LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ môn đòa cơ nền móng,
quý Thầy Cô đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong ba học kỳ
qua. Hôm nay, với những dòng chữ này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
nhất.
Em xin chân thành cám ơn Thầy PGS. TS. Võ Phán, người Thầy đã tận tình
hướng dẫn, giúp em đưa ra hướng nghiên cứu cụ thể, hỗ trợ nhiều tài liệu, kiến
thức quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Em xin chân thành cám ơn các Thầy GS. TSKH. Lê Bá Lương, GS.TS.
nguyễn Văn thơ, TS. Châu Ngọc n, TS. Lê Bá Vinh, TS. Bùi Trường Sơn, TS.
Nguyễn Minh Tâm, TS. Trà Thanh Phương, TS. Trần Xuân Thọ và các thầy cô
trong bộ môn đầy nhiệt huyết và lòng yêu nghề, đã tạo điều kiện tốt nhất cho
em học tập và nghiên cứu khoa học, luôn tận tâm giảng dạy và cung cấp cho
em nhiều tư liệu cần thiết.
Xin chân thành cám ơn các Ban chủ nhiệm khoa Kỹ Thuật Xây Dựng,
Phòng Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em
trong suốt quá trình học tập.
Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia đình lòng biết ơn sâu sắc.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2009
Học viên
NGUYỄN VÕ NGỌC HUY
TÓM TẮT Xây dựng công trình trên nền đất yếu đặt ra cho kỹ sư ngành Địa kỹ thuật Xây

reinforcement to handle by construction on weak foundation soils. Student research
into geology of Hiep Phuoc – Nha Be district to find out the diagram between loading
and height buffer H, space of piles and pile cap by using a finite element program –
Plaxis 2D.
By using a finite element method (FEM) take more economical results than using
theory formulas. In order to safe, student suggest using Jones’s method to find out
relative settlement between piles and weak soils, the maximun tensor straight of
geosynthetic reinforcement. Marston’s method (BS8006, 1995) results more different
than other method; it is more safe but wasting, need to be considered carefully when
using this method.
By using the results to choose space of piles, pile cap, height buffer H suitable for
method of the concrete piles with minor session include the geosynthetic
reinforcement, which is more economical and saving time than preloading using
prefabricated vertical drains method.

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
MỤC LỤC 4
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP SỬ DỤNG CỌC BÊ TÔNG CỐT
THÉP KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 4
1.1. Giới thiệu chung: 4
1.2. Phương pháp phân tích mức độ hiệu ứng vòm: 10
1.3. Hệ số suy giảm ứng suất: 11

