Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc trong xây dựng công trình giao thông ở điều kiện đồng bằng sông cửu long

Đai Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN CÔNG VĨNH HỌC
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU
TẢI CỦA CỌC ĐƠN VÀ NHÓM CỌC TRONG XÂY DỰNG CÔNG
TRÌNH GIAO THÔNG Ở ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU ĐỒNG BẰNG
SÔNG CỬU LONG
CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY
DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG
SẮT
MÃ SỐ NGÀNH

: 2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 10 Năm 2005


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1:

TS. LÊ VĂN NAM

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2:

TS. ĐẬU VĂN NGỌ

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1:

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2:

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 2005


Luận văn thạc só

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
----------oOo----------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
----------oOo----------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC
HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN

: TRẦN CÔNG VĨNH HỌC

PHÁI

: NAM

NGÀY THÁNG NĂM SINH

: 05 – 07 –1978

NƠI SINH : AN GIANG

CHUYÊN NGÀNH

: CẦU, TUYNEN VÀ CÁC MÃ SỐ NGÀNH: 2.15.10

CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ
VÀ ĐƯỜNG SẮT
KHÓA

: 14

MS HỌC VIÊN: 00103009

I/ TÊN ĐỀ TÀI
Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc trong
xây dựng công trình giao thông ở điều kiện đất yếu đồng bằng sông Cửu Long.
II/ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1/ NHIỆM VỤ
Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc trong
xây dựng công trình giao thông ở điều kiện đất yếu đồng bằng sông Cửu Long. Đề xuất
phương pháp tính phù hợp và các giải pháp khắc phục ảnh hưởng ma sát âm đến sức chịu

tải cọc đơn và nhóm cọc.
2/ NỘI DUNG
Chương mở đầu: Cơ sở và nguyên nhân nghiên cứu, tính cấp thiết và thực tiễn của đề tài.
PHẦN I: PHẦN TỔNG QUAN
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về đất yếu và hiện tượng ma sát âm.
PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN
Chương 2: Nghiên cứu các phương pháp tính sức chịu tải của cọc.
Chương 3: Nghiên cứu một số phương pháp tính lún của đất nền và móng cọc.
Chương 4: Nghiên cứu tính sức chịu tải của cọc trong đất yếu có xét đến ảnh hưởng của ma
sát âm và cách khắc phục.

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 1


Luận văn thạc só

Chương 5: Nghiên cứu tính toán ảnh hưởng của ma sát âm đối với một số công trình thực tế
ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long.
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chương 6: Nhận xét và kết luận về kết quả đã nghiên cứu. Hướng nghiên cứu tiếp.

1. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
2. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
3. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

: TS. LÊ VĂN NAM

4. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

: TS. ĐẬU VĂN NGỌ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

TS. LÊ VĂN NAM

TS. ĐẬU VĂN NGỌ
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội đồng Chuyên ngành thông qua
Ngày ........... tháng .........năm 2005
TRƯỞNG PHÒNG ĐT SAU ĐẠI HỌC

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

TRƯỞNG KHOA QL NGAØNH

trang 2


Luận văn thạc só

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 3

Luận văn thạc só

LỜI CẢM ƠN
Hoàn thành được chương trình đào tạo cao học, nghiên cứu và thực hiện
xong Luận văn thạc só chuyên ngành Cầu, Tuynen và các công trình xây dựng
khác trên đường ôtô và đường sắt, Em xin bày tỏ lòng cám ơn đến:
•

Ban Giám hiệu trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia Tp. HCM.

•

Quý thầy cô khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Phòng Đào tạo sau đại học của
trường.

•

Quý thầy cô đã giảng dạy chương trình cao học cho chúng em.

•

Quý thầy cô trong Hội Đồng chấm đề cương và luận văn thạc só.

•

Thầy TS. Lê Văn Nam; TS. Đậu Văn Ngọ đã tận tình hướng dẫn và tạo
mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn thạc só.

•

Nhớ ơn công lao to lớn của gia đình đã chăm lo và động viên tinh thần để
em cố gắng học tập và chân thành gửi lời cám ơn đến tập thể phòng
QLDA 1, Ban QLDA Mỹ Thuận đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em học tập
và hoàn thành luận văn thạc só.

