHẦN MỀM PLAXIS ĐỂ KIỂM CHỨNG ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM
ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC
I. DÙNG PHẦN MỀM PLAXIS KIỂM CHỨNG HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM-------------------------------------------------------------------------------------------127
CHƯƠNGVIII--------------------------------------------------------------------------148
NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I.NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ----------------------------------------------------151
II. KIẾN NGHỊ --------------------------------------------------------------------152


-1-

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
MA SÁT ÂM ĐỐI VỚI MÓNG CỌC DƯỚI CÔNG TRÌNH
TRONG ĐIỀU KIỆN SÉT ĐẤT YẾU”
I. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trước tình hình phát triển kinh tế, xã hội của đất nước hiện nay. Quá trình
phát triển công nghiệp hóa và hiện đại hóa ngày một phát triển mạnh mẽ, đặc biệt
là Thành Phố Hồ Chí Minh. Sự phát triển kinh tế kéo theo sự phát triển của ngành
Xây Dựng. Việc xây dựng các công trình mới xây chen bên cạnh những công trình

cũ đã gây ảnh hưởng đến công trình lân cận do lực ma sát âm làm cho công trình
bên cạnh có thể bị nghiêng, lún vượt quá giới hạn cho phép. San lấp mặt bằng để
xây dựng các khu dân cư, công trình nhà xưởng kho bãi đã xảy ra hiện tượng ma sát
âm gây ảnh hưởng trực tiếp đến công trình xây dựng và đến công trình lân cận do
lực ma sát âm làm giảm sức chịu tải của cọc và làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc.
Vì vậy khi tính toán thiết kế móng cọc, chúng ta cần phải nghiên cứu kỹ sự làm việc
của cọc trong đất yếu các nguyên nhân ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc.
Trong đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đối với móng cọc dưới công
trình là một vấn đề cần được nghiên cứu sâu để xác định đúng khả năng chịu tải của
cọc. Hiện tượng ma sát âm đã được biết đến từ lâu trên toàn thế giới trong đó có
Việt Nam, nhưng những kết quả nghiên cứu vẫn còn nhiều vấn đề hạn chế không
giải quyết triệt để rõ ràng về ma sát âm của cọc. Một số tác giả đã xác định vùng
ảnh hưởng ma sát âm dựa trên quan điểm: vùng ảnh hưởng ma sát âm được xác
định dựa trên lý luận cân bằng tải trọng của lực tác dụng, từ đó xác định vùng ảnh
hưởng ma sát âm. Phương pháp này tương đối đơn giản, được sử dụng ở Việt Nam.
Lực ma sát âm sẽ phụ thuộc vào thời gian cố kết và mức độ cố kết của đất nền xung
quanh cọc. Lực ma sát âm sẽ giảm dần theo thời gian, đến một thời điểm nào đó lực
ma sát âm sẽ bằng không. Như vậy lực ma sát âm mà theo quan điểm trên chưa xét
đến yếu tố thời gian, đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ lớn của lực ma
sát âm. Do đó tác giả đã đề nghị quan điểm tính toán về ảnh hưởng ma sát âm trong
đất: vùng ảnh hưởng ma sát âm ở vị trí mà tại đó tốc độ chuyển vị của đất nền nhỏ
hơn tốc độ chuyển vị của cọc, đồng thời độ lún còn lại của đất nền nhỏ hơn độ lún
còn lại của cọc. Với lập luận này tác giả đã xác định được chính xác chiều sâu ảnh
hưởng ma sát âm theo thời gian và thời gian ảnh hưởng của ma sát âm trong cọc.
Nội dung và kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ được trình bày chi tiết ở những phần
sau của luận án này.


