ảNH HƯởNG MA SáT ÂM ĐếN SứC CHịU TảI CủA CọC BÊ TÔNG
CốT THéP TRONG ĐấT YếU ở ĐồNG BằNG SÔNG CửU LONG

Võ PHáN
*

Võ CÔNG DUY
**

Influence of negative skin friction on load-bearing capacity of
concrete piles in soft soil in the Mekong Delta.
Abstract: The negative skin friction (NSF) was studied by numerous
authors who have undertaken researching on these phenomena. From
view point of relative displacement between the pile and the soil
surrounding, we studied and use the method for defining the affected
zone of negative skin friction and the bearing capacity of piles taking
into account for the influence of NSF. Based on methods applied by the
previous authors and design standard, application for calculating and
analyzing for construction works were carried t in Mekong Delta.

1. Mở ĐầU
Với điều kiện địa chất có lớp đất yếu dy ở
nông so với mặt đất tự nhiên, xu thế sử dụng
móng cọc bê tông cốt thép (BTCT) dới các
công trình xây dựng ở Đồng bằng sông Cửu
Long trở nên phổ biến. Cùng với sự phát triển
kinh tế xã hội, các khu dân c mới v các khu
cụm công nghiệp đợc đầu t xây dựng ngy
cng nhiều v không ít trờng hợp phải hình

2.2 Nguyên nhân gây ra ma sát âm
Theo TCXD 205:1998, cần xem xét khả
năng xuất hiện của ma sát âm khi tính
toán sức chịu tải của cọc trong các trờng
hợp sau:

* Trờng Đại học Bách Khoa TP.HCM
268 Lý Thờng Kiệt, Q10, TP. Hồ Chí Minh
** Công ty CP T vấn Xây dựng Tiền Giang
197 Lê Thị Hồng Gấm, Mỹ Tho, Tiền Giang
ĐT : (073).3837373 ; DĐ : 0908 368 040 - Sự cố kết cha kết thúc của trầm tích
hiện đại v trầm tích kiến tạo;
- Sự tăng độ chặt của đất rời dới tác dụng
của động lực;
- Sự lún ớt của đất khi bị ngập nớc;
- Tăng ứng suất hữu hiệu trong đất do mực
nớc ngầm bị hạ thấp;
- Tôn nền quy hoạch có chiều dy lớn hơn 1m;
- Phụ tải trên nền không lớn hơn 20 kPa;
- Sự giảm thể tích đất do chất hữu cơ trong
đất bị phân hủy.
3. CƠ Sở Lý THUYếT XáC ĐịNH SứC
CHịU TảI CủA CọC KHI XéT ĐếN ảNH
HƯởNG MA SáT ÂM
Trên nền tảng quan điểm về sự xuất hiện
ma sát âm do tơng quan giữa độ lún của đất
nền v độ lún của cọc, tác giả vận dụng các cơ

- Diện tích xung quanh cọc tiếp xúc
với đất (m
2
);
A
p
- Diện tích tiết diện ngang mũi cọc(m
2
).
- Sức chịu tải cho phép của cọc:

p
s
a
sp
Q
Q
QW
FS FS
=+
(3.2)
với FS
s
- Hệ số an ton ma sát bên, lấy
bằng 1,5 ữ 2;
FS
p
- Hệ số an ton sức chống mũi, lấy
bằng 2 ữ 3;
W - Trọng lợng cọc (kN).

a
= (với c, l lực dính
v góc ma sát trong của đất);

h
- ứng suất hữu hiệu theo phơng ngang
(kN/m
2
);

v
- ứng suất hữu hiệu theo phơng đứng;
k
s
- Hệ số áp lực đất tĩnh, k
s
= 1 sin .
- Xác định sức kháng mũi đơn vị:
q
p
= c.N
c
+
vp
.N
q
+ ã.D

.N
ã

= (3.5)
với
2
o
o
2
1
1

=


(3.6)
p- giá trị ứng suất nén trung bình tác dụng
lên lớp đất;
E
0
,
0
- Module biến dạng v hệ số Poisson
của lớp đất.
3.3 Xác định độ lún cọc đơn
Độ lún s của một cọc lm việc riêng lẻ đợc
tính theo công thức:
s = s
1
+ s
2
+ s
3

hồi từ công thức sau:
()
ap
2
20
0
q.D
s= 1- .
E
(3.9)
với
ap
ap
p
Q
q=
A
- áp lực lên đất nền ở mũi cọc;
Q
ap
- Phần tải tác động lên mũi cọc hoặc sức
chịu tải an ton của đất dới mũi cọc;
E
o
,
0
- Module biến dạng v hệ số Poisson
của đất nền dới mũi cọc;
- Hệ số phụ thuộc hình dạng tiết diện
ngang mũi cọc trong phơng pháp tính lún

