Phân tích hệ số phân bố tải trọng trong móng bè cọc trên nền có gia cố cọc xi măng đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------------

TRẦN ĐỒNG KIẾM LAM

PHÂN TÍCH HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG TRONG MÓNG
BÈ CỌC TRÊN NỀN CÓ GIA CỐ CỌC XI MĂNG ĐẤT

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số: 60 58 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học:

GV. TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Cán bộ chấm nhận xét 1: GVC. TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 2: GV. TS. ĐỖ THANH HẢI

Luận văn được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM, ngày 9
tháng 01 năm 2013.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm:
1. PGS. TS. CHÂU NGỌC ẨN

2. TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
3. TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
4. TS. ĐỖ THANH HẢI
5. TS. ĐINH HOÀNG NAM
Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và Trường khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Trần Đồng Kiếm Lam

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 01/3/1987

Nơi sinh : Long Hồ Cửu Long

Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

MSHV: 11090994

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2011
I- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG TRONG MÓNG BÈ

CỌC TRÊN NỀN CÓ GIA CỐ CỌC XI MĂNG ĐẤT
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Nhiệm vụ: Phân tích hệ số phân bố tải trọng trong móng bè cọc trên nền có gia cố cọc xi

măng đất.
Nội dung:

Mở đầu.
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích móng bè cọc và cọc xi măng đất.
Chương 3: Phân tích hệ số phân bố tải trọng trên nền đất yếu có gia cố cọc xi măng đất
đối với cơng trình thực tế tại Cần Thơ.
Kết luận và kiến nghị.
II- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/7/2012
III- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2012
IV- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Tp. HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2012
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

PGS.TS. VÕ PHÁN
TRƯỞNG KHOA:
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cơ bộ mơn Địa Cơ Nền Móng đã hướng
dẫn em suốt khóa học. Kiến thức của thầy cơ cung cấp giúp ích em trong việc hồn
thành luận văn nói riêng và trang bị kiến thức khá đầy đủ để em thực hành nghề sau
nay.
Em chân thành cảm ơn thầy Lê Trọng Nghĩa đã tận hình hướng dẫn và giúp đỡ
em hoàn thành luận văn này. Em chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Xuân
Thọ đã nêu ra những khuyết điểm của Đề cương luận văn để em rút kinh nghiệm.
Sau 03 học kỳ học tập nghiên cứu thạc sỹ tại trường, em được cung cấp nhiều
kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế từ các thầy cô, và đặt biệt là tấm lịng nhiệt
tình của q thầy cô là tấm gương cho những giảng viên trẻ như em noi theo.
Em xin chân thành CẢM ƠN.

Tp, Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 11 năm 2012

Trần Đồng Kiếm Lam


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Cơng trình tại Cần Thơ 17 tầng với 2 tầng hầm đặt trên nền đất có 7 lớp với
chiều dày lớp đất yếu 30m. Để chống chuyển vị thành hố đào và chống đẩy trồi đáy
móng trong quá trình, một lớp sàn xi măng đất (JGS) được đưa vào sử dụng.
Phương án móng dưới lõi thang máy là móng cọc với 12 cọc có đường kính 1.2m

dài 54.5m. Với phương án móng trên, lớp xi măng đất khơng được xét vào trong
q trình thiết kế nền móng.
Luận văn tiến hành phần tích bài tốn theo quan điểm bè cọc trên nền có xét
lớp xi măng đất. Bài tốn được phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn 3D
(với sự trợ giúp của phầm mềm Plaxis dùng mơ hình nền Mohr - Coulomb). Kết quả
thu được khi không xét lớp xi măng đất, hệ số phân bố tải trọng αpr = 97.11%, còn
khi xét hệ số αpr = 71.88%. Vậy khi xét lớp xi măng đất hệ số phân bố tải trọng
giảm đáng kể.
Đồng thời khi thay đổi cường độ lớp xi măng đất, chiều dày lớp xi măng đất,
chiều dày bè, chiều dài cọc, đường kính cọc, khoảng cách cọc và tải trọng ngoài ta
thấy hệ số phân bố cũng thay đổi theo.
• Khi cường độ lớp xi măng tăng 50% (từ 400kN/m2 đến 600kN/m2) hệ
số phân bố tải trọng giảm 6.8%.
• Khi chiều dày lớp xi măng đất tăng (từ 4m đến 5m) hệ số phân bố tải
trọng giảm 3.83%.
• Khi chiều dày bè tăng hệ số phân bố tải trọng giảm, tuy nhiên sự giảm
này có xu hướng tắt nhanh; ∆αpr1.5-2 = - 1.41%; ∆αpr2-2.5 = - 0.68%;
∆αpr3-2.5 = - 0.32%.
• Khi chiều dài cọc tăng, hệ số phân bố tải trọng tăng theo. Khi lc = 40m,
αpr=56.23%, khi lc = 55m, αpr = 63.83%.
• Khi đường kính cọc tăng, hệ số phân bố tải trọng tăng (tăng từ 37.24%
đến 63.83%).
• Khi khoảng cách cọc tăng, hệ số phân bố tải trọng giảm từ 61.93% khi
dc = 3m đến 53.48% khi dc = 6m.


