Phân tích ảnh hưởng của việc dâng mực nước ngầm đến sức chịu tải cọc

 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 0
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA VI C DÂNG 
M C NƯỚC NG M ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỌC 
LÊ BÁ VINH
*
V CHÍ H N , LIÊN PH ỚC HUY PH ƠN 
Analyzing the Effects of Increasing Grounwater to the Pile Resistance 
Abstract: In this paper the finite element method through commercial 
software Plaxis 3D is applied to analyze the change in load bearing 
capacity of single pile and pile group when the groundwater level rises. 
The analysis results show that when the groundwater level fluctuates, 
changes in soil mechanical parameters affect the load capacity of pile, 
when the groundwater level rises, the bearing capacity of the pile is 
reduced. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 
Hiện nay, việc khai thác nƣớc ngầm trong 
các đô thị đang diễn ra với cƣờng độ cao, vào 
thời điểm nhu cầu sử dụng nƣớc sinh hoạt 
của ngƣời dân cao, các giếng khoan hoạt 
động hết công suất d n đến m c nƣớc ngầm 
giảm mạnh, vì vậy m c nƣớc ngầm sẽ giao 
động nhiều, ngoài ra những khu v c gần 
sông, rạch m c mƣớc ngầm còn ảnh hƣởng 
bởi thủy triều, và m c nƣớc ngầm còn thay 
đổi theo mùa (mùa mƣa và mùa khô) Việc 
thay đổi m c nƣớc ngầm nhƣ vậy ảnh hƣởng 
lớn đến một số công trình ngầm, kết cấu 
ngầm và đặc biệt móng là kết cấu chịu ảnh 
hƣởng lớn nhất Ngoài ra các biện pháp kiểm 
soát, cấp phép c ng nhƣ các quy định về khai 
thác nƣớc ngầm đã đƣợc áp dụng nhiều nơi 
trong hoàn cảnh th c tế nƣớc ngầm đang bị 
khai thác một cách bừa bãi và cạn kiệt Với 
các chính sách và biện pháp trên, trong tƣơng 
lai m c nƣớc ngầm sẽ có khuynh hƣớng dâng 
cao và cân bằng trở lại Với quan điểm thiết 
kế hiện nay m c nƣớc ngầm sẽ không thay 
đổi trong suốt vòng đời d án (m c nƣớc 
* B ô ị Cơ - Nề g h th t Xây d g 
T g i học Bách h - i học Q c gi Th h 
ph Hồ Chí Mi h 
 Email: lebavinh@hcmut.edu.vn 
ngầm ngay tại thời điểm khảo sát) sẽ không 
đánh giá hết đƣợc sức chịu tải cọc khi m c 
nƣớc ngầm thay đổi. Vì vậy ta cần xem xét 
đến sức chịu tải của cọc khi m c nƣớc ngầm 
thay đổi. 
Paul Robert James Morrison. (1994) tại 
trƣờng đại học London đã chỉ rằng, khi m c 
nƣớc ngầm dâng cao thì thành phần ma sát và 
ứng suất theo phƣơng đứng sẽ thay đổi, và 
chúng có ảnh hƣởng đến sức chịu tải của cọc. 
Để đánh giá một cách chính xác hơn họ đã 
tiến hành th c hiện các thí nghiệm với địa chất 
là đất sét ở London. 
Bảng 1. Thông số của mô hình 
thí nghiệm RW6-RW11 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 21 
Bảng 2. Thông số của mô hình 
thí nghiệm RW12-RW16 
Hình 1. Mô hình thí nghiệm 
Hình 2. Sơ ồ hí ghiệ 
Sau khi lắp đặt xong mô hình, tiến hành cho 
m c nƣớc ngầm tăng lên, chia làm 3 giai đoạn 
lần lƣợc là 30%, 60% và cuối cùng là 87% chiều 
dài cọc, và các đầu đo đƣợc lắp đặt và ghi lại 
ứng suất tại các vị trí 50mm, 100mm, và 
150mm. 
Từ số liệu thí nghiệm, đƣa ra một số kết luận 
nhƣ sau: 
Sức chịu tải theo thành phần ma sát thân cọc 
sẽ giảm trung bình 10% khi ứng suất hữu hiệu 
trung bình giảm 36% trên toàn bộ chiều dài cọc 
 ả 3. t quả ủa t iệ 
RW10 và RW15 
Sức chịu tải theo thành phần sức kháng m i 
sẽ giảm 20% khi ứng suất hữu hiệu tại vị trí m i 
cọc giảm 39% 
 ả 4. t quả ủa t iệ 
RW6 và RW7 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 2
2. PHÂN TÍCH ẢNH H ỞN CỦ 
VIỆC DÂN MỰC N ỚC N ẦM ĐẾN 
SỨC CHỊU TẢI CỦ CỌC 
2.1. Phân t ả ở ủa việ d 
 a ự ớ ầ đ sứ ịu tải ọ đ 
Tác giả sử dụng thông số địa chất ở Quận 2, 
TP.HCM để phân tích 
 Để xác định chính xác thông số địa chất, tác 
giả sẽ hiệu chỉnh thông số địa chất thông qua thí 
nghiệm nén tĩnh . 
