Nghiên cứu ứng xử của cọc ống bê tông gia cố nền đất yếu dưới nền đường đắp bằng phân tích PTHH

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CỌC ỐNG BÊ TÔNG GIA CỐ<br /> NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐẮP BẰNG PHÂN TÍCH PTHH<br /> <br /> PHAN HUY ĐÔNG*<br /> <br /> <br /> Study on the behaviours of Large Diameter Cast-in-place Concrete Pipe<br /> Pile for piled embankment reinforcement by FEM<br /> Abstract: This paper presents a three-dimensional (3D) numerical<br /> analysis of a case study of a piled embankment project using the “Large<br /> diameter cast in-place concrete pipe pile (PCC pile). At this site, PCC pile<br /> with diameter of 1m, length of 16m were installed to support the design<br /> load of 150 kPa, which are generated by embankment height in range of<br /> 3m to 6m and train load. In 3D analysis, the actual shape of PCCs and<br /> their installation pattern with the in-situ soil parameters were simulated.<br /> Therefore, the behaviours of Pile under the embankment were analysed<br /> with different Pile spacing, Pile length and with or without Pile cap. The<br /> 3D analysis found that the differential settlement between piles and soil<br /> can be controlled by both pile spacing and pile length. In addition,<br /> selection of length of PCC pile should consider its characteristic since<br /> PCC pile is non-reinforcement.<br /> <br /> 1. GIỚI THIỆU* kế bằng búa rung đến độ sâu thiết kế. Trong quá<br /> Bài toán gia cố nền đất yếu dưới nền đường trình rung và hạ ống vách, do mũi cọc dạng hình<br /> đắp bằng cọc là một trong những giải pháp tin nêm làm cho đất xung quanh thành cọc bị nén<br /> cậy và hiệu quả nhất khi áp dụng xử lý nền đất chặt để tạo khoảng rỗng đúng bằng chiều dày<br /> yếu dưới nền đường đắp cao, ví dụ như đường thành cọc. Sau đó, tiến hành đổ bê tông vào<br /> dẫn đầu cầu, đường cao tốc, đường sắt,…. thành rỗng giữa hai ống thép và vừa rung ống<br /> Trong đó, giải pháp cọc bê tông ống đường kính vừa rút ống vách lên, bê tông dưới trọng lượng<br /> lớn đổ tại chỗ, gọi tắt là cọc PCC đã được áp bản thân được đổ toàn vẹn bên trong ống vách,<br /> dụng ở Việt Nam trong những năm gần đây lực rung của máy có tác dụng đầm chặt bê tông<br /> (Dong PH, 2016; Phan Huy Đông 2017). Với ưu cọc đảm bảo chất lượng cọc đồng thời cũng đầm<br /> điểm chính là dạng cọc ống, thành mỏng, chỉ chặt đất xung quanh cọc.<br /> dùng bê tông mà không dùng cốt thép, đường Nhằm đánh giá ứng sử của cọc PCC dưới<br /> kính lớn, cọc PCC được phát triển riêng cho gia nền đường đắp một cách chính xác hơn, khảo<br /> cố nền đất yếu. Cọc PCC được chế tạo tại chỗ sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm<br /> trong ống vách gồm hai ống thép được hàn nối việc của cọc (chiều sâu cọc, khoảng cách cọc,<br /> đồng trục, phía dưới mũi giữa hai ống thép được chiều cao lớp đất đắp), bài báo này trình bày<br /> cấu tạo bản lề bịt để bảo vệ ngăn không cho đất các phân tích ứng suất và biến dạng của bài<br /> xâm nhập vào trong ống vách trong khi hạ. Ống toán cọc PCC gia cố nền đất yếu dưới nền<br /> vách được rung và hạ liên tục xuống độ sâu thiết đường sắt có đắp cao bằng phương pháp<br /> PTHH, sử dụng mô hình 3D qua phần mềm<br /> * Bộ môn Cơ học đất-Nền móng, Đại học Xây dựng Plaxis 3D. Qua đó, đề xuất phương pháp thiết<br /> E-mail: dongph@nuce.edu.vn kế phù hợp với loại cọc này.