•

Cuối cùng cảm ơn tất cả các anh chị, bạn bè đồng môn đã động viên và
giúp đỡ nhau trong học tập.
Học viên cao học
Trần Công Vónh Học

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 1


Luận văn thạc só

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên dề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc
trong xây dựng công trình giao thông ở điều kiện đất yếu đồng bằng sông Cửu
Long”

Ở nước ta, đặc biệt là khu vực đồng bằng sông Cửu Long, nhiều công trình giao
thông được xây dựng trên nền đất yếu có tính nén lún lớn và khả năng chịu tải thấp.
Do đó, 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 thi công (đóng hoặc khoan nhồi) vào trong tầng đất
nền có quá trình cố kết chưa hoàn toàn, nếu tốc độ lún của đất nền dưới công trình
nhanh hơn tốc độ lún của cọc thì sự chuyển vị tương đối giữa đất nền và cọc (nếu đủ
lớn) sẽ gây 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, hiện tượng này gọi là hiện
tượng ma sát âm.
Hiện nay hiện tượng ma sát âm rất được quan tâm và nghiên cứu. Một số kết
quả nghiên cứu của các tác giả nước ngoài theo các quan điểm khác nhau đã rút ra
được kết luận: vùng ảnh hưởng ma sát âm gần bằng 0.7 chiều dài cọc trong đất yếu.
Tuy nhiên, theo quy trình thiết kế hiện tại thì vùng ảnh hưởng của ma sát âm được
tính bằng chiều dày của lớp đất yếu.
Trong nội dung luận án này, tác giả đã nghiên cứu vùng ảnh hưởng ma sát âm
theo quan điểm dựa trên chuyển vị tương đối giữa cọc và đất nền xung quanh cọc.
Vùng ảnh hưởng của ma sát âm là vùng mà tại đó tốc độ lún của đất nền lớn hơn tốc
độ lún của cọc. Dựa trên quan điểm đó, tác giả đã nghiên cứu các phương pháp tính
toán của các tác giả đi trước, các quy trình thiết kế hiện tại, lập các bảng tính ảnh
hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của móng cọc và tính toán với các công trình
cụ thể ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Từ đó kiến nghị phương pháp tính toán
đơn giản và phù hợp khi thiết kế móng cọc các công trình giao thông, đồng thời cũng
Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 2


Luận văn thạc só

đề xuất một số biện pháp làm giảm ảnh hưởng của ma sát âm và có một số kiến nghị
khi tính toán móng cọc trong đất yếu.
Ngoài ra, tác giả còn dùng phần mềm địa kỹ thuật Plaxis để mô phỏng hiện
tượng ma sát âm trong cọc bê tông cốt thép để xác định chiều sâu ảnh hưởng ma sát

âm của cọc và lực ma sát âm tác dụng vào cọc trong trường chưa có tải trọng công
trình tác dụng vào cọc và khi có tải trọng công trình tác dụng vào cọc.

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 3


Luận văn thạc só

SUMMARY OF THESIS
TITLE:
RESEACH THE IMPACT OF NEGATIVE SKIN FRICTION ON A PILE
AND A GROUP OF PILE DURING CONSTRUCTION OF CIVIL WORKS ON
THE SOFT SOIL IN THE MEKONG DELTA REGION.
ABSTRACT
In our country, especially in the Mekong Delta Region, there are civil works
constructed on the soft soil with a great settlement and low bearing capacity.
Therefore, the foundation of these works having great loading is designed with
reinforced concrete piles in order to transfer the work’s loading to the solid soil
stratum. When a pile (by driving or drilling) is constructed on the soil stratum with
uncompleted consolidation process, and the settlement of the foundation soil is faster
than that of the pile, the relative movement of the foundation soil and the pile will
cause a downward force of the soil stratum and reduce the bearing capacity of the
pile as well as increase loading on it. This phenomenon is called Negative Skin
Friction (NSF).
Nowadays, the NSF attracts much attention and study. The following
conclusions are reached on the basis of the study results of expatriate authors who
have various views. The factor of the NSF affected zone is approximately 0.7 of the
pile length in the soft soil. However, according to the modern design specification,

the said affected zone is of equal thickness of the soft soil layer.
In the contents of my thesis, I would like to reseach the NSF affected zone on
the view of relative movement of the pile and the foundation soil surrounding it. The
NSF affected zone is a location where the settlement’s speed of the foundation soil
is higher than that of the pile. From that view, I perused the Calculation Method of
the previous authors, the Modern Design Specification, prepared calculation sheets
of NSF’s impact on the bearing capacity of the pile foundation and applied to
specific civil works in the Mekong Delta Region. Based on the above, I would like to
propose a simple calculation method in compliance with the design specification of
Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Hoïc

trang 4


Luận văn thạc só

the pile foundation of civil works and to recommend some measures for
minimization of the NSF and the calculation method of the pile foundation in the soft
soil.
In addition, I also use the Plaxis Program for simulating NSF on a reinforced
concrete pile, and the depth affected by NSF and the NSF force are determined in
the cases: of available loading and unavailable loading on pile.