3.2.2 Địa chất Hiệp Phước – Nhà Bè: 60
3.3. Cọc Bê tông tiết diện nhỏ kết hợp VĐKT xử lý cho nền nhà kho nhà xưởng khu
vực Hiệp Phước – Huyện Nhà Bè. 66
3.3.1 Mô hình bài toán 66
3.3.2 Nghiên cứu phân tích tính toán bằng phần mềm Plaxis 66
3.3.3 So sánh và phân tích kết quả tính toán 71
3.3.4 Nhận xét và kết luận về kết quả so sánh giữa phương pháp lý thuyết và
phần mềm Plaxis 73
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐỂ CHỌN GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN
CHO CỌC BÊ TÔNG TIẾT DIỆN NHỎ KẾT HỢP VĐKT Ở VÙNG ĐẤT
HIỆP PHƯỚC NHÀ BÈ 75
4.1. Giới thiệu 75
4.2. Phân tích và so sánh kết quả: 75
4.2.1. Phân tích kết quả giữa mối tương quan độ lún lệch ∆S với tải trọng ngoài
q khi chiều cao H thay đổi 75
4.2.2. Phân tích kết quả giữa mối tương quan độ lún lệch ∆S với H khi tải trọng
ngoài q thay đổi 83
4.2.3. Phân tích mối tương quan giữa hệ số tập trung ứng suất n với tải trọng
ngoài q tác động khi thay đổi chiều cao H 89
4.2.4. Nhận xét và kết luận 94
4.3. So sánh hiệu quả kinh tế với phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm 95
4.3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán bằng gia tải trước kết hợp bấc thấm: 95
4.3.2. Tính toán gia tải trước kết hợp bấc thấm kho bãi Hiệp Phước – Nhà Bè : 98
4.3.3. Tính toán cọc bê tông tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật gia cố nền kho
bãi khu vực Hiệp Phước – Nhà Bè bằng phần mềm plaxis: 103
4.3.4. So sánh hiệu quả kinh tế giữa phương pháp cố kết nền giả tải trước kết
hợp bất thấm và phương pháp cọc bê tông tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ
thuật 110
trước bằng bấc thấm để nền có thể chịu được tải trọng là 100kN/m
2
.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
• Nghiên cứu ứng xử và phân bố lại ứng suất trong nền đất yếu gia cố hệ cọc bê
tông cốt thép tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật cường độ cao trên đầu cọc, từ
đó phân tích ổn định và biến dạng của nền đất, xây dựng các mối quan hệ giữa tải
trọng nền đắp với độ lún lệch, độ lún lệch với khoảng cách cọc v.v… - 2 -
• Ứng dụng vào việc tính toán thiết kế ổn định nền cho các nhà kho, nhà xưởng,
kho bãi xây dựng trên vùng đất Hiệp Phước - Nhà Bè.
• So sánh hiệu quả kinh tế với phương án gia tải trước bằng bấc thấm chịu tải trọng
công trình là 100kN/m
2
.
3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về việc tính toán và kiểm tra sức chịu tải của cọc
BTCT, tính toán ổn định nền công trình đắp và kiểm tra khả năng chịu kéo của vải địa
kỹ thuật, về sự phận bố lại ứng suất trong nền cát gia cố cọc bê tông tiết diện nhỏ kết
hợp vải địa kỹ thuật, từ đó áp dụng tính toán thiết kế gia cố nền nhà kho, nhà xưởng,
bến bãi.
Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis để phân tích ổn định biến dạng của nền đất yếu
gia cố bằng cọc tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật.
Ứng dụng công cụ phần mềm máy tinh để so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật với
phương án sự dụng phương pháp gia tải nền đất yếu bằng gia tải trước bằng bấc thấm.
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Việc bố trí lớp vải địa kỹ thuật trên đầu cọc phân cách lớp đất yếu với đệm cát
bên trên, hiệu ứng vòm trong đêm cát xuất hiện sẽ phân bố lại ứng suất giúp truyền tải

trước bằng cọc cát hoặc bấc thấm, phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian gia tải, chi
phí gia tải là không nhỏ, phương pháp sử dụng cọc bê tông cốt thép kết hợp sàn giảm
tải, phương pháp này chi phí xây dựng rất lớn, chỉ có thể áp dụng cục bộ cho một bộ
phận công trình, như đường vào cầu, nhà kho với quy mô nhỏ. các phương pháp khác
như cải tạo đất bằng cọc cát, cọc đất trộn xi măng, cọc đất trộn vôi, phương pháp này
cần đảm bảo chất lượng của vật liệu và công nghệ thi công nên việc thực hiện cũng
khó khăn và cần nghiên cứu kỹ v.v…
Reid và Buchanan (1983) đã sớm sử dùng hệ cọc để truyền tải trọng nền đường
xuống tầng đất có đủ khả năng chịu lực bên dưới, sử dụng hệ cọc này có nhiều lợi ích
như xây dựng công trình nhanh chóng, hạn chế tối đa độ lún nền đấp, giảm tối thiểu bề
rộng lề đường. Hewlett và Randolph (1988) đã phát triển và sử dụng tấm màng trải
trên đỉnh cọc, giúp tăng khoảng cách giữa các cọc, tăng tối đa hiệu quả kinh tế. Tùy
theo mức độ công trình mà có thể sử dụng hệ cọc là cọc bê tông, cọc đá, cọc vôi, cọc
đất trộn ximăng, cọc gỗ v.v…
Phương pháp sử dụng hệ cọc gia kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường trên đầu cọc
trong nền đất yếu đã đạt được nhiều thành công trên nhiều nước. Vải địa kỹ thuật gia
cường với độ bền chịu kéo cao sẽ làm giảm độ lún lệch, tăng khả năng mang tải và ổn
định mái dốc trong nền đất yếu. Hệ cọc kết hợp vải địa kỹ thuật (GRPS : Geosynthetic - 5 -
Reinforced Pile Supported) sử dụng vải địa kỹ thuật gia cường cách ly là tăng hiệu
suất của sự truyền tải vào cọc mà không làm tăng độ lún lệch giữa các mũ cọc.
Han (1999), đã khảo sát một vài dự án và nhận thấy rằng tải trọng nền đắp truyền
vào mũ cọc đạt từ 60-70%, trong hệ thống GRPS với số lượng cọc chiếm khoảng 10 -
20%, trong GRPS thì kích thước cọc sẽ giảm nhỏ, mũ cọc và khoảng cách cọc lớn,
điều này làm giảm giá thành so với các phương án thi công khác và tiến độ thi công sẽ
nhanh hơn.
Sự truyền tải trọng từ nền đắp xuống nền có GRPS là sự kết hợp hiệu quả của hiệu
ứng vòm trong nền đắp, sự gia tăng độ cứng và sự tập trung ứng suất. Hơn nữa, hiệu
- 7 -
1,0m
2,7m
2,6
÷
3,0m
Đỉnh nền cứng
Cọc gia cố nền
Nền đắp
Nhà xưởng
Mũ cọc
Mặt đất tự nhiên
3 lớp vải đòa
kỹ thuật

