Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm lên cọc trong công trình xây dựng trên khu vực nền đất yếu

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 37 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM LÊN CỌC TRONG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN KHU VỰC NỀN ĐẤT YẾU PHAN HUY ĐÔNG* Study on the influence of negative skin friction on pile supported the buildings found the soft soil area Abstract: The incident of cracks generated by large settlement at a building constructed on a thick soft soil layer is analysed in this paper. The building is founded on strip footing reinforced by concrete pipes. Based on monitoring data of settlement during the construction and analysis of geology condition, loading sequence, influences of negative skin friction acting on piles wall is proved. In addition, the performance of the bitum coating on pile method to tackle negative skin friction is analysed since a significant reduction of settlement was observed after treatement. The FEM analyses for project conditions reveal that the depth as well as value of negative skin friction will develop with time of consolidation of ground. The data also noted that the elevation of neutral plane would increase with the increase of consolidation progression. Therefore, the bitum coating depth on pile should be extended beyond the neutral plane a given length. 1. GIỚI THIỆU* Sự cố công trình sử dụng móng cọc xây dựng trong khu vực có nền địa chất yếu dày đang xuất hiện ngày càng nhiều tại Việt Nam, đặc biệt là tại các dự án hạ tầng, đô thị mới. Một trong những nguyên nhân chính là do quá trình thiết kế và thi công chưa kể hết đến ảnh hưởng của của ma sát âm dọc thân cọc. Sự cố của móng cọc do ma sát âm gây ra đã được ghi nhận ở nhiều nước trên thế giới (Braja, 2007; FHWA 2006;). Ở Việt Nam, hiện tượng ma sát âm trên cọc có thể là nguyên nhân chính dẫn đến sự cố nền móng của một số công trình xây dựng (Trịnh Việt Cường, 2005; Đậu Văn Ngọ, 2009,) và gần đây nhiều sự cố đã được nêu trên các phương tiện thông tin khác nhau như: * Bộ môn Cơ học đất-Nền móng, Đại học Xây dựng E-mail: dongph@nuce.edu.vn trụ sở Quận ủy, HĐND, UBND quận Hoàng Mai (Hà Nội) xây dựng trên nền đất yếu chưa cố kết dẫn đến lún sụt nền công trình; Liền kề LK22 - Khu đô thị mới Vân Canh (Hà Nội), Công trình nhà ở xã hội chung cư CT1 15 tầng (không có tầng hầm) Kim Thi, thành phố Vinh (Nghệ An), Ma sát âm hình thành khi nền đất xung quanh cọc chuyển vị lớn hơn so với chuyển vị của cọc, chủ yếu do một số nguyên nhân: (1) Khi nền đất khu vực xây dựng có một lớp san lấp tạo cao độ thi công với chiều dày đủ lớn. Dưới ảnh hưởng của lớp đất san lấp, nền đất sẽ bị lún xuống trong khi cọc lại được thiết kế hạ vào lớp đất tốt dưới sâu. (2) Khi khu vực xây dựng có hoạt động hạ thấp mực nước ngầm. Khi đó ứng suất hữu hiệu trong nền đất sẽ gia tăng làm phát sinh độ lún trong nền gây ảnh hưởng đến khả năng làm việc ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 