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 5


Luận văn thạc só

MỤC LỤC
DANH MỤC

TRANG
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
CƠ SỞ VÀ NGUYÊN NHÂN NGHIÊN CỨU

TÍNH CẤP THIẾT VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1 . ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

11

2 . MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

13

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

13

4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

13

5. TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

13

6. TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

13

PHẦN 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM
1.1 - KHÁI QUÁT VỀ DẤT YẾU VÀ SỰ PHÂN BỐ ĐẤT YẾU

17

1.2 - KHÁI QUÁT VỀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG (ĐBSCL)

18

1.2.1- Vị trí địa lý

18

1.2.2- Địa hình

18

1.2.3- Khí hậu

19

1.2.4 – Chế độ thủy văn

19

1.2.5- Chất lượng nước

20

1.3. ĐẶT ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC ĐBSCL
1.3.1- Nguồn gốc địa chất

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

20
20

trang 6


Luận văn thạc só

1.3.2- Cấu trúc địa chất

21

1.3.2.1- Tầng bồi tích trẻ hay gọi là trầm tích Holoxen

22

1.3.2.2- Tầng trầm tích cổ hay trầm tích Pletoxen

22

1.3.3- Sự phân bố đất yếu ở ĐBSCL

24

1.3.3.1- Sự phân bố đất yếu theo chiều sâu

24

1.3.3.2- Sự phân bố đất yếu theo mặt bằng

24

1.4. ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU Ở VÙNG ĐBSCL
1.4.1- Đăc trưng cơ lý của đất sét yếu

26
27

1.4.1.1- Lớp đất ở trên mặt

27

1.4.1.2- Lớp sét hữu cơ

27

1.4.1.3- Lớp đất sét lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò hoặc lớp cát 28
1.4.1.4- Lớp đất sét không lẫn hữu cơ

29

1.4.2 – Đặc trưng cơ lý của đất bùn

29

1.4.3- Đăc trưng cơ lý của than bùn

29

1.4.4- Đăc trưng cơ lý của cát chảy

29

1.5. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM

34

1.5.1- Định nghóa hiện tượng ma sát âm

34

1.5.2- Nguyên nhân gây ra lực ma sát âm

35

1.5.3- Các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng ma sát âm

39

1.5.4- nh hưởng của ma sát âm đến nền móng công trình

40

1.5.5- Những kết quả nghiên cứu ma sát âm trong và ngoài nước

41

1.6- NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

42

trang 7


Luaọn vaờn thaùc sú

Chơng 2
NGHIÊN CứU các phơng pháp tính sức chịu tải cọc
2.1- Sự làm việc của cọc đơn

45

2.2- Sự làm việc của nhóm cọc

46

2.3- Một số phơng pháp xác định sức chịu tải của cọc đơn 47
2.3.1- Xác định sức chịu tải của cọc dựa theo các chỉ tiêu cơ lý
của đất nền theo mẫu nguyên dạng

47

2.3.1.1- Xác định sức chịu tải của cọc dựa theo các chỉ tiêu
cơ lý của đất nền TCXD 205: 1998 / SNIP 2.02.03.85)

47

2.3.1.2- Xác định sức chịu tải của cọc đơn dựa theo các
chỉ tiêu cờng độ đất nền

50

2.3.2- Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên

53

2.3.2.1- Theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh

53

2.3.3.2- Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

54

2.4- Tính toán sức chịu tải cđa nhãm cäc

56

2.5. KÕt ln ch−¬ng 2

58

CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH LÚN CỦA ĐẤT NỀN VÀ MÓNG
CỌC
3.1- TÍNH ĐỘ LÚN CỦA ĐẤT NỀN

59

3.1.1- Phương pháp tính lún theo lyự thuyeỏt ủaứn hoi

59

3.1.2- Xác định độ lún theo lý thut cè kÕt

62

3.1.2.1- §é lón tøc thêi: Si

62

3.1.2.2- §é lón cè kÕt: Sc

62

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 8

Luận văn thạc só

3.1.2.3- Dù tÝnh ®é lón cè kÕt theo thêi gian:
3.1.3- Phương pháp cộng lún phân tố
3.2- X¸c định độ lún của cọc