• Trường hợp thay đổi độ lớn tải trọng ngoài: tải trọng ngoài giảm lớn (từ
4500kN/cọc đến 1500kN/cọc hệ số phân bố tải trọng giảm ít ( từ
71.88% đến 69.54%.)
ABSTRACT

The building in Can Tho (17 stories with 2 basements ) stands at the place
where soil profile has sevent layer with the depth of the soft soil is 30m. For
reducing wall deflection and ground settlement and improving basal heave stability
a Jet Grouting Slab (JGS) was used. The foundation at the elevator was designed as
the pile foundation with 12 piles with d = 1.2m and 54.5m in length. The JGS
wasn’t mentioned when designing the pile foundation.
The thesis analyses with piled raft foundation philosophy in two cases: not
mentioning the JGS and mentioning the JGS. The FEM 3D method with Plaxis 3D
Foundation was used. First case, αpr = 97.11%, and second cases, αpr = 71.88%. So
when mentioning the JGS, the αpr lowers nearly 30%.
The thesis also analyses some effects on the αpr factor. It shows that the
strength of JGS, the height of JGS, the height of raft, the length of pile, the diameter
of pile, the length between piles and the load can make the αpr change.
• When the strength of JGS increases 50% (from 400kN/m2 to
600kN/m2), αpr decreases 6.8%.
• When the height of JGS increases from 4m to 5m, αpr decreases 3.83%.
• When the height of raft increases, αpr decreases.
• When the length of pile increases αpr also increases: lc = 40m;
αpr=56.23%, lc = 55m, αpr = 63.83%.
• When the diameter of pile increases αpr also increases.
• When the length between piles increases, αpr decreases: from 61.93%
(dc = 3m) to 53.48% (dc = 6m).
• When the load decreases from 4500kN/pile to 1500kN/pile, αpr
decreases: from 71.88% to 69.54%.


1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

11

1.1. Tên đề tài

11

1.2. Tính cấp thiết của đề tài

11

1.3. Mục đích nghiên cứu của đề tài

11

1.4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài

12

1.5. Ý nghĩa khoa học

12

1.6. Ý nghĩa thực tiễn

12

1.7. Phạm vi nghiên cứu của đề tài

12

1.8. Hạn chế của đề tài

12

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÓNG BÈ CỌC VÀ SÀN
XI MĂNG ĐẤT

13

1.1. Quan điểm thiết kế móng bè cọc

13

1.2. Các thơng số điển hình

17

1.2.1. Hệ số phân bố tải trọng αpr

17

1.2.2. Hệ số độ lún lớn nhất ξs

17

1.3. Một số cơng trình điển hình

18

1.3.1. Westend 1 Tower, Frankfurt

18

1.3.2. Messeturm Tower, Frankfurt

22

1.3.3. Torhaus der Messe

23

1.4. Hạn chế của phương án thiết kế móng bè cọc làm việc đồng thời

24

1.5. Ứng dụng cột xi măng đất trong hố đào sâu

25


2

1.5.1. Giới thiệu

25

1.5.2. Phân loại

25

1.5.2.1. Phương pháp trộn ướt

25

1.5.2.2. Phương pháp trộn khô

25

1.5.2.3. Phương pháp trộn nông

25

1.5.2.4. Phương pháp trộn trên mặt đất

26

1.5.2.5. Kết hợp phụt vữa cao áp và phương pháp trộn ướt

26

1.5.3. Ứng dụng của cột xi măng đất

26

1.5.4. Cách thức bố trí cọc xi măng đất

28

1.5.5. Ứng dụng của cột xi măng đất trong hố đào sâu

30

1.5.5.1. Chuyển vị của tường trong hố đào sâu

30

1.5.5.2. Ứng dụng cột xi măng đất chống chuyển vị hố đào

30

1.6. Kết luận

35

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH MĨNG
BÈ CỌC VÀ CỌC XI MĂNG ĐẤT

