Tối ưu hóa hệ móng bè cọc của cống kênh thủy lợi

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 81 
TỐI ƯU HÓA H MÓNG BÈ CỌC 
CỦA CỐNG KÊNH THỦY LỢI 
LÊ BÁ VINH
ĐOÀN TẦN DUY* 
N UYỄN NHỰT NHỨT 
Optimization of rafts- piles foundations of irrigation canals. 
Abstract: Reinforced concrete sluices are used for tidal control and water 
regulation in irrigation systems. With the structure of the culvert bottom 
slab which is also the foundation on the reinforced concrete pile 
foundation, the culvert foundation structure acts as the pile raft system. 
The method of calculating pile foundation culverts with the concept of the 
pile bearing the entire vertical weight of the project and evenly spreading 
the piles on the sluice bottom slab is applied by many designers, making 
the calculation and arrangement of piles simple. but will not reflect the 
actual working model of the actual pile foundation system. The author has 
applied PDR method (Poulous - Davis - Randolph) and Plaxis 3D 
software to analyze pile foundation foundation and evaluate the 
applicability of the two methods in each foundation design stage. 
Proposing an effective pile arrangement under the culvert bottom slab to 
optimize the placement of the piles under the raft to maximize the pile load 
capacity and save 41% of the number of piles arranged under the culvert 
bottom slab. 
Keywords: Reinforced concrete sluices, numerical analysis, piled raft 
foundation, PLAXIS 3D. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 
Hiện nay, đối với các công trình cống kênh 
thủy lợi có nhiệm vụ chính là kiểm soát, điều 
tiết ngu n nƣớc (mặn, lợ, ngọt), Hình 1 Bản 
đáy cống kênh đặt tr c tiếp trên nền cọc bê tông 
cốt thép và đất nền bên dƣới, do đó hệ kết cấu 
móng của cống kênh làm việc nhƣ 1 hệ móng bè 
cọc, Hình 2. 
Thông thƣờng, ngƣời thiết kế sẽ tính toán kết 
cấu móng với quan niệm là các cọc chịu toàn bộ 
tải trọng đứng của công trình và bố trí rãi đều 
* B ô ị cơ – Nề g Kh th y d g 
T g i học Bách h - i học Q c gia Thành 
ph Hồ Chí Mi h. 
 Email:dbtduy.sdh19@hcmut.edu.vn 
các cọc dƣới bản đáy Có thể thấy rằng, với 
quan niệm tính toán nhanh và bố trí cọc đơn 
giản sẽ không phản ánh đúng mô hình làm việc 
của hệ móng ngoài th c tế, Hình 3 Hiện nay, đã 
có các nghiên cứu và phƣơng pháp tính toán 
móng bè cọc làm việc đ ng thời 1 , 2 , 3 
Tác giả ứng dụng phƣơng pháp giải tích theo lý 
thuyết của Poulous – Davis – Randolph (PDR) 
để phân tích ứng xử phân chia tải của móng bè 
cọc cống kênh và sử dụng phƣơng pháp số để mô 
phỏng lại móng bè cọc cống kênh trên phần mềm 
Plaxis 3D Kết quả phân tích giúp ta hiểu r s 
làm việc th c tế của móng bè cọc và có phƣơng 
án bố trí cọc làm việc tối ƣu và hiệu quả hơn về 
kinh tế nhƣng v n đảm bảo công trình ổn định 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 82 
Hình 1. C g ê h h y ợi 
Hình 2. M g bè cọc c g ê h 
 T ơ g ác cọc- ấ ;  T ơ g ác cọc-cọc; 
 T ơ g ác bè- ấ ;  T ơ g ác bè-cọc; 
H h 3. Hiệ ứ g ơ g ác giữ ấ v g 
bè cọc c ze b ch e . 1998 d 
Katzenbach et al. (2000) 
2. PHÂN TÍCH ẾT CẤU MÓN CHO 
CÔN TRÌNH CỤ THỂ 
 2.1. Mó è ọ ố ê 
H h 4. M b g b í cọc d ới 
c g ê h 
Công trình cống kênh thủy lợi với kích thƣớc 
móng bè cọc có chiều dài Lm = 39m và chiều 
rộng Bm = 22m, chiều dày bản đáy dm = 1,0m, 
chiều dày bản thành t = 1,0m, tổng tải tác dụng 
lên bè bao g m công trình bên trên cống và 
trọng lƣợng bản thân của cống là Q = 56007kN 
Công trình sử dụng cọc bê tông cốt thép vuông 
cạnh (0,35x0,35)m, chiều dài cọc Lc = 22m với 
sức chịu tải của cọc theo thiết kế Ptk = 1600kN. 