64
66
72

3.2.1- Độ lún của một cọc ®¬n trong ®Êt

72

3.2.1.1- Tính toán độ lún của cọc đơn theo lý thuyết
bán không gian biến dạng (TCXD 205-1998)

72

3.2.1.2- Tính độ lún của cọc đơn trong đất không dính theo Vesic

73

3.2.1.3- Tính độ lún của cọc đơn trong đất dính

76

3.2.2- Độ lún của nhóm cọc

76

3.2.2.1- Tính độ lún của nhóm cọc theo [11]

76

3.2.2.2. Tính toán độ lún của nhóm cọc theo thụứi gian theo [7]

81

Chơng 4
NGHIÊN CứU TíNH SứC CHịU TảI CủA CọC TRONG ĐấT YếU Có XéT ĐếN
ảNH hởng của MA SáT ÂM và cách khắc phục
4.1. Nghiên cứu các mô hình tính toán

84

4.1.1- Mô hình thứ nhất [10] (Nga)

84

4.1.2- Mô hình thứ hai [3] (Pháp)

86

4.1.3- Mô hình thứ ba [13] (Anh)

90

4.1.4- Mô hình thứ t [14] (Mỹ)

92

4.1.4.1./ Đối với cọc đơn:

92

4.1.4.2- Đối với nhóm cọc:

94

4.1.5- Mô hình thứ năm [16] (Anh)

95

4.1.6- Mô hình thứ sáu [9] (Mỹ)

101

4.1.6.1- Đối víi cäc ®ãng

101

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Hoïc

trang 9


Luận văn thạc só

4.1.6.2- §èi víi cäc khoan nhåi

104

4.2- NhËn xét về các mô hình tính toán

105

4.3- các biện pháp làm giảm ảnh hởng ma sát âm

108

4.3.1- Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của đất

108

4.3.2- Bieọn phaựp làm giảm ma sát giữa đất và cọc trong vùng ma sát âm 109
4.3.3- Dùng sàn giảm tải có xử lý cọc
4.4- kÕt ln ch−¬ng 4

110
111

CHƯƠNG 5
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM ĐỐI VỚI MỘT
SỐ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ Ở KHU VỰC ĐỒØNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
5.1- DÙNG PHẦN MỀM PLAXIS MÔ PHỎNG HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM 113
5.1.1- Mô phỏng cọc đóng 45x45cm mố M1 cầu Tuyên Nhơn

113

5.1.2- Mô phỏng cọc khoan nhồi Φ=1.2m mố M1 cầu Đại Ngãi

121

5.2- TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM BẰNG CÁC MÔ HÌNH LÝ THUYẾT
5.2.1- Tính cho cọc 45x45cm mố M1 cầu Tuyên Nhơn

127
127

5.2.1.1- Thông số tính toán

127

5.2.1.2- Tính độ lún của nền đường và móng cọc

127

5.2.1.3- Tính sức chịu tải của cọc khi chưa xét đến ma sát âm

129

5.2.1.4- Tính sức chịu tải của cọc có xét đến ma sát âm

129

5.2.2- Tính cho cọc khoan nhồi Φ=1.2m mố M1 cầu Đại Ngãi

130

5.2.2.1- Thông số tính toán

130

5.2.2.2- Tính độ lún của nền đường khi chưa gia cố giếng cát

130

5.2.2.3- Tính độ lún của nền đường khi cố gia cố giếng cát

132

5.2.2.4- Tính sức chịu tải của cọc khi chưa xét đến ma sát âm

133

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 10


Luận văn thạc só

5.2.1.5- Tính sức chịu tải của cọc có xét đến ma sát âm
5.3- KIẾN NGHỊ PHƯƠNG PHÁP TNH TOAN MA SAT AM

