Phân tích sự làm việc của hệ móng bè cọc-Tường vây tầng hầm

 PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ 
 MÓNG BÈ CỌC - TƯỜNG VÂY TẦNG HẦM 
 LÊ BÁ VINH * 
 NGUYỄN NHỰT NHỨT, NGUYỄN VĂN NHÂN 
 An analysis of the piled raft foundation - diaphragm wall system 
 Abstract: In designing and calculating the solution of piled raft 
 foundations for tall buildings, many calculations do not take into 
 account the participation of the diaphragm walls. The load - bearing 
 capacity of the diaphragm wall system is significant when the 
 diaphragm wall is inserted into the hard ground. In this paper, the 
 involvement of the diaphragm wall system together with the piled raft 
 foundation was analyzed and evaluated by the PLAXIS 3D software for 
 specific projects. With the piled raft foundation, the distribution of load 
 on the raft is 20%, and the piles group is 80%. When the piled raft 
 foundation is combined with the diaphragm wall, the percentage of load 
 on the raft is 20%, the percentage of the load on the pile group is 50%, 
 and the diaphragm wall is 30%. As a result, the percentage of load on 
 the piles group decreases by 30% when the piled raft foundation is 
 combined with the diaphragm. This shows the significant contribution 
 of the diaphragm wall system, which can be designed to optimize the 
 number of piles and save the pile foundation’s cost. 
 1. ĐẶT VẤN ĐỀ* Trong nghiên cứu này, các phân tích mô 
 Móng bè cọc ngày nay đƣợc áp dụng rất phỏng 3D bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn 
phổ biến trong các công trình nhà cao tầng có đƣợc thực hiện trên công trình cụ thể. Mục đích 
tầng hầm trên thế giới [4,5,6], và tƣờng vây để khảo sát sự ảnh hƣởng của tƣờng vây đến 
cọc barrette đƣợc thi công cắm sâu vào trong khả năng mang tải và phân chia tải trong hệ 
nền đất dƣới đáy móng để chắn giữ áp lực đất thống móng bè cọc kết hợp tƣờng vây. 
theo phƣơng ngang xung quanh hố đào sâu Trong bài báo này các phân tích, tính toán 
trong quá trình thi công móng bè cọc và các đƣợc thực hiện theo 2 trƣờng hợp: 
tầng hầm. Trong quan niệm thiết kế móng * Trƣờng hợp 1: Tƣờng vây cọc barrette chỉ 
trong các công trình nhà cao tầng có tầng hầm có một chức năng là chịu tải ngang do áp lực đất 
hiện nay chỉ thiết kế tƣờng vây với yêu cầu xung quanh hố đào sâu. Toàn bộ tải trọng đứng 
chịu tải theo phƣơng ngang trong quá trình thi của công trình do hệ móng bè cọc chịu, nhƣ vậy 
công móng tầng hầm mà chƣa xét đến khả hệ móng bè cọc và tƣờng vây cọc barrette đƣợc 
năng mang tải đứng của tƣờng vây [1,2,3]. tính toán làm việc độc lập với nhau, nhƣ hình 1. 
Điều này có thể dẫn đến thiết kế không hợp lý * Trƣờng hợp 2: Tƣờng vây cọc barrette có 
cho hệ móng bè cọc. hai chức năng là chịu tải ngang do áp lực đất 
 xung quanh hố đào sâu và tham gia chịu tải 
* Bộ môn Địa cơ - Nền móng, khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, đứng của công trình bên trên cùng với hệ móng 
 Tr ng Đ i H c Bách Khoa - Đ i H c u c Gia bè cọc. Khi đó hệ kết cấu móng là móng bè cọc 
 Thành Ph Hồ Chí Minh 
 Email: lebavinh@hcmut.edu.vn kết hợp tƣờng vây nhƣ hình 2. 
40 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 
 Qrp= Qr+Qp
 29 m
 Raft 1
 7 m 7
 Wall
 Pile m 7
 Hình 1. Móng bè c c và t ng vây 
 Qlàmrpw =việc Qr +Qđộcp +Qlập.w m 7
 Raft
 7 m 7
 51 m 51
 Wall
 7 m 7
 Pile
 Hình 2. Móng bè c c và t ng vây m 7
 cùng tham gia chịu lực. 
