Nghiên cứu sức mang tải dọc trục của cọc phức hợp trụ đất xi măng kết hợp ống thép có cánh xoắn

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 59 
NGHIÊN CỨU SỨC MANG TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC PHỨC HỢP 
TRỤ ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP ỐNG THÉP CÓ CÁNH XOẮN 
NGUYỄN BÁ ĐỒNG, NGUYỄN ĐỨC MẠNH* 
Study of axial compressive bearing capacity for composited cement soil 
pile from field test and numerical model in Vietnam 
Abstract: Composite cement soil pile is one kind of pile which is made of 
cement soil colunm outside and screw-winged steel pipe inside. The load 
bearing capacity of this pile includes both the cement pile and screw-
winged steel pipe in the ground. Currently, in Vietnam, this pile is still 
quite new and there have not been many researches or applications of this 
technology. In this paper, full scale tests of steel pipe pile with wings 
which installed in soil cement column were conducted in soft soil layer in 
Hanoi city by using static axial compressive load test. The test results and 
numerical models shown that ultimate compressive resistance capacity of 
composite cement soil pile is significantly different with or without 
reinforced concrete piles. 
Keywords: Cement soil pile, model, screw piles, load bearing capacity, 
composited cement soil pile 
1. GIỚI THIỆU* 
Cọc đất xi măng phức hợp đƣợc cấu tạo từ 
các ống thép có cánh xoắn đặt trong lòng trụ 
(cọc) đất xi măng đã thi công trƣớc đó bằng 
phƣơng pháp trộn sâu (Hình 1). Loại cọc này 
đƣợc phát triển đầu tiên tại Nhật Bản, dạng 
chuẩn của tập đoàn vật liệu xây dựng Asahi 
Kasei gọi là cọc vít ATT (Asahikasei Tenox 
Technology) [2,3,4]. Với nhiều ƣu điểm nổi bật 
của cọc này nhƣ khả năng chịu tải đứng, ngang 
và nhổ lớn, độ rung và tiếng ồn khi thi công 
thấp, ít ô nhiễm môi trƣờng, thuận tiện với khu 
vực xây chen nên loại cọc này đƣợc nghiên 
cứu, phát triển và các ứng dụng rộng rãi ở Nhật 
Bản. Tại Việt Nam, công nghệ này mới đƣợc 
nghiên cứu và áp dụng tại một vài công trình 
và cũng đã cho thấy những hiệu quả tích cực 
nhất định [5]. 
Trong trƣờng hợp chịu tải trọng nén thẳng 
* Bộ môn Địa kỹ thuật, khoa Công trình, tr ng Đ i h c 
Giao thông Vận tải 
 Email:nbdong@utc.edu.vn; 
 nguyenducmanh@utc.edu.vn 
đứng, sức chịu tải của trụ đất gia cố xi măng có 
đƣợc chủ yếu từ ma sát xung quanh thân trụ - 
cọc. Và vì vậy, để huy động toàn bộ trụ đất gia 
cố xi măng cùng chịu lực thì phải tăng cƣờng độ 
đất gia cố xi măng, nhƣng khi đó khả năng nứt 
cọc dễ xảy ra. Nhằm phát huy tính hiệu quả của 
trụ đất gia cố xi măng khi mà nó bị khống chế 
về mặt cƣờng độ, ống thép có cánh ở tâm của 
chúng nhằm phân bố tải trọng lên phần trụ đất 
gia cố xi măng [2,6]. 
Liên quan tới sự làm việc của cọc đất xi 
măng phức hợp cũng nhƣ cọc ATT, một số công 
bố cũng đã đƣợc giới thiệu, đáng chú nhƣ 
nghiên cứu của Zhang D. (1999) [2,9] và 
Narasimha Rao (1989, 1999) [2,3,5],.... Các 
nghiên cứu tập trung nhiều vào việc xác định sự 
phụ thuộc của đƣờng kính và khoảng cách giữa 
các cánh vít tới sự làm việc của cọc. 