38 của cọc hoặc chênh lún giữa các kết cấu nằm trên cọc với các kết cấu không nằm trên cọc. (3) Khi xây dựng công trình mới cạnh công trình cũ. Dưới ảnh hưởng của tải trọng công trình lân cận làm nền đất xung quanh lún nhiều hơn so với kết cấu nằm trên cọc của công trình hiện hữu, gây ra lún, nứt công trình, Bài báo này sẽ phân tích chỉ ra nguyên nhân sự cố lún, nứt của một công trình nhà thấp tầng trên nền móng cọc xây dựng trong khu vực nền đất yếu có đắp san nền. Kết quả phân tích sẽ chỉ rõ ảnh hưởng của ma sát âm lên cọc cũng như hiệu quả của giải pháp làm giảm ma sát âm bằng cách làm trơn cọc trong phạm vi nền đất yếu. Ngoài ra, các phân tích ứng sử của ma sát âm lên cọc bằng PTHH với các mô hình nền khác nhau tại dự án sẽ đánh giá ứng sử của ma sát âm và các ghi chú cần thiết khi thiết kế cọc trong nền đất yếu. 2. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ DO ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM LÊN CỌC 2.1. Giới thiệu dự án Dự án thuộc khu vực nhà ở chia lô liền kề thấp tầng tại Hà Nội. Các khu nhà đều có kết cấu khung sàn bê tông cốt thép toàn khối 3 tầng và 1 tầng tum. Áp lực trung bình tại mức đáy móng theo thiết kế là p = 60 kPa. Hình 1 mô tả kết cấu móng theo thiết kế ban đầu. Theo đó, phương án móng gồm hệ đài cọc và giằng bê tông cốt thép toàn khối trên cọc ly tâm đường kính D350, cọc dài xấp xỉ 40 m. Mỗi đài gồm 01 đến 02 cọc. Cọc được thi công bằng phương pháp ép, lực ép quan sát khi hạ cọc đến hết chiều sâu thiết kế đều đảm bảo với sức chịu tải cho phép của 1 cọc theo thiết kế là 50T. Hình 1. Giải pháp móng cọc ban đầu. Nếu không kể đến ảnh hưởng của ma sát âm, với kích thước nhà là 5mx15m, việc bố trí cọc là đảm bảo yêu cầu sức chịu tải. Cụ thể, gần đúng ta có: - Tổng tải trọng của mỗi căn là: Q = pxF= 60x5x15 = 4500 kN=450 T. - Tải trọng phân phối mỗi cọc (xem như móng cứng tuyệt đối, mỗi căn có 12 cọc D350) là: 450/12 = 37,5 T <50 T. Địa chất khu vực xây dựng tương đối yếu, chiều dày lớp đất yếu gần 40 m. Toàn bộ khu vực được san lấp bằng cát hạt mịn với chiều dày 2,2 m. Chiều sâu chôn móng (cao độ đỉnh cọc) tại vị trí - 1m so với cao độ san lấp. Bảng 1 tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất từ khảo sát địa chất tại dự án. Có thể thấy nền đất yếu phân bố đến độ sâu xấp xỉ 20m. Bảng 1. Tổng hợp một số chỉ tiêu cơ lý cơ bản của nền STT Mô tả Độ sâu (m)  kN/m3  (0) c (kPa) N qc (kPa) Cc Cs 1 Cát san nền 2,2 17 31 - 4 - - - 2 Sét, dẻo cứng 5,2 15 14 31 5 12 - 20 0,098 0,012 3 Sét pha, dẻo chảy 16,2 12,3 6 5 3-4 4 - 8 0,466 0,057 4 Sét pha, dẻo mềm 20,4 15 8 9 3-5 6 - 12 0,093 0,011 5 Cát bụi, Rời đến chặt vừa 27,8 17 15 4 14-15 38 - 140 - - 6 Sét pha, dẻo mềm 37,8 15 12 23 10-13 15 - 19 0,249 0,030 7 Cát pha, dẻo 43,6 16 30 3 16-17 40 - 160 0,103 0,013 8 Cuội sỏi, lẫn cát, chặt đến rất chặt 50,6 17 35 - > 45 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 39 2.2. Mô tả sự cố và đánh giá nguyên nhân gây lún Công tác thi công cọc và móng bắt đầu sau 1 năm