<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 3<br />  2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ ỨNG Phương pháp PTHH là đang được ứng dụng<br /> DỤNG PHƯƠNG PHÁP PTHH PHÂN rộng rãi trong tính toán thiết kế các bài toán về<br /> TÍCH BÀI TOÁN CỌC GIA CỐ NỀN Địa kỹ thuật (David and Zdravkovic-2001).<br /> Nhìn chung, thiết kế cọc dưới nền đắp Trong đó, các phân tích tính toán hiện nay chủ<br /> thường theo hai phương pháp: yếu áp dụng bài toán phẳng (2D). Khi đó cọc<br /> 1) Coi nền sau khi gia cố cọc làm việc như được mô hình hóa là các phần tử tấm (plate)<br /> một nền “tương đương”: Phương pháp này hoặc phần tử neo ("node to node”). Theo cách<br /> thường chỉ áp dụng cho trường hợp khi vật liệu mô tả này có một số tồn tại sau:<br /> cọc có độ cứng không quá lớn so với nền đất (ví - Phần tử dạng neo "node to node": Cọc<br /> dụ: trụ đất xi măng, cọc đá,…). Khi đó, nền đất được mô tả bằng phần tử dạng neo với hai điểm<br /> sau khi gia cố sẽ được qui đổi về một nền tương đầu và cuối cố định, cọc chỉ chịu kéo hoặc nén,<br /> đương với các chỉ tiêu cơ lý được tính đổi trung phần tử không xét đến tương tác giữa cọc và đất<br /> bình có trọng số theo mật độ gia cố (tỷ diện tích xung quanh. Do đó đất có thể chảy tự do giữa<br /> thay thế); các cọc. Điều này cũng hạn chế và không phản<br /> 2). Coi nền gia cố cọc làm một nền “liên ánh đúng sự làm việc của các cọc.<br /> hợp” làm việc đồng thời giữa cọc và đất: Theo - Sử dụng phần tử tấm (Hình 2): Các phần<br /> phương pháp này, tải trọng từ nền đất đắp sẽ tử tấm với các thuộc tính về độ cứng kháng<br /> phân phối một phần vào cọc và phần còn lại vào uốn, kháng nén và cả phần tử bề mặt được qui<br /> nền đất giữa các cọc. Tỷ lệ phân phối sẽ phụ đổi tương đương từ hàng cọc theo một đơn vị<br /> thuộc vào độ cứng của cọc, độ cứng của nền, chiều dài tính. Tuy nhiên, cách phân tích này<br /> khoảng cách cọc, chiều cao nền đắp bên trên. không cho phép đất chuyển dịch qua khe của<br /> Để nâng cao hiệu quả làm việc của cọc, phát các cọc, không phản ánh đúng sự làm việc của<br /> huy hiệu ứng tập trung ứng suất của nền đắp vào nền. Do đó, kết quả phân tích cũng sẽ có nhiều<br /> đầu cọc (hiệu ứng vòm), người ta còn bố trí một hạn chế, đặc biệt là khi khảo sát bài toán ổn<br /> tầng đệm trên đầu cọc, tầng đệm được cấu tạo định trượt của nền đắp khi xét đến khả năng<br /> thông thường là các lớp vải địa kỹ thuật xen kẹp chống chuyển vị ngang của cọc do cọc có<br /> lớp cát đệm hoặc lưới địa kỹ thuật xen kẹp trong đường kính lớn hoặc khoảng cách cọc giữa các<br /> lớp đá dăm (Hình 1). Do cọc có độ cứng lớn, lại phương là khác nhau.<br /> được hạ sâu vào các lớp bên dưới, khi thiết kế<br /> cần phát huy tối đa khả năng làm việc của cọc Cọc gia<br /> gia cố (JGJ/T 213- 2010). cố<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> b.<br /> Hình 2. Sơ đồ tính cho bài toán cọc gia cố nền:<br /> Hình 1. Nguyên lý làm việc của giải pháp gia a) Sơ đồ thực tế; b) Mô hình tính trong<br /> cọc gia cố nền đất yếu dưới nền đắp. bài toán biến dạng phẳng 2D.