36

2.1. Các phương pháp phân tích ứng xử trong móng bè cọc

36

2.1.1. Các loại tương tác trong móng bè cọc

36

2.1.2. Cơ chế làm việc của hệ bè cọc

36

2.1.3. Các vấn đề cần quan tâm khi phân tích móng bè cọc

37

2.1.4. Phân loại các phương pháp phân tích

38

2.1.5. Các phương pháp tính tốn đơn giản

40

2.1.5.1. Phương pháp Poulos - Davis - Randolph (PDR) [36]

40

2.1.5.2. Phương pháp Burland [18]

44

2.1.6. Phương pháp tính gần đúng dựa vào máy tính

45

2.1.6.1. Phương pháp dãy trên nền lò xo (GASP)

45

2.1.6.2. Phương pháp bản trên nền lò xo (GARP)

46

2.1.6.3. Phương pháp Randolph (1983) [21]

47

2.1.6.4. Phương pháp Clancy & Randolph (1993) [22]

47


3

2.1.7. Các phương pháp tính tốn chính xác

47

2.1.7.1. Phương pháp phần tử biên (BEM) [41]

47

2.1.7.2. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

48

2.1.7.3. Phương pháp kết hợp phần tử hữu hạn và phần tử biên

50

2.1.7.4. Phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với phần tử lớp

50

2.1.8. Ứng dụng Plaxis 3D phân tích bài tốn kinh điển

50

2.1.8.1. Đặt vấn đề

50

2.1.8.2. Thơng số đầu vào

51

2.1.8.3. Kết quả tính tốn

52

2.2. So sánh ứng xử của móng bè cọc giữa các phương pháp khi chịu cùng tải
trọng thiết kế

53

2.3. Phương pháp thiết kế cọc xi măng đất

54

2.3.1. Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn gia cố cột xi măng đất Việt Nam
[50]

54

2.3.1.1. Cường độ kháng cắt của nền gia cố

54

2.3.1.2. Độ lún của nền

55

2.3.2. Phương pháp tính tốn theo quan điểm nền tương đương

55

2.3.3. Phương pháp tính tốn theo quan điểm cột xi măng đất làm việc giống như
cọc.

56

2.3.3.1. Sức chịu tải của cột xi măng đất theo vật liệu làm cọc

56

2.3.3.2. Sức chịu tải của cột xi măng đất theo đất nền

56

2.3.4. Các thông số của cột xi măng đất

56

2.3.4.1. Cường độ nén đơn qu

56

2.3.4.2. Module đàn hồi Eu

57

2.4. Thông số đầu vào của phần mềm Plaxis
2.4.1. Loại vật liệu
2.4.1.1. Định nghĩa

59
59
59


4

2.4.1.2. Phân tích ứng suất có hiệu loại vật liệu undrained với thơng số có hiệu
60
2.4.1.3. Phân tích ứng suất có hiệu loại vật liệu undrained với thơng số khơng
thốt nước

61

2.4.1.4. Phân tích ứng suất tổng loại vật liệu undrained với thơng số khơng
thốt nước
2.4.2. Mơ hình Morh – Coulomb

61
62

2.4.2.1. Thông số độ cứng của nền: E, ν

62

2.4.2.2. Thông số sức kháng cắt của đất: c, ϕ, ψ

68

2.4.2.3. Hệ số thấm

69

2.5. Kết luận

71

CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG
TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CÓ GIA CỐ CỌC XI MĂNG ĐẤT
ĐỐI VỚI CƠNG TRÌNH THỰC TẾ TẠI CẦN THƠ