 2. THIẾT KẾ KẾT CẤU MÓNG CHO m 7
CÔNG TRÌNH CỤ THỂ 1
 2.1. Xác định sơ bộ số lƣợng cọc 1 9 m 9 m 9 m 1 
 Hình 4. Mặt bằng kích th ớc móng 
 Công trình đƣợc phân tích là nhà cao tầng, có 
 15 tầng và 2 tầng hầm nhƣ hình 3, với tổng tải 
 58 m 58 tác dụng lên móng là FZtt = 439430 kN. Kích 
 thƣớc mặt bằng móng là 29m x 51m nhƣ hình 4. 
 Công trình đƣợc nghiên cứu với điều kiện địa 
 50 m
 chất điển hình ở khu vực Phƣờng 25, Quận Bình 
 8.0 Thạnh, Thành Phố Hồ Chí Minh. Nền đất gồm 
 có các lớp: Lớp 1: Cát đắp, cát mịn lẫn bột, chặt 
 27.0 vừa(SM); Lớp 2: Bùn sét, bùn á sét, trạng thái 
 chảy (OH); Lớp 3: Sét, á sét màu xám đen, dẻo 
 chảy đến nửa cứng (CH); Lớp 4: Thấu kính cát 
 56.0
 mịn, chặt vừa (SM); Lớp 5: Sét, á sét màu xám 
 đen, dẻo chảy đến nửa cứng (CH); Lớp 6: Cát 
 mịn, ít sét, trạng thái chặt đến rất chặt 3a (SM); 
 Lớp 7: Cát mịn, ít sét, trạng thái chặt vừa 3b 
 (SM); Lớp 8: Cát mịn, ít sét, trạng thái chặt đến 
 rất chặt 3a (SM); Lớp 9: Sét lẫn ít cát mịn, trạng 
 Hình 3. Mặt cắt ngang công trình. thái rất cứng (CH), nhƣ bảng 1. 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 41 
 Bảng 1. Thông số các lớp đất khai báo trong mô hình Plaxis 
 Thông Đơn Lớp 1: Lớp 2: Lớp 3: Lớp 4: Lớp 5: Lớp 6: Lớp 7: Lớp 8: 
 số vị (SM) (OH) (CH) (SM) (CH) (SM) (SM) (SM) 
 Chiều 
 m 5 19 5 2 7 5 2 49 
 dày 
 Type - HS HS HS HS HS HS HS HS 
 3
 γunsat kN/m 18.63 14.25 18.02 19.07 18.02 19.87 19.65 19.87 
 3
 γsat kN/m 19.16 15.03 18.24 19.80 18.24 20.52 20.27 20.52 
 4.72 1.374 3.04 1.37 3.34 2.02 3.34 
 k m/day 1.368 
 x E-8 E-7 E-7 4E-7 E-7 E-7 E-7 
 2.36 6.87 1.52 6.87 1.67 1.01 1.67 
 k m/day 0.684 
 y E-8 E-8 E-7 E-8 E-7 E-7 E-7 
 ref 2
 E50 kN/m 5368 19057 20979 21497 34972 56040 38892 56040 
 ref 2
 Eeod kN/m 5368 19057 20979 21497 34972 56040 38892 56040 
 ref 2
 Eur kN/m 16105 57172 62936 64490 104916 168119 116675 168119 
 m - 0.5 1 1 0.5 1 0.5 0.5 0.5 
 2
 C‟ref kN/m 4.5 17.8 32 18 32 18.4 5.4 18.4 
 φ' độ 26.6 18.45 23.5 31.73 23.5 33.1 30.23 33.1 
 Ψ độ 0 0 0 1.73 0 3.1 0.23 3.1 
 υur - 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 
 2
 pref kN/m 50 200 200 200 400 400 400 400 
 nc
 K0 - 0.552 0.684 0.601 0.474 0.601 0.454 0.497 0.454 
 e0 - 0.778 2.23 1.063 0.702 1.063 0.579 0.621 0.579 
 tông cọc B50. Qua tính toán sức chịu tải của 
 cọc theo đất nền và theo vật liệu làm cọc, chiều 
 dài làm việc của cọc tối ƣu là mũi cọc nằm ở 
 độ sâu Z = 65m nhƣ hình 5. Sức chịu tải cho 
 phép Rcp = 6690 kN. Kiểm tra lại sức chịu tải 
 của cọc D800 mũi cọc ở độ sâu Z = 65m trên 
 phần mềm Plaxis 2D, bài toán đối xứng trục vẽ 
 đƣờng cong quan hệ cấp tải và độ lún nhƣ hình 
 6. Xác định đƣợc sức chịu tải giới hạn Pgh = 
 16250 kN, sức chịu tải cho phép P = 
 cp
 16250/2.5 = 6500 kN. Từ đó, chọn sức chịu tải 
 thiết kế là Ptk = min(Rcp; Pcp) = 6500 kN. Xác 
 Hình 5. Sự thay đổi của sức chịu tải vl 
 định số lƣợng cọc bố trí nc= (ΣFZtt/Ptk).β = 
 và Rcp theo độ sâu. 