thi công san lấp. Độ lún trung bình của nền trong thời gian đợi nền ổn định tính từ khi san lấp xong khoảng từ 3cm đến 5cm. Trong quá trình thi công ép cọc và xây dựng tầng 1, sự cố lún nứt diễn ra rất rõ ràng. Mặc dù tải trọng gia tăng là không nhiều. Hình 2 mô tả sự cố lún nứt công trình, trong đó các vết nứt hình thành theo hướng xiên góc, thể hiện rõ nguyên nhân là do chênh lún giữa các vị trí trụ cột khác nhau. Hình 2. Hình ảnh lún sụt và nứt vỡ tại dự án. Giải pháp xử lý: Sau khi sự cố lún nứt công trình diễn ra, người ta tiến hành ép thêm bổ sung các cọc vuông đặc kích thước 200x200mm, chiều dài cọc từ 24-25m, mỗi cọc chia thành các đoạn 5m. Trong đó lưu ý, các ở 3 đốt đầu tiên (đến độ sâu khoảng 20m từ mặt đất) cọc được bôi quét bitum với mục đích làm trơn cọc, giảm ma sát giữa đất với cọc, dẫn đến làm giảm ảnh hưởng của ma sát âm. Sau khi ép cọc bổ sung và thi công đài cọc mở rộng, các cọc D350 đã được cắt để tách ra khỏi đài cọc cũ. Giải pháp xử lý móng trình bày trên Hình 3. Hình 3. Giải pháp móng khi xử lý thay thế bằng cọc vuông 200x200 mm. 0 5 10 15 20 25 30 35 2/22/2008 7/6/2009 11/18/2010 4/1/2012 8/14/2013 12/27/2014 5/10/2016 Đ ộ lú n ( c m ) Thời gian Điểm 1 Điểm 9 Điểm 24 Điểm 29 Điểm 31 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2/22/2008 7/6/2009 11/18/2010 4/1/2012 8/14/2013 12/27/2014 5/10/2016 T ả i t r ọn g ( k P a ) Thời gian Bắt đầu thi công móng Thi công xong cột, tường tầng 1 9 8 6 7 5 4 3 2 1 Bắt đầu xử lý thay thế bằng cọc 200x200 Hoàn thiện thay thế cọc, bắt đầu xây tiếp các tầng tiếp theo (2) Thi công o kế cấu tầng 1 Thi công xong các tầng nhà còn lại Ép xong cọc D350, thi công kết cấu tầng 1 (1) (3) (4) (5) Hình 4. Mô tả quá trình thi công và độ lún quan trắc được tại dự án. Kết quả quan trắc độ lún tại một số điểm mốc (điểm 1, 9, 24, 29 và 31) gắn trên kết cấu nhà theo các mốc thời gian thi công và xử lý cọc được tổng hợp trên Hình 4. Cụ thể từng giai đoạn như sau: (1). Từ ngày 01/05/2009 đến ngày 01/08/2010 thi công xong ép cọc D350, đài và giằng móng tổng độ lún trung bình là 7,35 cm. Tải trọng tác dụng xuống nền đất được xác định bằng áp lực do lớp san lấp gây ra, xấp xỉ 40 kPa. Nguyên nhân gây lún có thể là do hoạt động của máy móc thi công, đồng thời khi ép hạ cọc tạo đường dẫn tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng gây ra lún cố kết. (2). Từ ngày 01/08/2010 đến ngày 01/12/2011 thi công xong tầng 1, và bắt đầu tầng 2 tổng độ lún trung bình là 11,5 cm. Giai đoạn này kết cấu công trình đã nằm trên cọc D350. Do đó, nguyên nhân gây lún được xác định là do lún cố kết của nền đã làm ảnh hưởng đến kết cấu cọc làm cọc cũng bị chuyển vị theo. (3). Từ ngày 02/12/2011 đến ngày 15/05/2012 không thi công thêm, tổng độ lún trung bình là 16,47cm. Đến thời điểm này một số căn nhà đã xuất hiện lún sụt, gây nứt, gãy tường như mô tả trên Hình 3. Tốc độ lún trong giai đoạn này duy trì từ 1 đến 2 mm/ngày mặc dù công trình không tăng tải trọng thi công. (4). Từ tháng 5/2012 đến tháng 