72

3.1. Giới thiệu cơng trình

72

3.2. Trình tự thi cơng và mơ tả bài tốn

76

3.2.1. Trình tự thi cơng:

76

3.2.2. Thơng số đầu vào

77

3.2.2.1. Thông số địa chất

77

3.2.2.2. Thông số sàn xi măng đất

78

3.2.2.3. Thông số cọc BTCT

78

3.2.2.4. Thông số sàn

78

3.2.3. Mô phỏng bài toán trong Plaxis 3D

79

3.2.4. Các trường hợp bài toán

79

3.2.5. Kết quả phân tích bài tốn

80

3.2.5.1. Trường hợp 1

80

3.2.5.2. Trường hợp 2

82


5

3.2.5.3. Trường hợp 3

84

3.2.5.4. Trường hợp 4

91

3.2.5.5. Trường hợp 5

92

3.2.5.6. Trường hợp 6

95

3.2.5.7. Trường hợp 7

96

3.2.5.8. Trường hợp 8

97

3.3. Nhận xét

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

99

103

Kết luận

103

Kiến nghị

104

TÀI LIỆU THAM KHẢO

105


6

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1: Biến dạng của hai cơng trình, một theo quan điểm cổ điển, một theo quan
điểm cọc tới hạn ( theo Hansbo, 1993 [3]) ............................................................. 14
Hình 1-2: Cọc bố trí làm giảm độ lún của nền ( theo Randolph, 1994 [2]) ............. 14
Hình 1-3: Cọc giảm lún trong vai trò làm giảm lún cục bộ ( theo Tan Y.C. and
Chow C.M.,2004 [5]) ............................................................................................ 15
Hình 1-4: Đường cong quan hệ giữa độ lún và tải trọng tác dụng cho móng bè cọc
theo các quan điểm thiết kế ( Poulos , 2001 [4]) .................................................... 16
Hình 1-5: Westend 1 Tower, Frankfurt .................................................................. 18
Hình 1-6: Mặt cắt ngang Westend 1 Tower, Frankfurt (a) và mặt bằng móng (b) (
Franke và các cộng sự, 1994) ................................................................................ 19
Hình 1-7: So sánh kết quả tính tốn ....................................................................... 20
Hình 1-8: Messeturm Tower, Frankfurt ................................................................. 22
Hình 1-9: Phương án móng bè cọc Messeturm Tower, Frankfurt ........................... 23
Hình 1-10: Ứng dụng của trộn sâu ( theo TCVN 385 : 2006) [9] ........................... 26
Hình 1-11: Các ứng dụng của trộn sâu ................................................................... 27
Hình 1-12: Thí dụ bố trí trụ trộn khơ: 1 Dải; 2 Nhóm, 3 Lưới tam giác, 4 Lưới
vng .................................................................................................................... 28

Hình 1-13: Thí dụ bố trí trụ trùng nhau theo khối .................................................. 28
Hình 1-14: Thí dụ bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất................................................... 28
Hình 1-15: Thí dụ bố trí trụ trộn ướt trên biển:1 Kiểu khối , 2 Kiểu tường, 3 Kiểu kẻ
ô, 4 Kiểu cột, 5 Cột tiếp xúc, 6 Tường tiếp xúc, 7 Kẻ ô tiếp xúc, 8 Khối tiếp xúc .. 29
Hình 1-16: Thí dụ bố trí trụ trùng nhau trộn ướt, thứ tự thi cơng ............................ 29
Hình 1-17: Chuyển vị của tường trong hố đào sâu: so sánh giữa thực tế và tính tốn
( theo Chang – Yu Ou, 2006 [11]) ......................................................................... 30
Hình 1-18: Mặt cắt ngang hố đào sâu có lớp xi măng đất ( Gaba, 1990 [12]) ......... 31
Hình 1-19: Các dạng gia cố cột xi măng đất trong hố đào sâu a, dạng khối; b, dạng
cột; c, dạng tấm ..................................................................................................... 31
Hình 1-20: Sự gia cường đất nền bên dưới hố đào: a, gia cường toàn bộ khu vực; b,
gia cường cục bộ ................................................................................................... 32


7

Hình 1-21: Ảnh hưởng của chiều dày lớp cột xi măng đất trong hố đào sâu (theo
Wong và các cộng sự., 1998 [13]) ......................................................................... 32
Hình 1-22: Trường hợp đầu tiên, chuyển vị lớn nhất là 361mm ............................. 33
Hình 1-23: Trường hợp thứ hai, chuyển vị lớn nhất là 141mm............................... 33
Hình 1-24: Trường hợp thứ ba, chuyển vị lớn nhất là 37mm.................................. 34
Hình 1-25: Ứng dụng JGS trong hố đào sâu .......................................................... 34
Hình 1-26: Cơ chế làm việc của JGS: a, thanh chịu nén; b, bản neo ....................... 35
Hình 2-1: Tương tác trong móng bè cọc ( dựa theo Katzenbach và các cộng sự [16]
) ............................................................................................................................. 36
Hình 2-2: Mối quan hệ giữa móng cọc - móng bè - móng bè cọc [17].................... 37
Hình 2-3: Mơ tả đơn giản về bè cọc đơn vị ............................................................ 41
Hình 2-4: Quan hệ giữa độ lún và tải trọng ............................................................ 43
Hình 2-5: Quan điểm của Burland [19] .................................................................. 44
Hình 2-6: Phương pháp dãy trên nền lị xo theo Poulos (1991) [20] ....................... 46