 (439430/6500).1,5 = 101 cọc. Chọn số lƣợng 
 Chọn cọc có đƣờng kính D = 800 mm, bê cọc bố trí trong đài là 105 cọc. 
42 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 
 35 m, chân tƣờng vây cắm vào lớp đất thứ 5 
 (Sét, á sét màu xám đen, dẻo đến nửa cứng) nhƣ 
 hình 7. Chuyển vị ngang lớn nhất của vách 
 tƣờng vây cọc barrette trong giai đoạn thi công 
 tầng hầm nhƣ hình 8 là Ux = 27.54 mm < [∆] = 
 8000/200 = 40 mm thỏa điều kiện chuyển vị 
 ngang của vách tƣờng vây. 
 2.3. Chiều dày đài bè 
 Sức chịu tải của tƣờng vây có chiều dày 600 
 Hình 6. uan hệ giữa tải tr ng P và độ lún S mm đƣợc xác định nhƣ hình 9, chiều dài tƣờng 
 của c c D800, mũi c c ở độ sâu Z=65m. vây L = 35 m có sức chịu tải Vtk = 590 kN/m. Từ 
 biểu đồ quan hệ giữa chiều dày bè H và tải F 
 2.2. Kích thƣớc tƣờng vây cọc barrette truyền lên tƣờng vây nhƣ hình 10, chiều cao đài 
 Yêu cầu tƣờng vây phải đủ khả năng chắn giữ bè đƣợc giới hạn từ chiều cao đài bè theo điều 
đất xung quanh hố đào, chuyển vị ngang cho kiện xuyên thủng đài bè Hxt = 2 m đến chiều cao 
phép của tƣờng vây theo qui định để đảm bảo ổn đài bè theo sức chịu tải của tƣờng vây Hgh = 6 m. 
định cho các công trình lân cận. Ngoài ra còn Để huy động tối đa khả năng mang tải của 
phải ngăn chặn đƣợc dòng thấm dƣới đáy hố đào. tƣờng vây, trên đƣờng cong quan hệ F-H nhƣ hình 
 10 vẽ tiếp tuyến qua hai đƣờng cong tuyến tính 
 giao nhau và giống xuống, xác định đƣợc chiều cao 
 thiết kế của bè là Htk = 5 m với Hxt ≤ Htk < Hgh. 
Hình 7. Mô phỏng kiểm tra chuyển vị của t ng 
 vây c c barrette trên Plaxis 2D. 
 Hình 9. Sự thay đổi của sức chịu tải vl 
 và Vtk theo độ sâu. 
 Hình 8. Chuyển vị ngang của t ng vây c c 
 barrette trong giai đo n thi công. 
 Chọn tƣờng vây cọc barrette có bề dày d = Hình 10. uan hệ giữa chiều dày bè H 
600 mm, bê tông B50. Chiều dài tƣờng vây L = và tải F truyền lên t ng vây. 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 43 
 3. PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ 
MÓNG BÈ CỌC - TƢỜNG VÂY BẰNG 
PHẦN MỀM PLAXIS 3D 
 Trong các phân tích chiều dày bè là H = 5 m 
bê tông B50, đƣờng kính cọc khoan nhồi D = 
800 mm bê tông B50 chiều sâu mũi cọc Z = 65 
m, vách tƣờng vây cọc barrette dày d = 600 mm 
bê tông B40 chiều sâu mũi tƣờng vây Z = 35 m. 
 Trƣờng hợp 1, tƣờng vây cọc barrette và bè cọc 
làm việc độc lập với nhau theo phƣơng đứng. Khi 
đó liên kết giữa bè và tƣờng vây là liên kết ngàm 
trƣợt, đƣợc thay thế bằng 1 tấm bè có mô đun đàn Hình 13. Mô hình phần tử c c, bè, 
hồi trƣợt G12=G13=G23=0 nhƣ hình 11. t ng vây trong phần mềm Plaxis 3D. 