133
134

phần iii: kết luận và kiến nghị

Chơng 6
kết luận và kiến nghị
6.1- Nhận xét và kết luận

136

6.2- Hạn chế của đề tài và hớng nghiên cứu tiếp

137

TàI LIệU THAM KHảO

139

tóM TắT Lý LịCH HọC VIÊN

141

phần phụ lục các bảng tính

Hoùc vieõn thửùc hieọn : Tran Coõng Vónh Học

trang 11


Luận văn thạc só

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
CƠ SỞ VÀ NGUYÊN NHÂN NGHIÊN CỨU
TÍNH CẤP THIẾT VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1 . ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước hiện nay, việc phát
triển cơ sở hạ tầng đã, đang và sẽ là nhiệm vụ trọng tâm trong chính sách phát triển
kinh tế xã hội của Đảng và Nhà nước. Đặc biệt là hạ tầng giao thông cần phải phát
triển, hoàn thiệân trước một bước để tạo tiền đề phát triển các ngành kinh tế khác.
Các công trình chúng ta xây dựng trong thời gian gần đây có xu hướng vươn cao
hơn, quy mô hơn. Để xây dựng được các công trình này và đảm bảo cho nó được ổn
định lâu bền, thì việc xây dựng nền móng là rất quan trọng và khó khăn, vì đặc điểm
của xây dựng công trình nói chung, công trình giao thông nói riêng trải rộng trên mọi
miền đất nước. Nền móng công trình được đặt trên những vùng địa chất rất đa dạng,
từ các vùng đất tốt đến các vùng địa chất yếu như sét yếu, bùn sét, bùn ... Đặc biệt
vùng đồng bằng sông Cửu Long, do lịch sử hình thành địa chất, có đất yếu chiếm đa
số. Do đó đối với công trình xây dựng trong khu vực này, việc chọn được giải pháp
thiết kế móng hợp lý sẽ đảm bảo khả năng chịu lực và ổn định lâu dài , đồng thời
giảm kinh phí xây dựng công trình.
Chính vì thế xu hướng chung hiện nay là dùng móng sâu (móng cọc) cho các
công trình xây dựng ở vùng địa chất yếu để đảm bảo sức chịu tải yêu cầu của công
trình. Tuy nhiên trong vùng đất yếu luôn xảy ra hiện tượng lún và lún cố kết theo
thời gian dưới tác dụng của tải trọng bản thân và tải trọng ngoài. Vì vậy một vấn đề
đặt ra là sự lún này ảnh hưởng như thế nào đến sự làm việc của cọc đơn và nhóm
cọc. Đồng thời các giải pháp thiết kế để làm giảm sự ảnh hưởng đó như thế nào!
Khi cọc đặt trong đất yếu, do ảnh hưởng của lún hoặc lún cố kết của nền đất và
khi độ lún này lớn hơn độ lún của cọc (trong thiết kế khi xét khả năng chịu tải của
cọc trong nền đất, đất được xem như lún xuống dưới so với móng cọc), do lực ma sát

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Hoïc

trang 11

Luận văn thạc só

thành bên giữa nền đất và cọc sẽ hình thành một tải trọng tác dụng lên mặt ngoài của
cọc, kéo cọc xuống dưới, làm tăng tải trọng tác dụng lên cọc, lực này được gọi là lực
do ma sát âm. Trị số của lực ma sát âm có liên quan với sự cố kết của đất, phụ thuộc
trực tiếp vào ứng suất có hiệu của đất xung quanh cọc.
Hiện tượng ma sát âm đã được biết đến từ lâu trên thế giới trong đó có Việt
Nam, tuy nhiên đây là một hiện tượng phức tạp vì nó phụ thuộc vào nhiều thông số
như: độ lún của đất sau khi đóng cọc, sự co ngắn đàn hồi của cọc, quy luật phân bố
ma sát âm lên thành cọc … Vì vậy, để đơn giản trong tính toán người ta thường lấy trị
số lực ma sát âm lớn nhất lúc kết thúc cố kết. Điều này dẫn đến kết quả tính toán
thiên về an toàn, gây lãng phí đồng thời chưa thể hiện đúng ảnh hưởng của ma sát
âm đến sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc [3].
Nếu không xét tới đầy đủ hoặc bỏ qua hiện tượng này thì về lâu dài, kết cấu có
thể bị phá hoại do móng bị lún quá mức cho phép. Khi xem xét tổng thể sự làm việc
của cọc và đất trong vùng đất yếu, việc tính ma sát âm là cần thiết. Điều đó đồng
nghóa với việc mô hình hóa được sự làm việc giữa cọc và đất nền gần sát với điều
kiện thực tế nhất, cũng đồng nghóa với việc tăng độ chính xác của việc thiết kế và
tăng độ tin cậy trong thiết kế nền móng công trình.
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 đơn và nhóm 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.
Trong xu thÕ më cưa vµ héi nhËp của nớc ta hiện nay, việc sử dụng các tài liệu và
tiêu chuẩn thiết kế trong ngành giao thông vận tải rất đa dạng và phong phú, ngoài việc
sử dụng tiêu chuẩn thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn ban hành năm 1979 (22
TCN 18-79), các tiêu chuẩn thiết kế của các nớc khác cũng đợc sử dụng rất rộng rÃi
trong tính toán thiết kế nh tiêu chuẩn xây dựng cầu và cống CH 2.05.03-84 của Nga,