<br /> <br /> <br /> 4 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019<br />  Nhằm khắc phục các hạn chế của bài toán Bảng 1. Các thông số kỹ thuật<br /> 2D, bài báo này các phân tích khảo sát sự làm của cọc PCC gia cố nền<br /> việc của cọc dưới các điều kiện biên thay đổi Đơn<br /> STT Thông số Giá trị<br /> được thực hiện bằng bài toán 3 chiều (3D), sử vị<br /> 1 Sức chịu tải yêu cầu của nền gia cố<br /> dụng phần mềm Plaxis 3D foundation. Toàn bộ kPa 150<br /> (tại mặt lớp gia cố cọc)<br /> các phân tích ứng suất, biến dạng của nền trong 2 Chiều cao lớp đắp m 36<br /> suốt quá trình gia tải sẽ được mô phỏng theo sơ 3 Đường kính cọc m 1,0<br /> đồ 3 chiều. 4 Chiều dày thành cọc m 0,12<br /> 3. ỨNG SỬ CỦA CỌC PCC GIA CỐ 5 Chiều dài cọc m 1618<br /> 6 Khoảng cách cọc (lưới ô vuông) m×m 3,0 4,0<br /> NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐẮP<br /> 7 Độ lún dư yêu cầu của nền đắp cm 30<br /> 3.1. Giới thiệu dự án<br /> Cọc PCC đã được áp dụng cho một dự án<br /> xây dựng đường sắt đô thị tại Hà Nội. Trong đó 2F<br /> 2.30<br /> cọc PCC được sử dụng để gia cố nền đất yếu 2a<br /> 2<br /> <br /> 4.50 0<br /> dưới nền đường đắp cao. Bên trên là kết cấu 3a<br /> 7.00 0<br /> đường sắt. Điều kiện địa chất và giải pháp thiết<br /> 3b<br /> 3<br /> kế cọc tại khu vực khảo sát mô tả trên Hình 3.<br /> <br /> 18 m<br /> 10.80 4<br /> Trong đó, nền đất với nhiều lớp xen kẹp, chiều 3<br /> 5a<br /> dày lớp đất mềm và yếu thay đổi từ 20 m đến<br /> 15.60<br /> 25m, trong đó có lẫn lớp thấu kính cát mỏng 6d<br /> 17.30<br /> 12<br /> <br /> <br /> xen kẹp. Với yêu cầu chịu tải không quá lớn, 8b<br /> 19.70 4<br /> <br /> cọc PCC được thiết kế theo mô hình cọc ma sát. 8e 12<br /> <br /> Các thông số chính về tải trọng, giải pháp thiết 23.40 14<br /> <br /> <br /> kế cọc và độ lún cho phép được tổng hợp trên<br /> Hình 3. Điều kiện địa chất và giải pháp<br /> Bảng 1. thiết kế cọc PCC<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a. Hạ ống vách và đổ bê tông b. Vệ sinh đầu cọc;<br /> <br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 5<br />  c. Đổ mũ cọc; d. San lấp làm phẳng bề mặt<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> e. Thi công tầng đệm đá dăm và lưới ĐKT f. Thi công đắp nền và kết cấu đường<br /> Hình 4. Một số hình ảnh thi công cọc PCC tại dự án đường sắt đô thị (Dong PH., 2016)<br /> <br /> 3.2. Thiết lập sơ đồ tính<br /> Với mục đích nhằm đánh giá sức chịu tải<br /> giới hạn của nền gia cố cọc PCC và tìm hiểu<br /> thêm về ứng xử của nền gia cố cọc trong bài<br /> toán gia tải vào nền liên hợp cọc đất. Sơ đồ<br /> làm việc của cọc và nền trong quá trình gia tải<br /> đắp được mô tả bằng phần mềm Plaxis 3D<br /> foundation (Plaxis tutorial Manual). Nội dung<br /> phân tích bằng Plaxis 3D foundation bao gồm<br /> các bước sau: a.