D
. (3.11)
3.4. Xác định sức chịu tải của cọc khi
có đến xét ảnh hởng ma sát âm
Khi thiết kế móng cọc bê tông cốt thép
có xét đến hiện tợng ma sát âm, ta vẫn
tính tơng tự nh trờng hợp cọc không bị
ảnh hởng ma sát âm nhng lúc ny ma
sát thnh bên giảm đi do có đoạn cọc chịu
ảnh hởng ma sát âm có chiều ngợc lại
với phần cọc bên dới trục trung hòa chịu
ma sát dơng. Theo GS.TS Vũ Công Ngữ,
giá trị tuyệt đối của ma sát âm coi bằng
ma sát dơng.
3.4.1 Xác định vùng ảnh hởng ma sát âm
Dựa vo tơng quan giữa độ lún của
đất nền v độ lún của cọc ta xác định
đợc vị trí điểm trung hòa m tại đó
chuyển vị đứng của đất nền v của cọc
bằng nhau. Phần cọc trên điểm trung hòa
chịu ma sát âm, còn dới điểm trung hòa
chịu ma sát dơng.
Nếu xem độ lún nền v độ lún cọc l
tuyến tính theo độ sâu thì chiều sâu vùng
ảnh hởng của ma sát âm (Z
nf
)

đợc tính
theo công thức:

với:Q
s_nf
= A
s
.f
s
= u.f
si
.z
i
- Ma sát thnh
bên (ma sát âm hoặc ma sát dơng);
f
si
- Lực ma sát âm đơn vị(lấy dấu -) hoặc
lực ma sát dơng đơn vị (lấy dấu +) của lớp
đất thứ i;
z
i
- Bề dy lớp đất thứ i;
Q
p
- Sức kháng mũi, xác định nh trên.
3.4.3 Giá trị lực ma sát âm lớn nhất
Q
nf
= u.L
nf
.f
s_nf

; 3 ; 3,5 ; 4 ; 4,5 ; 5 m
- Cọc có tiết diện 25x25cm, di 32 m (mũi
cọc cắm vo lớp đất sét nửa cứng), Mác 300.
- Độ sâu đầu cọc : -1 m.
4.3. Tính toán cụ thể
- Xác định sức chịu tải của cọc khi cha xét
đến ảnh hởng ma sát âm:
+Tính Q
s
: Q
s
= 1.323,50kN (xem bảng 2)
+Tính Q
p
: Q
p
= 96,26 kN (xem bảng 3)
+Sức chịu tải cực hạn của cọc (Q
u
) :
Q
u
= 1.323,50 + 96,26

= 1.419,76 kN
+ Sức chịu tải cho phép của cọc (Q
a
) :
a
1.323,50 96,26

(kN/m
3
) 19,2 15,7 20,4 20,5
Dung trọng đẩy nổi
đn
(kN/m
3
) 9,7 5,9 10,7 10,8
Góc ma sát trong (
0
) 18
0
16 4
0
38 15
0
10 14
0
50
Lực dính c (kN/m
2
) 3,8 5,5 24,7 36,6
Hệ số Poisson 0,35 0,4 0,33 0,3
Module biến dạng E
0
(kN/m
2
) 2.240 580 4.110 10.760
Mực nớc ngầm ổn định tại độ sâu -1 m so với mặt đất tự nhiên.


2 17,5 5,5 4,63 11,250 5,9 80,53 0,919 11,499 17,500 201,23
3 6 24,7 15,17 23,000 10,7 164,25 0,738 57,575 6,000 345,45
4 14 36,6 14,83 30,500 10,8 244,95 0,744 84,864 9,000 763,77
'
v
=ã'*h : áp lực do TLBT tại độ sâu z ; f
s
=k
s
*'
v
*tan
a
+ c
a
;
Q
s
=fs*As=fs*l*u
Cộng 34,000 1.323,50Bảng 3. Thnh phần sức chịu mũi của cọc (Q
p
)

Lớp c j
Độ sâu
' '
v

Diễn giải/
Công thức tính
Giá trị
Môđun đn hồi của cọc E
c
kN/m
2
theo mác bê tông cọc,
chọn M300
2,9E+07
Hệ số phụ thuộc hình dạng phân bố lực
ma sát f
s

lấy theo phân bố tuyến tính 0,67
Hệ số phụ thuộc hình dáng cọc
cọc vuông: = 0,88;
tròn: =0,79
0,88
Hệ số Poisson của đất dới mũi cọc
0
lớp 4: đất sét 0,3
Mô đun biến dạng của đất dới mũi cọc E
0
kN/m
2
lớp 4: đất sét 10.760
Hệ số ảnh hởng
(phụ thuộc vo độ mảnh cọc)
I

bên cọc
S
3
(S
b
)m
S
3
= (Qas/uL)*(B/Eo)*
(1-
2
o

)*Is
0,005
>Độ lún của cọc đơn S
đ
m S
đ
= S
1
+ S
2
+ S
3
0,037

Bảng 5. Độ lún của đất nền

Chiều cao

Cộng 0,293 0,439 0,585 0,731 0,878 1,024 1,170 1,317 1,463
Ghi chú: Dung trọng đất đắp lấy