-2-

II. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
II.1. Tính khoa học của đề tài
Khi tính toán móng của một công trình thì ta quan tâm đến khả năng chịu tải của
và độ lún của móng có vượt qua độ lún giới hạn cho phép hay không. Nghiên cứu
tính toán sức chịu tải của cọc trong điều kiện đất yếu bị ảnh hưởng ma sát âm là một
vấn đề cần nghiên cứu rõ nhằm xác định chính xác sức chịu tải của cọc và phụ tải
ngoài tác dụng vào cọc để từ đó thiết kế móng công trình cho hợp lý, xác định chiều
dài hợp lý của cọc. Đề tài còn nghiên cứu độ lún, tốc độ lún của đất nền và móng
cọc theo thời gian để từ đó thiết kế móng hợp lý thỏa mãn điều kiện chịu tải công
trình và không vượt qua độ lún giới hạn cho phép.
II.2. Tính thực tiễn của đề tài
Hiện nay, tại Thành phố hồ Chí Minh có rất nhiều công trình có khả năng xảy
ra hiện tượng ma sát âm đối với móng cọc bê tông cốt thép trong đất yếu. Các khu
quy hoạch, khu công nghiệp cần phải san nền đã gây ra ma sát âm ở cọc, hiện tượng
này không những làm giảm khả năng chịu tải của cọc mà còn làm tăng tải trọng
ngoài tác dụng vào cọc gây mất ổn định cho công trình. Các công trình mới xây
chen bên cạnh công trình cũ đã phát sinh thêm tải trọng phụ tác dụng lên công trình
cũ sinh ra hiện tượng ma sát âm kéo cọc của công trình cũ đi xuống làm cho công
trình bị lún vướt quá giới hạn cho phép, …. Đề tài này đã nghiên cứu về hiện tượng
ma sát âm, cách tính móng cọc có xét đến lực ma sát âm và đưa ra một số giải pháp
khắc phục ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm. Nội dung nghiên cứu, tính toán và
kết quả sẽ được trình bày chi tiết trong luận án này.
III. TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN
Chương I: Nghiên cứu tổng quan về hiện tượng ma sát âm. Nghiên cứu bản chất
của hiện tượng ma sát âm: nguyên nhân phát sinh ra ma sát âm và ảnh hưởng của
nó đến việc xây dựng công trình.
Chương II: Nghiên cứu về đất sét yếu ở khu vực Nam Sài Gòn, và các yếu tố
hình thành ma sát âm ở nền đất dưới công trình.
Chương III: Trong chương này còn tổng kết tình hình nghiên cứu ở trong và
ngoài nước về các vấn đề về sự làm việc của cọc trong đất yếu khi có xét đến hiện

tượng ma sát âm. Từ đó rút ra những vấn đề cần được nghiên cứu làm rõ sức
chịu tải của cọc.


-3Chương IV :Trong chương này đưa ra một số giải pháp cấu tạo nền móng công
trình phòng trừ ảnh hưởng ma sát âm, Ngoài ra trong chương này còn kiến nghị một
số giải pháp khắc phục ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm ở cọc bê tông cốt thép
trong đất yếu.
Chương V: Nghiên cứu tính toán sự làm việc của cọc trong đất sét yếu có xét
đến hiện tượng ma sát âm. Thiết lập phương trình cân bằng tốc độ chuyển vị của
cọc và của đất nền theo thời gian, phương trình cân bằng giữa độ lún còn lại của cọc
và của đất nền theo thời gian và độ sâu. Từ đó xác định được chiều sâu ảnh hưởng
ma sát âm của cọc và xác định được lực ma sát âm lớn nhất tác dụng vào cọc, xác
định lực ma sát âm theo thời gian, đồng thời xác định được thời gian ảnh hưởng của
ma sát âm đối với cọc. Phân tích sự phân bố lực ma sát âm trong đất xung quanh
cọc, ảnh hưởng của hiệu ứng neo đất vào trong cọc.
Chương VI: Từ những kết quả nghiên cứu áp dụng tính toán công trình cụ thể.
So sánh kết quả tính toán với các kết quả nghiên cứu của các tác giả khác và so
sánh với quy phạm Việt Nam. Rút ra những kết luận về kết quả tính toán.
Chương VII: Dùng phần mềm plaxis để kiểm chứng ảnh hưởng ma sát âm đến khả
năng chịu tải của cọc.
Chương VIII: Từ những kết quả ở các chương trên ta rút ra những nhận xét về các
vấn đề của ma sát âm ảnh hưởng đến tính toán thiết kế nền móng công trình. Kết
luận về một số kết quả đã thực hiện được. Một số kiến nghị trong việc tính toán
móng cọc có xét đến ảnh hưởng của ma sát âm.