<br /> 30m 6m 8m<br /> Bước 1. Lập sơ đồ tính: Dựa trên mặt cắt Mô hình 3D<br /> <br /> thiết kế điển hình của nền đường Hình 5.a, sơ<br /> đồ tính toán được lập trên Hình 5.b. Do bài<br /> toán đối xứng qua trục tâm của đường, để<br /> giảm bớt khối lượng phân tích, các sơ đồ phân<br /> tích chỉ xét một nửa của đường. Các lớp đất<br /> dời và dính được phân tích theo các dạng mô<br /> hình nền khác nhau. Bảng 2 tổng hợp các chỉ b. Active pore pres sures<br /> <br /> tiêu cơ lý của các lớp đất (mô tả trên hình 3)<br /> được xác định dựa vào báo cáo khảo sát địa Hình 5. a. Sơ đồ tính; b. Lưới phần tử trong<br /> chất tại dự án. mô hình phân tích bằng Plaxis 3D<br /> <br /> <br /> 6 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019<br />  Bước 2. Xác lập các điều kiện ban đầu: áp lực nước lỗ rỗng được xác đinh theo áp<br /> Cũng giống như sử dụng các phần mềm mô lực thủy tĩnh.<br /> phỏng bài toán phẳng 2D, khi phân tích Bước 3. Thiết lập thi công cọc: Các cọc<br /> trạng thái ứng suất biến dạng trong bài toán PCC dạng ống có thể mô phỏng bằng phần tử<br /> 3D, trước hết cần thiết lập các điều kiên ban dạng ống (tube) với các thông số vật liệu được<br /> đầu về ứng suất ban đầu (do trọng lượng gán bằng của bê tông sử dụng tại dự án (Cấp<br /> bản thân) và áp lực nước lỗ rỗng thủy tĩnh độ bền B22.5).<br /> của nền. Ứng suất ban đầu được xác định ở Bước 4. Thiết lập thi công nền đắp: Nền đất<br /> trạng thái cố kết thường (trạng thái k 0 ) và đắp là cát.<br /> Bảng 2. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất<br /> Lớp đất<br /> Thông 2F 2a 3a 3b 5a 6d 8b<br /> Đơn vị<br /> số MH, CL-<br /> MH MH CH, CL ML MO ML&ML ML<br /> Chiều dày 2,3 2,2 2.5 3,8 4,8 1.7 6,1<br /> Mô hình nền HS HS HS HS HS MC HS<br /> 3<br />  kN/m 17,5 16,7 15,1 16,3 16,1 18 17,5<br /> c (kPa) 9 11,53 8,55 11,02 14,49 17,02 7,5<br />  độ 18 18°16′ 18°28′ 23°82′ 23°90′ 21°12′ 26°<br /> e 1,184 1,43 2,044 1,531 1,57 1,56 1,178<br /> Cc 0,04 0,048 0,095 0,06 0,057 0,038 0,039<br /> Cs 0,057 0,06 0,105 0,06 0,064 0,039 0,044<br /> E50 kPa 3300 3300 2100 3200 2600 4900 7400<br /> Eoed kPa 3450 4800 3000 4913,612 4000 3710,79 7410,79<br /> Eur kPa 9000 9500 6000 9500 8312 12000 15900<br /> <br /> 3.3. Phân tích hiệu quả của cọc PCC gia ứng suất và biến dạng của nền trong trường hợp<br /> cố nền có bố trí cọc và không bố trí cọc với các chiều<br /> Nhằm đánh giá vai trò của cọc PCC trong gia cao đắp tăng dần (thông số thiết kế được mô tả<br /> cố nền, bài báo tiến hành khảo sát các trạng thái trong Bảng 1).<br /> <br /> Nền tự nhiên Cọc 3mx3m, , dài 16m<br /> H đắp = 5m H đắp = 5m<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a. Chuyển vị của nền không có cọc b. Chuyển vị của nền có cọc<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 7<br />  Chuyển vị nghang (m)<br /> 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1<br /> 0<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -5<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -10<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chiều sâu (m)<br /> -15<br /> <br /> <br /> <br /> Có cọc Không có cọc<br /> <br /> -20 Hđắp=3m Hđắp =3m<br /> <br /> Hđắp=4m Hđắp=4m<br /> <br /> Hđắp=5m Hđắp=5m<br /> -25<br /> <br /> <br /> d. Chuyển vị ngang của nền tại vị trí<br /> c. Mô tả chuyển vị ngang của cọc<br /> chân mái dốc trong trường hợp có cọc<br /> và không có cọc<br /> Hình 6. Kết quả phân tích chuyển vị của nền trong các trường hợp có cọc và không có cọc.