đ
= 18 kN/m
3
, hệ số vợt tải 1,1. B¶ng 6. Tæng hîp c¸c ®¹i l−îng kh¶o s¸t vÒ ma s¸t ©m

C¸c ®¹i l−îng ChiÒu cao nÒn ®¾p H
®
(m)
kh¶o s¸t vÒ
MSA
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Z
nf
(m) 17,479 18,320 18,740 18,992 19,160 19,280 19,370 19,440 19,496
L
nf
(m) 16,479 17,320 17,740 17,992 18,160 18,280 18,370 18,440 18,496
Q
nf
(kN) 177,00 189,12 195,29 199,03 201,54 203,34 204,70 205,76 206,60
Q
u_nf
(kN) 1.065,761.041,53 1.029,181.021,701.016,681.013,071.010,361.008,251.006,56
TØ sè (L

Hđ (m)
Lnf/Ly
Biểu đồ thể hiện (Qu_nf/Qa) - Hđ
1,50
1,55
1,60
1,65
1,70
11,522,533,544,55
Hđ (m)
Hệ số K = Qu_nf / Qa
Biểu đồ thể hiện (Qnf/Qu) - Hđ
11%
12%
13%
14%
15%
11,522,533,544,55
Hđ (m)
Qnf / Qu
Biểu đồ thể hiện (Qu_nf/Qu) - Hđ
70%
72%
74%
76%
78%
11,522,533,544,55
Hđ (m)
Qu_nf / Qu5. KếT LUậN V KIếN NGHị
Kết luận
5.1. Khi phụ tải ngoi tác dụng lên nền
cng tăng (chiều cao đắp tăng), chiều di
đoạn cọc chịu ảnh hởng ma sát âm (L
nf
) cng
tăng v có thể chiếm hơn 85% chiều di cọc
trong đất yếu (L
y
). Tuy nhiên, độ gia tăng ny
giảm dần khi phụ tải cng lớn. Trong khi đó,
theo TCXD 189 : 1996 : L
nf
= 0,7 * L
y
v
không xét đến sự thay đổi giá trị phụ tải
ngoi tác dụng lên nền.
5.2. Khi phụ tải ngoi tác dụng lên nền
cng tăng (chiều cao đắp tăng), giá trị lực ma
sát âm lớn nhất (Q
nf
) cng tăng v có thể lên
đến hơn 12% so với giá trị sức chịu tải cực
hạn khi cha xét ma sát âm (Q
u

móng).
5.5. Do đó, khi tính toán thiết kế móng cọc
trong đất yếu v có san lấp tôn nền thì cần
phải xem xét đến ảnh hởng ma sát âm tác
dụng vo cọc để xác định đúng sức chịu tải
của cọc nhằm có giải pháp thiết kế nền móng
công trình thích hợp.
Kiến nghị
5.6. Bi báo trình by một phơng pháp
xác định sức chịu tải của cọc khi xét ảnh
hởng ma sát dựa trên tơng quan giữa độ
lún của cọc v độ lún của đất nền. Phơng
pháp ny đơn giản v thích hợp với việc tính
toán từng trờng hợp cụ thể hơn so với
phơng pháp chung trình by tại TCXD 189 :
1996. Do đó, có thể sử dụng kết quả nghiên
cứu ny trong thiết kế sơ bộ hay kiểm tra sức
chịu tải của cọc khi xét đến ảnh hởng của
ma sát âm đồng thời có thể phục vụ cho công
tác quản lý xây dựng của địa phơng.
5.7. Tuy nhiên, phơng pháp trên còn hạn
chế l chỉ tính toán trên cọc đơn, cha xét đến
nhóm cọc, cha xét đến tơng tác giữa cọc v
đất gần cọc (lm ảnh hởng độ lún lẫn nhau)
cũng nh cha xét đến yếu tố thời gian trong
quá trình cố kết của đất nền. Do đó, cần phải
nghiên cứu phát triển thêm.
5.8. Ma sát âm l hiện tợng phức tạp v
cần phải lu tâm khi thiết kế móng cọc. Các
công thức nêu trên chủ yếu dựa trên lý thuyết