Hình 2-7: Bài tốn móng bè trên nền cọc [51] ....................................................... 51
Hình 2-8: Hình ảnh biến dạng của kết cấu ............................................................. 52
Hình 2-9: Biểu đồ so sánh hệ số phân bố tải trọng giữa các phương pháp .............. 53
Hình 2-10: Biểu đồ so sánh độ lún giữa các phương pháp...................................... 54
Hình 2-11: Quan hệ giữa cương độ chịu cắt và cường độ nén đơn (theo Kawasaki và
các cộng sự. (1984) [53] ........................................................................................ 57
Hình 2-12: Mối quan hệ giữa qu và E50 theo Kawasaki (1981) [54]........................ 58
Hình 2-13: Mối quan hệ giữa qu và E50 theo Asano và các cộng sự. (1996) [55] .... 58
Hình 2-14: Cách xác định E và ν ........................................................................... 63
Hình 2-15: Quan hệ giữa E và qc đối với đất cố kết thường, Mayne, P. (1986) [61]
.............................................................................................................................. 64
Hình 2-16: Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết ................................................ 68
Hình 3-1: Mặt bằng móng cọc tại khu vực thang máy ............................................ 72
Hình 3-2: Biểu đồ Nspt và thí nghiệm cắt cánh ...................................................... 75
Hình 3-3: Mặt bằng bố trí cọc xi măng đất............................................................. 77
Hình 3-4: Mơ phỏng bài tốn trong Plaxis 3D ....................................................... 79


8

Hình 3-5: a, Trường hợp khơng có lớp xi măng đất; b, Trường hợp có lớp xi măng
đất ......................................................................................................................... 80
Hình 3-6: Biến dạng của nền khi không xét lớp xi măng đất (a) và khi xét lớp xi
măng đất (b). ......................................................................................................... 81
Hình 3-7: Lực dọc trong cọc khi khơng xét lớp xi măng đất .................................. 81
Hình 3-8: Lực dọc trong cọc khi xét lớp xi măng đất ............................................. 82
Hình 3-9: Sự phụ thuộc của α vào cường độ lớp JGS, H = 6m .............................. 83
Hình 3-10: Sự phụ thuộc của độ lún S vào cường độ lớp JGS, H = 6m .................. 83
Hình 3-11: Sự phụ thuộc của P vào cường độ lớp JGS, H = 6m ............................. 84
Hình 3-12: a, Trường hợp lớp xi măng đất dày 4m; b, Trường hợp lớp xi măng đất

dày 5m................................................................................................................... 85
Hình 3-13: c, Trường hợp lớp xi măng đất dày 6m; d, Trường hợp lớp xi măng đất
dày 7m................................................................................................................... 86
Hình 3-14: Sự phụ thuộc của α vào chiều dày lớp JGS, qu = 600 kN/m2 ................ 87
Hình 3-15: Sự phụ thuộc của α vào chiều dày lớp JGS, qu = 800 kN/m2 ................ 87
Hình 3-16: Sự phụ thuộc của α vào chiều dày lớp JGS, qu = 1000 kN/m2 .............. 88
Hình 3-17: Sự phụ thuộc của α vào chiều dày lớp JGS, qu = 600, 800, 1000 kN/m2
.............................................................................................................................. 88
Hình 3-18: Sự phụ thuộc của S vào chiều dày lớp JGS, qu = 600 kN/m2 ................ 89
Hình 3-19: Sự phụ thuộc của S vào chiều dày lớp JGS, qu = 800 kN/m2 ................ 89
Hình 3-20: Sự phụ thuộc của S vào chiều dày lớp JGS, qu = 1000 kN/m2 .............. 90
Hình 3-21: Sự phụ thuộc của S vào chiều dày lớp JGS, qu = 600, 800, 1000 kN/m2
.............................................................................................................................. 90
Hình 3-22: Sự phụ thuộc của α vào chiều dày bè, qu = 1000 kN/m2 ....................... 91
Hình 3-23: Sự phụ thuộc của S vào chiều dày bè, qu = 1000 kN/m2 ....................... 91
Hình 3-24: a, Trường hợp cọc dài 50m; b, Trường học cọc dài 55m ...................... 92
Hình 3-25: c, Trường hợp cọc dài 60m; d, Trường học cọc dài 65m ...................... 93
Hình 3-26: Sự phụ thuộc của α vào chiều dài cọc, qu = 1000 kN/m2 ...................... 94
Hình 3-27: Sự phụ thuộc của S vào chiều dài cọc, qu = 1000 kN/m2 ...................... 94


9

Hình 3-28: Sự phụ thuộc của α vào đường kính cọc, qu = 1000 kN/m2 .................. 95
Hình 3-29: Sự phụ thuộc của S vào đường kính cọc, qu = 1000 kN/m2 .................. 95
Hình 3-30: Sự phụ thuộc của α vào khoảng cách cọc ............................................ 96
Hình 3-31: Sự phụ thuộc của S vào khoảng cách cọc ............................................. 96
Hình 3-32: Sự phụ thuộc của hệ số α vào tải trọng ngoài ....................................... 97
Hình 3-33: Sự phụ thuộc của độ lún vào tải trọng .................................................. 98
Hình 3-34: Biểu đồ tổng hợp các trường hợp phân tích .......................................... 99