Ở Việt Nam, ngoài một vài công bố về ảnh 
hƣởng đƣờng kính, khoảng cách cánh vít, cƣờng 
độ cọc đất xi măng, mô hình ứng xử liên quan 
sức kháng dọc của Viện Khoa học công nghệ 
xây dựng (IBST), Phạm Hoàng Kiên, Phạm 
Quốc Thắng, Nguyễn Giang Nam (2014, 2015) 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 60 
[3,6], Nguyễn Đức Mạnh và Vũ Tiến Thành 
(2016) [5], các nghiên cứu khác về sự làm việc 
của loại cọc đất xi măng phức hợp này còn hạn 
chế và đặc biệt là các nghiên cứu về sự tập trung 
ứng suất cũng nhƣ phân bố tải trọng dọc theo 
thân cọc. Vì vậy, để từng bƣớc làm rõ hơn về 
nguyên lý làm việc cũng nhƣ ứng xử của loại 
cọc đất xi măng phức hợp này khi chịu tải, việc 
phân tích kết quả thí nghiệm nén tĩnh trên mô 
hình thực tại Việt Nam kết hợp với mô hình 
phỏng số là cần thiết, giúp cho công tác thiết kế 
và áp dụng trong điều kiện nƣớc ta đƣợc dễ 
dàng và hiệu quả hơn. 
Hình 1. Cấu t o c c đất xi măng phức hợp 
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT DỰ TÍNH SỨC 
MANG TẢİ CỦA CỌC ĐẤT Xİ MĂNG 
PHỨC HỢP 
Cọc đất xi măng phức hợp là sự kết hợp giữa 
ống thép có cánh xoắn (cọc vít truyền thống) và 
trụ đất gia cố xi măng thi công trộn sâu. Đối với 
sự làm việc của cọc vít truyền thống phụ thuộc 
vào đƣờng kính cánh vít, khoảng cách giữa các 
cánh vít và cƣờng độ của lớp đất giữa các cánh vít 
(D. Zhang, 1999; Narasimha Rao, 1989; nnk) 
[2,3,7,9]. Kết quả nghiên cứu cọc vít truyền thống 
cho thấy trƣờng hợp khoảng cách giữa các cánh 
vít nhỏ khi phá hoại khối đất giữa các cánh vít tạo 
thành một khối. Trong khi đó khi khoảng cách 
giữa các cánh vít lớn thì đất khối đất giữa các 
cánh vít không thành khối [6,11]. Điều này dẫn 
đến khoảng cách giữa các cánh vít phải nằm trong 
giới hạn nào đó thì khi phá hoại đất giữa các cánh 
vít đƣợc hình thành khối và mặt phá hoại sẽ là mặt 
trụ bao quanh khối đất. 
Theo Narasimha Rao và các cộng sự, khi tỷ 
số khoảng cách cánh vít so với đƣờng kính cánh 
vít - S/D < 2, thì mô hình tính toán sức chịu tải 
đứng cọc vít theo mặt hình trụ bao quanh cánh 
vít, còn khi S/D >2 dùng mô hình tính sức chịu 
tải cọc của từng cánh vít (Hình 2). 
a) 
b) 
Hình 2. Mô hình tính sức chịu tải theo từng cánh vít (2a) 
và mặt hình trụ bao quanh cánh vít (2b) (Narasimha Rao,1991) 
Qc- Lực nén Qc- Lực nén 
Ma sát 
thân cọc 
Ma sát 
thành trụ 
đất 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 61 
Trong khi đó đối với cọc đất xi măng phức 
hợp thì giữa các cánh vít không phải đất yếu mà 
là đất yếu đã đƣợc gia cố bằng xi măng, với 
cƣờng độ đƣợc tăng lên nhiều so đất nền hiện tại, 
do đó mô hình sử dụng để dự tính sức chịu tải 
dọc trục của cọc phức hợp thƣờng lựa chọn là mô 
hình mặt trụ bao quanh các cánh vít [2,3,6,9]. 