 29 m
 Hình 11. Liên kết ngàm tr ợt giữa 
 bè và t ng vây 51m
 Trƣờng hợp 2, tƣờng vây cọc barrette và bè 
cọc cùng làm việc đồng thời với nhau, tƣờng 
vây tham gia chịu tải công trình, liên kết giữa bè 
và tƣờng vây là liên kết ngàm. 
 Hình 14. Mặt bằng bè c c, t ng vây 
 đánh s vị trí khảo sát. 
 Khi xem xét tƣờng vây cọc barrette tham 
 gia vào chịu tải đứng cùng hệ móng bè cọc 
 nhƣ bảng 2, tải trọng tác dụng lên các cọc biên 
 Hình 12. Mô hình phần tử các lớp đất gần vách tƣờng vây giảm đi 51% đến 62% và 
 trong phần mềm Plaxis 3D. tải tác dụng lên vách tƣờng vây (Hình 15. b) 
44 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 
tăng trung bình 58% đến 69%, tải trọng tác giữa bè 22% đến 9%. Độ lún của bè giảm 
dụng lên các cọc giảm dần từ tƣờng vây vào không nhiều. 
 Bảng 2. Tải tác dụng và độ lún của các cọc, tƣờng vây tại các vị trí khảo sát trên hình 14 
 Liên kết giữa Liên kết Liên kết Phần trăm 
 bè và tƣờng vây ngàm trƣợt ngàm chênh lệch 
 N (kN) 4332 1995 54% 
 1 
 S (mm) 47.76 46.64 2% 
 N (kN) 3629 1786 51% 
 2 
 S (mm) 48.24 46.87 3% 
 N (kN) 4147 1575 62% 
 3 
 S (mm) 49.54 46.96 5% 
 N (kN) 2926 2416 17% 
 4 
 S (mm) 48.46 47.05 3% 
 N (kN) 2580 2144 17% 
 5 
 S (mm) 48.82 47.39 3% 
 Cọc khảo sát 
 N (kN) 2299 1803 22% 
 6 
 S (mm) 49.94 47.76 4% 
 N (kN) 2409 1951 19% 
 7 
 S (mm) 49.91 47.91 4% 
 N (kN) 1976 1793 9% 
 8 
 S (mm) 50.41 48.68 3% 
 N (kN) 1928 1688 12% 
 9 
 S (mm) 50.30 48.37 4% 
 N (kN) 1810 1641 9% 
 10 
 S (mm) 50.40 48.56 4% 
 N (kN/m) 237.56 770.63 69% 
 Tƣờng V1 
 S (mm) 44.53 47.02 5% 
 vây 
 N (kN/m) 245.13 577.44 58% 
 khảo sát V2 
 S (mm) 44.54 46.76 5% 
 Khi xem xét tƣờng vây cọc barrette tham gia dụng lên vách tƣờng vây (Hình 15.b) tăng trung 
vào chịu tải đứng cùng hệ móng bè cọc nhƣ bình 58% đến 69%, tải trọng tác dụng lên các 
bảng 2, tải trọng tác dụng lên các cọc biên gần cọc giảm dần từ tƣờng vây vào giữa bè 22% đến 
vách tƣờng vây giảm đi 51% đến 62% và tải tác 9%. Độ lún của bè giảm không nhiều. 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 45 
 (a) Móng bè cọc (b) Móng bè cọc - tƣờng vây 
 Hình 15. Mặt cắt khảo sát 1-1, lực d c N2 của t ng vây và bè 
 Nhƣ vậy, trong móng bè cọc kết hợp tƣờng bè cọc kết hợp tƣờng vây và bỏ hàng cọc biên 
vây, tƣờng vây ảnh hƣởng rất nhiều đến sự phân nhƣ bảng 3. Độ lún của ba phƣơng án móng là 
chia tải trong nhóm cọc, đặc biệt là tải trọng tác gần bằng nhau khoảng 5cm, nhƣng sự phân chia 
dụng lên các cọc biên ở gần tƣờng vây giảm tải giữa nhóm cọc và tƣờng vây chênh lệch 
mạnh. Để huy động nhiều hơn sức chịu tải của nhiều giữa phƣơng án móng bè cọc với móng bè 
vách tƣờng vây ta tiến hành bỏ hết các cọc biên cọc kết hợp tƣờng vây, khoảng 30% tải trọng 
gần tƣờng vây và so sánh ba phƣơng án móng công trình tác dụng lên nhóm cọc đƣợc chia qua 
bè cọc, móng bè cọc kết hợp tƣờng vây, móng cho tƣờng vây gánh chịu. 