các tiªu chn thiÕt kÕ AASHTO cđa Mü, tiªu chn thiÕt kế JIS của Nhật Bản. Ngoài ra
một số các tiêu chuẩn thiết kế khác cũng đợc vận dụng trong các dự án cụ thể nh tiêu
chuẩn thiết kế cầu AUSTROADS năm 1992 của úc, BS của Anh quốc .v.v.

Hoùc vieõn thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 12


Luaọn vaờn thaùc sú

Trong các tiêu chuẩn thiết kế này có một số tiêu chuẩn có những chỉ dẫn cho việc
tính toán sức chịu tải của cọc có xét đến ma sát âm, tuy nhiên các chỉ dẫn này có nhiều
điểm không giống nhau và chỉ ở mức độ chung chung nên các kết quả tính toán sẽ rất
khác nhau và khó đạt đợc độ tin cậy cần thiết. Khi tham khảo các tài liệu thiết kế khác
cũng ở trong tình trạng tơng tự, vì vậy khi xem xét đến vấn đề ảnh hởng của ma sát
âm tới sức chịu tải của cọc và nhóm cọc, sẽ rất khó khăn khi tham khảo đến tài liệu nào,
tiêu chuẩn thiết kế nào và sẽ áp dụng trong điều kiện nào là phï hỵp nhÊt.
Do đó việc nghiên cứu, đề xuất một phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc
có xét đến ma sát âm và vận dụng phù hợp trong điều kiện đất yếu của khu vực đồng
bằng sông Cửu Long là cần thiết và cấp bách. Luận văn này nhằm giải quyết vấn đề
đặt ra trên.
2 . MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và
nhóm cọc trong xây dựng công trình giao thông ở điều kiện đất yếu đồng bằng sông
Cửu Long” được thực hiện dựa trên cơ sở phân tích các phương pháp tính toán sức
chịu tải của cọc và sự làm việc của nhóm cọc có xét đến ma sát âm theo các tiêu
chuẩn thiết kế và các tài liệu của các tác giả khác, đồng thời việc tính toán cụ thể sẽ
được thực hiện trên số liệu các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu của công trình thực tế ở
đồng bằng sông Cửu Long. Từ đó kiến nghị phương pháp tính toán phù hợp và các

giải pháp khắc phục ảnh hưởng của ma sát âm trong thiết kế móng cọc công trình
giao thông trong điều kiện đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết các phương pháp tính sức chịu tải của cọc đơn và nhóm
cọc trong xây dựng công trình giao thông có xét đến ảnh hưởng ma sát âm của các
tác giả đi trước và các quy trình triết kế trong và ngoài nước.
Để phục vụ cho công tác tính toán, Tác giả luận văn viết bảng tính sức chịu tải
của cọc đơn và nhóm cọc có xét đến ảnh hưởng của ma sát âm, có thể dùng
Microsolf Excel để viết chương trình. Ngoài ra, Tác giả còn dùng chương trình địa kỹ
thuật Plaxis để phân tích, mô phỏng ảnh hưởng ma sát âm cho móng cọc.

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 13


Luận văn thạc só

p dụng tính toán cho một số công trình cụ thể, tiêu biểu như cầu Tuyên Nhơn
(thuộc dự án đường Hồ Chí Minh phía Nam); cầu Đại Ngãi (thuộc dự án đường Nam
Sông Hậu). Từ đó kiến nghị phương pháp tính toán phù hợp và các giải pháp khắc
phục ảnh hưởng của ma sát âm đến móng cọc công trình giao thông.
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đối với sức chịu tải cọc đơn và nhóm cọc
trong điều kiện đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long. Đối với các loại đất, nghiên cứu
ảnh hưởng cho các loại móng cọc được sử dụng chủ yếu trong xây dựng các công
trình giao thông:
-

Cọc BTCT thi công bằng phương pháp đóng.