-4-

PHẦN I

NGHIÊN CỨU
TỔNG QUAN


-5-

CHƯƠNG I

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM
I. NGHIÊN CỨU BẢN CHẤT CỦA CÁC HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM
I.1. Định nghóa hiện tượng ma sát âm
Đối với công trình có sử dụng móng cọc bê tông cốt thép, khi cọc được đóng
vào trong tầng đất nền có quá trình cố kết chưa hoàn toàn. Nếu tốc độ chuyển vị của
đất nền dưới công trình nhanh hơn tốc độ chuyển vị của cọc theo chiều đi xuống, thì
sự chuyển vị tương đối này phát sinh ra lực kéo xuống của tầng đất đối với cọc làm
giảm khả năng chịu tải của cọc gọi là hiện tượng ma sát âm, lực kéo xuống gọi là
lực ma sát âm.
Lực ma sát âm xảy ra trên toàn thân cọc hay một phần thân cọc phụ thuộc vào
tốc độ lún của đất xung quanh cọc và tốc độ lún của cọc. Lực ma sát âm có chiều
hướng thẳng đứng xuống dưới, có khuynh hướng kéo cọc đi xuống, do đó làm tăng
lực tác dụng lên cọc.
I.2. Nguyên nhân gây ra lực ma sát âm
1. Nền công trình được đắp lên cao, gây ra tải trọng tác dụng xuống lớp đất
bên dưới làm xảy ra hiện tượng cố kết cho lớp đất nền bên dưới. Do đó, lớp đất này
đã phát sinh ra lực ma sát kéo cọc đi xuống, làm tăng tải trọng tác dụng lên cọc.
2. Tải trọng phụ lớn đặt trên nền kho bến bãi làm cho lớp đất nền bên dưới bị
lún xuống.
3. Phụ tải của nền gần móng (hiện tượng xây chen các công trình mới cạnh
công trình cũ). Nguyên tắc xác định ảnh hưởng của các tải trọng đặt gần nhau là dựa

trên đường đẳng ứng suất (ứng suất hướng thẳng đứng nếu xét về biến dạng lún
hoặc ứng suất hướng ngang nếu xét về biếng dạng trượt).
4. Mực nước ngầm bị hạ thấp làm cho ứng suất hữu hiệu trong đất tăng lên.
Việc hạ thấp mực nước ngầm làm tăng ứng suất thẳng đứng có hiệu tại mọi điểm
của nền đất. Vì vậy, làm đẩy nhanh tốc độ lún cố kết của nền đất. Lúc đó, tốc độ lún
của đất xung quanh cọc vượt quá tốc độ lún của cọc và xảy ra hiện tượng kéo cọc đi
xuống của lớp đất xung quanh cọc.
Hiện tượng này được giải thích như sau: khi hạ thấp mực nước ngầm thì:
+ Phần áp lực nước lỗ rỗng u giảm.


-6+ Phần áp lực có hiệu thẳng đứng σ h lên các hạt rắn của đất tăng.
5. Xáo trộn của đất khi đóng cọc: do cọc đóng vào nền đất yếu chưa cố kết và
đất còn ở trạng thái tự nhiên.
Sự cố kết bắt đầu xảy ra khi đất xung quanh cọc được nén chặt lại do quá
trình đóng cọc, do đó xuất hiện hiện tượng ma sát âm lên thân cọc. Tuy nhiên, theo
thí nghiệm của Fellenius & Broms (1969) cho thấy giá trị ma sát âm trong trường
hợp này là không lớn, nó chỉ chiếm khoảng 17% giá trị sức chống cắt trung bình
không thoát nước của đất nền.

Đất yếu
chưa cố kết

Vùng đất nén chặt

Lớp đất tốt

do việ c đóng cọc
Hình 1-2: Hiện tượng ma sát âm do việc đóng cọc vào nền đất yếu chưa cố kết

6. Sự cố kết (lún) ướt của đất bị ngập nước.
I.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến trị số của lực ma sát âm
- Loại cọc, chiều dài cọc, phương pháp hạ cọc, mặt cắt ngang của cọc, bề mặt
tiếp xúc giữa cọc và đất nền.
- Đặc tính cơ lý của đất, chiều dày lớp đất yếu, tính trương nở của đất.
- Tải trọng chất tải (chiều cao san lấp, phụ tải nền kho)
- Thời gian chất tải cho đến khi xây dựng công trình.
- Nguyên nhân gây ra sự chuyển vị (cố kết) của đất nền.
- Lực ma sát âm phát triển theo độ cố kết của đất nền. Lực ma sát âm phụ
thuộc vào tính nén lún của lớp đất yếu xung quanh cọc và dưới mũi cọc.


