ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TÔ LÊ HƯƠNG

PHÂN TÍCH SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG
GÂY RA MA SÁT ÂM ẢNH HƯỞNG ĐẾN
SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG ĐẮT YẾU.
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 60.58.02.11

LUẬN VÀN THẠC SĨ

TP.HCM, tháng 12 .năm 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Tp.HCM, ngày tháng năm .........................

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TÔ LÊ HƯƠNG

MSHV: 1570160

Ngày, tháng, năm sinh: 06/08/1992



NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/12/2016

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. VÕ PHÁN

CHỦ NHIỆM
BỘ MÔN ĐÀÒ TẠO

PGS.TS. LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1: GS. TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA



PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM


LỜI CẢM ƠN
Với sự ủng hộ và giúp đỡ của gia đình, thầy cô, bạn bè, tôi đã hoàn thành chương
trình học Cao học khóa 2015 và thực hiện Luận văn tốt nghiệp. Để có được thành quả này,
tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
-

Thầy hướng dẫn PGS.TS.VÕ Phán đã tận tâm chỉ dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn. Những hướng dẫn của thầy là
nguồn kiến thức, kinh nghiêm quý báu giúp tôi có thêm nền tảng cho việc học tập
và công tác sau này.

-

Quý Thầy, Cô trong Bộ môn Địa Cơ - Nền Móng cũng như các Thầy, Cô trong
phòng Đào tạo Sau Đại học đã tạo nhiều thuận lợi cho tôi trong suốt khóa học Cao
học.

-

Các anh, chị học viên cao học Địa kỹ thuật xây dựng khóa 2013, 2014, các bạn
học viên lớp Cao học Địa Kỹ Thuật Xây Dựng khóa 2015 đã giúp đỡ tôi trong thời
gian học tập.

-

Gia đình, bạn bè đã hỗ trợ cũng như khích lệ tinh thần trong quá trình tôi học tập

10304-2014, and evaluate the capacity when changing height of the embankment.
Besides, this thesis also uses Plaxis 2D software for analyzing the effect of negative skin
friction due to surface load to single pile, compare with the result from Unified Method of
Fellenius to evaluate depth of neutral plane of pile in soft soil. The settlement of pile,
settlement of ground also concern in result of Plaxis 2D.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của riêng tôi và
được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.Võ Phán.
Nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được
sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Những số liệu, nhận xét, đánh giá
của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác
nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Tác giả luận văn

Tô Lê Hương



MỤC LỤC

MỤC LỤC ............................................................................................................................... i
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH...................................................................................................... V
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. viii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................. 1
Chương 1 TỔNG QUAN VÈ MA SÁT ÂM ......................................................................... 3

1.1 Hiện tượng ma sát âm ......................................................................................3

2.1 Lý thuyết tưomg tác lực giữa cọc và đất theo B .Fellenius ............................15
2.1.1

Sức kháng ma sát thành ..........................................................................16

2.1.2

Sức kháng mũi ........................................................................................18

2.1.3

Sức chịu tải tới hạn ................................................................................. 19

2.2

Phương pháp Thống Nhất (Unified Method) tính toán xác định sức chịu tải

của cọc .................................................................................................................... 21
Trang i


2.3

Nguyên tắc chính xác định khả năng chịu tải của cọc ................................... 25

2.4

Tính toán sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304:2014................................ 25

2.4.1


Xác định sức chịu tải của cọc có kể đến ma sát âm................................ 32

2.6

Phần mềm PLAXIS 2D và các mô hình đất .................................................. 32

2.7

Kết luận chương 2 .......................................................................................... 40

Chương 3 PHÂN TÍCH SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG GÂY RA MA SÁT ÂM
ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG ĐẤT YẾU. .............................. 41

3.1

Thông số địa chất và yều cầu bài toán ........................................................... 41

3.2

Yêu cầu bài toán ............................................................................................ 43

3.3

Tính toán sức chịu tải của cọc khi chưa xét đến ma sát âm (TCVN 10304-

2014) ....................................................................................................................... 45
3.3.1

Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (Mục 7.2.2.1)............... 45


Trang ii


4.1

Mô hình bài toán và thông số đầu vào ...........................................................54

4.2

Kết quả mô phỏng bằng Plaxis ......................................................................58

4.2.1

Độ lún cọc ..............................................................................................58

4.2.2

Độ lún đất nền ........................................................................................59

4.2.3

Vị trí mặt phang trung hòa......................................................................61

4.3

Kết luận chương 4 .......................................................................................64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 65


Bảng 4.1 Bảng số liệu tính toán Plaxis của các lớp đất ............................................ 55
Bảng 4.2 Độ lún cọc theo giai đoạn tính toán .......................................................... 59
Bảng 4.3 Tổng hợp kết quả độ lún đất nền khi mô phỏng bằng Plaxis 2D .............. 59
Bảng 4.4 Tổng hợp kết quả độ sâu vùng ma sát âm khi mô phỏng bằng Plaxis ...... 62
Bảng 4.5 Ket quả tính vùng ảnh hưởng ma sát âm ZL theo 3 phương pháp ............ 63
Bảng 4.6 So sánh chênh lệch vùng ảnh hưởng ma sát âm ZL theo các phương pháp
tính ............................................................................................................................ 63

Trang iv



DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nền ........................................... 5
Hình 1.2 Các trường hợp xuất hiện ma sát âm khi cọc tựa trên nền đất cứng và có tồn
tại tải trọng bề mặt ........................................................................................................ ố
Hình 1.3 Ma sát âm xuất hiện trong cọc do nâng chiều cao đắp nền ........................... 7
Hình 1.4 Ma sát âm xuất hiện trên thân cọc do chất tải nặng trên nền kho chứa ......... 8
Hình 1.5 Biểu đồ phân bố (a) lực kéo xuống và (b) ứng suất cắt với trường hợp mô
phỏng đơn giản cho cọc đơn......................................................................................... 9
Hình 1.6 Phân bố lực kéo xuống dọc theo thân cọc đơn với nhiều trường hợp tải trọng
bề mặt khác nhau ........................................................................................................ 10
Hình 1.7 Độ lún của cọc và của đất quanh cọc cho trường hợp tải bề mặt là (a) 5kPa
và(b) lOkPa................................................................................................................. 10
Hình 1.8 Hư hỏng của móng cọc do ma sát âm tại Bà Rịa - Vũng Tàu ..................... 13
Hình 2.1 Giá trị hệ số p thay đổi theo độ dài ngàm cọc trong cát (theo số liệu của
Rollins và đồng nghiệp (2005) và so sánh với CFEM (1992), Gregersen và đồnng
nghệp (1973), HongKong Geo (2006)) ...................................................................... 17
Hình 2.2 Sức kháng ma sát thành đơn vị cho trường hợp cọc khoan nhồi đường kính

TCVN 10304-2014) ................................................................................................... 51
Hình 3.7 Biểu đồ so sánh sức chịu tải của cọc (không xét ma sát âm) tính theo
Fellenius và TCVN 10304-2014 ................................................................................ 52
Hình 4.1 Mô hình bài toán trong Plaxis 2D ................................................................ 54
Hình 4.2 Trình tự mô phỏng quy trình thi công trong Plaxis 2D ................................ 56
Hình 4.3 Độ lún đất nền sau khi chất tải đất đắp......................................................... 56
Hình 4.4 Độ lún đất nền sau khi cố kết 1 năm ............................................................ 56
Hình 4.5 Độ lún cọc (a) và độ lún đất nền (b) sau khi chất tải đầu cọc lOOOkN ...... 57
Hình 4.6 Lực ma sát dọc thân cọc ở các giai đoạn 5,6,và 7 ........................................ 57
Hình 4.7 Kết quả mô phỏng Plaxis độ lún cọc chịu ảnh hưởng ma sát âm do tải đất
Trang vi


đắp H =1.7m ............................................................................................................... 58
Hình 4.8 Kết quả mô phỏng Plaxis độ lún đất nền chịu ảnh hưởng ma sát âm do tải
đất đắp, H =1.7m ........................................................................................................ 58
Hình 4.9 Kết quả mô phỏng Plaxis độ lún đất nền khi xét ảnh hưởng ma sát âm do
thay đổi chiều cao đất đắp .......................................................................................... 60
Hình 4.10 Phân bố lực ma sát của đất của đất dọc thân cọc (Chiều cao tải đắp H =
3.0m)........................................................................................................................... 61
Hình 4.11 Phân bố độ sâu điểm trung hòa trên cọc khi thay đổi chiều cao tải đắp. .61
Hình 4.12 Độ sâu mặt phẳng trung hòa theo chiều cao đất đắp ..................................63

Trang vii


DANH MUC KÝ HIẼU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
«•

Ký hiệu


-

Hệ số sức kháng mũi.

Qd

kN

lĩnh tải tác dụng vào cọc.
Lực kéo xuống do ma sát âm tại mặt phẳng

Qn

kN

Qp

kN

Sức kháng mũi tại tải trọng thiết kế.

Qs

kN

Sức kháng ma sát bên tại tải trọng thiết kế.

Qtb


Độ lún của cọc do tải trọng truyền lên đất dưới

c'

kN/m2

mũi cọc.
Lực dính hữu hiệu của đất.

Trang
viii


Cường độ sức kháng không thoát nước của lớp
Cu,i

kN/m

2

đất dính thứ “i”.
Là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc

ĨL

-

đóng
Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ


kN/m2

Sức kháng mũi đon vị tại tải họng làm việc.

Qb’ Qp

kN/m2

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

kN/m2

Ma sát âm đơn vị.

Qn

Áp lực hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại
2

9y,p

kN/m

rs

kN/m2

Sức kháng ma sát thành đơn vị cực hạn.

rt

dưới mũi và trên thân cọc có xét đến ảnh
hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức kháng của đất, lấy
theo Bảng 4 - TCVN 10304:2014
Góc ma sát giữa đất và bề mặt cọc ở lớp đất thứ

8i

Độ/rad

i, thông thường đối với cọc bê tông, lấy bằng
với góc ma sát trong của đất (pi.
ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân đất

kN/m

2

nền theo phương thẳng đứng ở giữa lớp thứ i
ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân đất
2

kN/m

nền.
ứng suất hữu hiệu ở độ sâu mũi cọc (z=D) do

°Z=D

kN/m2



ZL

m

H

m

Chiều dày lớp đất yếu.

L

m

Chiều dài cọc.

u

m

Chu vi tiết diện ngang thân cọc

vuông).

Chiều dài đoạn cọc bị ảnh hưởng bởi ma sát
âm.

Trang X


Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, tập trung nhiều nhất ở khu vực Đồng
bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Trong những năm gần đây, cùng với đà phát triển kinh
tế xã hội cũng như nhu cầu của người dân, nhiều công trình đã được xây dựng ưên những
nền đất yếu này, từ nhà ở, xí nghiệp, cao ốc cho đến những cây cầu bắc qua sông.
Một công trình muốn chắc chắn và an toàn phần lớn phụ thuộc vào phần móng bên
dưới. Cho đến nay, giải pháp móng cọc vẫn là tối ưu nhất cho các công trình thi công
ưên khu vực đất yếu. Tuy nhiên, với sự biến đổi phức tạp của đất yếu do quá trình cố
kết đã tác động không nhỏ đến cọc nói riêng và móng cọc nói chung. Một trong những
tác động đó là hiện tượng ma sát âm. Ma sát âm là hiện tượng lớp đất yếu xung quanh
thân cọc lún nhanh hơn tốc độ lún của cọc, từ đó không những không tạo lực ma sát có
lợi để giữ cọc lại mà còn sinh thêm lực kéo xuống, làm ảnh hưởng khả năng chịu tải của
cọc. Việc hiểu được đặc điểm của ma sát âm, tính toán mức độ ảnh hưởng và phạm vi
ảnh hưởng của ma sát âm trong thiết kế là rất cần thiết. Do đó, tôi thực hiện đề tài: “Phân
tích sự thay đổi tải trọng tác dụng gây ra ma sát âm ảnh hưởng sức chịu tải của cọc trong
đất yếu.”

Ma sát âm đã được thế giới quan tâm từ rất sớm, đã có nhiều công trình nghiên cứu,
tính toán nói về hiện tượng này. Ỏ Việt Nam, hiện tượng ma sát âm vẫn còn khá mới
mẻ, chưa được đề cập nhiều trong tài liệu chuyên môn và quy chuẩn tính toán. Luận văn
này thực hiện với mong muốn làm phong phú thêm nguồn tư liệu trong nước về hiện
tượng ma sát âm, giúp cho những người nghiên cứu sau có thể bổ sung, hoàn thiện về
tính toán, khắc phục hiện tượng ma sát âm cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu
ở Việt Nam nói chung và khu vực ĐBSCL nói riêng.
1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Khảo sát ảnh hưởng của ma sát âm với sức chịu tải của cọc trong đất yếu khi thay
đổi chiều cao tải đắp.
- Khảo sát sự phân bố vị trí mặt phẳng trung hòa trong cọc khi chịu ảnh hưởng
hiện tượng ma sát âm theo ba phương pháp tính: theo Tiêu chuẩn Việt Nam
(TCVN), theo Phương pháp Thống nhất của Fellenius và mô phỏng bằng Plaxis.