-

Cọc khoan nhồi.

5. TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Khi tính toán móng của một công trình thì ta quan tâm đến khả năng chịu tải 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 có xét ảnh hưởng ma sát âm 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.
- 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 quá độ lún
giới hạn cho phép. Làm tăng độ tin cậy khi thiết kế móng công trình.
- Đề xuất các giải pháp xử lý nền móng thích hợp để rút ngắn thời gian thi công
công trình, giảm giá thành nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.
6. TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay ở nước ta nói chung, đồng bằng sông Cửu Long nói riêng, có rất nhiều
công trình giao thông được xây dựng trong vùng đất yếu có khả năng bị ảnh hưởng
của ma sát âm đối với móng cọc bê tông cốt thép. Hiện tượng này làm giảm khả
năng chịu tải của cọc và làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc, không những làm giảm
tính kinh tế mà còn dễ gây mất ổn định cho công trình.

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 14


Luận văn thạc só

Ngoài ra, các công trình mới xây chen bên cạnh công trình cũ đã phát sinh thêm
tải trọng tác dụng lên đất nền, làm tăng độ lún nền đất sinh ra hiện tượng ma sát âm
kéo cọc của công trình cũ đi xuống làm cho công trình bị lún vượt quá giới hạn cho
phép, ….
Đề tài này sẽ nghiên cứu về hiện tượng ma sát âm, cách tính sức chịu tải của
cọc đơn và nhóm cọc có xét đến ma sát âm và kiến nghị 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 văn này.

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 15


Luận văn thạc só

PHẦN 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

Học viên thực hiện : Trần Công Vónh Học

trang 16


Luận văn thạc só

PHẦN 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ HIỆN TƯNG
MA SÁT ÂM

1.1 - KHÁI QUÁT VỀ DẤT YẾU VÀ SỰ PHÂN BỐ ĐẤT YẾU
Đất mềm yếu là đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5-1 daN/cm2) có
tính nén lún lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e>1), modul biến dạng
thấp (E0 < 50 daN/cm2) lực chống cắt nhỏ [3]…. Nếu không có biện pháp xử lý đúng
đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể
thực hiện được.
Theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa,
vũng vịnh hoặc biển. Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích, sườn tích, bồi tích do
gió, nước, do lũ bùn đá, do con người gây ra. Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa
sông, tam giác Châu hoặc vịnh biển. Đất yếu nguồn gốc biển được tạo thành ở khu
vực nước nông (không quá 200m), khu vực thềm lục địa (200 ÷ 3000m) hoặc khu
vực biển sâu (trên 3000m). Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều
kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện địa lý và khí hậu… mà tồn tại các
loại đất yếu khác nhau như đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích bị
mùn hóa, than mùn hóa…[3]
Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước. Loại đất
này có những tính chất đặc biệt đồng thời cũng có tính chất tiêu biểu cho các loại
đất sét yếu nói chung, nguồn gốc của loại đất sét yếu thời cận đại (vì chúng mới
hình thành vào khoảng 20.000 năm thuộc kỷ Pleistocene). Các hạt tạo thành đất
sét được phong hóa từ đá mẹ, có tính chất thay đổi theo tính chất của đá mẹ, điều
kiện khí hậu, sự vận chuyển và trầm lắng. Sau sự vận chuyển của sông ngòi, sự
hình thành của các hạt sét chỉ xảy ra trong các môi trường trầm tích yên tónh. Tùy
theo môi trường trầm tích khác nhau mà có thể có các loại vỉa đất sét khác nhau.