Hình 1.3 Gia cố nền nhà xưởng bằng hệ thống cọc bê tơng cốt thép kết hợp vải địa
kỹ thuật (Han và Akins, 2002)

Vải đòa kỹ thuật
Đất đắp
Bản mặt cầu
Cọc dưới mố cầu
Đất yếu
Cọc gia cố nền
Cọc gia cố nền

Hình 1.4 Gia cố đường vào cầu bằng hệ cọc kết hợp vải địa kỹ thuật (Reid và
Buchanan, 1984)

• Hệ số suy giảm ứng,
σ
σ
s
SRR = (1.2)
• Hệ số tập trung ứng suất,
s
p
n
σ
σ
= (1.3)
• Tính hiệu quả,
σ
σ
sc
a
E =
(1.4)
Trong đó:
qH
+
=
γ
σ
(1.5)
σ
p
: ứng suất tác dụng vào mũ cọc
σ

Phương pháp Hệ số giảm ứng suất SRR (Stress Reduction Ratio)
BS8006
H > 1.4(s-a)
(
)
()














−
−
−⋅⋅⋅
=
'
22
22
4.1
v
pfs

22
'
v
p
v
T
as
as
s
W
σ
σ
σ

'2
2
v
p
a
s
σ
σ
≤ W
T
= 0
2
'




22
'tan4
22
1
'tan4
as
KaH
sr
e
KaH
as
S
φ
φ

Hewlett &
Rendolph
Đỉnh :
(
)
(
)
()
(
)
(
)
()
32
12

p
p
p
p
K
sr
K
K
H
as
K
K
H
s
s
a
S
p

Đất:
()








−+








+
=
−
2
2
1
1111
1
2
1
s
a
K
s
a
s
a
s
a
K
K
S
p
- 12 -
1.4. Hệ số tập trung ứng suất (Stress Concentration Ratio, n) [15]
Hệ số tập trung ứng suất n là một thơng số quan trọng để đánh giá mức độ của
hiệu ứng vòm và được Han và Gabr (2002) định nghĩa là tỷ số giữa ứng suất tác dụng
vào mũ cọc với ứng suất tác dụng vào đất nền được trình bày ở cơng thức (1.3)
Khi n = 1 thì khơng có hiệu ứng vòm. Khi giá trị n càng lớn thì mức độ xuất hiện
vòm đất càng lớn. Khi mức độ hiệu ứng vòm nhỏ thì phần lớn tải trọng nền đắp sẽ tác
dụng vào đất nền, chuyển vị tương đối giữa cọc và nền đất ∆S lớn ảnh hưởng đến bề
mặt đất nền, chênh lệch độ lún lớn ảnh hưởng đến q trình sử dụng bình thường của
cơng trình nền đắp. Tuy nhiên, giá trị hệ số tập trung ứng suất n q lớn, thì hầu hết tải
trọng nền đường sẽ truyền vào đầu cọc và giá thành xây dựng cơng trình sẽ cao.
σp
σs
τ
τ
σp
τ
τ
Đỉnh nền đắp
Vải đòa kỹ thuật
Mũ cọc
Cọc
Mặt cắt
Đất nền
∆S