-7I.4. Ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm
- Sức chịu tải của cọc bao gồm phần ma sát thành bên (ma sát dương) và lực
chống mũi của cọc, nhưng phần ma sát thành bên thay vì là ma sát dương nhưng vì
nguyên nhân nào đó đã chuyển thành ma sát âm kéo cọc đi xuống làm tăng tải tác
dụng lên cọc.
- Khi cọc chịu ảnh hưởng của ma sát âm thì sức chịu tải của cọc giảm, do thay
vì là ma sát dương chống lại tải tác dụng, nó lại là ma sát âm làm tăng thêm tải
trọng tác dụng lên cọc, đồng thời do quá trình cố kết của các lớp đất nền có thể tạo
ra khe hở giữa đáy đài cọc và đất nền sẽ gây thêm ứng suất phụ tác dụng lên cọc và
đài, làm cho tải trọng tác dụng vào cọc nhiều hơn.
- Hiện tượng ma sát âm có thể gây ảnh hưởng xấu đến một số công trình: làm
hư hại công trình lân cận (như tải trọng phụ của công trình lân cận). Nếu không xét
đến lực ma sát âm trong một số trường hợp sẽ không đánh giá đúng tải trọng tác
dụng lên cọc và đúng khả năng chịu tải của cọc. Trong một số trường hợp lực ma sát
âm khá lớn có thể vượt qua tải trọng tác dụng lên đầu cọc nhất là đối với những cọc
có chều dài lớn.
- Hiện tượng ma sát âm là hiện tượng kéo cọc đi xuống do thành phần ma sát
làm tăng lực nén dọc trục lên cọc, có thể gây ra độ lún vượt quá giới hạn cho phép

thậm chí có thể gây phá hoại công trình.
- Đối với việc sử dụng giếng cát: ma sát âm làm hạn chế quá trình cố kết của
nền đất yếu có dùng giếng cát. Hiện tượng ma sát âm gây ra hiệu ứng treo của đất
xung quanh giếng cát, lớp đất xung quanh giếng cát cùng bám vào thân giếng cát
làm cản trở độ lún và cản trở quá trình tăng khả năng chịu tải của đất nền xung
quanh giếng cát.


-8-

độ lún
miề n bao quanh
S0
độ lún miền giữa

Sf

Miền bao quanh

Miền giữa

Giếng cát
d

d
L=(5÷6)d

Giếng cát
d
Miền giữa

Miền bao quanh

L=(5÷6)d

Hình 1-3: Phạm vi ảnh hưởng của ma sát âm ở vùng đất xung quanh giếng cát
- Đối với việc gia tải trước: ma sát âm làm giảm ảnh hưởng áp lực chất tải do
một phần trọng lượng của đất được mang bởi cọc làm ngăn cản quá trình thoát nước
của đất nền. Sự giảm áp lực chất tải làm giảm khả năng chịu tải tập trung của cọc
nếu chúng được đóng vào tầng đất cát. Kết quả giảm khả năng chịu tải có thể lớn
nếu khoảng cách giữa các cọc nhỏ.
Vì vậy, lực ma sát âm làm gia tăng lực nén dọc trục cọc, làm tăng độ lún của
cọc, ngoài ra do lớp đất đắp bị lún tạo ra khe hở giữa đài cọc và lớp đất bên dưới đài
có thể làm thay đổi momen uốn tác dụng lên đài cọc. Lực ma sát âm làm hạn chế
quá trình cố kết thoát nước của nền đất yếu khi có gia tải trước và có dùng giếng
cát, cản trở quá trình tăng khả năng chịu tải của đất nền xung quanh giếng cát.


-9-

PHẦN II

NGHIÊN CỨU ĐI
SÂU VÀ PHÁT
TRIỂN


-10-

CHƯƠNG II

NGHIÊN CỨU ĐẤT SÉT YẾU Ở KHU VỰC NAM SÀI GÒN VÀØ
CÁC YẾU TỐ HÌNH THÀNH TẠO RA MA SÁT ÂM Ở NỀN
ĐẤT YẾU DƯỚI CÔNG TRÌNH.
I. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT SÉT YẾU Ở KHU VỰC NAM SÀI GÒN
I.1. Định nghóa đất yếu
Khái niệm đất yếu cho đến nay chưa thật rõ ràng. Khái niệm này chỉ là tương
đối và phụ thuộc vào trạng thái vậy lý của đất, cũng như tương quan giữa khả năng
chịu lực của đất với tải trọng mà móng công trình truyền lên.
Đa số các nhà nghiên cứu gọi đất yếu là những loại đất có khả năng chịu lực
kém vào khoảng 0.5÷1.0 kG/cm², có độ lún lớn khi chịu tải công trình. Nếu không
áp dụng các biện pháp xử lý thì việc xây dựng công trình trên các loại đất này hoặc
khó hoặc không thể xây dựng được.
Đất yếu hầu như hoàn toàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường e ≥ 1.0 ),
ε −ε
hệ số nén lún a lớn ( a = 1 2 ), dung trọng tự nhiên nhỏ: γ w ≤ 1.7T / m 3 , lực dính và
P2 − P1

góc ma sát trong nhỏ c ≤ 0.1Kg / cm 2 ; ϕ ≤ 10 0 , moâ đun tổng biến dạng bé (thường
E 0 ≤ 50kG / cm 2 ) và trị số sức chống cắt không đáng kể.
Các dạng đất yếu thường gặp trong thực tế:
- Cát nhỏ, cát bụi trạng thái bão hòa nước.
- Các loại đất dính ở trạng thái bão hòa nước, gây biến dạng lớn hay biến
dạng theo thời gian (bụi, sét, bùn sét, bùn sét hữu cơ, ….).
- Các loại đất bùn (>10% hàm lượng hữu cơ), than bùn (>60% hàm lượng
hữu cơ), đất than bùn (10% ÷ 60% hàm lượng hữu cơ).
- Các dạng đất hoàng thổ (có ở Hóc Môn, Củ Chi, Thủ Đức, miền Đông
Nam Bộ, …) có hệ số rỗng lớn. Khi ở trạng thái khô có khả năng chịu tải trọng rất
lớn nhưng khi ngập nước sẽ gây biến dạng lớn, gây lún ướt.
Các khu vực đất yếu:

- Phần lớn khu vực Miền Tây Nam Bộ, đặc biệt là vùng đồng bằng Sông
Cửu Long.


-11- Thành phố Hồ Chí Minh: gồm phần lớn các quận 2,4,6,7,8,9, Nhà Bè, Cần
Giờ, Bình Thạnh, Bình Chánh, một phần quận 1 và quận 5.
I.2. Phân loại đất yếu
I.2.1. Phân loại theo điều kiện chuyển dời và trầm tích
Tất cả các đất rời rạc đều có nguồn gốc từ đá rắn. Sự chuyển hóa từ đá thành
đất thường gồm các quá trình phong hóa, chuyển dời và trầm tích.
Các quy ước ký hiệu cho từng loại đất dưới tác dụng của phong hóa từ đá gốc
được dựa vào sơ đồ quá trình phong hóa (phong hóa vật lý, phong hóa hóa học,
phong hóa vi sinh vật), chuyển dời và trầm tích.
Ta có sơ đồ phong hóa như sau

eQ

deQ
dQ
adQ
aQ

Hình 2-1: Sơ đồ phong hóa của đất

Đá rắn sau khi phong hóa ta được sản phẩm phong hóa. Sản phẩm phong hóa
này có thể nằm ngay tại chỗ, dịch chuyển một đoạn ngắn nằm trên sườn dốc, có thể
được dòng nước mang đi đến những khoảng cách xa mới lắng đọng. Tùy theo vị trí,
điều kiện mà đất có tên gọi khác nhau:
eQ : Tàn tích (sản phẩm phong hóa nằm tại chổ).
dQ : Sườn tích (sản phẩm phong hóa do thiên nhiên mang đi: mưa, gió).

deQ : Sườn tàn tích (đất hỗn hợp giữa sườn tích và tàn tích).
aQ : Bồi tích (sản phẩm phong hóa bồi lắng ở nơi trũng).
adQ : Đất lẫn lộn giữa bồi tích và tàn tích.
maQ : Đất trầm tích chịu tác dụng của sông biển.
baQ : Trầm tích ở vùng nước đầm lầy.


-12Tùy theo tuổi hình thành người ta phân biệt ra trầm tích trẻ và trầm tích cổ.
Đặc biệt trầm tích chia ra làm 4 kỳ như sau:
IV

Holoxen (trầm tích trẻ)

III

Q

Pleistoxen (trầm tích cổ)

II
I

I.2.2. Phân loại đất dựa vào tính chất cơ lý cơ bản của đất
Đất được chia ra làm các loại như sau:
- Đá cứng và đá nữa cứng.
- Đất rời xốp.
- Đất mềm dính.
- Đất đặc biệt.
Trong phạm vi đề tài nghiên cứu vế đất yếu nên loại đất mềm dính được xem
xét.