 ả 5. T số ọ t 
 ả 6. T số địa ất 
Khai báo mô hình Plasix 3D cho cọc đơn: 
H h 3. iề iệ biê ô h h 
H h 4. h i bá ị chấ 
H h 5. Thi cô g cọc 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 23 
H h 6. Gi ải ch cọc 
H h 7. Mô h h hi h ích 
Theo tiêu chuẩn TCVN 10304: 2014 Móng 
Cọc - Tiêu Chuẩn Thiết Kế sức chịu tải cọc 
đƣợc xác định theo mục 7 3 xác định sức chịu 
tải cọc theo kết quả thí nghiệm hiện trƣờng, 
 sức chịu tải c c hạn của cọc Rc,u lấy bằng tải 
trọng thử cọc ứng với độ lún S đƣợc xác định 
theo công thức sau : 
S=ξSgh 
Trong đó : 
Sgh là độ lún giới hạn trung bình của móng 
nhà hoặc công trình cần thiết kế và đƣợc quy 
định trong TCVN 9362:2012 tiêu chuẩn thiết kế 
nền nhà và công trình, hoặc trong Phụ Lục E 
của tiêu chuẩn này 
ξ là hệ số chuyển tiếp từ độ lún giới hạn 
trung bình sang độ lún cọc thử tải tĩnh với độ 
lún quy ƣớc 
Hệ số ξ lấy bằng 0,2 khi thử cọc với độ lún 
ổn định quy ƣớc theo quy định trong TCVN 
9393:2012. 
Sức chịu tải cọc trong từng trƣờng hợp m c 
nƣớc ngầm thay đổi đƣợc xác định nhƣ sau: 
H h 8. Sức chị ải c c h c c cọc hi 
 c ớc g c -42m 
H h 9. Sức chị ải c c h c c cọc hi 
 c ớc g c -24m 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 4
H h 10. Sức chị ải c c h c c cọc hi 
 c ớc g c -6m 
 ả 7. ả tổ ợ sứ ịu tải ự ạ 
 ủa ọ t e a độ ự ớ ầ 
Khi m c nƣớc ngầm dâng cao sẽ làm giảm 
sức chịu tải của cọc vì khi m c nƣớc ngầm dâng 
cao ứng suất hữu hiệu giảm, các chỉ tiêu cơ lý, 
cƣờng độ đất nền giảm, d n đến giảm sức chịu 
tải của cọc 
H h 11. Bi ồ q hệ giữ c MNN 
v ức chị ải cục h c cọc 
Sức chịu tải c c hạn của cọc đơn giảm 6 8% 
khi m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình -42m 
đến -24m và giảm 21% khi m c nƣớc ngầm 
dâng lên từ cao trình -24m đến mặt đất t nhiên 
2.2. Phân tích nh hƣ ng c vi c m c nƣ c 
ng m d ng l n đ n s c ch u t i nh m cọc 
2.2.1 Thô g v . 
Tác giả sử dụng thông số địa chất và cọc nhƣ 
trên, phân tích cho đài móng có 16 cọc, kích 
thƣớc đài 7,2x7,2m, chiều cao đài 2m, cọc đƣợc 
bố trí nhƣ hình 12 
Hình 12. M b g b í cọc g i 
Hình 13. M c b í cọc g i 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 25 
Khai báo mô hình Plasix 3D cho nhóm cọc: 
Hình 14. iề iệ biê ô h h 
Hình 15. h i bá ị chấ 
Hình 16. Thi cô g cọc v i 
Hình 17. Gi ải ch i 
Hình 18. Mô h h hi h ích 
2.2.2 ế q ả h ích ức chị ải cọc 
 g h cọc: 
Sức chịu tải cọc 01 trong nhóm cọc cho từng 
trƣờng hợp m c nƣớc ngầm thay đổi đƣợc xác 
định nhƣ sau: 
H h 19. Sức chị ải c cọc 01 hi 
 c ớc g c -42m 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 6
H h 20. Sức chị ải c cọc 01 hi c ớc 
 g c -24m 
H h 21. Sức chị ải c cọc 01 hi c 
 ớc g c -6m 
Phân tích tƣơng t nhƣ cọc đơn ta thấy khi 
m c nƣớc ngầm dâng cao sẽ làm giảm sức chịu 
tải của cọc trong đài 
Phân tích s thay đổi sức chịu tải của cọc 
đơn và cọc trong nhóm cọc khi m c nƣớc ngầm 
dâng lên: 
H h 22. Sức chị ải cọc 01 v cọc ơ 
 hi c ớc g c -42m 
H h 23. Sức chị ải cọc 06 v cọc ơ 
 hi c ớc g c -42m 
H h 24. Sức chị ải cọc 15 v cọc ơ 
 hi c ớc g c -42m 
Phân tích tƣơng t cho các cọc còn lại trong 
nhóm cọc, ta sẽ có bảng tổng hợp sức chịu tải 
các cọc trong nhóm cọc thay đổi theo cao độ 
m c nƣớc ngầm nhƣ sau: 
 ả 8. ả tổ ợ sứ ịu tải ự ạ 
 ủa ọ đ và ọ tr đài t e a độ 
 ự ớ ầ 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 27 
Khi m c nƣớc ngầm thay đổi sức chịu tải của 
tất cả các cọc trong nhóm cọc thay đổi gần nhƣ 
giống nhau 
Sức chịu tải c c hạn của cọc trong nhóm cọc 
giảm 6 8% khi m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình 
-42m đến -24m và giảm 28 7% khi m c nƣớc ngầm 
dâng lên từ cao trình -24m đến mặt đất t nhiên 
Ở cùng cao trình m c nƣớc ngầm, sức chịu 
tải c c hạn của cọc trong nhóm cọc giảm trung 
bình 36% so với cọc đơn. 