<br /> <br /> Kết quả phân tích chuyển vị (lún và chuyển chuyển vị ngang lớn và tăng mạnh. Chân mái<br /> vị ngang) của nền gia cố cọc, cũng như ứng sử dốc bị đẩy trồi.<br /> của cọc được mô tả trên Hình 6 và Hình 7. Cụ<br /> thể như sau: 0.4<br /> <br /> Chuyển vị thẳng đứng (Độ lún): 0.2<br /> KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)<br /> 0<br /> Trường hợp nền tự nhiên (Hình 6.a và Hình 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15<br /> ĐỘ LÚN (m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -0.2<br /> H đắp = 1m<br /> 7.a): Chuyển vị đứng chủ yếu chỉ tập trung vào -0.4 H đắp = 2m<br /> <br /> <br /> các lớp đất bên trên, phạm vi phân phối cho thấy -0.6 H đắp = 3m<br /> <br /> -0.8 H đắp = 4m<br /> <br /> vùng ảnh hưởng xấp xỉ bằng kích thước bề rộng -1<br /> H đắp = 5m<br /> <br /> <br /> của nền gia tải. Độ lún của nền là khá lớn, khi a. H đắp = 6m<br /> <br /> <br /> 0.4<br /> chiều cao đắp đến trên 4m, nền có dấu hiệu bị 0.2<br /> KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)<br /> <br /> <br /> trượt trồi, khi chuyển vị đứng của một số điểm 0<br /> 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15<br /> <br /> gần chân mái đắp có xu thế chuyển vị lên trên. -0.2<br /> ĐỘ LÚN (m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H đắp = 1m<br /> <br /> Trường hợp có cọc (Hình 6.b và Hình 7.b): -0.4<br /> H đắp = 2m<br /> <br /> -0.6 H đắp = 3m<br /> Phạm vi ảnh hưởng xuống sâu hơn, có thể thấy H đắp = 4m<br /> -0.8<br /> <br /> đến hết chiều dài cọc, điều này là do cọc tiếp -1<br /> H đắp = 5m<br /> <br /> H đắp = 6m<br /> nhận tải trọng và phân phối dọc theo thân cọc. b.<br /> Độ lún của nền khi gia cố cọc giảm đáng kể. Có<br /> thể thấy, ở chiều cao thiết kế (5m) chuyển vị Hình 7. Độ lún của nền đất yếu theo các chiều<br /> của nền xấp xỉ12 cm, đáp ứng yêu cầu về độ lún cao đắp (H đắp) khác nhau:a. Nền tự nhiên;<br /> theo thiết kế. b. Nền gia cố cọc (3mx3m)<br /> Chuyển vị ngang của nền:<br /> Trường hợp không có cọc (Hình 6.a và 6.d): Trường hợp có cọc (Hình 6.c và 6.d):<br /> Chuyển vị ngang chủ yếu chỉ tập trung ở vị trí Chuyển vị ngang phân bố đều hơn và vùng ảnh<br /> chân mái dốc. Khi chiều cao đắp trên 5m, hưởng xa hơn về phía ngoài nền đắp. Kết quả<br /> <br /> <br /> 8 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019<br />  0.15<br /> khảo sát chuyển vị ngang của cọc cho thấy các 0.1 Chiều cao đắp 5m. Cọc 3mx3m<br /> Cọc 5mx5m<br /> cọc ở biên chịu chuyển vị ngang nhiều hơn so 0.05<br /> KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m) Cọc 4mx4m<br /> 0<br /> với các cọc ở tim đường. Khi chiều cao đắp 5m, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> ĐỘ LÚN (m)<br /> -0.05<br /> <br /> chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cọc biên là xấp -0.1<br /> <br /> -0.15<br /> xỉ 5,67 cm. -0.2<br /> <br /> Áp lực nước lỗ rỗng dư: -0.25<br /> <br /> <br /> Kết quả phân tích áp lực nước dư trong nền -0.3<br /> <br /> -0.35<br /> đất ngay sau khi thi công đắp được mô tả trong<br /> Hình 8. Trường hợp nền tự nhiên, tại thời điểm<br /> Hình 9. Độ lún của nền đất yếu tại vị trí giữa<br /> thi công đắp xong (tốc độ đắp trung bình lấy<br /> các cọc với các khoảng cách cọc khác nhau<br /> theo tốc độ đắp thực tế tại dự án, xấp xỉ<br /> 0,5m/ngày), áp lực nước lỗ rỗng dư trong nền<br /> Chuyển vị ngang (m)<br /> tăng cùng với khi tẳng tải trọng đắp. Toàn bộ áp<br /> 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1<br /> lực đất đắp sẽ tác dụng vào nước trong lỗ rỗng 0<br /> và tiêu tán dần theo thời gian. Tuy nhiên trường<br /> hợp có cọc, phần lớn tải trọng đắp phân phối<br /> vào cọc, do đó áp lực nước dư tăng lên là không<br /> đáng kể. giá trị áp lực nước dư còn giảm khi<br /> tăng chiều cao đắp, điều này có thể giải thích là -5<br /> <br /> khi tăng chiều cao đắp, xuất hiện hiệu ứng vòm,<br /> tải trọng đắp sẽ phân phối vào cọc nhiều hơn và<br /> Chiều sâu (m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> vào đất giữa các cọc ít hơn do đó áp lực nươc<br /> dư cũng giảm theo. -10<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (*H)<br /> -15<br /> Vị trí cọc Vị trí đất<br /> <br /> Cọc 3mx3m Cọc 3mx3m<br /> d.<br /> Hình 8. Áp lực nước dư tại độ sâu xấp xỉ 5m -20 Cọc 4mx4m Cọc 4mx4m<br /> (lớp đất số 3a)<br /> <br /> Cọc 5mx5m Cọc 5mx5m<br /> 3.4. Phân tích ảnh hưởng của mật độ gia<br /> cố cọc<br /> -25<br /> Nhằm đánh giá ảnh hưởng của mật độ gia cố<br /> cọc và sự làm việc tương tác giữa cọc với đất Hình 10. Chuyển vị ngang tại vị trí cọc và vị trí<br /> nền giữa các cọc, các kết quả độ lún, chuyển vị của đất tại chân mái dốc với các khoảng cách<br /> ngang của nền cũng sẽ được khảo sát ở các cọc khác nhau<br /> khoảng cách cọc khác nhau 3mx3m, 4mx4m và<br /> 5mx5m. Thông số khác về cọc vẫn được giữ Kết quả trên Hình 9 ứng với chiều cao đắp<br /> nguyên như thông số thiết kế trong Bảng 1. H = 5m cho thấy, độ lún của nền đất yếu tăng<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 9<br /> đáng kể khi khoảng cách giữa các cọc tăng lên. Tuy nhiên, khi khoảng cách cọc tăng thì sự khác<br /> Khi chiều khoảng cách cọc tăng lên 4mx4m biết trở lên rõ ràng hơn đặc biệt ở độ sâu đến<br /> chuyển vị của nền tại tim đường xấp xỉ 26,7 cm 5m. Điều này chứng tỏ rằng, đất giữa các cọc đã<br /> xấp xỉ với độ lún yêu cầu. Khi khoảng cách cọc có xu thế chuyển dịch ngang nhiều hơn, nền vân<br /> 5mx5m độ lún của nền đã vượt giá trị yêu cầu. có khả năng bị phá hoại trượt, không phải là ở vị<br /> Hình 10 biểu diễn chuyển vị ngang tại điểm ở trí cọc và là vị trí giữa các cọc.<br /> chân ta luy đắp ở vị trí cọc và vị trí giữa các 3.7. Ảnh hưởng khi thay đổi chiều dài cọc<br /> cọc. Như vậy, khi khoảng cách cọc chỉ là Tiến hành thay đổi chiều dài cọc từ 12m,<br /> 3mx3m, thì chuyển vị ngang tại vị trí của cọc và 16m và 20 m. Các thông số khác của cọc và nền<br /> vị trí đất giữa các cọc là tương đối giống nhau. giữ nguyên theo thiết kế trong Bảng 1.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a. Cọc dài 12m b. Cọc dài 16m c. Cọc dài 20m<br /> Hình 11. Hình ảnh mô tả vùng chuyển vị ngang của cọc<br /> <br /> Vùng huy động làm việc của cọc: phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách cọc mà ít<br /> Kết quả phân tích trên Hình 11 cho thấy, khi chịu ảnh hưởng của chiều sâu cọc.