 Bảng 3. Phân chia tải cho bè, nhóm cọc và tƣờng vây trong các phƣơng án móng 
 Móng Móng bè cọc kết hợp Móng bè cọc kết hợp tƣờng 
 Phân chia tải 
 bè cọc tƣờng vây vây, bỏ hàng cọc biên 1, 2, 3 
 302931 194116 208299 
 Nhóm cọc kN kN kN 
 79% 51% 54% 
 79179 77796 78882 
 Đài bè kN kN kN 
 21% 20% 21% 
 110198 94929 
 0 kN 
 Tƣờng vây kN kN 
 0% 29% 25% 
 Độ lún của bè 49 mm 47 mm 54 mm 
 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 20%, phần trăm chia tải lên nhóm cọc là 50%, 
 Trong móng bè cọc phần trăm chia tải lên và lên tƣờng vây là 30%. Nhƣ vậy, phần trăm 
bè khoảng 20%, 80% trăm tải còn lại do nhóm chia tải lên nhóm cọc giảm đi 30% khi có xét 
cọc gánh chịu. Khi móng bè cọc có kết hợp đến sự tham gia cùng chịu lực của hệ tƣờng 
với tƣờng vây, phần trăm chia tải lên bè là vây. Qua đó cho thấy sự tham gia chịu lực 
46 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 
đáng kể của hệ tƣờng vây, từ đó có thể thiết TÀI LIỆU THAM KHẢO 
kế số lƣợng cọc tối ƣu và tiết kiệm cho hệ 
móng bè cọc. Trong móng bè cọc kết hợp [1] Randolph MF. Design methods for pile 
tƣờng vây nếu bỏ hàng cọc biên gần vách groups and piled rafts. In: Proc. 13th 
tƣờng vây, phần trăm chia tải lên bè khoảng international conference on soil mechanics and 
20%, vách tƣờng vây 25%, nhóm cọc 55%. foundation engineering, vol. 5, New Delhi, 
Với phƣơng án móng bè cọc kết hợp tƣờng India; 1994. p. 61–82. 
vây, giảm bớt đƣợc 40 cọc trên tổng số 105 [2] Clancy P, Randolph MF. Simple design 
cọc khoan nhồi và tiết kiệm đƣợc 38% khối tools for piled raft foundations. Geotechnique 
lƣợng bê tông cọc. 1996;46(2):313–28. 
 Khi thiết kế phƣơng án móng bè cọc cho [3] Poulos HG. Piled raft foundations: 
công trình dân dụng có từ hai tầng hầm trở lên, design and applications. Geotechnique 
tƣờng vây đƣợc bố trí với yêu cầu ban đầu là 2001;51(2):95–113. 
chống đỡ áp lực đất theo phƣơng ngang khi thi [4] Horikoshi K, Randolph MF. Centrifuge 
công kết cấu móng tầng hầm. Nếu tƣờng vây modelling of piled raft foundations on clay. 
 Geotechnique 1996;46(4):741–52. 
đƣợc cắm vào các tầng đất tốt, ngƣời thiết kế 
 [5] Katzenbach R, Arslan U, Moormann C. 
cần phải kiểm tra thêm khả năng chịu tải đứng 
 Piled raft foundation projects in Germany. 
của tƣờng vây cùng tham gia chịu tải với các 
 Design Applications of Raft Foundations, 
cọc để từ đó bố trí lại số lƣợng cọc phù hợp 
 Hemsley. Thomas Telford, London; 2000. p. 
nhất, để có phƣơng án móng hiệu quả và tiết 
 323–91. 
kiệm nhất. [6] Yamashita K, Hamada J, Soga Y. 
 Để đánh giá đúng sự phân chia tải cho vách Settlement and load sharing of piled raft of a 
tƣờng vây và các cọc ta cần phải xét đầy đủ các 162m high residential tower. In: Proc. 
yếu tố trên. Phân tích 3D bằng phƣơng pháp international conference on deep foundations 
phần tử hữu hạn có thể đáp ứng đƣợc các yêu and geotechnical in situ testing, Shanghai, 
cầu nêu trên. China; 2010. p. 26–33. 
 Ng i phản biện: PGS.TS NGUYỄN VĂN DŨNG 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 47