12/2012 đã tiến hành xử lý móng bằng cách cắt cọc D350 khỏi đài cọc và ép bổ sung các cọc vuông 200x200. Khi quan sát thấy độ lún không tăng, ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 40 tiến hành sửa chữa các phần nứt vỡ và thi công các tầng tiếp theo. (5) Đến tháng 8/2013 hoàn thành thi công phần thô, quan trắc tiếp thấy độ lún không phát triển thêm đáng kể. Đánh giá nguyên nhân gây lún nứt công trình: Dưới ảnh hưởng của lớp cát san nền (2,2 m) trên toàn bộ mặt bằng và lớp cát tôn nền bên trong nhà (0,7 m), độ lún cố kết của nền đất xác định theo kết quả thí nghiệm nén cố kết là xấp xỉ 1,5m. Trong khi đó, cọc đã thi công có đường kính D350 mm sâu 40 m, hạ vào lớp 7 là lớp cát pha dẻo, do đó cọc làm việc theo mô hình cọc ma sát. Khi các lớp đất yếu xung quanh cọc chuyển vị xuống dưới nhiều hơn so với chuyển vị của cọc, ma sát âm đã hình thành và kéo cọc chuyển dịch theo, cọc sẽ bị giảm sức chịu tải, đồng thời chênh lệch lún giữa các vị trí đài cọc dẫn đến nứt vỡ công trình. Bảng 2 tổng hợp kết quả phân tích sức chịu tải của cọc D350 theo các phương pháp dự báo khác nhau cho hai trường hợp có kể đến và không kể đến ảnh hưởng của ma sát âm. Trong đó, khi tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế cọc TCVN 1034:2013, sức chịu tải của cọc được dự báo theo chỉ tiêu kháng cắt giữa cọc. Khi tính toán theo FHWA (Cơ quan Quản trị Đường bộ Liên Bang - Bộ giao thông Mỹ, 2006), sức chịu tải của cọc được xác định theo phương pháp  cho nền đất dính. Kết quả cho thấy, trường hợp khi kể đến ảnh hưởng của ma sát âm, sức chịu tải của cọc giảm đi đáng kể, thậm chí chỉ còn khoảng 1/3 giá trị sức chịu tải của cọc nếu không kể đến ảnh hưởng của ma sát âm. Như vậy, nếu kể đến ảnh hưởng của ma sát âm, cọc không đủ sức chịu tải để chịu tải trọng của công trình. Bảng 2. Sức chịu tải cho phép của cọc dự ứng lực D350 khi xét tới ma sát âm lên cọc Khi kể đến ma sát âm Khi không kể đến ma sát âm Phương pháp tính toán Sức chịu tải theo thiết kế (T) Sức chịu tải của cọc (T) Chênh lệch so với thiết kế (%) Sức chịu tải của cọc (T) Chênh lệch so với thiết kế (%) Theo TCVN 10304:2014 50 27,325 -45,349 55,290 +10,581 FWHA (2006) 50 17,799 -64,402 66,221 +32,443 Theo Braja Das (2007) 50 22,369 -55,263 55,421 +10,841 Hiệu quả của giải pháp xử lý: Việc sử dụng cọc BTCT tiết diện 200x200mm đưa xuống lớp 5 (cát pha xen kẹp cát mịn) huy động sức kháng bên và sức kháng mũi cọc, kết hợp với biện pháp làm giảm tác động của ma sát âm tác dụng lên hệ cọc trong tầng đất yếu (độ sâu khoảng 20m) đã đem lại hiệu quả tương đối rõ rệt khi độ lún quan trắc được trong các giải đoạn tiếp theo (Hình 4) gần như phát triển rất ít. Sức chịu tải của cọc đơn khi đó chỉ tính với 15 T. Như vậy, tải trọng trung bình phân phối về mỗi cọc là 450/46 = 9,78 T < 15 T, số lượng cọc bố trí là an toàn. 3. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM LÊN CỌC 3.1. Mô tả bài toán Để hiệu rõ quá trình phát triển ma sát âm theo tốc độ cố kết của nền và khảo sát chiều sâu xử lý bôi trơn làm giảm ma sát âm trong phạm vi lớp đất yếu, bài báo đã phân tích mô hình làm việc của một cọc đơn cho trường hợp cọc đặc kích thước 200x200mm, dài 25m, bằng phần tử hữu hạn (PTHH), sử dụng phần mềm plaxis 2D. Hình 5 mô tả sơ đồ tính của một cọc đơn theo sơ đồ đối xứng trục (qui thành cọc tròn D200). Các ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 41 phần tử cọc là vật liệu đàn hồi, các lớp đất được mô tả theo mô hình vật liệu “soft soil” (SSM) và Mohr-Coulomb (MC). Các thông số mô hình nền đất của từng lớp đất được xác đinh theo kết quả khảo sát (Bảng 1) với các lưu ý về chỉ số nén và chỉ số nở của vật liệu cho mô hình SSM được xác định như sau: * 02.3x(1 )   cC e  (1) * 0 2 2.3x(1 )   sC e  (2) Phần tử cọc Hình 5. Sơ đồ tính phân tích sức kháng ma sát cọc D350 Các bước phân tích trong Plaxis 2D bao gồm: - Bước 1: Tạo sơ đồ hình học và gán các thông số vật liệu cho cọc và đất; - Bước 2: Xác lập các thông số áp lực nước và ứng suất do trọng lượng bản thân, xem như nền đã cố kết. Mực nước ngầm được xem như ở trên mặt lớp đất yếu; - Bước 3: Thiết lập thi công lớp cát san lấp; - Bước 4: Thiết lập thi công cọc và gia tải lên cọc (tải trọng tác dụng lên mỗi cọc bằng tải trọng công trình sau khi hoàn thiện tác dụng lên mỗi cọc, xấp xỉ 9,78 T); - Bước 5: Phân tích cố kết đến khi áp lực nước lỗ rỗng dư tiêu tán gần hết. Các phân tích trong bài báo này lấy theo điều kiện mặc định trong trong phần mềm Plaxis, khi đó thời điểm nền được coi là cố kết hoàn toàn khi trị số áp lực nước dư lớn nhất nhỏ hơn 1 kPa. Lưu ý, ở các bước phân tích, phần sức kháng ma sát của đất xung quanh thành cọc sẽ được lấy theo ứng suất cắt dọc theo mặt cắt sát với thành cọc, phần sức kháng mũi cọc sẽ là tổng ứng suất pháp tuyến tại vị trí mũi cọc. 3.2. Khảo sát vị trí mặt trung hòa Kết quả phân tích chuyển vị của cọc và chuyển vị của nền ứng với hai mô hình nền khác nhau cho các lớp đất được trình bày trên Hình 6. -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 20 40 60 80 Độ lún (cm) Lún của cọc theo SSM Lún của nền theo SSM Lún của cọc theo MC Lún của nền theo MC C h iề u sầ u ( m ) Vị trí mặt phẳng trung hòa theo MC (tại -16.333m) Vị trí mặt phẳng trung hòa theo SSM (tại -16.000m) Hình 6. Chuyển vị của cọc và nền đất phân tích từ Plaxis 2D. Kết quả cho thấy, chuyển vị/độ lún của cọc hầu hết không thay đổi đáng kể theo độ sâu do cọc có độ cứng lớn, trong khi đó chuyển vị của nền giảm dần theo độ sâu. Vị trí trục trung hòa được xác định tại độ sâu khi chuyển vị của cọc bằng với chuyển vị của nền. Bảng 3 tổng hợp kết quả phân tích vị trí trục trung hòa theo lời giải giải tích và kết quả phân tích bằng PTHH. Kết quả phân tích bằng PTHH nhỏ hơn kết quả tính toán bằng giải tích (TCVN 10304:2014) xấp xỉ 15%. Kết quả này được cho là khá phù hợp vì thực tế nền đất trong phân tích bằng PTHH chưa thực sự cố kết hoàn toàn. Tuy nhiên, kết quả phân tích còn phụ thuộc vào các yếu tố: mức độ chính xác của các thông số mô hình nền, giá trị hệ số Rinter, thời gian cố kết kết của nền, ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 42 Bảng 3. Vị trí trục trung hòa Phương pháp tính Độ sâu mặt phẳng trung hòa (m) Chênh lệch so với lời giải giải tích (%) Theo TCVN 10304: 2014 18,983 0,0% Plaxis 2D – MC 16,333 -14,0% Plaxis 2D - SSM 16,000 -15,7% 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian cố kết Chuyển vị của cả đất và cọc sẽ phụ thuộc vào yếu tố thời gian, do đó giá trị ma sát âm cũng như phạm vi xuất hiện ma sát âm (mặt trung hòa) sẽ hình thành và phát triển theo thời gian kể từ khi gia tải lớp đất san lấp. Hình 7 trình bày giá trị áp lực nước lỗ rỗng dư theo độ sâu và thời gian cố kết khác nhau từ lời giải của PTHH cho sơ đồ bài toán trong Hình 5. Nền đất được mô hình hóa theo cả hai dạng mô hình nền SSM và MC. -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 -60 -40 -20 0 20 Áp lực nước dư (kN/m2) 1 Ngày 5 Ngày 15 Ngày 30 Ngày 120 Ngày 210 Ngày 450 Ngày C hi ều sâ u ( m ) Mô hình SSM -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 -60 -40 -20 0 20 Áp lực nước dư (kN/m2) 1 Ngày 5 Ngày 15 Ngày 30 Ngày 120 Ngày 210 Ngày 450 Ngày C h iề u sâ u ( m ) Mô hình MC Hình 7. Áp lực nước lỗ rỗng dư tiêu tán trong quá trình cố kết Có thể thấy, áp lực nước lỗ rỗng dư trong các lớp đất dính hình thành ngay khi đắp gia tải và tiêu tán dần theo thời gian. Như vậy tốc độ phát triển ma sát âm cũng sẽ tương ứng với tốc độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng như kết quả trình bày trên Hình 8. Trị số ma sát âm lên cọc lớn nhất xuất hiện ở lớp đất số 2 (sét dẻo cứng). Đây là điều hợp lý khi lớp 2 là lớp đất tương đối tốt lại nằm trên mặt 3 có độ lún lớn nhất, kéo theo dịch chuyển theo phương đứng của lớp 2. -25 -20 -15 -10 -5 0 -100 -50 0 50 Ma sát (kN/m2) 1 Ngày 15 ngày 120 Ngày 210 Ngày C h iề u sâ u ( m ) -25 -20 -15 -10 -5 0 -150 -100 -50 0 50 Ma sát (kN/m2) 1 Ngày 15 Ngày 120 Ngày 210 Ngày C h iề u sâ u ( m ) Hình 8. Sự phát triển của ma sát âm lên cọc theo quá trình cố kết của nền. 3.4. Ảnh hưởng của mô hình nền đất Các kết quả phân tích trên cho thấy, nhìn chung ảnh hưởng của loại mô hình nền đất (SSM hay MC) đến kết quả phân tích là không đáng kể. Một chút khác biệt về kết quả biến dạng là do mô hình SSM được phát triển dựa trên mô hình Cam-Clay, phù hợp hơn khi sử dụng để phân tích với đất yếu có tính nén lún lớn. 3.5. Khảo sát chiều sâu xử lý bôi trơn cọc nhằm làm giảm ma sát âm hiệu quả Để khảo sát chiều sâu xử lý bôi trơn cọc làm giảm ma sát âm giữa cọc và đất, phần phân tích sẽ được thực hiện trên sơ đồ mô tả ở Hình 5. Khi phân tích bằng phần mềm Plaxis 2D, sức kháng ma sát xung quanh thành cọc được khai báo thông qua hệ số tiếp xúc Rinter, là thông số giảm cường độ kháng cắt giữa đất và cọc. Trị số Rinter thay đổi từ 0,01 (sức kháng ma sát giữa đất và cọc chỉ bằng 1% sức kháng cắt của đất với đất) đến 1,0. Giá trị Rinter giữa đất và cọc trong phạm vi bôi trơn và dưới phạm vi bôi trơn được lấy theo giá trị cận dưới và cận trên tương ứng. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 43 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 -100 -50 0 50 100 150 Phân bố ma sát (kN/m2) Hxl = 19m theo SSM Hxl = 16m theo SSM Hxl = 13m theo SSM Hxl = 10m theo SSM Hxl = 7m theo SSM Hxl = 5.9m theo SSM Hxl = 2.9m theo SSM C h iề u sâ u ( m ) Hình 9. Phân bố sức kháng ma sát lên cọc theo độ sâu ở các độ sâu bôi trơn cọc khác nhau Hình 9 trình bày kết quả phân tích phân bố sức kháng ma sát của cọc theo độ sâu khi chiều sâu xử lý bôi trơn, Hxl, tăng dần. Nền được phân tích theo mô hình SSM. Kết quả phân tích cho thấy, phạm vi bôi trơn hiệu quả nhất là trong phạm vi lớp đất số 2 (nằm bên trên lớp đất yếu số 3), khi đó phần ma sát âm sẽ giảm đáng kể. Ngoài ra, khi chiều sâu xử lý bôi trơn càng tăng thì vị mặt trung hòa (tại vị trí bắt đầu có ma sát dương) có xu thế tăng theo, điều này là do chuyển vị của cọc xuống dưới sẽ bị giảm khi trị số ma sát âm tác động vào cọc giảm. 4. KẾT LUẬN Qua trình bày về sự cố công trình móng cọc xây dựng trên nền đất yếu cũng như các phân tích khảo sát ứng sử của ma sát âm lên cọc bằng PTHH trong bài báo này dẫn đến một số kết luận sau: - Nếu trong quá trình thiết kế và thi công không xem xét một cách đầy đủ, ma sát âm tác dụng vào cọc là một trong những yếu tố chính gây sự cố lún nứt trong công trình móng cọc xây dựng trên nền đất yếu, đặc biệt là khi phạm vi xây dựng có lớp san lấp chiều dày lớn. Có nhiều giải pháp làm giảm ảnh hưởng của ma sát âm lên cọc. Trong đó, giải pháp bôi trơn cọc trong phạm vi lớp đất yếu cho thấy hiệu quả rõ ràng. - Các khảo sát trên mô hình cọc bằng PTHH sử dụng plaxis 2D cho thấy, giá trị và phạm vi hình thành ma sát âm phát triển theo thời gian cùng với tốc độ cố kết của nền. Trị số và ứng sử của ma sát âm đặc biệt phụ thuộc vào đặc tính phân bố của các lớp đất. Do đó chiều sâu xử lý ma sát âm cũng cần được đánh giá dựa trên yếu tố này. - Lời giải bằng phương pháp PTHH là khá trực quan có thể sử dụng trong công tác tính toán dự báo đặc biệt khi công trình có các điều kiện biên phức tạp. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TCVN 10304-2014: Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế. 2. TCVN 205- 1998: Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế. 3. BRAJA M. DAS (2007), Principles of Foundation Engineering, Cengage Learning, The United Stated of America, pp. 613-617. 4. Federal Highway Administration, FHWA (2006), Design and construction of driven pile foundations, Washington D.C. 5. Trịnh Việt Cường (2005), “Ma sát âm trên cọc và ảnh hưởng của nó đối với công trình xây dựng”, Tuyển tập Báo cáo của Hội nghị Khoa học toàn quốc lần 3 về Sự cố hư hỏng công trình xây dựng, tr. 92-99. 6. Đậu Văn Ngọ (2009), “Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến công trình và các biện pháp làm giảm thiểu ma sát âm”, Tạp chí Khoa học và Phát triển Công nghệ, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 12 (6), tr. 96-103. Người phản biện: PGS.TS ĐÀO VĂN TOẠI