 ả 9. ả tổ ợ sứ ịu tải ự ạ ủa ọ tr đài t e a độ ự ớ ầ 
2.3. N ậ x t và t ả uậ 
Khi thiết kế móng cọc nói riêng và nền móng 
nói chung, ta cần xác định cao độ m c nƣớc 
ngầm tại vị trí bất lợi nhất có thể xảy ra, đặc biệt 
những khu v c có m c nƣớc ngầm dao động 
lớn, những khu v c m c đông dân cƣ m c nƣớc 
ngầm có thể dao động trong ngày, ngoài ra 
những khu v c gần sông, rạch m c mƣớc ngầm 
còn ảnh hƣởng bởi thủy triều và m c nƣớc 
ngầm còn thay đổi theo mùa 
Do đó trƣớc khi đi vào thiết kế ngoài h sơ 
khảo sát địa chất, ngƣời thiết kế cần thu thập, 
tìm hiểu quá trình biến động của m c nƣớc 
ngầm trong quá khứ c ng nhƣ d đoán xu 
hƣớng m c nƣớc ngầm trong tƣơng lai, từ đó 
ngƣời thiết kế có thể l a chọn cao độ m c nƣớc 
ngầm hợp lý, phòng tránh đƣợc những rủi ro 
cho công trình khi m c nƣớc ngầm dâng lên 
3. ẾT LUẬN VÀ IẾN N HỊ 
Sức chịu tải c c hạn của cọc khi m c nƣớc 
ngầm dâng lên đƣợc phân tích trong 2 trƣờng 
hợp là cọc đơn và nhóm cọc đều giảm Trong đó 
sức chịu tải c c hạn của cọc trong đài giảm 6 8% 
khi m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình -42m 
đến -24m và giảm trung bình 32% khi m c nƣớc 
ngầm dâng lên từ cao trình -24m đến mặt đất t 
nhiên Sức chịu tải c c hạn của cọc trong nhóm 
cọc giảm trung bình 36% so với sức chịu tải c c 
hạn cọc đơn ở cùng cao trình m c nƣớc ngầm 
Vì vậy, s dâng lên của m c nƣớc ngầm cần 
đƣợc lƣu ý trong quá trình thiết kế, để đảm bảo 
điều kiện làm việc bình thƣờng và kết cấu an 
toàn trong suốt vòng đời d án Đối với những 
công trình quan trọng, xây d ng trên khu v c 
địa chất có m c nƣớc ngầm nhiều biến động, ta 
cần quan trắc m c nƣớc ngầm theo thời gian để 
có biện pháp xử lý kịp thời khi m c nƣớc ngầm 
dâng cao, nhằm đảm bảo an toàn cho công trình 
c ng nhƣ thu thập số liệu làm cơ sở thiết kế cho 
các d án tiếp theo 
TÀI LIỆU TH M HẢO 
1. TCVN 10304:2014 Móng Cọc-Tiêu chuẩn 
thiết kế 
2. TCVN 9393:2012 - Cọc - Phƣơng pháp 
thử nghiệm tại hiện trƣờng bằng tải trọng tĩnh 
ép dọc trục 
3. Morrison, P.D.J. (1994). Performance of 
foundations in a rising groundwater 
environment. (Unpublished Doctoral thesis, 
City University London). 
Ng i hả biệ : PGS,TS NGUYỄN HUY PHƢƠNG