10

PHỤ LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Móng bè cọc tại Frankfurt: đo đạc (M) và phân tích phần tử hữu hạn
(FEA) .................................................................................................................... 23
Bảng 1-2: Bảng tổng hợp các cơng trình bè cọc kết hợp ........................................ 24
Bảng 1-3: Bảng so sánh giữa trường hợp có và khơng có Jet Grout ( theo Wong và
các cộng sự., 1998 [13]) ........................................................................................ 33
Bảng 2-1: Bảng liệt kê các phương pháp cũng như khả năng dự đốn tính tốn đặc
trưng móng bè cọc của từng phương pháp ( theo Poulos [37]) ............................... 39
Bảng 2-2: Bảng tổng hợp các công thức liên hệ giữa qu và E50............................... 59
Bảng 2-3: Mối quan hệ giữa Es và SPT, CPT [57] ................................................. 63
Bảng 2-4: Bảng tương quan giữa E và qc theo Sanglerat (1972) [62] ..................... 64
Bảng 2-5: Bảng quan hệ giữa E và cu Stroud và các cộng sự (1975) [64] ............... 65
Bảng 2-6: Bảng quan hệ giữa Es và su [57] ............................................................ 66
Bảng 2-7: Bảng giá trị Es theo từng loại đất [57].................................................... 66
Bảng 2-8: Bảng giá trị Es ....................................................................................... 67
Bảng 2-9: Bảng giá trị µs ....................................................................................... 67
Bảng 2-10: Bảng công thức k của đất sét [67] ........................................................ 70
Bảng 2-11: Bảng giá trị k của một số loại đất, theo Das, B.M. [66] ....................... 70
Bảng 2-12: Bảng giá trị k của một số loại đất, theo Muni Budhu [68] .................... 70
Bảng 2-13: Quan hệ giữa hệ số thấm theo phương ngang và hệ số thấm theo phương
đứng ...................................................................................................................... 71
Bảng 3-1: Bảng chỉ tiêu cơ học vật lý của các lớp đất ............................................ 74
Bảng 3-2: Bảng thông số địa chất .......................................................................... 77
Bảng 3-3: Bảng thông số sàn xi măng đất .............................................................. 78
Bảng 3-4: Bảng thông số cọc BTCT ...................................................................... 78
Bảng 3-5: Bảng thông số cọc BTCT ...................................................................... 78

Bảng 3-6: Bảng giá trị diễn tả sự phụ thuộc của hệ số α vào tải trọng ngoài .......... 97
Bảng 3-7: Bảng giá trị diễn tả sự phụ thuộc của S vào tải trọng ngoài.................... 98


11

MỞ ĐẦU
1.1. Tên đề tài
Phân tích hệ số phân bố tải trọng trong móng bè cọc trên nền có gia cố cọc xi
măng đất.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây ý tưởng sử dụng cọc dùng để giảm lún cho móng bè,
cũng như làm giảm sự lún lệch trong cơng trình đang được các nhà khoa học tập
trung nghiên cứu. Ý tưởng này được gọi tên là móng bè trên nền cọc giảm lún.
Poulous được xem là một trong nhiều người đi tiên phong trong lĩnh vực này.
Các nghiên cứu của ơng có ý nghĩa khoa học nhất định đến các phương án thiết kế
nền móng nhà cao tầng ngày nay. Theo ông [1], một trong những địa chất khơng
thích hợp với giải pháp bè cọc kết hợp là có lớp đất yếu gần mặt tiếp xúc với bè vì
sức chịu tải của lớp nhỏ khơng gánh đỡ được phần tải trọng từ bè truyền xuống; nên
những vị trí móng cọc đài bè ( như lõi thang máy) vẫn được thiết kế theo quan điểm
móng cọc cổ điển.
Trong tính tốn thiết kế hố đào sâu, khi gặp địa chất phức tạp ( như lớp đất
yếu dày đến vài chục mét) để chống chuyển vị ngang của tường hố đào cũng như
chống phình trồi đáy hố đào, giải pháp sàn xi măng đất ( JGS – Jet Grout Slab)
được sử dụng đến. Lớp JGS này chỉ được kể đến trong q trình thi cơng, cịn trong
giai đoạn cơng trình làm việc, lớp JGS lại bị bỏ qua khơng xét đến ảnh hường của
chúng đến cường độ đất nền (dù rằng lớp này tiếp xúc trực tiếp với móng).
Thực tế móng cọc trong nền có sự gia cường lớp JGS sẽ làm việc khác với
trường hợp khi khơng có lớp này, sẽ gây lãng phí rất lớn khi khơng xét đến sự tồn
tại của chúng.

Nên đề tài này nghiên cứu sự làm việc của móng bè cọc trên nền đất yếu có
gia cố cột xi măng đất (JGS), đáp ứng tình hình cụ thể khu vực miền nam.
1.3. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Phân tích hệ số phân bố tải trọng trong móng bè cọc trên nền có gia cố cột xi
măng đất.


12

Phân tích sự phụ thuộc của hệ số phân bố tải trọng vào cường độ cột xi măng
đất.
Phân tích sự phụ thuộc của hệ số phân bố tải trọng vào chiều dày lớp cột xi
măng đất.
Phân tích sự phụ thuộc của hệ số phân bố tải trọng vào đường kính cọc khoan
nhồi, chiều dài cọc khoan nhồi và khoảng cách các cọc trên nền có gia cố cột xi
măng đất.
1.4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính tốn móng bè cọc trên thế giới.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về modun đàn hồi hợp lý của cột đất trộn xi măng
và sự làm việc của cột đất trộn xi măng trong nền đất yếu.
Dùng phương pháp phần tử hữu hạn mô phỏng bài toán bè cọc và cột xi măng
đất làm việc đồng thời để xác định hệ số phân bố tải trọng.
1.5. Ý nghĩa khoa học
Giúp ta hiểu rõ cơ chế làm việc của móng bè cọc trên nền cọc xi măng đất.
1.6. Ý nghĩa thực tiễn
Khi ta hiểu rõ cơ chế làm việc của hệ bè – cọc – cột xi măng đất, ta có thể chủ
động hơn trong cơng tác thiết kế móng dẫn đến tiết kiệm chi phí xây dựng.
1.7. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài chỉ tập trung phân tích nghiên cứu hệ số phân bố tải trọng của bè cọc
trên nền đất yếu có gia cố cột xi măng đất.

1.8. Hạn chế của đề tài
Chỉ xét đến địa chất khu vực thành phố Cần Thơ chưa có điều kiện nhân rộng
ra nhiều loại địa chất khác, chưa có số liệu quan trắc cụ thể để so sánh với kết quả
tính tốn.
Chỉ xét đến tải trọng tập trung thẳng đứng, chưa xét đến tải trọng phân bố và
tải trọng tác dụng theo phương ngang.


13

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÓNG BÈ CỌC VÀ SÀN XI MĂNG
ĐẤT
1.1. Quan điểm thiết kế móng bè cọc
Thuật ngữ móng bè cọc ( tiếng Anh là piled raft foundation ) đang được sự
quan tâm của nhiều nhà khoa học. Từ những năm 50 – 60 của thế kỷ XX đến những
năm đầu thế kỷ XXI nhiều cơng trình nghiên cứu đã được cơng bố, điển hình như:
Zeevaert (1957), Davis & Poulos (1972), Hooper (1973), Burland và các cộng sự.
(1977), Sommer và các cộng sự. (1985), Price & Wardel (1986), Franke (1991),
O’Neill và các cộng sự. (1996), van Impe & Lungu (1996), El - Mossallamy &
Franke (1997), Poulos (2001), Chow & Small (2008), Yamashita và các cộng sự.
(2011)…
Randolph ( 1994) [2] trình bày ba quan điểm thiết kế móng bè cọc, gồm có:
1. Quan điểm cổ điển: cọc được quan niệm là bộ phận chính gánh đỡ tồn bộ
tải trọng cơng trình.
2. Quan điểm “cọc tới hạn”: mỗi cọc được thiết kế làm việc với tải trọng từ
70% đến 80% sức chịu tải tới hạn của cọc. Mục đích cọc thêm vào dùng để làm
giảm áp lực tiếp xúc giữa nền và bè bên dưới. Với loại cọc này thì hệ số an toàn của
cọc sẽ nhỏ hơn quan điểm cổ điển.
Hansbo (1993) [3] có làm so sánh ứng xử biến dạng của hai cơng trình theo
hai quan điểm bè cọc khác nhau. Theo hình 1.1 ta thấy, phương án 2 tiết kiệm cọc

đồng thời độ lún giảm hơn phương án 1 một cách đáng kể.
3. Quan điểm giảm lún lệch: cọc được bố trí để làm giảm độ lún lệch, cũng
như giảm độ lún của cơng trình ( hình 1.2).
Poulos , H. G. ( 2001) [4] có trình bày các quan điểm thiết kế móng bè cọc
thơng qua hình 1.3:
- Đường cong 0: Ứng xử của móng bè
- Đường cong 1: Ứng xử của bè với cọc được thiết kế với hệ số an tồn thơng
thường.
- Đường cong 2: Ứng xử của bè với cọc được thiết kế với hệ số an toàn nhỏ
hơn.