<br /> cọc có chiều dài ngắn, chuyển vị ngang của cọc<br /> 0.1<br /> phân bố tương đối đều suốt chiều dài cọc. Tuy 0.05<br /> KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)<br /> <br /> nhiên khi chiều dài cọc tăng dần, phạm vi ở phía 0<br /> 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15<br /> -0.05<br /> ĐỘ LÚN (m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> trên đầu cọc có xu thế chịu biến dạng ngang -0.1<br /> <br /> <br /> nhiều hơn so với phần phía dưới, cọc sẽ chịu -0.15<br /> Cọc dài 12m<br /> -0.2<br /> <br /> uốn nhiều hơn. Do cọc PCC không có cốt thép, -0.25 Cọc dài 16m<br /> <br /> -0.3<br /> nền đây là ghi chú rất quan trọng cho các kỹ sư -0.35<br /> Cọc dài 20m<br /> <br /> <br /> <br /> thiết kế khi quyết định chiều dài cọc. Ở trường -0.4<br /> <br /> <br /> hợp cọc dài 20m, ngàm vào lớp đất cứng, hình a. Khoảng cách cọc 3mx3m<br /> ảnh phân phối chuyển vị ngang của đầu cọc cho 0.1<br /> <br /> thấy rõ rệt là cọc chịu uốn nhiều hơn, chân cọc 0.05<br /> KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)<br /> 0<br /> gần như không có biến dạng. -0.05<br /> 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14<br /> ĐỘ LÚN (m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Độ lún của nền: -0.1<br /> <br /> -0.15<br /> Kết quả phân tích độ lún của nền và của cọc -0.2 Cọc dài 12m<br /> <br /> tại vị trí mặt cắt đi qua đỉnh một hàng cọc biểu -0.25<br /> <br /> -0.3 Cọc dài 16m<br /> diễn trên Hình 12 cho thấy, khi giảm chiều dài -0.35<br /> <br /> cọc thì độ lún của nền và của cọc đều tăng. Tuy -0.4<br /> <br /> <br /> nhiên, Độ chênh lún giữa vị trí cọc và vị trí cọc b. Khoảng cách cọc 4mx4m<br /> <br /> 10 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019<br />  0.1<br /> <br /> 0.05<br /> KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)<br /> 0<br /> 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14<br /> -0.05<br /> ĐỘ LÚN (m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -0.1<br /> <br /> -0.15<br /> <br /> -0.2 Cọc dài 12m<br /> Giá trị sy max = 509 kPa<br /> -0.25<br /> <br /> -0.3 Cọc dài 16m<br /> <br /> -0.35<br /> <br /> -0.4<br /> <br /> <br /> c. Khoảng cách cọc 5mx5m<br /> a. Trường hợp không mũ cọc<br /> Hình 12. Độ lún của nền tại mặt cắt đi qua<br /> vị trí đỉnh cọc với chiều cao đắp 5m.<br /> Giá trị sy max = 630 kPa<br /> 3.8. Ảnh hưởng của mũ cọc<br /> Nhằm đánh giá ảnh hưởng của mũ cọc<br /> trong khả năng phân phối tải trọng của nền<br /> đất đắp vào cọc để khai thác tối đa khả năng<br /> làm việc của cọc, bài báo đã tiến hành phân<br /> b. Có mũ cọc 1,5mx1,5m<br /> tích ảnh hưởng của mũ cọc trong bài toán với<br /> nền đắp cao 5m với các trường hợp không có Hình 13. Vùng phân phối ứng suất theo<br /> mũ cọc và trường hợp mũ cọc mở rộng phương đứng tác động vào mũ cọc<br /> 1,5mx1,5m.<br /> 0.1<br /> <br /> Hình 13 mô tả hình chiếu bằng vùng tập 0.05<br /> KHOẢNG CÁCH TỪ TIM ĐƯỜNG (m)<br /> 0<br /> trung ứng suất tại vị trí đỉnh cọc cho hai -0.05<br /> 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15<br /> Độ lún của nền (m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> trường hợp cọc không mở rộng mũ và cọc có -0.1<br /> <br /> -0.15<br /> <br /> mở rộng mũ trường hợp khoảng cách cọc là -0.2<br /> Cọc 3mx3m Cọc 5mx5m<br /> -0.25<br /> <br /> 5mx5m. Khi có mũ cọc, ứng suất tập trung -0.3<br /> Không có mũ Không có mũ<br /> <br /> <br /> -0.35 Mũ cọc 1.5x1.5m Mũ cọc 1.5mx1.5m<br /> vào đầu cọc tăng lên đáng kể từ 509 kPa lên -0.4<br /> <br /> <br /> đến 630 kPa do ảnh hưởng của hiệu ứng vòm<br /> phân phối tải trọng vào cọc. Kết quả phân Hình 14. Độ lún của cọc và nền trong trường<br /> tích trên Hình 14 cho thấy, hiệu quả của việc hợp có mũ cọc và không có mũ cọc<br /> mở rộng mũ cọc là không lớn nếu khoảng<br /> cách cọc nhỏ (trường hợp khoảng cách cọc 4. KẾT LUẬN<br /> 3mx3m), khi độ lún tại vị trí cọc và vị trí nền Các kết quả phân tích trong bài báo này cho<br /> đất giữa các cọc là không khác nhau nhiều. thấy, khi mô tả bài toán cọc gia cố nền đất yếu<br /> Tuy nhiên khi khoảng cách cọc lớn hơn, việc dưới nền đắp bằng mô hình 3D giúp mô tả được<br /> mở rộng mũ cọc sẽ tăng hiệu ứng vòm và chính xác hơn điều kiện làm việc cũng như<br /> phát huy khả năng phân phối tải trọng của tương tác giữa cọc và nền. Các phân tích trong<br /> nền đất đắp xuống mũ cọc. Như vậy mũ cọc bài báo này đưa đến một số kết luận sau:<br /> có vai trò lớn trong việc tăng khả năng phân - Việc phân tích bài toán bằng mô hình 3D<br /> phối tải trọng về đầu cọc cũng như để hạn giúp mô tả được chuyển vị ngang giữa đất và<br /> chế độ chênh lún giữa vị trí cọc và nền đất cọc, do đó sẽ mô tả chính xác hơn ổn định trượt<br /> xung quanh. của nền đắp.<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 11<br />  - Độ lún cũng như độ chênh lún của nền TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> giữa vị trí có cọc và đất giữa các cọc tăng<br /> 1. Dong PH., Quynh VM., (2016), “Case<br /> đáng kể khi khoảng cách cọc tăng. Để giảm<br /> history of applicability of Large Diameter Cast-in-<br /> độ lún chung của nền cũng như độ chênh lún place Concrete Pipe Pile for foundation treatment<br /> giữa cọc và đất, có thể cấu tạo mở rộng mũ in Vietnam”. Proceeding of the 2nd Conference<br /> cọc để tăng khả năng phân phối tải trọng vào on Transport Infrastructure with Sustainable<br /> cọc. Khi khoảng cách cọc lớn, độ lún của Development. Construction Publishing House.<br /> nền đất giữa các cọc sẽ diễn ra theo thời 2. Phan Huy Đông, (2017), “Giải pháp Cọc<br /> bê tông ống đường kính lớn đổ tại chỗ cho gia<br /> gian do nền đất chịu nén, áp lực nước thặng<br /> cố nền đất yếu”, Tạp chí địa kỹ thuật, 2017.<br /> dư tăng lên. 3. JGJ/T 213 – 2010: Technical specification<br /> - Lựa chọn chiều dài cọc khi gia cố: Cọc for composite foundation of cast-in-place<br /> PCC là loại cọc ống, thành mỏng không dùng concrete large-diameter pipe pile- China.<br /> cốt thép, do đó khả năng chịu uốn kém. Khi 4. Hồ Anh Tuấn và Trần Bình, “Phương<br /> gia cố nền đất yếu bằng cọc cần hết sức lưu ý pháp phần tử hữu hạn”<br /> 5. Tài liệu hướng dẫn sử dụng Plaxis –<br /> lựa chọn chiều dài cọc hợp lý (hết phạm vi<br /> Plaxis tutorial Manual.<br /> huy động được ma sát thành cọc) để cho phép 6. David M. Potts and L. Zdravkovic, 2001,<br /> cọc có thể chuyển vị cùng với nền đất. “Ứng dụng PTHH trong địa kỹ thuật”.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Người phản biện: PGS.TS. ĐOÀN THẾ TƯỜNG<br /> <br /> <br /> <br /> 12 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019<br />