Hình 1.2 ứng suất cắt trong nền đắp có xu hướng truyền tải trọng vào mũ cọc


Q
a
: sức chịu tải tính toán của cọc - 14 -
• Khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai:
S ≤ S
gh
(2.2)
∆S ≤ ∆S
gh
(2.3)

i ≤ i
gh
(2.4)

Trong đó :S và S
gh
: độ lún và độ lún giới hạn
∆S và ∆S
gh
: độ lún lệch và độ lún lệch giới hạn
i và i
gh
: góc xoay và góc xoay giới hạn
2.1.1.Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý
Sức chịu tải cho phép của cọc đơn, theo đất nền, được tính:
tc

si
l
i
) (2.6)

Trong đó: q
p
và f
s
- cường độ chịu tải ở mũi và ma sát bên của cọc, - 15 -
m
R
, m
f
- Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc và ma sát ở mặt
bên có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc
2.1.2.Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu
Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo khi cọc
bị nhổ, sức chịu tải của cọc có thể tính toán được theo công thức sau:
Q
VL
= ϕ.A
p
.R
vl
(2.7)
Trong đó: Q

2.1.3.Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền
Sức chịu tải cực hạn (Q
u
) gồm tổng sức chống cắt cực hạn giữa đất và vật liệu
làm cọc ở mặt bên cọc (Q
s
) với sức chịu cực hạn của đất ở mũi cọc (Q
p
) - 16 -
Q
u
= Q
s
+Q
p
(2.9)
dzuQ
L
ss
∫
=
0
τ (2.10)
Q
p
= A
p

Q
u
a
= (2.13)
Với FS, FS
s
, FS
s
lần lượt là hệ số an toàn chung, an toàn cho mũi cọc và thân cọc,
thường được chọn từ 2 ÷ 3, tùy theo loại tổ hợp tải trọng.
2.1.4.Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền. [1]
v SỨC CHỊU MŨI CỦA ĐẤT DƯỚI MŨI CỌC Q
p

a. Theo phương pháp Terzaghi
Là phương pháp cổ điển nhất ước lượng sức chịu mũi do Terzaghi và Peck đề
nghị sử dụng các công thức bán thực nghiệm, được phát triển trên cơ sở các công thức
sức chịu tải của móng nông, với sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc tương tự như sơ đồ
trượt của đất dưới móng nông.
(
)
γ
γγπ NRNDcNRq
pqfcpp
6,03,1
2
++=
cho cọc tròn bán kính R
p
(2.14)





−






+
=






−
1
24
cos2
cot
2
24
3
2
ϕπ
ϕ

ϕπ
tg
q
e
N
(2.17)
ϕ
ϕ
γ
tg
K
N
p








−= 1
cos2
1
2
(2.18)
Với K
p
hệ số áp lực bị động của đất tác động lên mặt nghiêng của nêm nén chặt
dưới đáy móng.

Phương pháp Meyerhof xác định các hệ số N’
c
, N’
q
. Sức chịu tải ở mũi cọc trong
đất nền, đặt biệt là cát, gia tăng theo chiều sâu cọc chôn trong lớp cát chịu tải và đạt
cực đại khi tỷ số
(
)
cr
D
L
D
L
b
=
L
b
L
D
Ñaát yeáu
L=L
b
D

Hình 2.2 Sơ đồ chọn chiều dài cọc, ngàm vào đất L
b

Với L
b

+=
2
45
2
(2.21)
(
)
ϕgNN
qc
cot1−=
(2.22)
(
)
ϕ
γ
tgNN
q
12 +=
(2.23)
v THÀNH PHẦN CHỊU TẢI DO MA SÁT XUNG QUANH CỌC Q
s
:
Thành phần Q
s
có thể xác định bằng cách tích phân lực chống cắt đơn vị f
s
của
đất – cọc trên toàn bộ mặt tiếp xúc của cọc và đất, lực chống cắt này cho bởi biểu thức
Coulomb:
f

v
= K
o
γ’z
K
o
: hệ số áp lực ngang, hệ số này rất khó xác định chính xác. Có nhiều
cách khác nhau trong việc ước lượng giá trị hệ số áp lực ngang: