Tính toán hiệu ứng nhóm trong móng cọc chịu tải trọng
tĩnh bằng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn 3D

Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu về khả năng đánh giá sức chịu
tải của móng cọc công trình (móng mố cầu) bằng phần mềm sử dụng phương
pháp phần tử hữu hạn (PTHH) Plaxis 3D Foundation có xét tới hệ số hiệu ứng
nhóm khi chịu tải trọng tĩnh.
Từ khóa: Nhóm cọc, hiệu ứng nhóm, Plaxis 3D Foundation, phương pháp
PTHH, kết cấu, sức chịu tải.
Abstract: This paper presents results of research on the ability to assess the
bearing capacity of pile foundation construction (foundation abutments) by
software using the finite element method Plaxis 3D Foundation coefficient
taking into account the effects when the subject heading static load.
Keywords: Pile groups, group effeciency, Plaxis 3D Foundation, finite element
method, structure, load capacity.
1. Đặt vấn đề
Các nghiên cứu thực nghiệm đã cho thấy sự làm việc của mỗi cọc đơn và của một
cọc trong nhóm cọc khác nhau rất nhiều, đối với móng cọc ma sát thì lại càng thể
hiện rõ. Khi các cọc được bố trí thành nhóm trong móng cọc, tác động qua lại của
hệ cọc - nền phụ thuộc vào việc bố trí cọc trong móng và hình thành hiệu ứng
nhóm trong móng cọc. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã tổng hợp ảnh
hưởng của hiệu ứng nhóm trong móng cọc như sau:


- Làm thay đổi (chủ yếu là giảm) sức chịu tải cả nhóm so với tổng sức chịu tải các
cọc thành phần;
- Hiệu ứng bè, làm tăng vùng truyền ứng suất. Hậu quả gây ra độ lún của nhóm cọc
cao hơn nhiều so với cọc đơn, đặc biệt khi có lớp đất yếu nằm gần mũi cọc.
Các công trình tính hiệu ứng nhóm hiện nay theo các Tiêu chuẩn nước ngoài khá
nhiều, tuy nhiên kết quả còn phân tán. Hiện nay, chưa có một con số nào cụ thể có
hệ số hiệu ứng nhóm này, các nhà thiết kế hiện tại vẫn đa phần lấy theo kinh

ứng nhóm phụ thuộc vào một số điều kiện ảnh hưởng cụ thể. Có thể kể đến một số
công thức thực nghiệm đã được đưa ra của các tác giả như:
- Hệ số hiệu ứng nhóm cọc trong đất dính: Có công thức của Conversa-Labarre;
công thức của Sayed and Bakeer (1992)…[11].
- Hệ số hiệu ứng nhóm cọc trong đất rời: Có công thức của M.das (page 399); công
thức Angles Group Action (1994); công thức Seiler-keeney; xác định theo móng
khối qui ước của Terzaghi…[3], [4], [8], [9], [11].
Có một điểm chung trong tất cả các kết quả thực nghiệm là ảnh hưởng hiệu ứng
nhóm sẽ rất nhỏ khi khoảng cách giữa tim cọc đến tim cọc trong nhóm lớn hơn
hoặc bằng 6D theo hướng song song với tải trọng hoặc lớn hơn hoặc bằng 3D theo
phương vuông góc với tải trọng. Các kết quả này đã được xác nhận thông qua các
kiểm tra thử nghiệm của Prakash (1967), Franke (1988), Lieng (1989), và Rao et
al. (1996) [8], [12].


2.3. Nhóm phương pháp mô hình hệ số nền
Nhóm phương pháp này dựa trên mô hình nền Winkle hoặc các liên kết biến dạng
phi tuyến theo mô hình đường cong p-y, t-z và q-w để xây dựng mô hình bài toán
hệ móng - cọc với nền đất sau đó kết hợp với sự trợ giúp của các phần mềm phân
tích kết cấu bằng PTHH chạy trên máy tính.
Phương pháp tính theo mô hình hệ số nền trong nghiên cứu tính toán có xét đến
ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm cọc có thể dễ dàng thực hiện và hiệu quả với sự trợ
giúp của các phần mềm phân tích kết cấu bằng PTHH chạy trên máy tính. Tuy
nhiên, nhược điểm của mô hình này là đến nay vẫn chưa có sự thống nhất về mức
độ tin cậy của các kết quả tính toán hệ số nền từ các đặc trưng cơ lý của đất nền; sự
ảnh hưởng của các cọc trong nhóm cọc, khoảng cách giữa các cọc đến độ cứng của
lò xo mô tả nền cũng chưa mô tả được hết những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng
nhóm trong móng cọc. Các nghiên cứu này có thể tham khảo [9], một số phần mềm
thương mại sử dụng phương pháp PTHH dựa trên mô hình hệ số nền hiện nay như
FB-Pier, Group…

như trên Hình 3.1 và Hình 3.2.
Sau khi có kết quả từ mô hình cọc đơn hiệu chỉnh, tác giả xây dựng mô hình bài
toán cho móng cọc trên phần mềm để xét các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng
nhóm.


Hình 3.1: Nén dọc tĩnh cọc đơn thực nghiệm, mô hình không điều chỉnh và mô
hình có điều chỉnh

Hình 3.2: Nén ngang tĩnh cọc đơn thực nghiệm, mô hình không điều chỉnh và
mô hình có điều chỉnh


3.2. Xét ảnh hưởng của tham số số lượng m đến sức chịu tải của nhóm cọc
Xét các bài toán cho bệ móng kích thước 12m x 12m x 1,5m, cọc khoan nhồi D800
dài 21,7m, số lượng cọc thay đổi từ 1 cọc, 2 cọc, 4 cọc, 6 cọc và 9 cọc có tỷ số
giữa khoảng cách cọc với đường kính cọc (tỉ số S/D) không đổi lấy bằng 2,5 (Bảng
3.1). Địa chất dưới móng bao gồm 5 lớp có các đặc trưng cơ lý như trong Bảng
3.2.
Giới hạn vùng khảo sát lớn hơn 20D; D - Đường kính cọc khảo sát, phụ thuộc vào
từng bài toán.

Hình 3.3: Mô hình bài toán
Bảng 3.1. Số liệu kết cấu đầu vào bài toán


Trong đó: Pn = Pb/n - Sức chịu tải của cọc trong móng; Pb - Sức chịu tải của nhóm
cọc trong bệ móng; N - Số cọc trong bệ móng
Bảng 3.2. Đặc trưng vật liệu


tới giá trị ç = 0,65 theo như 22 TCN 272-05.
- Kết quả bài toán chạy trên mô hình Plaxis 3D Foundation gần tương đương với
kết quả tính theo công thức thực nghiệm (2), sai lệch

[2]. Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, TCVN 205- 1998, Bộ GTVT.
[3]. Bùi Anh Định, Nguyễn Sỹ Ngọc (2005), Nền và móng công trình cầu đường,
NXB. Xây dựng.
[4]. Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái (2006), Móng cọc - Phân tích và thiết kế, NXB.
Khoa học Kỹ thuật.
[5]. Nguyễn Tương Lai (2013), Tính kết cấu tương tác với nền biến dạng, Học viện
KTQS.
[6]. Lê Xuân Mai, Đỗ Hữu Đạo (2005), Cơ học đất, NXB. Xây dựng.
[7]. R.B.J. Brinkgreve & W.Broere (2006), Plaxis 3D Foundation Version 1.5,
Delft University of Technology & PLAXIS bv, The Neitherlands.
[8]. R. L. Mokwa, Mechanics of pile cap and pile group behavior.
[9]. Static and Dynamic Lateral Loading of Pile Groups - NCHRP REPORT 461.
[10]. Báo cáo thí nghiệm nén tĩnh cọc và thí nghiệm cọc bằng tải trọng tĩnh nằm
ngang dự án “Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1”.
[11]. N. S. V. Kameswara Rao, Foundation Design: Theory and Practice.
[12]. A. Fadeev 1995, L. Delattre 2004, N.T. Lai 2010, T. Schweckendiek 2006.