Tuy nhiên để có mô hình là mặt trụ bao quanh 
cánh vít thì khoảng cách giữa các cánh vít phải 
đảm bảo khoảng cách nhất định (S/D < 2). 
Cọc đất xi măng phức hợp hiện còn khá mới 
mẻ ở nƣớc ta, nên đến nay vẫn chƣa có tiêu 
chuẩn hƣớng dẫn thiết kế cụ thể, chủ yếu sử dụng 
các tài liệu chuyển đổi từ các tiêu chuẩn Nhật 
Bản và kết quả nghiên cứu bƣớc đầu của viện 
Khoa học Công nghệ xây dựng (IBST) kết hợp 
cùng công ty Tenox Technology thực hiện từ 
2013-2014. Theo đó, khi thiết kế loại cọc này, 
sức kháng dọc trục đƣợc dự tính theo tiêu chuẩn 
của Nhật Bản [1,4,7,8,11], theo điều kiện đất nền 
và vật liệu thép làm phần ống có cánh vít. 
Hình 3. Mô hình dự tính sức kháng đỡ cọc phức hợp 
* Sức kháng d c trục theo đất nền 
  cuspa LqLNANR .
2
1
(1) 
Trong đó: α- Hệ số khả năng chịu lực ở đầu 
cọc (α=250); β- Hệ số ma sát thân cọc trong nền 
đất cát (thỏa mãn điều kiện 5010 ss NN ); γ- 
Hệ số ma sát thân cọc trong nền đất sét (thỏa 
mãn điều kiện 108.0 
uu
qq ); N - Giá trị xuyên 
tiêu chuẩn (SPT) trung bình tại mũi cọc (đƣợc 
lấy lên trên mũi cọc và dƣới mũi cọc tƣơng 
đƣơng một lần đƣờng kính cánh vít); Ap- Diện 
tích có hiệu của mặt cắt ngang mũi cọc (m2); 
sN - Giá trị SPT trung bình của các lớp đất cát 
xung quanh mũi cọc;
sL -Tổng chiều dài hữu 
hiệu của phần thân cọc tiếp xúc với đất cát (m); 
u
q Giá trị trung bình của cƣờng độ chịu nén một 
trục các lớp đất sét xung quanh thân cọc 
(kN/m
2
); Lc-Tổng chiều dài hữu hiệu của phần 
thân cọc tiếp xúc với đất sét (m); Ψ- Chu vi cọc 
đất gia cố xi măng (m); 
* Sức kháng d c trục theo vật liệu thép làm 
c c vít 
10005,1
*
2
o
a
A
x
F
R 
(2) 
Trong đó: Ra2- Sức chịu tải của cọc theo vật 
liệu (kN); F*- Cƣờng độ thiết kế của ông thép 
)/5,28,0(* rtFF (N/mm
2
); F- Giới hạn chảy 
của vật liệu làm ống thép (N/mm2); t- Chiều dày 
ống thép (mm); r- Bán kính ngoài của ống thép; 
Ao- Diện tích tiết diện ống thép (mm
2
). 
3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CỌC 
ĐẤT XI MĂNG PHỨC HỢP TRÊN MÔ 
HÌNH THỰC 
Nghiên cứu thực nghiệm cọc đất xi măng 
phức hợp xác định sức mang tải dọc trục đƣợc 
thực hiện với các nội dung cũng nhƣ trình tự 
chính nhƣ: 1) Nghiên cứu cơ sở lý thuyết liên 
qua; 2) lựa chọn mô hình thực nghiệm, thiết kế 
sơ bộ và lựa chọn vị trí nghiên cứu; 3) khảo sát 
đất nền vị trí nghiên cứu; thiết kế chi tiết và sản 
xuất các cấu kiện liên quan; 4) chuẩn bị thiết bị, 
vật tƣ vật liệu thi công và thí nghiệm; 5) thi 
công cọc thử đất xi măng, lấy mẫu và thí 
nghiệm mẫu gia cố cọc thử; 6) tiến hành thi 
công cọc đất xi măng phức hợp và lắp đặt thiết 
bị thử nghiệm; 7) chờ bão dƣỡng và nghiên cứu 
thực nghiệm cọc đất xi măng phức hợp; 8) Phân 
tích số liệu. 
