Luận án Tiến sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến khả năng chịu tải dọc trục và độ lún của nhóm cọc thẳng đứng

Ký hiệu Đơn vị Đại lượng f s kPa Sức kháng bên đơn vị L m Chiều dài phần cọc nằm trong đất m 1 cọc Số cọc theo phương dọc của nhóm cọc m 2 cọc Số cọc theo phương ngang của nhóm cọc n

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS TS TÔ VĂN LẬN

2 GS NGUYỂN CÔNG MẪN

Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2017

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

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

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

2.1.1 Qui trình gia tải nén tĩnh nhóm cọc 24

2.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ LỆ NHỎ CHO THÍ

N GHIỆM 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 n ghiệm 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

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

H ƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN ……… 125

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ……… 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 128

PHỤ LỤC ……… 133

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 (Q ult ) 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 (R S ) của các nhóm 4 cọc ………… 84

Bảng 3.2 Kết quả tính toán tỷ số độ lún (R S ) của các nhóm 6 cọc ………… 84

Bảng 3.3 Kết quả tính toán tỷ số độ lún (R S ) của các nhóm 9 cọc ………… 85

Bảng 3.4 Kết quả tính toán tỷ số độ lún (R S ) 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

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

cọc trong nhóm 6 cọc có tỷ số L/d=30 ……… 54

Hình 2.22 Đồ thị Sức kháng mũi đơn vị (q p ) – Độ lún (U) của các cọc

trong nhóm 6 cọc có tỷ số L/d=30 ……… 54

Hình 2.23 Đồ thị Sức kháng bên đơn vị TB (f s )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 (q p ) – 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 Bi ểu đồ quan hệ tỷ lệ của lực phân phối vào từng cọc trên tải tr ọng trung bình của cọc (r i ) trong nhóm theo t ỷ 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 R S – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=3 ……… 86

Hình 3.7 Biểu đồ R S – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=4 ……… 86

Hình 3.8 Biểu đồ R S – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=5 ……… 86

Hình 3.9 Biểu đồ R S – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=6 ……… …… 86

CHƯƠNG 4

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 (R S ) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=3 ……… 107

Hình 4.20 Tỷ số độ lún (R S ) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=4 ……… 107

Hình 4.21 Tỷ số độ lún (R S ) trong các nhóm cọc có tỷ số S/d=5 ……… 107

Hình 4.22 Tỷ số độ lún (R S ) 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 R S –n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=3 ……… 113

Hình 5.3 Biểu đồ R S –n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=4 ……… 113

Hình 5.4 Biểu đồ R S –n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=5 ……… 113

Hình 5.5 Biểu đồ R S –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

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỈ SỐ

 ij - Hệ số tương tác giữa cọc i và cọc j

 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

A p m2 Diện tích tiết diện ngang của cọc

A S 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

E S MPa Mô đun đàn hồi của đất

E 1 MPa Mô đun đàn hồi trung bình của đất dọc thân cọc

E 2 MPa Mô đun đàn hồi của đất dưới mũi cọc

E p MPa Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc

E r MPa Mô đun đàn hồi của đài cọc

G S MPa Mô đun trượt của nền đất

Ký hiệu Đơn vị Đại lượng

f s kPa Sức kháng bên đơn vị

L m Chiều dài phần cọc nằm trong đất

m 1 cọc Số cọc theo phương dọc của nhóm cọc

m 2 cọc Số cọc theo phương ngang của nhóm cọc

n cọc Tổng số cọc trong nhóm

q p kPa S ức kháng mũi đơn vị huy động giữa cọc – đất

P kN Lực nén tác dụng vào cọc hoặc nhóm cọc

Q a kN Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn

Q b kN Sức kháng mũi của cọc đơn

Q f kN Sức kháng bên của cọc đơn

Q s kN Sức chịu tải của cọc đơn

Q g kN Sức chịu tải của nhóm cọc

r i - Tỷ lệ giữa lực của cọc thứ i trên lực TB của cọc trong nhóm

R µ  Biến dạng dọc trục của cọc

R S - Tỷ số độ lún của nhóm cọc

S m Khoảng cách giữa các cọc trong nhóm

S max m Bán kính giới hạn vùng ảnh hưởng của cọc trong nhóm

S gh mm Độ lún giới hạn của công trình

t r mm Chiều cao của đài cọc

[U] mm Độ lún cho phép của cọc khi thử tĩnh xác định theo

U g mm Độ lún ứng với tải trọng giới hạn của nhóm cọc

U av mm Độ lún của cọc đơn ứng với tải trọng TB của cọc trong nhóm

U 1 mm Độ lún của cọc dưới tác dụng của tải trọng đơn vị

V i kN Lực phân phối cho cọc thứ i trong nhóm

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

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:

- 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

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

 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;

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:

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

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;

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

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

C hương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÓM CỌC 1.1 KHÁI QUÁT VỀ HIỆU ỨNG NHÓM

Để chịu được tải

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

Vùng chồng ứng suất của 4 cọc

Vùng ch ồng ứng

su ất của 3 cọc

Vùng phân bố ứng suất xung quanh nhóm c ọc

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:

L

 Với:

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

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

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:

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

16 16 0.776

Hình 1.3 Xác định hệ số nhóm () theo nguyên tắc của Feld (1943)

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:

’S - Hiệu số hình học, biến thiên trong khoảng [0,6 ÷ 2,5]

 1   2 

g S

P'

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

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:

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 S

R  0,29nR Với: R = nS

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:

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

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

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

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

 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

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

 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

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:

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:

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)

 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,

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

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

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]:

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];

2.1.2.3 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:

i ult p

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:

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

Sức kháng mũi đơn vị huy động giữa cọc – đất, xác bằng công thức:

b

p 2

Nq

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

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