14

- Đường cong 3: Ứng xử của bè với cọc được thiết kế với khả năng chịu tải
cực hạn.

Hình 1-1: Biến dạng của hai cơng trình, một theo quan điểm cổ điển, một theo quan
điểm cọc tới hạn ( theo Hansbo, 1993 [3])

Hình 1-2: Cọc bố trí làm giảm độ lún của nền ( theo Randolph, 1994 [2])


15

Hình 1-3: Cọc giảm lún trong vai trị làm giảm lún cục bộ ( theo Tan Y.C. and
Chow C.M.,2004 [5])


16

Hình 1-4: Đường cong quan hệ giữa độ lún và tải trọng tác dụng cho móng bè cọc
theo các quan điểm thiết kế ( Poulos , 2001 [4])
Từ đường cong trên ta thấy rằng:
Đường cong 0 diễn tả ứng xử của móng bè, trong trường hợp này độ lún vượt
quá độ lún cho phép tải trọng thiết kế.
Đường cong 1 diễn tả quan điểm thiết kế cổ điển, ứng xử của bè cọc được xem
như là ứng xử của hệ móng cọc. Trong trường hợp này thì giai đoạn làm việc đàn
hồi còn rất lớn so với tải trọng thiết kế và cọc gánh toàn bộ tải trọng tác dụng.
Đường cong 2 diễn tả quan điểm cọc được thiết kế theo hệ số an tồn thấp hơn
vì số lượng cọc ít hơn nên bè gánh đỡ nhiều tải trọng hơn so với đường cong 1.
Đường cong 3 diễn tả quan điểm sử dụng cọc dùng để giảm lún và độ lún lệch
và tận dụng khả năng chịu tải tới hạn của cọc khi chịu tải trọng thiết kế của cơng
trình. Tại tải trọng thiết kế, quan hệ giữa độ lún và tải trọng là phi tuyến, nhưng toàn
bộ hệ thống móng an tồn và độ lún ổn định đạt u cầu. Đồng thời nhận thấy quan
điểm thiết kế theo đường cong 3 dẫn đến tiết kiệm chi phí hơn các quan điểm khác.


17

1.2. Các thơng số điển hình
1.2.1. Hệ số phân bố tải trọng αpr
Hệ số phân bố tải trọng αpr được định nghĩa là tỉ lệ giữa tổng tải trọng tác dụng
lên cọc ΣPpile với tổng tải trọng tác dụng của cơng trình Ptot

α pr =

∑P

pile

Ptot

(1.1)

1.2.2. Hệ số độ lún lớn nhất ξs
Hệ số độ lún lớn nhất ξs là tỉ số giữa độ lún lớn nhất trong móng bè cọc spr với
độ lún lớn nhất của móng bè thuần túy khơng có cọc sr

ξs =

s pr
sr

(1.2)


18

1.3. Một số cơng trình điển hình
1.3.1. Westend 1 Tower, Frankfurt

Hình 1-5: Westend 1 Tower, Frankfurt


19

Hình 1-6: Mặt cắt ngang Westend 1 Tower, Frankfurt (a) và mặt bằng móng
(b) ( Franke và các cộng sự, 1994)
Westend 1 Tower là tòa nhà 51 tầng, cao 208m được xây dựng tại Frankfurt,

Đức. Mặt cắt ngang và mặt bằng móng được thể hiện trên hình 1.6. Phần móng của
cơng trình bao gồm một bè cọc với 40 cọc dài 30m đường kính 1,3m. Phần giữa
cơng trình bè cao 4.5m và giảm cịn 3m mỗi cạnh.
Để dự đốn ứng xử của cơng trình, Poulos và các cộng sự. (1997) [6] đã sử
dụng một số phương pháp sau:
1, Phương pháp tính tay đơn giản (Poulos & Davis, 1980)
2, Phương pháp dãy trên nền đàn hồi (Poulos, 1991)
3, Phương pháp tấm trên nền đàn hồi (Poulos, 1994)
4, Phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp điều kiện biên (Ta & Small, 1996)
5, Phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp điều kiện biên (Sinha, 1996)
6, Phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp điều kiện biên (Franke và các cộng
sự., 1994)
Sau đó, Reul & Randolph [7] dùng thêm hai phương pháp khác để phân tích: