Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van Download luận án tiến sĩ ngành kĩ thuật xây dựng với đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến khả năng chịu tải dọc trục và độ lún của nhóm cọc thẳng đứng, cho các bạn làm luận án tham khảo

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
BẠCH VŨ HOÀNG LAN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG
NHÓM ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI DỌC TRỤC
VÀ ĐỘ LÚN CỦA NHÓM CỌC THẲNG ĐỨNG
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 62.58.02.11
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. TÔ VĂN LẬN
2. GS. NGUYỂN CÔNG MẪN
Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2017

2. -ii-
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực
hiện. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án
Bạch Vũ Hoàng Lan

3. -iii-
LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Tô Văn Lận và GS.
Nguyễn Công Mẫn là hai thầy trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình
thực hiện đề tài nghiên cứu. Xin tri ân các thầy – những người đã dành
nhiều tâm sức, trí tuệ và sự động viên, hỗ trợ để em hoàn thành luận án kịp
tiến độ.
Em trân trọng gửi lời cảm ơn tới GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ, GS. TS.
Trần Thị Thanh, PGS. TS. Võ Phán và PGS.TS. Tô Văn Thanh đã cho em
những góp ý rất quí báu trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Đức Vinh, TS. Nguyễn Ngọc Phúc
và TS. Phan Tá Lệ đã có nhiều sự giúp đỡ về trang thiết bị và các chỉ dẫn
rất thiết thực trong quá trình nghiên cứu của tác giả.
Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học thủy lợi, Ban giám
hiệu trường ĐH Kiến trúc Tp HCM, Phòng nghiên cứu khoa học công
nghệ; phòng thí nghiệm trường ĐH Kiến trúc; Công ty Hoàng Vinh; Công
ty Phú Nguyên và Công ty CIC … đã có những hỗ trợ, giúp đỡ quý báu cho
tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời biết ơn đến gia đình và các đồng nghiệp đã luôn
sát cánh, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành nghiên cứu.

4. -iv-
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan ……………………………………………………………... ii
Lời cảm ơn ………………………………………………………………... iii
Mục lục …………………………………………………………………… iv
Danh mục các bảng biểu ………………………………………………...... vii
Danh mục các hình vẽ và đồ thị ………...………………………………… viii
Danh mục các ký hiệu ………………….…………………………………. xi
MỞ ĐẦU …………………………………………………………………. 1
1. Lý do lựa chọn đề tài …………………………………………… 1
2. Mục đích nghiên cứu ……………………………………………… 3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ………………………………… 3
4. Nội dung nghiên cứu ……………………………………………… 4
5. Phương pháp nghiên cứu ………………………………………...... 4
6. Những đóng góp mới của luận án …………………………………. 5
7. Cấu trúc của luận án ………………………………………………. 6
Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA
NHÓM CỌC ……………………………………………….. 9
1.1. KHÁI QUÁT VỀ HIỆU ỨNG NHÓM ……………………………. 9
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ HIỆU ỨNG NHÓM ……. 11
1.2.1. Công thức xác định hệ số nhóm …………………………………... 12
1.2.2. Công thức xác định tỷ số độ lún …………………………………... 14
1.3. CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ HIỆU ỨNG NHÓM 15
1.3.1. Phân tích kết quả nghiên cứu ……………………………………… 16
1.3.2. Nhận xét …………………………………………………………… 20
1.4. QUY ĐỊNH VỀ HIỆU ỨNG NHÓM TRONG CÁC TIÊU
CHUẨN VIỆT NAM ……………………………………………… 21
1.4.1. Theo TCXD 205: 1998 ……………………………………………. 21
1.4.2. Theo TCVN 10304: 2014 …………………………………………. 21
1.4.3. Theo 22 TCN 272: 05 ……………………………………………... 22
1.4.4. Nhận xét về cách xác định hiệu ứng nhóm theo quy phạm ……….. 22
1.5. NHẬN XÉT CHƯƠNG 1 ………………………………………… 23
Chương 2: NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG NHÓM BẰNG CÁC THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ
TỶ LỆ NHỎ ………………………………………………… 24
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC 24

5. -v-
2.1.1. Qui trình gia tải nén tĩnh nhóm cọc 24
2.1.2. Phân tích kết quả nén tĩnh cọc 24
2.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ LỆ NHỎ CHO THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC ………………………………………. 27
2.2.1. Mở đầu …………………………………………………………….. 27
2.2.2. Ưu nhược điểm của mô hình vật lý tỷ lệ ………………………….. 28
2.2.3. Lập phương trình xác định sery thí nghiệm ……………………….. 28
2.2.4. Cơ sở lý thuyết về hiệu ứng tỷ lệ trong thí nghiệm cọc …………… 30
2.2.5. Vật liệu cọc ………………………………………………………... 31
2.2.6. Kích thước thùng đất trong thí nghiệm …………………………… 33
2.2.7. Thiết bị cho thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng ………………. 39
2.3. THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ
LỆ NHỎ TRONG PHÒNG ……………………………………….. 43
2.3.1. Qui mô các thí nghiệm trong phòng ………………………………. 43
2.3.2. Chế bị đất cho thí nghiệm ………………………………………..... 44
2.3.3. Kết quả thí nghiệm ………………………………………………... 46
2.3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm ……………………………………… 49
2.4. THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ
LỆ NHỎ TẠI HIỆN TRƯỜNG …………………………………… 58
2.4.1. Kích thước cọc trong mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ ……………………. 59
2.4.2. Quy mô các thí nghiệm cọc tại hiện trường ……………………….. 60
2.4.3. Cấu tạo cọc và đài cọc ……………………………………………. 61
2.4.4. Hệ thống đo đạc và gia tải ………………………………………... 62
2.4.5. Thí nghiệm nén tĩnh cọc ………………………………………….. 64
2.4.6. Kết quả thí nghiệm ………………………………………………... 66
2.4.7. Phân tích kết quả thí nghiệm ……………………………………... 67
2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 …………………………………………. 72
Chương 3: ỨNG DỤNG HỆ SỐ TƯƠNG TÁC TRONG VIỆC PHÂN
TÍCH HIỆU ỨNG NHÓM CỌC THẲNG ĐỨNG CHỊU
TẢI TRỌNG NÉN ĐÚNG TÂM ………………….……….. 74
3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ……………………………………………... 74
3.1.1. Khái niệm cơ bản về hệ số tương tác ……………………………… 74
3.1.2. Hệ số tương tác giữa các cọc ……………………………………… 76
3.2. ỨNG DỤNG HỆ SỐ TƯƠNG TÁC TRONG PHÂN TÍCH HIỆU
ỨNG NHÓM CỌC ………………………………………………... 78
3.2.1. Thiết lập bài toán ………………………………………………….. 78

6. -vi-
3.2.2. Phân tích hiệu ứng nhóm cọc ……………………………………… 81
3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 …………………………………………. 86
Chương 4: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ TRONG PHÂN TÍCH
HIỆU ỨNG NHÓM CỌC ………………………………… 88
4.1. MỞ ĐẦU …………………………………………………………... 88
4.1.1. Mục đích của bài toán mô phỏng phương pháp số ……………….. 88
4.1.2. Mô hình vật liệu của Plasix-3D ………………………………...…. 88
4.2. MÔ PHỎNG SỐ CHO CÁC THÍ NGHIỆN NÉN TĨNH CỌC ….. 90
4.2.1. Số liệu về nền đất và hệ cọc – đài cọc …………………………..... 90
4.2.2. Kết quả tính toán …………………………………………………... 93
4.3. PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN …………. 104
4.3.1. Hiệu ứng nhóm ……………………………………………………. 104
4.3.2. Xấp xỉ tỷ số độ lún bằng các hàm mũ ….………………………...... 107
4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4………………………………………….. 108
Chương 5: CÁC ĐỀ XUẤT …………………………………………….. 109
5.1 ĐỀ XUẤT CÁC XÁC ĐỊNH TỶ SỐ ĐỘ LÚN ………………….. 109
5.1.1 Công thức của Fleming và cộng sự ……………………………….. 109
5.1.2 So sánh giá trị tỷ số độ lún ………………………………………... 110
5.1.3 Đề xuất công thức tính số mũ ………………………………….. 111
5.1.4 Kết quả tính toán và so sánh ……………………………………… 113
5.2 ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH TÍNH TOÁN THAY ĐỔI CHIỀU DÀI
CỌC ĐỂ CẢI THIỆN SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÓM CỌC ………. 114
5.2.1 Đặt vấn đề …………………………………………………………. 114
5.2.2 Cơ sở lý thuyết …………………………………………………….. 116
5.2.3 Đề xuất phương pháp tính ………………………………………… 118
5.2.4 Trình tự tính toán ………………………………………………….. 120
5.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 …………………………………………. 122
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………... 123
KẾT LUẬN ……………………………………………………...... 123
KIẾN NGHỊ ……………………………………….……………..... 124
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN ……………………….. 125
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ …………………………. 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………. 128
PHỤ LỤC ………………………………………………………………... 133

7. -vii-
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
CHƯƠNG 2
Bảng 2.1. Các đại lượng nghiên cứu ……………………………………… 29
Bảng 2.2. Phạm vi bề rộng (B) và chiều sâu (h) của vùng ảnh hưởng xung
quanh cọc đơn và nhóm cọc …………………………………… 36
Bảng 2.3 Bảng tổng hợp một số thí nghiệm cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ
trong phòng thí nghiệm …………………………………………. 37
Bảng 2.4. Tổng số thí nghiệm nén tĩnh trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ ……. 43
Bảng 2.5. Sức chịu tải cực hạn (Qult) và sức chịu tải cho phép của cọc đơn;
Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của các nhóm cọc ………………… 49
Bảng 2.6. Hiệu suất sử dụng của cọc trong các nhóm 4 cọc …………….. 57
Bảng 2.7. Hiệu suất sử dụng của cọc trong các nhóm 6 cọc …………….. 58
Bảng 2.8. Hiệu suất sử dụng của cọc trong các nhóm 9 cọc …………….. 58
Bảng 2.9. Quy mô các thí nghiệm cọc tại hiện trường …………….……… 60
Bảng 2.10 Số liệu nén tĩnh cọc tại hiện trường ……………………..……. 65
Bảng 2.11 Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của các nhóm cọc ………….……. 66
Bảng 2.12 Hiệu suất sử dụng của các cọc trong nhóm N9 và N16A . ……. 70
CHƯƠNG 3
Bảng 3.1. Kết quả tính toán tỷ số độ lún (RS) của các nhóm 4 cọc …………. 84
Bảng 3.2. Kết quả tính toán tỷ số độ lún (RS) của các nhóm 6 cọc …………. 84
Bảng 3.3. Kết quả tính toán tỷ số độ lún (RS) của các nhóm 9 cọc …………. 85
Bảng 3.4. Kết quả tính toán tỷ số độ lún (RS) của các nhóm 16 cọc ………... 85
CHƯƠNG 4
Bảng 4.1. Thông số của nền đất ………………………………..…………… 90
Bảng 4.2. Thông số của cọc và đài..…………………………………………. 92
Bảng 4.3. Giá trị Tải trọng – Độ lún của ba loại chiều dài cọc đơn ………… 94
Bảng 4.4. Giá trị Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của các nhóm cọc …………… 99
CHƯƠNG 5
Bảng 5.1. Ảnh hưởng của tỷ số S/d đến sự biến thiên của số mũ ………... 112
Bảng 5.2. Ảnh hưởng của tỷ số L/d đến sự biến thiên của số mũ ………... 112
Bảng 5.3. Hệ số nhóm và phân phối lực cho các cọc của nhóm 9 cọc ……... 117
Bảng 5.4. Tính toán thay đổi chiều dài cọc cho nhóm 12 cọc ……………… 121
Bảng 5.5. Tính toán thay đổi chiều dài cọc cho nhóm 36 cọc ……………… 121

8. -viii-
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU Trang
Hình 1. Phân vùng khu vực đất yếu ở khu vực Tp. Hồ Chí Minh ……. 2
CHƯƠNG 1
Hình 1.1.
Hình 1.1.
Vùng phân bố ứng suất xung quanh cọc đơn và hiện tượng
chồng ứng suất do hiệu ứng nhóm ………………………….... 9
Hình 1.2. Phân loại nhóm cọc theo Viggiani và Randolph (1996) ……… 10
Hình 1.3. Xác định hệ số nhóm cọc theo nguyên tắc của Feld (1943) …. 12
Hình 1.4. Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả
khác trong nền sét cứng ……………………………………… 16
Hình 1.5. Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả
khác trong nền sét yếu ……………………………………….. 16
Hình 1.6. Tỷ số độ lún theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả
khác trên nhóm 3x3 cọc với chiều dài cọc L=20d ……………. 18
Hình 1.7. Hệ số nhóm theo thí nghiệm của G.Dai và các tác giả khác ….. 19
Hình 1.8. Tỷ số độ lún theo thí nghiệm của G. Dai và các tác giả khác … 20
CHƯƠNG 2
Hình 2.1. Mặt bằng các nhóm cọc sử dụng trong thí nghiệm …………... 32
Hình 2.2. Vùng ứng suất phân bố xung quanh cọc đơn và nhóm cọc …. 35
Hình 2.3. Phạm vi vùng ảnh hưởng do biến dạng của nhóm 9 cọc …… 36
Hình 2.4. Chi tiết cấu tạo hệ khung và thùng chứa đất ………………… 40
Hình 2.5. Các cao trình lắp đặt strain gauge dọc theo thân cọc và chi tiết
nhóm cọc – đài cọc …………………………………………… 41
Hình 2.6. Thiết bị sử dụng cho hệ gia tải và đo lường tải trọng ……….. 42
Hình 2.7. Các đồng hồ đo chuyển vị và đồng hồ đo áp lực ……………. 42
Hình 2.8. Vị trí các cọc có lắp đặt strain gauge trong các thí nghiệm …. 43
Hình 2.9. Lắp đặt các thiết bị cho thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng 44
Hình 2.10. Các giai đoạn chế bị đất bằng phương pháp đầm nén ……… 45
Hình 2.11. Biểu đồ Tải trọng – Thời gian của các cọc đơn ……………... 46
Hình 2.12. Biểu đồ Độ lún –Tải trọng của các cọc đơn …………………. 46
Hình 2.13. Biểu đồ Biến dạng- Tải trọng của các cọc đơn ……………… 47
Hình 2.14. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của các cọc đơn và các nhóm 4 cọc 48
Hình 2.15. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của các cọc đơn và các nhóm 6 cọc 48
Hình 2.16. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của các cọc đơn và các nhóm 9 cọc 49
Hình 2.17. Biểu đồ hệ số nhóm – tỷ số S/d của các nhóm cọc ………….. 50
Hình 2.18. Biểu đồ hệ số nhóm – Tải TB của cọc trong các nhóm cọc …. 51
Hình 2.19. Biểu đồ Tỷ số độ lún – tỷ số S/d của các nhóm cọc …………. 52
Hình 2.20. Đồ thị (fs)TB
– Độ lún (U) và qp – Độ lún (U) của các nhóm 4
cọc có tỷ số S/d=3 …………………………………………... 52
Hình 2.21. Đồ thị Sức kháng bên đơn vị TB (fs)TB
– Độ lún (U) của các
cọc trong nhóm 6 cọc có tỷ số L/d=30 ……………………….. 54
Hình 2.22. Đồ thị Sức kháng mũi đơn vị (qp) – Độ lún (U) của các cọc
trong nhóm 6 cọc có tỷ số L/d=30 ……………………………. 54

9. -ix-
Hình 2.23. Đồ thị Sức kháng bên đơn vị TB (fs)TB
– Độ lún (U) của các
cọc trong nhóm 9 cọc có tỷ số L/d=30 ……………………….. 55
Hình 2.24. Đồ thị Sức kháng mũi đơn vị (qp) – Độ lún (U) của các cọc
trong nhóm 9 cọc có tỷ số L/d=30 ……………………………. 55
Hình 2.25. Biểu đồ : Lực phân phối vào từng cọc – Độ lún (U) trong các
nhóm 9 cọc có tỷ số L/d=30 ………………………………...... 56
Hình 2.26. Biểu đồ quan hệ tỷ lệ của lực phân phối vào từng cọc trên tải
trọng trung bình của cọc (ri) trong nhóm theo tỷ số S/d …….. 59
Hình 2.27. Mặt bằng nhóm 16 cọc (N16B) có thay đổi chiều dài cọc…… 60
Hình 2.28. Mặt bằng định vị các thí nghiệm tại hiện trường ……………. 60
Hình 2.29. Cao trình lắp đặt strain gauge cho các loại chiều dài cọc ….. 61
Hình 2.30. Chi tiết cọc và các mối nối cọc ……………………………… 61
Hình 2.31. Sơ đồ hệ gia tải của thí nghiệm nén tĩnh cọc ……………….. 62
Hình 2.32. Thi công ép cọc và lắp đặt đài cọc …………………………… 63
Hình 2.33. Load cell (50kN), thiết bị đo chuyển vị điện tử và đầu đọc 63
Hình 2.34. Bản đồ vị trí khu vực thí nghiệm nén tĩnh cọc ………………. 64
Hình 2.35. Lắp đặt các thiết bị đo đạc cho thí nghiệm nén tĩnh …………. 65
Hình 2.36. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của các nhóm cọc tại hiện trường .. 66
Hình 2.37. Biểu đồ Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của các nhóm cọc theo số
lượng cọc trong nhóm ………………………………………… 67
Hình 2.38. Biểu đồ biến dạng dọc trục, sức kháng bên của từng đoạn cọc
và sức kháng mũi đơn vị của cọc đơn (Đ1) ………………….. 68
Hình 2.39. Biểu đồ biến dạng dọc trục, sức kháng bên của từng đoạn cọc
và sức kháng mũi đơn vị của cọc trong nhóm 4 cọc (N4) 69
Hình 2.40. Biểu đồ sức kháng bên và sức kháng mũi đơn vị theo độ lún
của các vị trí cọc khác nhau trong nhóm 9 cọc (N9) …………. 70
Hình 2.41. Biểu đồ sức kháng bên và sức kháng mũi đơn vị theo độ lún
của các vị trí cọc trong nhóm 16 cọc cùng chiều dài (N16A) ... 70
Hình 2.42. Biểu đồ biểu diễn sự phân phối lực vào các vị trí cọc khác
nhau trong các nhóm cọc N9; N16A và N16B ……………..... 71
Hình 2.43. Biểu đồ sức kháng bên và sức kháng mũi đơn vị theo độ lún
của các vị trí cọc trong nhóm 16 cọc khác chiều dài (N16B) … 71
CHƯƠNG 3
Hình 3.1. Các ghi chú về kích thước hình học trong bài toán của Mindlin 74
Hình 3.2. Cách dạng phân bố mô đun đàn hồi của nền đất theo chiều sâu 77
Hình 3.3. Sơ đồ xác định hệ số tương tác giữa hai cọc ………………… 77
Hình 3.4. Mặt bằng nhóm cọc ……………………………………………. 79
Hình 3.5. Biểu đồ tỷ lệ lực phân phối vào cọc theo tỷ số S/d của các
nhóm cọc ……………………………………………………… 83
Hình 3.6. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=3 …………….. 86
Hình 3.7. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=4 …………….. 86
Hình 3.8. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=5 …………….. 86
Hình 3.9. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=6 ………..…… 86
CHƯƠNG 4

10. -x-
Hình 4.1. Quan hệ lôgarít giữa biến dạng thể tích và ứng suất nén đẳng
hướng …………………………………………………………. 89
Hình 4.2. Đặc trưng của đường biến dạng tổng của mô hình Soft Soil
trong mặt phẳng ứng suất chính …………………………….... 89
Hình 4.3. Mô phỏng bài toán nén tĩnh cọc đơn bằng Plaxis-3D ……….. 93
Hình 4.4. Biểu đồ Tải trọng – Độ lún của các cọc đơn …………………. 95
Hình 4.5. Biểu đồ truyền tải dọc trục theo từng cấp tải của các cọc đơn 95
Hình 4.6. Biểu đồ phân bố sức kháng bên đơn vị dọc thân cọc đơn ứng
với từng cấp tải của các cọc đơn …………………………….. 96
Hình 4.7. Biểu đồ phân bố sức kháng bên , sức kháng mũi của các cọc
đơn theo độ lún của cọc ………………………………………. 96
Hình 4.8. Mô phỏng bài toán nén tĩnh nhóm 4 cọc bằng Plaxis-3D …… 97
Hình 4.9. Đồ thị Tải trọng - Độ lún của các nhóm 4 cọc ……………….. 98
Hình 4.10. Đồ thị Tải trọng - Độ lún của các nhóm 6 cọc ……………….. 98
Hình 4.11. Đồ thị Tải trọng - Độ lún của các nhóm 9 cọc ……………….. 98
Hình 4.12. Đồ thị Tải trọng - Độ lún của các nhóm 16 cọc …………….... 99
Hình 4.13. Biểu đồ Tỷ lệ lực phân phối vào cọc – Tỷ số S/d của nhóm cọc 100
Hình 4.14. Biểu đồ Sức kháng thành đơn vị - Độ lún của các nhóm cọc có
tỷ số L/d=20 ………………………………………………….. 101
Hình 4.15. Biểu đồ Sức kháng thành đơn vị - Độ lún của các nhóm cọc có
tỷ số L/d=25 ………………………………………………….. 102
Hình 4.16. Biểu đồ Sức kháng thành đơn vị - Độ lún của các nhóm cọc có
tỷ số L/d=30 ………………………………………………….. 103
Hình 4.17. Biểu đồ Hệ số nhóm – Tỷ số S/d của các nhóm cọc tính bằng
thí nghiệm trên mô hình vật lý tỷ lệ và Plaxis-3D ………….... 105
Hình 4.18. Biểu đồ Tỷ số độ lún – Tỷ số S/d của các nhóm cọc tính bằng
lý thuyết; thí nghiệm trên mô hình vật lý tỷ lệ và Plaxis-3D 106
Hình 4.19. Tỷ số độ lún (RS) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=3 ……….. 107
Hình 4.20. Tỷ số độ lún (RS) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=4 ………. 107
Hình 4.21. Tỷ số độ lún (RS) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=5 ………. 107
Hình 4.22. Tỷ số độ lún (RS) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=6 ……….. 107
CHƯƠNG 5
Hình 5.1. Ảnh hưởng của thông số hình học đến hệ số độ lún theo
Fleming và cộng sự (1985) …………………………………… 109
Hình 5.2. Biểu đồ RS–n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=3 ……………… 113
Hình 5.3. Biểu đồ RS–n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=4 ……………... 113
Hình 5.4. Biểu đồ RS–n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=5 ……………... 113
Hình 5.5. Biểu đồ RS–n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=6 ……………... 113
Hình 5.6. Móng cọc của khu chung cư 5 tầng, tại Bulit Tinggi, Klang,
Malaysia ……………………………………………………… 115
Hình 5.7. Móng cọc của bồn chứa 2500 tấn dầu, tại Indonesia ………… 115
Hình 5.8. Các vị trí cọc theo nguyên tắc của Feld (1943) ………………. 116
Hình 5.9. Đề xuất phương án thay đổi chiều dài cọc trong nhóm ………. 118

11. -xi-
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỈ SỐ
Ký hiệu Đơn vị Đại lượng
ij - Hệ số tương tác giữa cọc i và cọc j
% Biến dạng
kN/m3
Dung trọng tự nhiên của đất
k kN/m3
Dung trọng khô của đất
sat kN/m3
Dung trọng dưới mực nước của đất
- Hệ số nhóm cọc
p - Hiệu suất sử dụng của cọc trong nhóm
’S - Hiệu suất hình học của nhóm cọc
- Độ mảnh của cọc ( =L/d)
- Hệ số ma sát trong công thức của Sayed và Bakeer
- Hệ số Poisson của nền đất
1 - Hệ số Poisson của đất dọc thân cọc
2 - Hệ số Poisson của đất ở mũi cọc
p - Hệ số Poisson của vật liệu cọc
’ kPa Ứng suất hữu hiệu của đất
- Tỷ trọng của đất
Ap m2
Diện tích tiết diện ngang của cọc
AS m2
Diện tích xung quang cọc
B m Bề rộng của nhóm cọc
c kPa Lực dính đơn vị của đất
d m Đường kính cọc
e - Hệ số rỗng của đất
E MPa Mô đun đàn hồi
ES MPa Mô đun đàn hồi của đất
E1 MPa Mô đun đàn hồi trung bình của đất dọc thân cọc
E2 MPa Mô đun đàn hồi của đất dưới mũi cọc
Ep MPa Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc
Er MPa Mô đun đàn hồi của đài cọc
GS MPa Mô đun trượt của nền đất

12. -xii-
Ký hiệu Đơn vị Đại lượng
fs kPa Sức kháng bên đơn vị
FS - Hệ số an toàn
GS kPa Mô đun trượt của nền đất
kV kN/m Độ cứng dọc trục của cọc đơn
K - Tỷ số độ cứng giữa cọc và đất
Lp m Chiều dài cọc
L m Chiều dài phần cọc nằm trong đất
m1 cọc Số cọc theo phương dọc của nhóm cọc
m2 cọc Số cọc theo phương ngang của nhóm cọc
n cọc Tổng số cọc trong nhóm
qp kPa Sức kháng mũi đơn vị huy động giữa cọc – đất
P kN Lực nén tác dụng vào cọc hoặc nhóm cọc
Qa kN Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn
Qb kN Sức kháng mũi của cọc đơn
Qf kN Sức kháng bên của cọc đơn
Qs kN Sức chịu tải của cọc đơn
Qg kN Sức chịu tải của nhóm cọc
ri - Tỷ lệ giữa lực của cọc thứ i trên lực TB của cọc trong nhóm
R μ Biến dạng dọc trục của cọc
RS - Tỷ số độ lún của nhóm cọc
S m Khoảng cách giữa các cọc trong nhóm
Smax m Bán kính giới hạn vùng ảnh hưởng của cọc trong nhóm
Sgh mm Độ lún giới hạn của công trình
tr mm Chiều cao của đài cọc
[U] mm Độ lún cho phép của cọc khi thử tĩnh xác định theo
Ug mm Độ lún ứng với tải trọng giới hạn của nhóm cọc
Uav mm Độ lún của cọc đơn ứng với tải trọng TB của cọc trong nhóm
U1 mm Độ lún của cọc dưới tác dụng của tải trọng đơn vị
Vi kN Lực phân phối cho cọc thứ i trong nhóm

13. -1-
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Móng cọc là loại kết cấu được ứng dụng rộng rãi trong các loại công
trình dân dụng, cầu đường, thủy lợi và nhất là các công trình trên nền đất
yếu. Sử dụng cọc là giải pháp nền móng có nhiều ưu điểm nổi bật về tính ổn
định khi chịu lực; tính kinh tế về giá thành; tính linh hoạt về vật liệu và đa
dạng các phương pháp thi công.
Khi chịu tác dụng của tải trọng công trình, cọc phát huy khả năng chịu
lực thông qua ma sát giữa thành cọc - đất và sức kháng ở mũi cọc. Để chịu
được tải trọng lớn móng cọc thường bao gồm một nhóm cọc, khi khoảng
cách giữa các cọc không đủ lớn, trong vùng đất quanh các cọc hình thành
hiện tượng chồng lấn ứng suất chống cắt do ma sát bên và do sức chống mũi
của các cọc gây ra, vì vậy trong thực tế ứng xử của nhóm cọc khi chịu tải
khác với ứng xử của cọc đơn, nhất là khi nhóm cọc làm việc trong nền đất
dính [1]; [8]; [57]; [58].
Mức độ giảm sức chịu tải của nhóm cọc và gia tăng chuyển vị của
nhóm cọc so với cọc đơn thường được thể hiện thông qua các giá trị hệ số
nhóm và tỷ số độ lún. Các nghiên cứu về hiệu ứng nhóm trong móng cọc
thường chủ yếu tập trung vào việc xác định giá trị hệ số nhóm ( ) để đánh
giá sức chịu tải ứng với khả năng chịu tải giới hạn của cọc và nhóm cọc, tuy
nhiên trong thực tế hiệu ứng nhóm còn làm gia tăng độ lún của nhóm cọc so
với cọc đơn làm việc trong cùng điều kiện.
Từ những nghiên cứu ban đầu ta nhận thấy, khi tải trọng tác dụng vào
nhóm cọc, do sự tương tác giữa hệ cọc – đất, sẽ gây ra sự thay đổi về phạm
vi và độ lớn của vùng ứng suất phân bố xung quanh và ở mũi cọc và vì thế
dẫn đến sự suy giảm đến khả năng làm việc của nhóm cọc. Vấn đề đặt ra là
cần xét đến hiệu ứng nhóm như thế nào khi tính toán thiết kế móng cọc, để

14. -2-
đảm bảo các yêu cầu về chịu lực và chuyển vị nhưng không quá lãng phí, đó
chính là lý do hình thành đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng
nhóm đến khả năng chịu tải dọc trục và độ lún của nhóm cọc thẳng
đứng”.
Theo [17], [47] khu vực đất yếu ở thành phố Hồ Chí Minh là các dạng
địa hình thành tạo do đầm lầy và các quá trình kiến tạo khác, gồm các dải
trũng tích tụ đầm lầy ven
sông Sài Gòn, sông Nhà
Bè, sông Lòng Tàu… Các
lớp đất yếu phân bố rộng
rãi ở nhiều khu vực trong
thành phố, bao gồm các
quận huyện ven như: Nhà
Bè, Cần Giờ và huyện
Bình Chánh và cả các
quận nội thành như: quận
2; quận 4; quận 7; quận 8
và một phần quận 9 và
Thủ đức (Hình 1). Đây là
các vùng thấp, trũng, độ cao trung bình từ 0.5m - 2 m, trầm tích cấu tạo nên
các bề mặt có nhiều nguồn gốc khác nhau, chủ yếu là các trầm tích trẻ (tuổi
Holocen). Các lớp đất yếu thường gặp phần lớn là loại đất sét yếu hoặc bùn
sét hữu cơ, có thể bị nhiễm mặn ở khu vực gần ven biển, có chiều dày biến
thiên từ 15m đến 40m, các lớp đất này thường có các đặc trưng cơ lý như
sau:
- Dung trọng tự nhiên =[14 ÷15.5] kN/m3
;
- Hệ số rỗng tự nhiên e =[1.5÷2.5];
- Độ ẩm tự nhiên W 65%
Hình 1. Phân vùng khu vực đất yếu ở khu
vực Tp. Hồ Chí Minh [47]

15. -3-
- Sức chống cắt không thoát nước Su = 5 kPa ÷ 25 kPa.
- Góc ma sát trong = 30
÷ 60
Do khả chịu năng lực kém và có tính nén lún cao của nền sét yếu phân
bố trên phạm vi khá rộng ở nhiều khu vực trong Tp. Hồ Chí Minh nhất là
khu Nam Sài gòn, nên phương án móng cọc thường là một trong những lựa
chọn hợp lý cho các công trình xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng kỹ
thuật, vì thế luận án sẽ tập trung nghiên cứu hiệu ứng nhóm khi nhóm cọc
làm việc trong nền sét yếu.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu về sự phân phối tải trọng, sự huy động ma sát thành và sức
kháng mũi của của cọc trong nhóm, khi nhóm cọc chịu nén đúng tâm,
làm việc trong nền đất loại sét.
Nghiên cứu hiệu ứng trong nhóm cọc thông qua hai đại lượng là: hệ số
nhóm và tỷ số độ lún, có xét đến các thông số ảnh hưởng, như: Khoảng
cách cọc; Chiều dài cọc và số lượng cọc trong nhóm.
Đề xuất cách sử dụng hệ số nhóm và tỷ số độ lún trong việc xác định
sức chịu tải và độ lún của nhóm cọc làm việc trong nền đất sét, từ kết
quả thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
− Nghiên cứu hiệu ứng nhóm trong các nhóm cọc quy mô nhỏ, có đài cọc
đơn dưới cột. Nhóm cọc chịu nén đúng tâm và làm việc trong nền đất
sét đồng nhất.
Cọc có tiết diện tròn, thẳng đứng; Đài cọc cứng và không tiếp xúc với
nền đất.
Các nhóm cọc có số lượng cọc nhỏ hơn hoặc bằng 16 cọc (n≤16), có
khoảng cách cọc giữa các cọc trong nhóm biến thiên từ ba đến sáu lần
đường kính cọc (S=3d÷6d). Để bỏ qua hiện tượng cọc bị uốn dọc, trong

16. -4-
quá trình ép cọc và chịu lực, luận án chỉ nghiên cứu các loại cọc có tỷ số
giữa chiều dài và đường kính cọc L/d= 20; 25 và 30.
Bỏ qua ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm khi cọc và nhóm cọc làm
việc trong nền sét yếu.
Cọc được thi công bằng phương pháp ép và không xét đến ảnh hưởng
của trình tự ép cọc đến hiệu ứng nhóm cọc;
4. Nội dung nghiên cứu
Tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng nhóm cọc. Các
phương pháp xác định hệ số nhóm, tỷ số độ lún của các tác giả trong
nước và trên thế giới;
Nghiên cứu, chế tạo thiết bị sử dụng cho các thí nghiệm nén tĩnh cọc
trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ sử dụng trong phòng và tại hiện trường;
Tiến hành các thí nghiệm nén tĩnh cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ ở
trong phòng và hiện trường có kết hợp đo biến dạng cọc, nhằm xác
định: Quy luật phân bố lực cho từng cọc; Sự phân bố sức kháng bên
theo độ sâu; Sự thay đổi sức kháng bên, sức kháng mũi huy động giữa
cọc và đất của cọc; Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của nhóm cọc.
Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết hệ số tương tác trong bài toán phân
tích hiệu ứng nhóm cọc chịu nén đúng tâm;
Mô phỏng số các bài toán nén tĩnh cọc bằng phần mềm Plaxis-3D
(2013) để kiểm chứng kết quả thu được từ mô hình thí nghiệm và lý
thuyết. Phát triển bài toán mô phỏng để xây dựng tương quan về tỷ số
độ lún trong móng cọc theo số lượng cọc trong nhóm;
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp lý thuyết: sử dụng các lý thuyết về cơ học kết hợp với lý
thuyết đàn hồi và công thức tính hệ số tương tác, nhằm phân tích hiệu
ứng nhóm của nhóm cọc thẳng đứng chịu tải dọc trục.

17. -5-
Phương pháp thực nghiệm:
Xây dựng và chế tạo thiết bị và mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ của nhóm
cọc sử dụng trong thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng và tại hiện
trường.
Tiến hành các thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và các nhóm cọc ở trong
phòng và tại hiện trường trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ.
Phương pháp mô phỏng: Sử dụng phần mềm Plaxis-3D để mô phỏng sự
làm việc của nhóm cọc và các thông số của nền đất, từ đó thực hiện tính
toán để đối chiếu kết quả khi phân tích hiệu ứng nhóm cọc bằng lý
thuyết và thí nghiệm.
6. Những đóng góp mới của luận án
(1). Kết quả nghiên cứu luận án đã cho thấy trong nhóm cọc đài cứng, ảnh
hưởng của hiệu ứng nhóm làm cho lực phân bố vào từng cọc không
đồng đều: Tỷ lệ lực phân chia cho các cọc ở giữa nhóm là bé nhất và
tăng dần ra với các cọc ở phía ngoài, kết quả này là do sự suy giảm
cường độ của sức kháng bên và sức kháng mũi của cọc trong nhóm so
với giá trị tương ứng của cọc đơn. Thêm vào đó, các giá trị cực đại
của thành phần ma sát đơn vị và sức chống mũi đơn vị của các vị trí
cọc trong nhóm không phải là hằng số, mà thay đổi phụ thuộc vào tác
dụng tương hỗ giữa hệ cọc-đất.
(2). Đề xuất biểu thức tính số mũ , sử dụng trong công thức thực nghiệm
để xác định tỉ số độ lún của Fleming và cộng sự (1985). Công thức
được dùng để ước tính độ lún của nhóm cọc làm việc trong nền đất
sét yếu từ kết quả nén tĩnh cọc đơn.
(3). Đề xuất trình tự tính toán thay đổi chiều dài của các cọc trong nhóm,
giúp khai thác tối ưu khả năng chịu lực của nhóm cọc thẳng đứng, có
đài cọc cứng, chịu tải trọng nén đúng tâm;

18. -6-
7. Cấu trúc của luận án
Ngoài các nội dung có liên quan như: mục lục, danh mục tài liệu tham
khảo, các công trình nghiên cứu đã công bố, các hình vẽ, bảng biểu, phụ
lục..., luận án gồm 130 trang, được bố cục trong 5 chương:
Chương: Mở đầu
Giới thiệu mục tiêu, phương pháp, phạm vi và kết quả nghiên cứu của
đề tài.
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về hiệu ứng nhóm cọc
Tổng hợp các công thức xác định hệ số nhóm và tỷ số độ lún; Nghiên
cứu việc phân tích hiệu ứng nhóm cọc thông qua các thí nghiệm nén tĩnh
cọc đơn và nhóm cọc trên mô hình tỷ lệ lớn tại hiện trường và thí nghiệm
trong phòng với tỷ lệ nhỏ.
Các quy định về giá trị hệ số nhóm cọc và ảnh hưởng của hiệu ứng
nhóm khi thiết kế móng cọc trong các tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng
hiện hành của Việt nam.
Đưa ra các nhận xét về các vấn đề còn tồn tại và những nội dung cần
thiết luận án cần tiếp tục giải quyết.
Chương 2: Nghiên cứu hiệu ứng nhóm bằng các thí nghiệm nén tĩnh cọc
trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ
Nghiên cứu các hiệu ứng tỷ lệ, để chế tạo thiết bị và các mô hình vật lý
tỷ lệ nhỏ của các nhóm cọc sử dụng trong các thí nghiệm nén tĩnh cọc trong
phòng thí nghiệm và tại hiện trường.
Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến sự làm việc của nhóm
cọc, thông qua việc phân tích, đối chiếu và so sánh các kết quả các thí
nghiệm nén tĩnh cọc đơn và nhóm cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ.
Chương 3: Ứng dụng hệ số tương tác trong việc phân tích hiệu ứng trong
nhóm cọc thẳng đứng chịu tải trọng nén

19. -7-
Nghiên cứu cơ sở thiết lập và sử dụng công thức xác định hệ số tương
tác trong bài toán hệ có hai cọc. Thiết lập bài toán phân tích hiệu ứng nhóm
cọc xét đến tác dụng tương hỗ của hệ cọc-đất khi sử dụng công thức tính hệ
số tương tác của Randolph và Worth, để tính toán tỷ số độ lún và sự phân
phối lực cho các cọc trong một số nhóm cọc cụ thể.
Chương 4: Sử dụng phương pháp số trong phân tích hiệu ứng nhóm cọc
Sử dụng phương pháp số thông qua phần mềm Plaxis-3D với mô hình
nền hợp lý để mô phỏng hệ cọc – đất với tỷ lệ lớn để khắc phục nhược điểm
không mô phỏng được áp lực địa tầng của các thí nghiệm trên vật lý tỷ lệ
nhỏ; để thiết lập các thí nghiệm nén tĩnh cọc. Phân tích hiệu ứng nhóm từ
kết quả của các bài toán mô phỏng để đối chiếu và so sánh với kết quả
tương ứng thu được từ phương pháp lý thuyết và thí nghiệm;
Chương 5: Các đề xuất
Đề xuất biểu thức xác định số mũ , sử dụng trong công thức thực
nghiệm để tính tỷ số độ lún (RS) của Fleming và cộng sự (1985).
Đề xuất qui trình tính toán thay đổi chiều dài cọc giúp cải thiện sức
chịu tải của nhóm cọc có đài cứng chịu tải nén đúng tâm.
Kết luận và kiến nghị
Kết luận: Xác định các sai số khi xác định hệ số nhóm và tỷ số độ lún
bằng các công thức khi so sánh với các giá trị tương ứng thu được từ kết quả
nghiên cứu. Các sai số này là do các yếu tố ảnh hưởng như: chiều dài cọc
(hay tỷ lệ L/d) và tính chất của nền đất hầu hết chưa được xét đến khi tính
hệ số nhóm và tỷ số độ lún bằng các công thức hiện hành.
Sự phân phối lực không đồng đều cho các cọc và hiệu suất sử dụng của
các vị trí cọc trong các nhóm cọc đài cứng. Sự suy giảm cường độ sức
kháng thành và sức kháng mũi của các vị trí cọc trong nhóm so với các đại
lượng tương ứng của cọc đơn.

20. -8-
Kiến nghị: Những lưu ý đối với người thiết kế khi sử dụng móng cọc
ép, ở các khu vực có chiều dày lớp bùn sét lớn tại Tp. Hồ Chí Minh:
Cần sử dụng hệ số nhóm khi kiểm tra khả năng chịu tải của các cọc
trong nhóm. Sử dụng công thức tính tỷ số độ lún của Fleming và cộng sự
với biểu thức xác định số mũ do tác giả đề xuất, để ước tính độ lún của
nhóm cọc thông qua các thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn.
Với nhóm cọc có đài cứng, chịu tải nén đúng tâm, có thể áp dụng đề
xuất tính toán thay đổi chiều dài cọc trong nhóm, để tối ưu khả năng làm
việc của nhóm cọc thẳng đứng.
Những định hướng nghiên cứu tiếp theo về hiệu ứng nhóm khi xét đến
ảnh hưởng của: tính chất của đài cọc; vật liệu cọc; tính chất cơ lý của nền
nhiều lớp … đây là những phần nằm ngoài giới hạn nghiên cứu của đề tài
nhưng có thể ứng dụng những kết quả nghiên cứu của Luận án.

21. -9-
Chương 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÓM CỌC
1.1 KHÁI QUÁT VỀ HIỆU ỨNG NHÓM
Để chịu được tải
trọng lớn, móng cọc
thường được cấu tạo
bởi một nhóm cọc, tuy
nhiên khi khoảng cách
giữa các cọc không đủ
lớn, sẽ hình thành
trong vùng đất xung
quanh các cọc hiện
tượng chồng ứng suất
chống cắt do ma sát
bên và do sức chống
mũi của các cọc gây ra
(Hình 1.1). Độ lớn
ứng suất trong vùng
chồng ứng suất này
phụ thuộc vào nhiều
yếu tố: Khoảng cách cọc; Chiều dài cọc; Hình dạng cọc; Số lượng cọc; Độ
lớn của tải trọng tác dụng vào nhóm cọc và tính chất của nền đất xung
quanh nhóm cọc… Hiện tượng chồng ứng suất làm suy giảm ma sát giữa
cọc - đất và sức chống mũi của cọc dẫn đến giảm khả năng chịu lực và gia
tăng chuyển vị của nhóm cọc so với cọc đơn.
Để giảm ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm, có thể gia tăng các khoảng
cách cọc (S) nhằm giảm độ lớn của ứng suất trong các vùng chồng lấn, tuy
P
L
P P
Vùng chồng ứng
suất của 4 cọc
Vùng chồng ứng
suất của 3 cọc
Vùng phân bố
ứng suất xung
quanh nhóm cọc
Vùng chồng ứng
suất của 2 cọc S
S
Hình 1.1. Vùng phân bố ứng suất xung quanh
cọc đơn và nhóm cọc [21]

22. -10-
nhiên điều này sẽ gây bất lợi cho khả năng chịu lực của đài cọc (nhất là các
dạng đài đơn dưới các cột của công trình) dẫn đến sự phân phối các lực tác
dụng vào đầu cọc trong nhóm không đồng đều, do vậy trong thực tế ứng xử
của nhóm cọc khi chịu tải hoàn toàn khác với ứng xử của cọc đơn.
Trong phạm vi nghiên cứu, luận án giới hạn nghiên cứu trên các nhóm
cọc nhỏ số lượng cọc n≤ 16. Qui mô nhóm cọc được giới hạn theo phân loại
của Viggiani và Randolph [55] (Hình 1.2).
Mức độ giảm sức chịu tải và gia tăng chuyển vị của nhóm cọc so với
cọc đơn là do sự tương tác giữa các cọc trong nhóm và giữa nhóm cọc với
đất nền xung quanh. Để xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm cọc chịu tải
trọng dọc trục, người ta thường sử dụng hai thông số:
(1) Hệ số nhóm cọc ( ): Kể đến sự giảm sức chịu tải của nhóm cọc so với
tổng sức chịu tải của từng cọc đơn làm việc riêng lẻ:
G ult
ult
Q
nQ
(1.1)
L
L
B
B
L > B
R ≤ 2
L < B
R 4
nS
R
L
Với:
n – Số lượng cọc trong nhóm
S – Khoảng cách giữa các cọc
(a). Nhóm cọc nhỏ (b). Nhóm cọc lớn
Hình 1.2.Phân loại nhóm cọc theo Viggiani và Randolph (1996) [55]

23. -11-
Trong đó: (QG)ult - sức chịu tải giới hạn của nhóm cọc ; Qult - sức chịu tải
giới hạn của cọc đơn; n - tổng số cọc trong nhóm.
Các nghiên cứu về hiệu ứng nhóm trong móng cọc của các tác giả trên
thế giới đã chỉ ra rằng khi cọc làm việc trong môi trường đất dính, hệ số
nhóm cọc thường có giá trị nhỏ hơn một ( <1), nhận định trên cũng được
Vesic [21]; [54] báo cáo trong kết quả nghiên cứu của mình vào năm 1977
thông qua 6 thí nghiệm nén tĩnh nhóm cọc trong đất rời và 5 thí nghiệm nén
tĩnh nhóm cọc trong đất dính
(2) Tỷ số độ lún (RS): Kể đến sự gia tăng chuyển vị đứng (độ lún) của
nhóm cọc so với cọc đơn làm việc trong điều kiện tương đương:
G
S
S
U
R
U
(1.2)
Trong đó: UG - độ lún của nhóm cọc; US - độ lún của cọc đơn ứng với tải
trọng trung bình của cọc trong nhóm
Các tác giả: Skempton và cộng sự (1953); Meyerhof (1959); Vesic
(1968) và Mandolini và cộng sự (2005) [55] đã thu thập số liệu về độ lún
của 63 phương án móng cọc và cọc đơn khác nhau, được thi công bằng
nhiều phương pháp: đóng, ép, nhồi. Các nhóm có số lượng cọc từ 4 cọc đến
5600 cọc (4 n 5600); Khoảng cách cọc: 2d S 8d; Tỷ số L/d của cọc
biến thiên từ: 13 L/d 126; Các kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ số độ lún
luôn bằng hoặc lớn hơn một (RS 1)
1.2 CÁC CÔNG THỨC TÍNH HIỆU ỨNG NHÓM CỌC
Một số các nghiên cứu về hiệu ứng nhóm cọc trên thế giới với mục tiêu
xây dựng các công thức xác định hệ số nhóm hoặc tỷ số độ lún của nhóm
cọc, để từ đó dự báo được khả năng chịu lực, độ lún của nhóm cọc thông
qua sức chịu tải cực hạn qui ước của cọc đơn, xác định từ biểu đồ quan hệ
giữa tải trọng - độ lún của cọc.

24. -12-
1.2.1 Công thức xác định hệ số nhóm
Có khá nhiều công thức xác định hệ số nhóm đã được đề xuất, có thể
liệt kê một số công thức phổ biến của các tác giả sau:
a) Công thức hệ số nhóm của Converse – Labarre (1941) [21]; [24]
Đây là một trong những công thức được sử dụng phổ biến nhất để tính
toán hệ số nhóm của các nhóm cọc có mặt bằng hình chữ nhật:
1 2 2 1
1 2
d (m 1)m (m 1)m
1 arctan
S 90m m
(1.3)
Trong đó: m1 - Số hàng cọc trong nhóm; m2 - Số cọc trong một hàng;
b) Hệ số nhóm theo nguyên tắc của Feld (1943) [21]
Feld (1943) đề ra nguyên tắc xác định hệ số nhóm được tóm tắt như
sau: Sức chịu tải của mỗi cọc trong nhóm sẽ giảm đi một lượng là 1/16 khi
nó chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi một cọc ở lân cận. Cách xác định hệ số
nhóm ( ) theo nguyên tắc Feld cho một số nhóm cọc thể hiện trên Hình 1.3.
=14/16 = 0.875 =13/16 = 0.815
13 11
4 2
16 16
0.77
6
13 11 8
4× + 4× +
16 16 16
= = 0.72
9
13 11 8
4× + 6× + 2×
16 16 16
= = 0.7
12
(b) (c)(a)
(e)
(d)
Hình 1.3. Xác định hệ số nhóm ( ) theo nguyên tắc của Feld (1943)

25. -13-
c) Hệ số nhóm theo công thức của Sayed và Bakeer (1992) [21] [49]
Sayed và Bakeer (1992) đề nghị công thức tính hệ số nhóm cho hệ cọc
chịu tải dọc trục, dựa trên tiền đề hiệu ứng nhóm cọc phụ thuộc chủ yếu vào
thành phần ma sát giữa cọc và đất:
s1 1 ' K (1.4)
f
f b
Q
=
Q +Q
(1.5)
Trong đó: - hệ số ma sát; = [0,1] ; =0 đối với cọc chống và =1 đối
với cọc ma sát); hệ số còn phụ thuộc vào tỷ trọng của đất cát hoặc độ sệt
của đất dính; Qf - Sức kháng bên của cọc đơn; Qb - Sức kháng mũi của cọc
đơn; K - hệ số tương tác nhóm; Hệ số K = [0,4÷ 9,0], phụ thuộc vào phương
pháp hạ cọc; khoảng cách giữa các cọc và tính chất của nền đất.
’S - Hiệu số hình học, biến thiên trong khoảng [0,6 ÷ 2,5]
1 2g
S
p 1 2
2 m 1 S d m 1 S dP
'
P m m d
(1.6)
Với: Pg - chu vi của nhóm cọc; Pp - tổng chu vi của tất cả cọc đơn
Công thức của Sayed và Bakeer (1992) sử dụng để tính hệ số nhóm cọc
trong ngắn hạn và dài hạn, có xét đến sự thay đổi khả năng chịu cắt của nền
đất theo thời gian. Công thức này thêm các tham số mới, như:
Tham số hiệu suất hình học của nhóm cọc ( s) biểu thị hiệu ứng hình
học dựa trên mặt bằng bố trí nhóm cọc;
Hệ số ma sát ( ) kể đến hiệu ứng không gian của nhóm cọc; chiều dài
cọc và tính chất của nền đất ở xung quanh và tại mũi cọc.
Hệ số tương tác nhóm (K) xét đến các yếu tố ảnh hưởng như: phương
pháp hạ cọc; khoảng cách giữa các cọc và tính chất của nền đất.

26. -14-
d) Hệ số nhóm theo công thức của Das (1998) [32]
Das (1998) đề nghị một công thức thực nghiệm xác định hệ số nhóm
cho nhóm cọc ma sát chịu tải trọng dọc trục:
1 2
1 2
2S(m m 2) 4d
m m
(1.7)
Trong đó: m1 - Số hàng cọc trong một nhóm; m2 - Số cọc trong một hàng;
1.2.2 Công thức xác định tỷ số độ lún (RS)
a) Công thức kinh nghiệm Skempton (1953) [55] đề xuất để xác định tỷ số
độ lún (RS) của nhóm cọc:
2
S 2
4B 9
R
B 12
(1.8)
Trong đó: B - bề rộng của nhóm cọc đo bằng đơn vị foot (ft);
b) Công thức của Randolph và Clancy (1993) [55]
Các tác giả đề nghị công thức xác định tỷ số độ lún thông qua tỷ số R:
1,35
SR 0,29nR Với:
nS
R =
L
(1.9)
Với: n - Tổng số cọc; S - Khoảng cách giữa các cọc; L - Chiều dài cọc;
c) Công thức thực nghiệm của Fleming và cộng sự (1985) [24],[55]
Fleming và cộng sự (1985) đề xuất công thức từ thực nghiệm để xác
định tỷ số độ lún (RS) của nhóm cọc, có dạng:
RS = n (1.10)
Trong đó: n - Tổng số cọc; - số mũ, có giá trị từ [0.4÷0.6] cho phần lớn
các nhóm cọc.
1.3 CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ HIỆU ỨNG NHÓM
Sử dụng các thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và nhóm cọc là phương pháp
được nhiều nhà khoa học lựa chọn để phân tích về hiệu ứng nhóm cọc và để

27. -15-
kiểm chứng với kết quả tính toán hệ số nhóm và tỷ số độ lún được đề xuất
bởi công thức lý thuyết. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, luận án tập
trung phân tích các thí nghiệm nén tĩnh của nhóm cọc có đài cọc cứng, làm
việc trong nền đất sét.
Thí nghiệm hiện trường với mô hình nhóm cọc có tỷ lệ lớn cho kết quả
đáng tin cậy về ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến sự làm việc của nhóm
cọc. Tuy nhiên các thí nghiệm này tồn tại một số nhược điểm, như : Hạn chế
bởi điều kiện địa chất tại khu vực; Giá thành thí nghiệm cao; Khả năng
nghiên cứu ảnh hưởng của từng tham số còn hạn chế.
Một số nghiên cứu hiệu ứng nhóm trong các nhóm cọc đài cứng làm
việc trong nền đất sét bằng các thí nghiệm nén tĩnh nhóm cọc với tỷ lệ lớn
tại hiện trường, được ghi nhận bởi các tác giả, như: Koizumi và Ito (1967)
[38]; Vesic (1980) [21]; O’Neill (1981) [47]; Briaud và cộng sự (1989)[32];
Liu và cộng sự (1994) [32]; G. Dai và cộng sự (2012) [23]…
Việc nghiên cứu hiệu ứng nhóm cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ trong
phòng có chi phí thấp hơn so với thí nghiệm tại hiện trường và có ưu điểm
khi nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông số, nên được khá nhiều các tác
giả sử dụng, điển hình như: Whitaker (1957) [52]; Saffery và Tate (1961)
[47]; Sowers và cộng sự (1961) [47]; Barden và Monckton (1970) [19];
Mattes và Poulos (1971) [47]; Bajad và Sahu (2008)[20]; Itoh và Yamagata
(1998) [34]; Goto và cộng sự (2013) [30]…
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về hiệu ứng nhóm cọc trên các mô
hình vật lý cho thấy các thông số có ảnh hưởng lớn đến hiệu ứng nhóm là:
Khoảng cách cọc; Chiều dài cọc; Số lượng cọc; Hình dạng cọc; Mặt bằng bố
trí cọc; Đặc điểm của đài cọc (tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với nền đất);
Trình tự và phương pháp thi công cọc và tính chất cơ lý của nền đất.
Để kiểm chứng mức độ chính xác của các công thức lý thuyết, ta tiến
hành so sánh các kết quả phân tích hiệu ứng nhóm từ một số thí nghiệm nén

28. -16-
tĩnh cọc với các kết quả tương ứng thu được bằng công thức tính hệ số
nhóm và tỷ số độ lún được trình bày ở mục 1.2.1 và 1.2.2.
1.3.1 Phân tích kết quả nghiên cứu
1.3.1.1 Thí nghiệm của Barden và Monckton (1970)[19]
Barden và Monckton (1970) tiến hành thí nghiệm nén tĩnh các nhóm
cọc có mặt bằng vuông với tỷ lệ nhỏ, có qui mô: 3x3 cọc và 5x5 cọc. Đường
kính cọc d=1/8 inch; Chiều dài cọc L=4inch, tỷ số L/d=20; tỷ số S/d=1.5; 2;
2.5; 3; 3.5 và 4. Các nhóm cọc làm việc trong hai loại nền sét: nền sét cứng
và sét yếu (Phụ lục 1).
Hệ số nhóm ( ) thu được từ các thí nghiệm của Barden và Monckton
so sánh với các kết quả tính toán bằng các công thức lý thuyết thể hiện ở các
đồ thị trên Hình 1.4 ; Hình 1.5 và Phụ lục 1.2, cho thấy:
Giá trị hệ số nhóm ( ) của các nhóm cọc xác định từ các công thức của
Conserve - Labarre; Feld; Sayed - Bakeer và Das (1998) đều cho giá trị
Hình 1.4. Hệ số nhóm theo thí
nghiệm của Barden (1970) và các
tác giả khác trong nền sét cứng
Hình 1.5. Hệ số nhóm theo thí
nghiệm của Barden (1970) và các
tác giả khác trong nền sét yếu

29. -17-
nhỏ hơn một ( <1) ứng với mọi khoảng cách cọc, điều này không phù
hợp với kết quả thí nghiệm khi khoảng cách giữa các cọc trong nhóm
nhỏ hơn hai lần đường kính cọc (S<2d).
Hệ số nhóm ( ) tính theo nguyên tắc của Feld (1943) không xét đến ảnh
hưởng của khoảng cách cọc, do đó khi tỷ số S/d tăng thì sai số của giá
trị hệ số nhóm tính theo công thức so với kết quả thí nghiệm càng lớn.
Ngoại trừ công thức của Sayed - Bakeer (1992), các công thức tính hệ
số nhóm khác đều không xét đến ảnh hưởng của nền đất. Tuy nhiên, quy
luật biến thiên của hệ số nhóm theo công thức của Sayed - Bakeer chưa
phù hợp với kết quả thí nghiệm khi cọc làm việc trong nền sét của
Barden và cộng sự (1970).
Sự khác biệt của giá trị hệ số nhóm ( ) thu được từ thí nghiệm và từ các
công thức là khá lớn khi cọc làm việc trong nền đất sét cứng, sai số này
giảm đi khi cọc trong nền đất sét yếu.
Tỷ số độ lún (RS) từ thí nghiệm của Barden và Monckton (1970) được
so sánh với giá trị tương ứng tính từ các công thức của Skempton (1953) và
Randolph - Clancy (1993) thể hiện trên Hình 1.6 và Phụ lục 1.2, cho thấy:
Hình 1.6. Tỷ số độ lún (RS) theo thí nghiệm của Barden và Monckton và
các tác giả khác trên nhóm 3x3 cọc với chiều dài cọc L=20d

30. -18-
Kết quả tính tỷ số độ lún (RS) theo công thức của Skempton (1953) chưa
phù hợp với kết quả thí nghiệm, khi giá trị tỷ số độ lún (RS) tỷ lệ thuận
với khoảng cách giữa các cọc.
Công thức của Randolph - Clancy (1993) cho kết quả tính tỷ số độ lún
(RS) có quy luật tương tự như kết quả thí nghiệm của Barden và
Monckton, tuy nhiên công thức này chưa biểu diễn được sự thay đổi tỷ
số độ lún khi xét đến tính chất của nền đất và sai số giữa kết quả thí
nghiệm và công thức tính khá lớn, trong khoảng [2.2%÷54.9%].
1.3.1.2 Thí nghiệm của G. Dai và cộng sự (2012) [23]
G.Dai và cộng sự (2012) tiến hành thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và nhóm
cọc có qui mô: 1x2; 2x2 và 3x3 cọc. Cọc bê tông có đường kính d=400mm.
Cọc đơn và nhóm cọc được ép vào nền sét nhiều lớp, các chỉ tiêu cơ lý của
nền đất tại khu vực thí nghiệm; số liệu thí nghiệm và các đồ thị thể hiện kết
quả thí nghiệm được trình bày trong Phụ lục 1.3.
Kết quả xác định hệ số nhóm ( ) của bằng các thí nghiệm của G.Dai và
cộng sự (2012), được so sánh với các kết quả tính bằng các công thức của
Hình 1.7. Hệ số nhóm theo thí nghiệm của G. Dai và các tác giả khác

31. -19-
Conserve - Labarre (1941); Feld (1943); Sayed - Bakeer (1992) và Das
(1998) thể hiện trên các đồ thị Hình 1.7 và Phụ lục. 1.4, cho thấy:
Hệ số nhóm ( ) của xác định bằng công thức của Conserve -Labarre
(1941); Feld (1943) và thí nghiệm đều cho giá trị nhỏ hơn một ( <1)
với tất cả các nhóm cọc. Sai số giữa kết quả tính hệ số nhóm ( ) từ thí
nghiệm so với công thức lý thuyết trong phạm vi [3.9% ÷ 4.9%].
Các giá trị hệ số nhóm tính bằng công thức của Sayed và Bakeer (1992)
và Das (1998) chưa phù hợp khi áp dụng với nền có nhiều lớp đất, vì giá
trị hệ số nhóm lớn hơn một ( >1) với tất cả các loại chiều dài cọc và các
qui mô nhóm cọc, không khớp với kết quả thí nghiệm.
So sánh giá trị của tỷ số độ lún (RS) xác định từ thí nghiệm của G.Dai
và cộng sự (2012) với các công thức của Skempton (1953) và Randolph -
Clancy (1993) thể hiện tại Phụ lục 1.4. và đồ thị Hình 1.8, cho thấy:
Kết quả tính tỷ số độ lún (RS) theo công thức của Skempton (1953);
Randolph-Clancy (1993) và kết quả thí nghiệm đều có xu hướng tăng
khi số lượng cọc trong nhóm tăng.
Hình 1.8. Tỷ số độ lún theo thí nghiệm của G. Dai và các tác giả khác

32. -20-
Ở các nhóm cọc có khoảng cách S=2.5d và chiều dài cọc L=50d, kết
quả thí nghiệm có xu hướng khá tương đồng với giá trị RS tính bằng
công thức của Skempton (1953) và G.Dai và cộng sự (2012).
Với các nhóm cọc có khoảng cách S=3d và chiều dài cọc L=60d thì qui
luật thay đổi của tỷ số độ lún từ kết quả thí nghiệm chưa phù hợp với
kết quả tính từ các công thức lý thuyết. Sai số của giá trị RS giữa thí
nghiệm các công thức tính biến thiên trong khoảng [3.1%÷36.3%].
1.3.2 Nhận xét
Việc phân tích và so sánh các giá trị của hệ số nhóm ( ) và tỷ số độ lún
(RS) từ các công thức lý thuyết và kết quả thí nghiệm, cho thấy:
Các công thức xác định hệ số nhóm, tỷ số độ lún còn bộc lộ một số
nhược điểm, khi chỉ chú trọng đến các yếu tố hình học của mặt bằng
nhóm cọc mà chưa xét được hết các thông số ảnh hưởng đến hiệu ứng
nhóm cọc, như: ảnh hưởng của chiều dài cọc; tính chất tiếp xúc của đài
cọc; tính chất cơ lý của nền đất…
Độ chính xác khi tính giá trị hệ số nhóm, tỷ số độ lún bằng các công
thức chưa cao và thiếu tính nhất quán khi đối chiếu với các kết quả xác
định các giá trị tương ứng từ thí nghiệm.
1.4 QUY ĐỊNH VỀ CÁCH XÁC ĐỊNH HIỆU ỨNG NHÓM TRONG
CÁC TIÊU CHUẨN VIỆT NAM HIỆN HÀNH
1.4.1 Theo TCXD 205 : 1998
Mục 3.9.3 của TCXD 205 : 1998, Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế [10]
yêu cầu phải xét ảnh hưởng hiệu ứng nhóm đến sức chịu tải của nhóm cọc
so với cọc đơn. Nội dung quy phạm có đề cập đến chiều sâu và vùng ảnh
hưởng phần đất dưới nhóm cọc phụ thuộc vào kích thước của nhóm và độ
lớn của tải trọng, tuy nhiên quy phạm lại không có quy định cụ thể về cách
xác định giá trị hệ số nhóm khi thiết kế móng cọc.

33. -21-
1.4.2 Theo TCVN 10304 : 2014
Nội dung tiêu chuẩn không đề cập đến việc sử dụng hệ số nhóm khi sử
dụng sức chịu tải cọc đơn để xác định sức chịu tải của cọc trong nhóm. Tuy
nhiên TCVN 10304 : 2014 [12] có xét đến hiệu ứng nhóm thông qua việc
tính toán độ lún của nhóm cọc từ độ lún của cọc đơn ở mục 7.4.3 bằng việc
tính toán ảnh hưởng tương hỗ giữa các cọc trong nhóm.
Độ lún tăng thêm của cọc thứ i do ảnh hưởng của một cọc j đặt cách
một khoảng là a, chịu tác dụng của tải trọng Nj, được tính bằng:
j
ij ij
1
N
s
G L
Với:
v 1 v 1
2 2
ij
v 1
2
k G L k G L
0.17ln Khi 1
2G a 2G a
k G L
0 Khi 1
2G a
(1.11)
Trong đó: G1 và 1 - các đặc trưng được lấy trung bình đối với toàn bộ các
lớp đất thuộc phạm vi chiều sâu hạ cọc; G2 và 2 - các đặc trưng được lấy
trong phạm vi bằng 0.5L từ độ sâu L đến độ sâu 1.5L kể từ đỉnh cọc với
điều kiện đất dưới mũi cọc không phải là than bùn, bùn hay đất ở trạng thái
chảy;
2
k 2.82 3.78 2.18 với 1 2 2 và khi 1 2 .
1.4.3 Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 : 05
Tiêu chuẩn 22 TCN 272:05 [14] mục 10.7.3.10, sức chịu tải của cọc trong
nhóm cọc được tính bằng sức chịu tải của cọc đơn nhân với hệ số nhóm:
Qr = Qa (1.12)
Trong đó: Qr - Sức kháng tính toán của cọc trong nhóm cọc; Qa - Sức kháng
cho phép của cọc đơn; - Hệ số nhóm cọc
(a) Quy định cách xác định hệ số nhóm trong đất dính:
Nếu đài cọc tiếp xúc chặt chẽ với đất, hệ số nhóm =1
Nếu đài cọc không tiếp xúc chặt chẽ với đất và nếu đất ở trạng thái cứng,
không yêu cầu phải giảm hệ số nhóm ( =1)

34. -22-
Nếu đài cọc không tiếp xúc chặt chẽ với đất và nếu đất trên bề mặt là
mềm yếu khả năng chịu tải từng cọc phải được nhân với hệ số nhóm :
- = 0.65 với khoảng cách giữa các cọc S=2.5d
- = 1.0 với khoảng cách giữa các cọc S=6d
Đối với các nhóm cọc có khoảng cách cọc trong khoảng từ 2.5d đến 6d,
giá trị hệ số nhóm được xác định bằng nội suy tuyến tính.
(b) Quy định cách xác định hệ số nhóm trong đất rời:
Khả năng chịu lực của nhóm cọc trong đất rời là tổng khả năng của các
cọc trong nhóm. Hệ số nhóm lấy bằng một ( =1) cho tất cả các trường hợp
đài cọc tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với đất nền.
1.4.4 Nhận xét về cách xác định hiệu ứng nhóm theo quy phạm
Các tiêu chuẩn TCXD 205:1998 và 22 TCN 272:05, đều đề cập đến
hiệu ứng nhóm thông qua giá trị của hệ số nhóm, tuy nhiên các tiêu chuẩn
không hoặc chưa đề cập chi tiết cách xác định hệ số nhóm, khi xét đến ảnh
hưởng của: số lượng cọc, chiều dài cọc, đặc điểm địa chất… do vậy rất khó
vận dụng vào thực tế tính toán.
Với tiêu chuẩn TCVN 10304: 2014, hiệu ứng nhóm được xét đến khi
tính toán độ lún của nhóm cọc dựa vào độ lún của cọc đơn, thông qua tương
tác giữa các cọc trong nhóm. Tuy nhiên, việc xác định độ lún của nhóm cọc
bằng độ lún trung bình của các cọc trong nhóm chưa phù hợp với sự làm
việc thực tế của nhóm cọc có đài cọc cứng.
1.5. NHẬN XÉT CHƯƠNG 1
Việc nghiên cứu tổng quan về hiệu ứng nhóm cọc thông qua các công
thức xác định hệ số nhóm ( ), tỷ số độ lún (RS) và các thí nghiệm nén tĩnh
cọc, cho thấy:
Các công thức xác định hệ số nhóm và tỷ số độ lún còn bộc lộ nhược
điểm khi chưa xét hết các thông số ảnh hưởng đến hiệu ứng nhóm cọc,

35. -23-
như: Chiều dài cọc; Đặc điểm và tính chất tiếp xúc của đài cọc; Tính
chất cơ lý của nền đất…
Độ chính xác khi tính giá trị hệ số nhóm ( ), tỷ số độ lún (RS) bằng các
công thức lý thuyết chưa cao và thiếu tính nhất quán khi đối chiếu với
các kết quả xác định các giá trị tương ứng từ các thí nghiệm.
Công thức của Sayed và Bakeer (1992) có cải tiến khi đưa thêm các
thông số: Hiệu suất hình học của nhóm cọc ( s); Hệ số ma sát ( ) và hệ
số tương tác nhóm (K). Tuy nhiên, khi so sánh với kết quả tính hệ số
nhóm từ thí nghiệm của Barden và Monckton hoặc của G.Dai và cộng
sự, chưa tương thích về qui luật biến thiên và giá trị hệ số nhóm.
Các quy định trong các tiêu chuẩn xây dựng Việt nam chưa cung cấp đủ
thông tin cần thiết để áp dụng khi tính sức chịu tải của nhóm cọc từ sức
chịu tải của cọc đơn có xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm.
Từ việc nghiên cứu tổng quan về hiệu ứng nhóm cọc, cho thấy phải có
những nghiên cứu về hiệu ứng nhóm cọc cho từng loại nền đất. Với mục
tiêu ứng dụng cho các nhóm cọc tại các công trình xây dựng trên nền đất sét
yếu tại Tp. Hồ Chí Minh, nhiệm vụ đặt ra cho luận án như sau:
Nghiên cứu các thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và nhóm cọc để đánh giá
về sự phân phối tải, sự huy động ma sát bên, kháng mũi của cọc đơn và
cọc trong nhóm khi cọc làm việc trong nền sét yếu.
Phân tích hiệu ứng nhóm cọc thông qua hệ số nhóm, tỷ số độ lún của
nhóm cọc làm việc trong nền đất sét, xét đến các thông số: Khoảng cách
cọc; Chiều dài cọc; Số lượng cọc, bằng cách phương pháp nghiên cứu.
Đề xuất cách sử dụng hệ số nhóm, tỷ số độ lún cho nhóm cọc đài cứng
làm việc trong nền sét yếu ở Tp. Hồ Chí Minh để đánh giá khả năng làm
việc của nhóm cọc từ các kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn.

36. -24-
Chương 2
NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG NHÓM BẰNG CÁC THÍ NGHIỆM
NÉN TĨNH CỌC TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ LỆ NHỎ
Nội dung chương 2 trình bày các nội dung: xây dựng mô hình thí
nghiệm; qui trình thí nghiệm; các kết quả nén tĩnh cọc trên mô hình vật lý tỷ
lệ nhỏ trong phòng và tại hiện trường; kết quả phân tích hiệu ứng nhóm cọc
từ các biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ lún, cũng như của biến dạng của
cọc đơn và các cọc trong nhóm.
2.1 Cơ sở lý thuyết của các thí nghiệm nén tĩnh cọc
2.1.1. Qui trình gia tải nén tĩnh cọc
Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, các thí nghiệm nén tĩnh cọc kết
hợp với đo biến dạng dọc trục cọc, được sử dụng qui trình thử tải nhanh
[11], nhằm rút ngắn thời gian thí nghiệm; tránh được sai số do hiện tượng từ
biến của nền đất và tồn tại các biến dạng dư trong cọc dưới tác động của
việc lưu tải. Quy trình thử tải nhanh thực hiện trên nguyên tắc:
Tải trọng thí nghiệm được gia tải từng cấp, mỗi cấp tải tăng, giảm tải
tương đương với khoảng 10% đến 15% tải trọng thiết kế. Thời gian giữ
tải ở mỗi cấp là 5 phút; Thời gian đọc số liệu là 0 - 2.5 - 5 phút;
Điều kiện dừng gia tải: tải trọng tăng từng cấp, đến khi chuyển vị đầu
cọc (đối với cọc đơn) và của đài cọc (đối với nhóm cọc) tăng nhanh và
đột ngột trong khi tải trọng tác dụng không tăng, thì dừng và giữ tải.
Tại cấp tải lớn nhất, tiến hành giữ tải trong 10 phút, ghi kết quả sau mỗi
2.5 phút. Tiếp theo, thực hiện quá trình giảm tải, ở cấp tải bằng không,
quan sát chuyển vị trong 10 phút, ghi kết quả sau mỗi 2.5 phút.
2.1.2 Phân tích kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc
2.1.2.1 Sức chịu tải cực hạn qui ước của cọc

37. -25-
Theo [12] khi thí nghiệm nén tĩnh các loại cọc ép hoặc đóng, sức chịu
tải cực hạn qui ước của cọc thường được xác định ứng với khi độ lún tại đầu
cọc bằng 10% đường kính cọc (10%d). Với các thí nghiệm nén tĩnh cọc trên
mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ, nếu chỉ tác dụng lực nén đến khi độ lún của cọc đạt
10% d, thì cọc chưa thể huy động hết ma sát giữa cọc và đất, do vậy ta sử
dụng công thức tính giá trị độ lún giới hạn cho cọc thử tĩnh được quy định
trong mục 7.3.2 của TCVN 10304:2014 [12]:
gh[U] S 8 mm (2.1)
Trong đó: - Hệ số chuyển từ độ lún giới hạn sang độ lún giới hạn trung
bình sang độ lún của cọc khi thử tĩnh, theo phụ lục E của TCXD 205:1998
[10] thông thường lấy hệ số =0.1;
Sgh =80mm là độ lún giới hạn của công trình nhà khung bê tông cốt thép
được lấy theo Bảng 16 của TCVN 9362:2012 [9];
2.1.2.2 Hiệu ứng nhóm cọc
Sử dụng công thức (2.2) và (2.3) để xác định hệ số nhóm và tỷ số độ lún:
G ult
ult
Q
nQ
(2.2)
Trong đó: (QG)ult - sức chịu tải cực hạn của nhóm cọc ; Qult - sức chịu tải
cực hạn của cọc đơn; n – tổng số cọc trong nhóm.
G
S
S
U
R
U
(2.3)
Trong đó: RS - Tỷ số độ lún; UG - độ lún tại cấp tải cực hạn qui ước của
nhóm cọc; US - độ lún của cọc đơn ứng với tải trọng trung bình của cọc
trong nhóm.
2.1.2.3 Hiệu suất sử dụng cọc
Để đánh giá khả năng làm việc của từng cọc trong nhóm, ta sử dụng
khái niệm hiệu suất sử dụng của cọc, xác định bằng công thức:

38. -26-
i
ult
p
ult
V
Q
(2.4)
Với: Vi
ult - Lực phân phối cho cọc i tại cấp tải cực hạn qui ước của nhóm
cọc; Qult - Sức chịu tải cực hạn của cọc đơn; p - Hiệu suất sử dụng của cọc
2.1.2.4 Sức kháng bên và sức kháng mũi đơn vị của cọc
Việc phân tích thí nghiệm nén tĩnh cọc có sử dụng thiết bị đo biến dạng
cọc trong [25], từ giá trị biến dạng dọc trục thu được của các strain gauge,
giá trị lực dọc của cọc tại các cao trình tương ứng, bằng công thức:
i i p pN E A (2.5)
Với: Ep - Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc; Ap - Diện tích tiết diện ngang của
cọc; i - Giá trị biến dạng dọc trục của cọc đo tại cao trình thứ i, xác định
theo công thức (2.6):
j
i 0 iR R (2.6)
Trong đó: R0 ( ) - Trị số biến dạng ban đầu tại cao trình thứ i; j
iR ( ) -
Trị số biến dạng tại cao trình thứ i ứng với cấp tải thứ j;
Sức kháng bên đơn vị huy động giữa cọc và đất trong phạm vi đoạn
cọc giữa hai strain gauge với giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của trọng lượng
bản thân cọc, xác định bằng công thức:
i i 1
i,i 1
i,i 1
N N
f
dL
(2.7)
Với: Ni, Ni+1 - Lực dọc của cọc tại cao trình strain gauge thứ i và i+1; fi,i+1 -
Sức kháng bên đơn vị trong đoạn cọc i và i+1; Li,i+1 - Chiều dài đoạn cọc
giữa cao trình i và i+1;
Sức kháng mũi đơn vị huy động giữa cọc – đất, xác bằng công thức:
b
p 2
N
q
d 4
(2.8)
Trong đó: Nb - Lực dọc của cọc tại cao trình mũi cọc; qp - Sức kháng mũi
đơn vị huy động giữa cọc – đất.

39. -27-
2.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬY LÝ TỶ LỆ NHỎ CHO THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC TRONG PHÒNG
2.2.1. Mở đầu
Mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ, mô hình quay ly tâm và mô hình vật lý tỷ lệ
lớn tại hiện trường là các dạng mô hình thí nghiệm phổ biến thường được sử
dụng trong ngành Địa kỹ thuật [31].
Mô hình quay ly tâm có khả năng mô phỏng áp lực địa tầng bằng lực
quay ly tâm, tuy nhiên theo các tác giả Nguyễn Đức Hạnh, Lê Thị Hồng
Vân [5] đối với các thuộc tính nội tại của đất, như: lực dính, lực ma sát… thì
vấn đề tỷ lệ trong mô hình cần được nghiên cứu thêm, đây cũng là hạn chế
của loại mô hình này.
Mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ tuy chỉ mô phỏng được áp lực địa tầng ở cao
trình nhất định, tuy nhiên vẫn được sử dụng như một công cụ hữu hiệu để
nghiên cứu trong ngành địa kỹ thuật vì giá thành thấp và khắc phục được
các hạn chế đã nêu trên của mô hình ly tâm [3], [5].
Mô hình tỷ lệ thật, có thể cho kết quả thí nghiệm với độ chính xác cao
so với hai loại mô hình đã nêu, tuy nhiên chi phí thí nghiệm cao, khó nghiên
cứu các thông số ảnh hưởng… là các nhược điểm của loại mô hình này.
Trong khuôn khổ của luận án, tác giả lựa chọn phương án thí nghiệm
trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ. Việc chế tạo thiết bị và mô hình nhóm cọc với
tỷ lệ nhỏ để thực hiện các thí nghiệm là vấn đề quan trọng, quyết định đến
độ tin cậy của các kết quả thí nghiệm, do vậy tác giả đã thực hiện đề tài
nghiên cứu khoa học cấp cơ sở với nội dụng: “Xây dựng mô hình thí nghiệm
vật lý để nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc” [7]. Kết quả
đánh giá đề tài đạt loại xuất sắc và hội đồng nghiệm thu chấp thuận cho sử
dụng mô hình chế tạo để thực hiện các thí nghiệm nén tĩnh cọc và nhóm cọc
sử dụng trong nghiên cứu và giảng dạy.

40. -28-
2.2.2 Ưu nhược điểm của mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ
a. Ưu điểm [31]
Thiết lập được quan hệ Tải trọng – Độ lún của nhóm cọc; Xác định
được sự phân phối lực trong từng cọc theo độ sâu, khi nhóm cọc làm
việc trong nền đất mà không cần các giả thiết nhằm đơn giản hóa của
mô hình lý thuyết hoặc các phương pháp số.
Thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và nhóm cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ
dễ thực hiện, dễ đo đạc, có chi phí thấp; có khả năng nghiên cứu được
hiệu ứng nhóm cọc xét đến ảnh hưởng của nhiều thông số khác nhau.
b. Nhược điểm
Các hiệu ứng tỷ lệ: không mô phỏng được các tham số về nền đất bằng
các mối quan hệ chính xác do không thể thực hiện các tương tự về hình
học khi chế bị đất.
Các hiệu ứng phòng thí nghiệm: do không thể mô tả chính xác các điều
kiện biên như trong môi trường thật.
Trong bài toán phân tích hiệu ứng nhóm cọc thông qua giá trị của hệ số
nhóm và tỷ số độ lún – đây là các đại lượng này không có thứ nguyên được
xác định bằng các tỷ số giữa sức chịu tải và độ lún của nhóm cọc với các đại
lượng tương ứng của cọc đơn, nên ảnh hưởng của các sai số trong mô hình
thí nghiệm vật lý tỷ lệ nhỏ được giảm thiểu.
2.2.3 Lập phương trình xác định sery thí nghiệm
Sử dụng phép phân tích thứ nguyên theo định luật П của Buckingham
(1914) [6] để có thể chuyển đổi một quan hệ hàm số chưa biết có nhiều biến
dưới dạng: f (x1, x2, ...., xn) = 0, thành dạng một quan hệ hàm số khác nhau,
bao gồm (n–k ) tổ hợp không thứ nguyên: f (П1, П 2, ...., П n) = 0.
Các thứ nguyên cơ bản thường dùng có 3 loại, do vậy các đại lượng cơ
bản áp dụng trong định luật П nên được chọn là 3. Phép phân tích thứ
nguyên này sẽ giúp chúng ta giảm được số lượng các biến cần nghiên cứu.

41. -29-
Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Bảng 2.1. Các đại lượng nghiên cứu
Đại lượng Ký hiệu Thứ nguyên
Đường kính cọc d [L]
Chiều dài cọc L [L]
Khoảng cách giữa các cọc S [L]
Dung trọng tự nhiên của đất [ML-2
T-2
]
Góc ma sát trong của đất [Rad]
Lực dính đơn vị của đất c [ML-2
]
Sức chịu tải dọc trục của nhóm cọc (Qg)ult [MLT-2
]
Để giới hạn các thông số nghiên cứu của đề tài, với mục tiêu phân tích
ứng xử của nhóm cọc khi xét đến ảnh hưởng của kích thước cọc và tính chất
của nền đất, ta lựa chọn nghiên cứu các thông số thể hiện ở Bảng 2.1.
Thiết lập phương trình xác định sery thí nghiệm
Thông số đường kính cọc (d) có ảnh hưởng quyết định đến sức chịu tải
giới hạn của nhóm cọc (Qg)ult , điều kiện này thể hiện qua phương trình:
d = f (L; S; ; ; c ; (Qg)ult ) (2.9)
Viết lại biểu thức (2.9) dưới dạng:
(L; S; ; ; c ; (Qg)ult) = 0 (2.10)
Quan hệ trong phương trình (2.10) có thể viết dưới dạng không thứ
nguyên П1; П 2; П 3;... Với П 1; П 2; П 3;... sẽ ít hơn tổng số các đại lượng vật
lý ở phương trình (2.10). Để xác định các П i tương ứng ta chọn các đại
lượng là: lực dính của đất (c); dung trọng của đất ( ) và đường kính cọc (d)
là 3 số thứ nguyên cơ bản và được viết như sau:
1 1 1
2 2 2
3 3 3
4 4 4
x y z
1
x y z
2
x y z
3
x y z
4 g ult
c .d .L
c .d .S
c .d .
c .d . Q
(2.11)

42. -30-
Khi xét đến thứ nguyên của các đại lượng nghiên cứu, ta viết Пi dưới dạng:
1 1 1
2 2 2
3 3 3
4 4 4
x y z2 2 2
1
x y z2 2 2
2
x y z2 2 2
3
x y z2 2 2 2 2
4
ML T ML L L
ML T ML L L
ML T ML L
ML T ML L ML T
(2.12)
Từ các quan hệ trên, các П i có dạng thứ nguyên giống nhau, ta có thể
đưa về một phương trình chung:
Nhóm 1: (П1; П2)
Nhóm 2: (П3)
Nhóm 3: (П4)
Hệ các phương trình (2.12) được biến đổi thành:
1 1 1 1 1 1x y 2x 2y z 1 2x
1 M .L .T
3 3 3 3 3 3x y 2x 2y z 2x
3 M .L .T (2.13)
4 4 4 4 4 4x y 1 2x 2y z 1 2x 2
4 M .L .T
Cân bằng các số mũ, ta có hệ phương trình:
(a)
1 1
1 1 1 1 1 1
1
x y 0
2x 2y z 1 0 x 0;y z 1
2x 0
(b)
3 3
3 3 3 3 3 3
3
x y 0
2x 2y z 0 x 0;y z 0
2x 0
(c)
4 4
4 4 4 4 4 4
4
x y 1 0
2x 2y z 1 0 x 1;y z 3
2x 2 0
Thay các số mũ xác định được vào các biểu thức Пi (2.11), ta được:
П1 = L/d ; П2 = S/d ; П3 = ; П4 = (Qg)ult / d3

43. -31-
Thay các biểu thức Пi vừa xác định vào biểu thức (2.10), ta có phương trình
chung nhất xác định các sery thí nghiệm:
g ult
3
QL S
f ; ; 0
d d d
(2.14)
Phương trình (2.14) cho chúng ta phương trình xác định các sery thí
nghiệm cần thực hiện. Với sự thiết lập phương trình này, số đại lượng
nghiên cứu đã giảm xuống từ 7 đại lượng còn 4 đại lượng biến đổi. Sự liên
quan giữa các đại lượng ở phương trình (2.14) cho thấy chỉ cần thay đổi một
đại lượng sẽ dẫn đến các đại lượng khác thay đổi. Dựa trên kết quả biến đổi,
ta sẽ chọn nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ L/d ; S/d và tính chất cơ lý
của đất; đến khả năng làm việc của nhóm cọc để giảm khối lượng thí
nghiệm mà vẫn đánh giá đúng vấn đề nghiên cứu.
2.2.4 Cơ sở lý thuyết về hiệu ứng tỷ lệ trong các thí nghiệm cọc
Cọc thí nghiệm
Việc lựa chọn tỷ lệ của mô hình nhóm cọc có ảnh hưởng đến độ chính
xác của kết quả thí nghiệm. Tỷ lệ mô hình thí nghiệm càng lớn thì độ chính
xác càng cao, tuy nhiên điều này làm tăng chi phí thí nghiệm và khó khả thi
cho việc chế tạo và vận hành.
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới về các quy luật tỷ lệ
[28] để giảm thiểu sai số về ma sát bề mặt giữa cọc – đất khi sử dụng mô
hình vật lý tỷ lệ nhỏ trong các thí nghiệm về cọc, ta cần lưu ý:
Theo V. Fioravante (2002)[27] và [28] tỷ số giữa đường kính cọc thí
nghiệm (d) với kích thước trung bình của cỡ hạt (D50) là d/D50>50 và
100. Trong phạm vi nghiên cứu, cọc làm việc trong nền đất sét, với D50
0,05mm, vậy đường kính cọc cần thỏa điều kiện: d 5mm.
Theo [28] và Kishida H.; Usesugi M. (1987) [37] độ nhám bề mặt của
vật liệu cọc phải đảm bảo điều kiện Rn=Ra/ D50>0.1; để giảm thiểu sai số
của ma sát giữa bề mặt cọc và đất. Vật liệu nhôm có độ nhám bề mặt:

44. -32-
Ra=120÷130 ( m), thì tỷ số Rn=Ra/D50=2.4 thỏa điều kiện về độ nhám bề
mặt để tạo ma sát giữa cọc và đất.
Kết luận: Với yêu cầu đường kính cọc dmin 5mm, ta chọn cọc có d=16mm;
cọc mô hình có tỷ lệ 1/25 tương ứng với cọc thật đường kính là d=400mm.
Đài cọc
Các thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng, được thực hiện trên ba nhóm
cọc có qui mô: 2x2; 2x3 và 3x3 cọc (Hình 2.1); Với tỷ lệ giữa khoảng cách
và đường kính cọc trong nhóm là: S/d=3; 4; 5 và 6. Tỷ số giữa chiều dài và
đường kính cọc (L/d) của các nhóm cọc là: L/d=20; 25 và 30.
Với giả thiết đài cọc cứng, vì thế độ cứng của đài cọc là thông số cần
được tính toán để đảm bảo độ chính xác của giả thiết ban đầu. Để tăng độ
cứng và giảm trọng lượng của đài, ta lựa chọn vật liệu thép cho đài cọc.
Theo lý thuyết độ cứng của đài cọc có thể được tính toán, như sau:
Đài cọc hình chữ nhật: Theo Horikoshi và Randolph (1997) [33] công
thức xác định độ cứng tỷ lệ giữa đất và đài cọc, là:
48 96
140 160 200 240
Hình 2.1. Các nhóm cọc sử dụng trong thí nghiệm trong phòng
(a). Nhóm 4 cọc
20
96 192
420580140160
210 240
140160
210240
25
25
420580
420580
96 192
(b). Nhóm 6 cọc (c). Nhóm 9 cọc

45. -33-
0.5 32
sr r r
rs 2
s r rr
1 vE B t
K 5,57
E H H1 v
(2.15)
Với: vs - Hệ số Poisson của nền đất; vr - Hệ số Poisson của đài cọc; Er - Mô
đun đàn hồi của đài cọc (MPa); Es - Mô đun đàn hồi đất nền (MPa); Br ; Hr;
tr – là chiều rộng, chiều dài và chiều cao của đài cọc chữ nhật
Theo nghiên cứu của Horikoshi và Randolph (1997) [33] ta có thể quan
niệm đài cọc tuyệt đối cứng khi tỷ số độ cứng có giá trị Krs ≈1000.
Với : Mô đun đàn hồi của đất sét ở trạng thái dẻo: Es=1200 kPa ; s= 0.3
Mô đun đàn hồi của thép làm đài cọc: Er = 2.5×108
kPa; r = 0.25
Đài cọc chữ nhật có kích thước lớn nhất: 160x240(mm). Chọn độ dày của
đài cọc tr =25(mm), ứng với độ cứng đương đối giữa đài và đất là Krs= 1039.
Đài cọc hình vuông: Horikoshi và Randolph (1997) [33] đã đề nghị
công thức xác định độ cứng tỷ lệ giữa đài cọc và đất dựa trên công thức
của Fraser và Wardle (1976), là:
32
sr r
rs 2
s rr
1 vE t
K 4,2
E B1 v
(2.16)
Trong đó: B ; tr – là chiều rộng và chiều cao của đài cọc vuông.
Theo nghiên cứu của Horikoshi và Randolph (1997) [33], ta có thể quan
niệm đài cọc tuyệt đối cứng khi tỷ số độ cứng có giá trị Krs ≈1000.
Với : Mô đun đàn hồi của đất sét ở trạng thái dẻo : Es= 1200 kPa ; s = 0,3
Mô đun đàn hồi của thép làm đài cọc : Er = 2.5×108
kPa; r = 0.25
Đài cọc hình vuông có kích thước lớn nhất: 240x 240(mm), chọn độ dày của
đài cọc tr =25(mm), ứng với độ cứng đương đối giữa đài và đất là Krs 960.
2.2.5 Vật liệu cọc
Các thí nghiệm nén tĩnh cọc có kết hợp với đo biến dạng dọc trục cọc, vì thế
cọc cần thiết kế sao cho các biến dạng có đủ độ lớn để đo bằng các strain
gauge, việc chọn lựa vật liệu và tiết diện cọc là yếu tố quan trọng

46. -34-
Sử dụng cọc ống giúp giảm được diện tích tiết diện cọc, giảm vật liệu và
trọng lượng cọc nhưng không làm thay đổi khả năng chịu lực theo đất
nền của cọc, khi so với cọc đặc có đường kính tương đương.
Vật liệu: với bê tông ta khó chế tạo cọc ống với tỷ lệ nhỏ 1/25, tuy nhiên
điều này lại khả thi khi sử dụng kim loại như thép hoặc nhôm.
Mô đun đàn hồi của thép ống là Ethép= 220÷250 (GPa) và của ống nhôm
là Enhôm = 75 ÷ 100 (GPa), việc chọn vật liệu nhôm cho cọc mẫu, giúp ta
có các trị số biến dạng dọc trục trong cọc lớn hơn.
Tiến hành các thí nghiệm kéo các ống nhôm có đường kính d=16mm, để
xác định mô đun đàn hồi của cọc. Với các cọc có gắn strain gauge, để
tiết diện dây dẫn không ảnh hưởng đến diện tích xung quanh của cọc,
trên cọc ta khoan các lỗ có đường kính 2mm, để luồn dây dẫn vào trong.
Kết quả thí nghiệm thu được cho thấy sai số của mô đun đàn hồi giữa
hai mẫu ống nhôm không và có đục lỗ là 3%, tương ứng với các giá trị:
E1=96.4GPa; E2= 94.5GPa (Phụ lục 2).
2.2.6 Kích thước của thùng chứa đất trong thí nghiệm
Để mô phỏng nền đất trong thiết bị nén tĩnh cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ
nhỏ cần có một thùng chứa đất. Các nhóm cọc thí nghiệm đều có mặt bằng
đối xứng, nên ta chọn thùng có tiết diện vuông. Thùng làm bằng thép để
đảm bảo độ cứng, không bị biến dạng trong quá trình thí nghiệm và cần có
kích thước thỏa mãn các yêu cầu:
Đủ không gian để bố trí lớp đất mô phỏng nền đất tương ứng; nhóm cọc
và các thiết bị đo đạc và hệ thống gia tải trọng nén cho nhóm cọc.
Thùng thí nghiệm đủ lớn để tránh sai số do ảnh hưởng của hiệu ứng
biên và sự phân phối ứng suất trong nền đất xung quanh nhóm cọc.
Kích thước thùng thí nghiệm không quá lớn, để thuận tiện di chuyển và
giảm bớt khối lượng đất cần chế bị.

47. -35-
Để chọn lựa kích thước hợp lý của thùng đất, tác giả thực hiện nghiên
cứu những nội dung:
Xác định phạm vi vùng ứng suất phân bố xung quanh nhóm cọc với giả
thiết đài cọc cứng và không tiếp xúc với nền đất bằng bài toán mô
phỏng nén tĩnh trên phần mềm Plaxis
Tổng hợp các nghiên cứu về cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ trong phòng
thí nghiệm của các tác giả trong vào ngoài nước trong thời gian gần đây,
để làm cơ sở cho việc quyết định kích thước thùng chứa đất.
2.2.6.1 Xác định phạm vi vùng ứng xuất phân phối xung quanh nhóm
cọc bằng mô phỏng trên phần mềm Plaxis
Để có độ chính xác cao, ta mô phỏng các bài toán nén tĩnh cọc đơn;
nhóm 4 cọc và nhóm 9 cọc có tỷ lệ lớn, với đường kính cọc d=0.4m; chiều
dài cọc L=12m và khoảng cách cọc S=6d=2.4m bằng phần mềm Plaxis-3D.
Kết quả phân tích nhằm mục tiêu xác định phạm vi vùng đất chịu ảnh hưởng
khi nhóm cọc làm việc (Hình 2.2 và Hình 2.3).
B1
h1
P
B2
h2
B3
h3
3P2P
(b). Nhóm 4 cọc (c). Nhóm 9 cọc(a). Cọc đơn
Hình 2.2. Phạm vi vùng ứng suất tiếp phân bố xung quanh cọc đơn và
các nhóm cọc

48. -36-
Các thông số về chỉ tiêu cơ lý của nền đất được lấy từ kết quả thí
nghiệm trên các mẫu đất chế bị phục vụ cho các thí nghiệm nén tĩnh cọc
trong phòng; Mô đun đàn hồi vật liệu cọc và đài sử dụng trong tính toán
được thể hiện trên Phụ lục 2 và 4.
Kết quả nghiên cứu cho thấy: Hình dạng vùng phân bố ứng suất tiếp
xung quanh nhóm cọc và cọc đơn khi cọc làm việc trong nền sét đồng nhất
có sự khác biệt rõ rệt. Khi số lượng cọc tăng thì phạm vi vùng đất chịu ảnh
hưởng của nhóm cọc sẽ được mở rộng cả về chiều rộng lẫn chiều sâu.
Bảng 2.2: Phạm vi của bề rộng (B) và chiều sâu (h) của vùng phân bố ứng
suất tiếp xung quanh cọc đơn và nhóm cọc theo đường kính cọc (d)
Tải trọng TB
trên cọc (kN)
Cọc đơn Nhóm 4 cọc Nhóm 9 cọc
B1 h1 B2 h2 B3 h3
20 3.4d 6.5d 4.5d 8.5d 7.1d 8.9d
40 4.2d 7.6d 6.3d 10.2d 8.7d 10.7d
60 5.1d 8.4d 8.1d 11.8d 10.1d 12.4d
80 7.2d 9.5d 10.8d 13.5d 12.2d 13.6d
100 9.0d 10.2d - - - -
Hình 2.3. Vùng ảnh hưởng do biến dạng của nhóm 9 cọc được mô
phỏng bằng phần mềm Plaxis-3D

49. Bảng2.3.BẢNGTỔNGHỢPMỘTSỐTHÍNGHIỆMCỌCTRÊNMÔHÌNHVẬTLÝTỶLỆ
TÁCGIẢ
AbdullaI.Al-Mhaidib
(2007)
BajadS.P.,SahuR.B.
(2008)[20]
AdejumoT.W.và
BoikoI.L.(2013)[18]
GotoS.vàcáccộngsự
(2013)[30]
MỤCĐÍCH
NGHIÊNCỨU
Sosánhkhảnăngchịu
lựccủanhómcọclàm
việctrongnềnđấtsét
khinéntĩnhnhómcọc
vớicácloạitốcđộgia
tảikhácnhau
Sosánhđộlúncủa
móngbècọcvớicáckết
quảtínhtheocáccông
thứclýthuyết
Sosánhkhảnăngchịu
tảicủamóngbècọcvới
nhómcọctựdotươngứng
Sosánhđộlúncủa
nhómcọcchịutảidọc
trụctrongcácloạinền
đấtsétởcáctrạngthái
khácnhau.
Sựphânbốứngsuất
xungquanhnhómcọc
Hiệuứngnhómkhi
khoảngcáchcọcthayđổi
Sosánhsựlàmviệc
củanhómcọcvớicọcđơn
cótiếtdiệntươngđương
NỀNĐẤTĐấtsétĐấtsét
Đấtsétởcáctrạngthái
khácnhau
Đấtcát
LOẠICỌCCọcốngtrònCọctrònCọctrònvàcọcvuôngCọcốngtròn
VẬTLIỆUCỌCThépThépGỗtốtNhôm
KÍCHTHƯỚC
CỌC
d=25mm;L=550mmd=10mm
L=100;200mm
d1=20mm;L1=200mm
B=20mm;L2=200mm
d=40mmvàd=32mm
L=1000;1300mm
QUIMÔNHÓM
CỌC
Cácnhóm2x1;3x1;
2x2;2x3và3x3cọc
Cácnhóm2x2;3x3và
4x4cọc
Cácnhóm2x2cọcvà
3x3cọc
Cácnhóm3x3cọc
KHOẢNG
CÁCHCỌC
S=3dvà9dS=7.5d;3.75dvà2.5dS=3dvà4dS=2.5dvà5d
K/CÁCHTỪ
CỌCTHÙNG
6d12d14d20d3d15d10d10d
KÍCHTHƯỚC
THÙNGTN
Thùngchữnhật:
500(dài)x800(rộng)x
800(cao)
Thùngtròn:570(đường
kính);500(Cao)
Thùngchữnhật:
1100(dài)x
250(rộng)x600(cao)
Thùngchữnhật:
1600(dài)x1600(rộng)
x1650(cao)
VẬTLIỆU
THÙNGTN
ThépThépThépThép
-37-

50. TÁCGIẢ
NguyễnĐứcHạnh
(2005)[42]
JayminD.Pvàcộng
sự(2014)[35]
J.GiraldovàM.T.
Rayhani(2014)[29]
MahmoudA.Q.vàcác
cộngsự(2013)[40]
MỤCĐÍCH
NGHIÊNCỨU
Sosánhsứcchịutảicủacọc
đơnlàmviệctrongnềnđất
sétkhichịucácdạngtải
khácnhau:nénnhanhtốc
độcao;néntĩnhvớitốcđộ
giatảikhôngđổi;thí
nghiệmtĩnhđộng…
Nghiêncứuứngxửkhi
chịulựcthẳngđứngcủa
móngbècọcvớicác
chiềudàyđàikhácnhau
Sosánhkhảnăngchịulực
giữacọcthépvàcọcbằng
vậtliệubetonpolymesợi
(Fiber-ReinforcedPolyme
-FRP)khilàmviệctrong
nềnđấtsét.
Sựphânphốilựcgiữa
đàivànhómcọctrong
cácloạimóngbècọccó
mặtbằngbốtrícọckhác
nhau
LOẠIĐẤTĐấtsétĐấtcátĐấtsétĐấtsét
LOẠICỌCCọctrònCọctrònCọctrònCọctròn
VẬTLIỆUCỌCThépThépThépvàFRPBêtông
KÍCHTHƯỚC
CỌC
d=70mm;L=1000mm
d=10mm(L/d=20)
L=200mm
d=55mm(L/D=12)
L=700mm
d=25mm(L/d=16)
L=400mm
QUIMÔNHÓM
CỌC
CọcđơnNhóm2x2và3x3cọcCọcđơn1cọc;1x2và2x2cọc
KHOẢNG
CÁCHCỌC
-S=3D-S=3D
K/CÁCHTỪ
CỌCTHÙNG
5d2d30d20d5d5d10d4d
KÍCHTHƯỚC
THÙNGTN
Thùngtròn:780(đường
kính);1100(cao)
Thùngchữnhật:850
(dài)x850(rộng)x
500(cao)
Thùngtròn:597(đường
kính);876(cao)
Thùngchữnhật:
750(dài)x750(rộng)x
500(cao)
VẬTLIỆU
THÙNGTN
ThépThépThépThép
-38-

51. -39-
2.2.6.2. Tổng hợp kết quả nghiên cứu cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ
Bảng 2.3 tổng hợp một số thí nghiệm về cọc và nhóm cọc trên mô hình
vật lý tỷ lệ nhỏ trong phòng của các tác giả trong vào ngoài nước.
Theo các nghiên cứu của Meyerhof (1959) và Kishda (1963) [34], [36]
khi thí nghiệm nhóm cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ, khoảng cách tối thiểu từ
mép cọc biên đến thành thùng thí nghiệm là 11d; từ mũi cọc đến đáy thùng là
10d (với d- đường kính cọc) để giảm thiểu sai số do hiệu ứng của thành.
2.2.6.3 Kích thước thùng chứa đất
Tổng hợp kết quả tính toán mô phỏng bằng phần mềm Plaxis và các
nghiên cứu mô hình thí nghiệm của một số tác giả trên thế giới, với mục tiêu
sử dụng cho các thí nghiệm nén tĩnh các nhóm cọc với tỷ lệ nhỏ (Mục 2.2.4),
ta chọn kích thước thùng chứa đất trong thí nghiệm có hình hộp chữ nhật, đáy
vuông có cạnh B=700mm và chiều cao thùng là h=800mm (Hình 2.4), ứng
với khoảng cách tối thiểu từ cọc biên đến thành thùng là 15d và từ mũi cọc
đến đáy thùng là 20d (d- đường kính cọc).
2.2.7 Thiết bị cho thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng
Cấu tạo thiết bị thí nghiệm nén tĩnh cho mô hình nhóm cọc tỷ lệ nhỏ
trong phòng thí nghiệm, bao gồm các bộ phận chính: Khung đỡ thiết bị;
thùng chứa đất; nhóm cọc + đài, hệ thống gia tải và hệ thống đo lường biến
dạng, tải trọng và chuyển vị;
2.2.7.3 Hệ khung đỡ thiết bị thí nghiệm
Bộ phận chính của thiết bị nén tĩnh cọc là hệ khung thép được chế tạo để
lắp đặt các cấu kiện cần thiết của thí nghiệm, như: thùng chứa đất, hệ thống
kích thủy lực để gia tải, hệ thống các đồng hồ đo chuyển vị và tải trọng.

52. -40-
Hệ khung được tính toán thiết kế bằng thép định hình U-80x50x5 và
thép tấm dày 1.2mm để đảm bảo độ cứng khi lắp đặt thùng chứa đất và cũng
chính là hệ phản lực khi gia tải nén tĩnh cọc. Bản vẽ thiết kế và thiết bị sau
khi chế tạo thể hiện trên Hình 2.4.
2.2.7.3 Hệ cọc và đài
Cọc được chế tạo bằng ống nhôm có đường kính d=16 mm; chiều dày
ống 0.5mm; tổng chiều dài của ba loại cọc là 420mm, 500mm và 580mm,
chiều dài phần cọc trong đất lần lượt là: 320 mm (20d), 400 mm (25d) và 480
mm (30d). Đoạn cọc dài 10cm phía trên đầu cọc được dùng để: tạo ren liên
Hình 2.4. Chi tiết cấu tạo hệ khung đỡ và thùng chứa đất sử dụng trong
thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng
886
1600
25
530
750
800
700
Cylinder 60
Nhóm cọc
Kích thủy
lực
Bơm
dầu
Đài
cọc
Thùng
đất
(a). Bản vẽ thiết kế (b). Thiết bị sau khi chế tạo xong