- Đối với đất dính dựa vào các chỉ tiêu sau để phân loại
* Dựa vào chỉ số dẻo:
Trong đó :

I = WL – WP

WL: giới hạn chảy;

(2-1)
WP: giới hạn dẻo.

+ I <7

: Đất á cát (cát pha sét).

+ 7 ≤ I ≤ 17

: Đất á sét (sét pha cát).

+ I > 17

: Đất sét

Đối với đất á cát và á sét có W>WL với hệ số rỗng ε ≥ 0.9 thì gọi là bùn á
cát, và ε ≥ 1.0 gọi là bùn á sét.
Đối với đất sét có W>WL với hệ số rỗng ε ≥ 1.5 thì gọi là bùn sét
• Dựa vào độ sệt:

B=

W − Wd
I

(2-2)


-13-

Trạng thái

Chỉ số độ sệt

Á cát
Cứng

B<0

Dẻo

0 ≤ B ≤ 1 .0

Nhão

B > 1 .0

Á sét và sét
Cứng

B<0

Nữa cứng

0 ≤ B ≤ 0.25

Dẻo cứng

0.25 < B ≤ 0.5

Dẻo mềm

0.5 < B ≤ 0.75

Dẻo nhão

0.75 < B ≤ 1.0

Nhão

B > 1 .0

- Đất hữu cơ và than bùn:
Hàm lượng hữu cơ

Phân loại

IHC (tính theo trọng lượng)
I HC ≤ 0.05

- Đất không chứa hữu cơ
- Đất chứa hữu cơ

0.05 < I HC ≤ 0.10

- Đất dạng than bùn

0 . 10 < I HC < 0 . 50

- Than bùn

I HC ≥ 0.50

- Đất lún ướt: xét theo hệ số lún ướt :

ho

h

ho

hn

enp =

Hình 2-2

∆h
h

(2-3)

-14-

+ Đất không lún ướt khi

: enp < 0.01

+ Đất có tính lún ướt khi

: enp ≥ 0.01

- Đất trương nở: Dựa vào hệ số trương nở tự do R N =

R N < 0.04

- Đất trương nở yếu

0.04 ≤ R N ≤ 0.08

- Đất trương nở trung bình

0.08 < R N ≤ 0.12

- Đất trương nở mạnh

(2-4)

RN

Mức độ trương nở

- Đất không trương nở

hn − h0
h0

R N > 0.12

I.3. Nghiên cứu những đặc trưng cơ lý cơ bản địa chất ở khu vực Nam Sài Gòn
Đặc điểm tiêu biểu của vùng địa chất Nam Sài Gòn thường gặp lọai nền đất
như: sét, á sét, cát mịn, cát thô có chiều dày thay đổi tùy từng nơi. Phần lớn các loại
sét ở đây đều thuộc loại đất yếu có hệ số rỗng e0 lớn và độ ẩm tự nhiên W lớn,
nhiều lớp sét yếu có dung trọng tự nhiên nhỏ γ w ≈ 1.4T / m 3 . Về thủy văn, mực nước
ngầm ở khu vực này xuất hiện tương đối nông, có nơi bị ngập nước. Các loại đất yếu
chủ yếu ở khu vực Nam Sài Gòn.
I.3.1. Các lớp đất bùn
Đây là lớp đất có tuổi hình thành trẻ nhất của đất dính nói chung, nó được tạo
nên trong môi trường nước và sự tham gia của các quá trình vi sinh vật. Do tạo
thành trong môi trường nước nên kết cấu dạng bông hoặc dạng tổ ong. Đất bùn là
giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất sét.
Có 3 loại đất bùn:
- Đối với đất á cát có W>WL với hệ số rỗng ε ≥ 0.9 thì gọi là bùn á cát.
- Đối với đất á sét có W>WL với hệ số rỗng ε ≥ 1.0 gọi là bùn á sét.
- Đối với đất sét có W>WL với hệ số rỗng ε ≥ 1.5 thì gọi là bùn sét.
Tính chất vật lý cơ bản:
- Luôn luôn bão hòa nước.
- Độ ẩm tự nhiên W>WL.
- Hệ số rỗng ban đầu e0 rất lớn có thể lớn hơn 2.