Số lƣợng cọc cần bố trí dƣới bè n = 77 cọc, 
Hình 4. 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 83 
2.2. P á P u us - Davis - 
Ra d (PDR) và á ầ tử 
 ữu ạ ( ầ ề P axis 3D) 
Tổng hợp từ nhiều nghiên cứu trên thế giới, 
tác giả chia các phƣơng pháp phân tích móng bè 
cọc thành các phƣơng pháp sau: 
Phƣơng pháp tính toán đơn giản bao g m 
các phƣơng pháp của Poulos và Davis (1980) 
[4], Randolph (1983) [5], Poulos (2001) [6]. 
Các phƣơng pháp này đƣợc xây d ng d a trên 
lý thuyết đàn h i tuyến tính 
Phƣơng pháp phần tử hữu hạn là một trong 
các phƣơng pháp mạnh nhất để phân tích móng 
bè cọc Trong phƣơng pháp này, các kết cấu 
g m bè cọc và nền đều đƣợc rời rạc hóa Khi đó 
số lƣợng phƣơng trình cân bằng sẽ rất lớn, chỉ 
có thể tính toán d a vào máy tính ở đây tác 
giả sử dụng phần mềm Plaxis 3D 
H h 5. Mô h h g bè cọc ê h ề 
Plaxis 3D 
 Kết quả phân tích móng bè cọc cống 
kênh theo phƣơng pháp PDR: 
Với phƣơng pháp PDR, xác định khả năng 
mang tải của nhóm cọc, khả năng mang tải của 
bè và độ lún của móng bè cọc 
Móng bè cọc thỏa các điều kiện về độ lún 
của móng bè cọc cống kênh ở Bảng 1 
B ng 1. B ng kiểm tr độ lún c m ng bè cọc 
S ố t 
(cm) 
Stứ t ời 
(cm) 
S 
(cm) 
[S] 
cho phép 
(cm) 
S ≤ [S] 
cho phép 
1,68 1,44 3,11 8 Thỏa 
H h 6. Bi ồ q hệ ải ọ g v ú 
 g bè cọc í h he PDR. 
 ả 2. ả ia tải ủa ó è ọ 
 ố ê t t e PDR 
Cọ 
 ịu 
Qp 
(kN) 
Bè 
 ịu 
Qr 
(kN) 
% 
 ọ 
 ịu 
αp 
% 
Bè 
 ịu 
αr 
Tổ tải 
 Q 
 (kN) 
50.500 5.507 90,2 9,8 56.007 
Ta thấy trên Hình 6 khi độ lún của móng tăng 
cao thì phần trăm phân chia tải lên bè tăng và 
phân chia tải lên nhóm cọc giảm Theo Bảng 2 
nhận xét thấy phần trăm phân chia tải lên bè 
chiếm khoảng 9,8% và độ lún của móng bè 
cống kênh khoảng 3,11cm là không lớn 
 Kết quả phân tích móng bè cọc cống kênh 
theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn (phần mềm 
Plaxis 3D: 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 84 
 ả 3. T số địa ất á ớ đất tr 
mô hình PLAXIS 3D 
Đặc 
trƣng 
Đơn vị 
Lớp 1: Sét 
hữu cơ, 
xám xanh, 
nâu đen 
Lớp 2: Sét 
xám nâu, 
xanh vàng, 
xám tro 
Material 
model 
Model 
Hardening 
soil 
Hardening 
soil 
Drainage 
type 
Type Undrained Undrained 
hi m 17 12 
γunsat kN/m
3
 15,6 19,1 
γsat kN/m
3
 15,7 19,2 
e0 - 1.951 0.852 
kx m/day 8,424E-03 8,424E-03 
ky m/day 3,370E-03 3,370E-03 
E
ref
50 kN/m
2
 6830 13198 
E
ref
odm kN/m
2
 6830 13198 
E
ref
ur kN/m
2
 20490 39594 
m - 0,5 1 
c' kN/m
2
 17,9 33 
 ' 18,28 23,68 
 0,2 0,2 
Để tƣơng đ ng với phƣơng pháp tính PDR 
là bỏ qua độ cứng của bản thành cống kênh, 
xem tổng tải tác dụng lên bè là tải phân bố đều 
với giá trị q = Q (Bm.Lm) = 56007/(39x22) = 
65,26 kN/m
2
. 
L c dọc trong cọc Hình 8, tải tác dụng lên 
cọc lớn nhất |N|max = 1508kN < Ptk = 1600 kN, 
thỏa điều kiện tải trọng tác dụng lên cọc và thỏa 
điều kiện độ lún của móng bè cọc cống kênh ở 
Bảng 4. 