Học viên thực hiện: Trần Công Vónh Học

Trang 17


Luận văn thạc só

1- Đất sét biển: Các vỉa này thường hình thành trong thời kỳ từ 12.000 đến
5.000 năm trước công nguyên với tốc độ trầm tích cao.
2- Đất sét châu thổ: Châu thổ (Tam giác châu) các sông lớn là môi trường
trầm tích rất họat động đồng bộ và đã hình thành nhiều vỉa đất sét lớn. Tổng hợp
quá trình vận chuyển phù sa trong các điều kiện địa hình khác nhau với sự giao lưu
của nước sông và nước biển có thể dẫn đến một tỉ lệ bồi lấp rất cao.
3- Đất sét bờ biển và bãi lầy: Tùy theo điệu kiện địa phương, địa hình… các
vỉa sét này khi thì mang tính chất của vỉa sét vùng Châu Thổ, khi thì mang tính
chất của vỉa sét biển [3].
1.2 - KHÁI QUÁT VỀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG (ĐBSCL).
1.2.1- Vị trí địa lý
Đồng bằng sông Cửu Long là vùng châu thổ nằm cuối hạ lưu sông Mêkong,
được tạo thành nhờ quá trình bồi tụ và lắng đọng trầm tích trong điều kiện biển
nông, cùng với dòng chảy mang phù sa của các sông ra biển (sông Cửu Long, sông
Vàm Cỏ). Đồng bằng sông Cửu Long được giới hạn bởi phía bắc là biên giới Việt
Nam – Campuchia, Tây Ninh và TP.Hồ Chí Minh; phía nam và đông là biển Đông;
phía tây là vịnh Thái Lan. Đồng bằng sông Cửu Long có diện tích tự nhiên là
3.900.000ha bao gồm 13 tỉnh: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp, Vónh
Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang
và An Giang.
1.2.2- Địa hình
Đồng bằng sông Cửu Long có địa hình tương đối bằng phẳng, cao độ phổ biến
0,3 ÷ 0,4 m trên mực nước biển (theo mốc cao độ Mũi Nai) trừ một số ngọn núi ở
An Giang và Kiên Giang. Ngoài ra các khu vực có độ cao cục bộ, có thể phân
thành các vùng theo cao độ như sau:
-

Thềm phù sa cổ dọc biên giới Việt Nam - Campuchia có cao độ từ 2,0÷5,0m.

-

Dọc theo sông Tiền và sông Hậu có cao độ 1,0 ÷ 3,0 m.

Học viên thực hiện: Trần Công Vónh Học

Trang 18


Luận văn thạc só

-

Các khu vực ngập lũ của sông Tiền, sông Hậu và các vùng ngập triều ven
biển có cao độ 0,3÷1,5m.
Do sự bồi đắp và lắng đọng của phù sa sông, biển đã tạo cho ĐBSCL có địa

thế cao ở ven sông Tiền, sông Hậu, sông Vàm Cỏ và ven biển. Những nơi nằm xa
sông chính, xa biển nằm sâu trong đất liền thì thấp và trũng.
1.2.3- Khí hậu
Đồng bằng sông Cửu Long chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa,
nhiệt độ bình quân khoảng 27oC. Lượng mưa bình quân từ 1200 ÷ 2400mm/năm.
Hàng năm có hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 mang theo gió Tây
Nam, khí hậu ẩm ướt. Mùa khô từ tháng 12 đến cuối tháng 4 năm sau mang theo
gió mùa Đông Bắc. Lïng mưa ở ĐBSCL phân bố không đồng đều. Vùng phía tây
có lượng mưa lớn nhất 1800 - 2400 mm/năm. Vùng phía đông có lượng mưa trung
bình 1600-2000 mm/năm. Vùng trung tâm đồng bằng kéo dài từ Châu Đốc - Long
Xuyên - Cao Lãnh - Trà Vinh - Gò Công có lượng mưa nhỏ nhất 12001400mm/năm.
Về thời gian mưa, ở ĐBSCL phân bố không đều trong năm, khoảng 90%
lượng mưa tập trung trong các tháng mùa mưa, lượng mưa mùa khô chỉ chiếm

khoảng 10%.
Độ ẩm tương đối ở ĐBSCL khoảng 80% vào mùa mưa và 60% vào mùa
khô.
1.2.4 – Chế độ thủy văn
Chịu ảnh hưởng lớn của dòng chảy sông MêKong, sông Vàm Cỏ, thủy triều
biển đông, thủy triều vịnh Thái Lan và chế độ mưa của từng vùng.
Hàng năm ĐBSCL bị nước lũ của sông MêKong chảy về gây ngập lụt cho
phần phía bắc của đồng bằng: Nước truyền vào đồng bằng theo các kênh rạch nối
với sông Tiền, sông Hậu, diện tích ngập lũ khoảng 1.400.000 ha.

Học viên thực hiện: Trần Công Vónh Học

Trang 19