H h 7. L ới h ử c ô h h g 
 h ề Plaxis 3D 
H h 8. L c dọc c cọc g P xi 3D. 
 ả 4. ả iể tra độ ú ủa ó è 
 ọ , ỏ P axis 3D 
S (cm) Scho phép (cm) S ≤ Scho phép 
2,99 8 Thỏa 
 ả 5. ả ia tải ủa ó 
 è ọ ố ê t t e P axis 3D 
Cọ 
 ịu 
Qp 
(kN) 
Bè 
 ịu 
Qr 
(kN) 
% 
 ọ 
 ịu 
αp 
% 
Bè 
 ịu 
αr 
Tổ tải 
 Q 
 (kN) 
50.928 5.079 91,0 9,0 56.007 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 85 
Phần trăm chia tải lên bè thấp khoảng 9% 
trong Bảng 5, do độ lún của bè không lớn chỉ 
khoảng 2,99cm Bảng 4. 
 So sánh kết quả tính toán theo phƣơng 
pháp PDR và Plaxis 3D. 
H h 9. ú c g bè cọc c g ê h 
tính theo PDR và h ề Plaxis 3D 
H h 10. Ph ă chi ải c g bè cọc 
c g ê h he PDR v h ề Plaxis 3D. 
Độ lún của móng bè cọc cống kênh tính theo 
PDR và phần mềm Plaxis 3D trên Hình 9 có s 
tƣơng đ ng nhau, nhƣng xu hƣớng tính lún theo 
phƣơng pháp PDR cho ra độ lún của móng bè 
cọc lớn hơn độ lún của móng bè khi tính theo 
phần mềm Plaxis 3D Điều đặt biệt ở đây là 
phần trăm chia tải của móng bè cọc trên Hình 
10, ta nhận thấy s phân chia tải lên bè là rất 
nhỏ và khoảng dƣới 10% là do tải trọng của 
công trình tác dụng theo phƣơng đứng không 
quá lớn, độ lún của móng bè cọc không lớn 
Nhƣ đã nói ở trên, khả năng tham gia gánh tải 
công trình của bè có hiệu quả cao khi móng bè 
cọc đạt một độ lún lớn 
3. TỐI U HÓ Ố TRÍ CỌC CHO 
MÓN È CỌC CỐN ÊNH 
Trong phƣơng án móng bè cọc cho công 
trình cống kênh, việc bố trí các cọc sao cho tối 
ƣu và hiệu cần đƣợc quan tâm một cách nghiêm 
túc hơn, chứ không phải lúc c ng bố trí cọc với 
phƣơng án rãi đều các cọc dƣới bè Tác giả tiến 
hành khảo sát tiếp tục mô hình móng bè cọc 
cống kênh với phƣơng án 77 cọc nhƣ Hình 4, 
Hình 11 và xem xét loại bỏ hoặc rút ngắn các 
cọc chịu tải nhỏ, làm việc không hiệu quả 
Hình 11. Mô hình c g bè cọc ê h 
 ề Plaxis 3D 
H h 12. M g bè cọc c g ê h 
TH1: L0 = L1 = L2 = L3 = L4 = L5 = 22m 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 86 
H h 13. M g bè cọc c g ê h 
TH2: L0 = L2 = L3 = L5 = 22m 
H h 14. M g bè cọc c g ê h 
TH3: L0 = L2 = L3 = L5 = 22m 
Hình 15. M g bè cọc c g ê h 
TH4: L0 = L3 = 22m. 
H h 16. M g bè cọc c g ê h 
TH5: L0 = L3 = 22m. 
H h 17. M g bè cọc c g ê h 
TH6: L0 = 22m. 
Hình 18. L c dọc g cọc c TH1 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 87 
Do đặc điểm phân bố l c của cống kênh tập 
trung phân bổ nhiều ở vị trí thành cống và mép 
biên của bè móng, vì thế mà tải trọng tác dụng 
nhiều vào các cọc ở vị trí thành cống và ở biên, 
còn các cọc ở giữa chịu tác dụng của tải trọng 
nhỏ hơn nhƣ trên Hình 18 Từ hiệu quả làm việc 
của các cọc giữa là không nhiều, nên tác giả 
khảo sát các trƣờng hợp loại bỏ các cọc L1, L2, 
L3, L4, L5 nhƣ trên Hình 13; Hình 14; Hình 15; 
Hình 16; Hình 17. 
H h 19. Giá ị ú c các g hợ 
 i bỏ cọc 
Hình 20. Ph ă chi ải ê g bè cọc 
c các g hợ i bỏ cọc. 
Hình 21. L c dọc g cọc c TH6. 
Độ lún của các trƣờng hợp loại bỏ cọc Hình 
12, Hình 13, Hình 14, Hình 15, Hình 16, Hình 
17 không thay đổi nhiều, khoảng 3,9cm Từ 
các phƣơng án tối ƣu hóa bố trí cọc dƣới bè 
cống kênh thì phƣơng án loại bỏ hết các cọc 
làm việc không hiệu quả trong trƣờng hợp TH6 
đem lại hiệu quả tiết kiệm nhất và giảm đƣợc 
cọc bố trí dƣới bè, tiết kiệm đƣợc 41% số 
lƣợng cọc nhƣng v n đảm bảo đƣợc khả năng 
chịu tải của cọc |N|max =1568kN < Ptk =1600 
kN và thỏa điều kiện độ lún của móng bè cọc 
cống kênh S = 3,9cm < S = 8cm 
4. ẾT LUẬN 
Thông qua việc so sánh hai phƣơng pháp 
tính PDR và phần mềm Plaxis 3D cho kết cấu 
móng bè cọc cống kênh và các trƣờng hợp tối 
ƣu hóa bố trí cọc dƣới bè đáy cống kênh, tác 
giả rút ra đƣợc những kết luận nhƣ sau: 
- Kết quả tính toán theo phƣơng pháp PDR 
và phần mềm Plaxis 3D cho kết quả độ lún và 
phân chia tải của móng bè cọc tƣơng đƣơng 
nhau, nhƣng phƣơng pháp PDR không xem xét 
đƣợc độ lún lệch trong móng, c ng nhƣ nội l c 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 88 
trong bè và các cọc Do đó, phƣơng pháp PDR 
chỉ nên đƣợc sử dụng trong tính toán thiết kế 
sơ bộ móng bè cọc, để xem xét đầy đủ các yếu 
tố về hình dạng kết cấu bản đáy, bản thành và 
công trình phụ trợ bên trên cống cùng làm việc 
đ ng thời với đất nền ta cần phải sử dụng 
phƣơng pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng và 
phân tích đúng đắn hơn 
- Tối ƣu hóa bố trí cọc dƣới bè giúp tận 
dụng tối khả năng chịu tải của cọc và tiết kiệm 
đƣợc 41% số lƣợng cọc bố trí dƣới bản đáy 
cống kênh Việc bố trí cọc dƣới móng bè cọc 
cống kênh cần đƣợc phân tích thật cẩn thận khi 
tải trọng tác dụng lên bè tập trung cục bộ tại 
các thành cống, do đó cần tập trung bố trí các 
cọc dọc theo bên dƣới thành cống và dọc theo 
mép biên của bè (b í cọc he ch vi c bả 
 áy c g ẽ giú ch c g ê h chị ợc ải 
 ọ g g g hơ hi g cử c g ch 
dò g ớc). 
Lời ả 
Chúng tôi xin cảm ơn Trƣờng Đại học Bách 
Khoa, ĐHQG-HCM đã hỗ trợ thời gian, phƣơng 
tiện và cơ sở vật chất cho nghiên cứu này 
TÀI LIỆU TH M HẢO 
[1] Katzenbach R, Arslan U, Moormann C. 
(2000) Piled raft foundation projects in 
Germany Design pplications of Raft 
Foundations, Hemsley. Thomas Telford, 
London; pp. 323–91. 
[2] Badelow, F., Kim, S., Poulos, H.G. and 
 bdelrazaq, (2009) Foundation design for a 
tall tower in a reclamation area Proc 7th Int 
Conf. Tall Buildings, Hong Kong, Ed. F.T.K. 
Au, Research Publishing, pp.815-823. 
[3] Yamashita K, Hamada J, Soga Y. (2010) 
 Settlement and load sharing of piled raft of a 
162m high residential tower In: Proc 
international conference on deep foundations 
and geotechnical in situ testing, Shanghai, 
China; pp. 26–33. 
[4] H. G. Poulos and E. H. Davis, Pile 
Foundation Analysis and Design. New York: 
Wiley, 1980. 
[5] M. F. Randolph, Design of pile raft 
foundations: Cambridge University Engineering 
Department, 1983. 
 6 H Poulos, Pile raft foundations: design 
and applications, Geotechnique, vol 51, pp 
95-113, 2001. 
[7] PLAXIS 3D Manual 2018.
Ng i hả biệ : GS, TS NGUYỄN VĂN THƠ