Đất nền khu vực nghiên cứu 
Khu vực lựa chọn nghiên cứu thực nghiệm 
nghiên cứu sức mang tải dọc trục của cọc đất xi 
măng phức hợp tại bãi đất nền chƣa xây dựng 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 62 
thuộc xã Đức Thƣợng, huyện Hoài Đức, Hà 
Nội. Để có cơ sở thiết kế cọc phức hợp này, 
công tác khảo sát địa chất công trình đƣợc tiến 
hành và thực hiện bởi viện Khoa học công nghệ 
Xây dựng (IBST) năm 2016, trong đó tác giả là 
một thành viên tham gia. Kết quả khảo sát cho 
thấy, tới độ sâu 15,5m nền đất vị trí nghiên cứu 
gồm các lớp đất sau: Cát san lấp, dày 2m (độ 
sâu 0,0 – 1,0m), chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) 
N30=2; Sét màu xám vàng, dẻo cứng, dày 1m 
(độ sâu 2,0 – 3,0m), chỉ số xuyên tiêu chuẩn 
(SPT) N30=2; Sét pha màu xám, dẻo cứng, dày 
1m (độ sâu 3,0 – 4,0m), chỉ số xuyên tiêu chuẩn 
(SPT) N30=4; Sét màu xám trắng, xám đen, dẻo 
chảy, dày 5,7m (độ sâu 4,0 – 9,7m), chỉ số 
xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30=3; Cát pha màu 
ghi, trạng thái dẻo, dày 5,8m (độ sâu 9,7 – 
15,5m), chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30=4. 
Một số chỉ tiêu cơ lý cơ bản các lớp đất nền tại 
vị trí nghiên cứu đƣợc trình bày tại Bảng 1. 
Bảng 1. Một số chỉ tiêu cơ bản của đất 
Độ sâu 
lớp đất 
Độ ẩm 
tự nhiên của 
đất 
Khối 
lƣợng 
thể tích 
Mẫu nguyên trạng Mẫu chế bị 
Độ nhạy 
của đất 
qu ef qu ef 
(m) (%) (g/cm
3
) (kPa) (%) (kPa) (%) 
2,0 – 2,8 34,0 1,88 51,5 9,2 20,2 19,9 2,5 
4,0 – 4,8 45,3 1,71 40,0 5,9 15,3 10,6 2,6 
9,0 – 9,8 43,1 1,72 51,4 5,6 18,7 10,5 2,7 
Thiết kế và thi công cọc nghiên cứu tại 
hiện trƣờng 
Để nghiên cứu sức mang tải cọc đất xi 
măng phức hợp, ngoài các thiết kế công trình 
và biện pháp thi công liên quan, phần ống 
thép có cánh xoắn (cọc vít) cũng nhƣ trụ đất 
xi măng đƣợc thiết kế với các kích thƣớc và 
thông số có điều chỉnh sai khác chút ít so với 
dạng chuẩn cọc ATT của Nhật Bản (Hình 4 
và Bảng 2). 
Hình 4. Kích th ớc cơ bản c c đất xi măng phức hợp thiết kế phục vụ nghiên cứu 
Bảng 2. Thông số cọc đất xi măng và ống thép có cánh xoắn thiết kế phục vụ nghiên cứu 
Ký hiệu cọc 
Đƣờng kính 
ống thép 
(mm) 
Chiều dày 
ống thép 
(mm) 
Đƣờng 
kính cánh 
vít (mm) 
Đƣờng kính 
cọc đất xi 
măng (mm) 
Chiều dài 
cọc đất xi 
măng (m) 
Chiều sâu 
cọc thép 
(m) 
PA-01 219 8 510 800 9,0 8,7 
Phần ống thép đƣợc gia công tại xƣởng cơ 
khí tại Hà Nội với các kích thƣớc đã đƣợc lựa 
chọn thiết kế. Các thiết bị đo biến dạng dọc 
thân cọc sử dụng loại Strain Gauge của Nhật 
Bản đƣợc dán dọc thân ống thép trƣớc khi thi 
công xoắn vào tâm trụ đất gia cố xi măng 
(Hình 5a và 5b). 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 63 
a) 
b) 
Hình 5. Gia công ng thép có cánh t i x ởng và lắp đặt (dán) các đầu đo biến d ng d c thân ng 
Công tác thi công cọc đất xi măng phức hợp, 
với trƣớc hết là trụ đất gia cố xi măng đƣợc tiến 
hành theo phƣơng pháp trộn sâu tiêu chuẩn 
(CDM) thực hiện theo TCVN9403-2012. Hàm 
lƣợng xi măng đƣợc lựa chọn cho cọc nghiên 
cứu là 300kg/m3. Việc lựa chọn hàm lƣợng xi 
măng này đƣợc căn cứ trên kết quả nén mẫu 
trong phòng của hỗn hợp xi măng đất đƣợc tiến 
hành cùng thí nghiệm khảo sát địa chất công 
trình và kết quả nén các mẫu đất gia cố xi măng 
đƣợc lấy từ nõn khoan 01 trụ đất gia cố xi măng 
thi công thử nghiệm trƣớc khi thi công các cọc 
phức hợp. Bên cạnh đó trƣớc khi thi công các 
cọc thí nghiệm, tiến hành thi công 04 cọc đất xi 
măng tạo phản lực cũng đƣợc thi công cạnh cọc 
nghiên cứu sức kháng đỡ dọc trục với cùng điều 
kiện địa chất khu vực này. Với trụ đất gia cố xi 
măng sử dụng đánh giá cƣờng độ, sau khi thi 
công đƣợc 3 ngày, tiến hành khoan lấy mẫu trên 
toàn chiều dài cọc. Công tác bảo quản và kết 
quả xác định cƣờng độ kháng nén một trục tự do 
mẫu đất gia cố xi măng theo các độ sâu khác 
nhau, đƣợc thể hiện trên hình 6 và 7. Kết quả 
phân tích cƣờng độ kháng nén một trục nở 
ngang tự do các mẫu đất gia cố xi măng lấy từ 
trụ đất gia cố xi măng thi công thử đƣợc tiến 
hành bởi phòng thí nghiệm thuộc IBST và có 
tham gia của tác giả, thể hiện tại bảng 3. 
Cọc đất xi măng phức hợp nghiên cứu đƣợc thự 
hiện bằng cách xoay ống thép có cánh xoắn ốc 
để chôn nó vào trong tim thân trụ đất xi măng 
thi công theo phƣơng pháp trộn sâu tiêu chuẩn 
(CDM) vừa tiến hành trƣớc đó, kết hợp để tạo 
thành một khối thống nhất – Trụ đất gia cố xi 
măng với cọc vít (Hình 8). 
Hình 6. Thi công c c đất xi măng CDM 
(10/2016) 
Hình 7. Bảo d ỡng mẫu khoan đất gia c 
xi măng lấy từ c c thử (10/2016) 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 64 
Bảng 3. Kết quả thí nghiệm nén một trục không nở ngang mẫu đất gia cố xi măng cọc thử 
Độ sâu mẫu thí nghiệm (m) Tỷ lệ X/N 
Hàm lƣợng xi măng 
(300kg/m
3
) 
qu 
(kPa) 
0,0-1,0 80 300 1631 
1,0-2,0 80 300 2969 
2,0-3,0 80 300 3791 
3,0-4,0 80 300 2323 
4,0-5,0 80 300 2351 
5,0-6,0 80 300 1220 
6,0-7,0 80 300 1235 
7,0-8,0 80 300 1135 
Thí nghiệm nén tĩnh xác định sức mang tải 
cọc phức hợp 
Thí nghiệm nén tĩnh cọc đƣợc lựa chọn để 
nghiên cứu sức kháng đỡ dọc trục của cọc. 
Ngoài việc ghi nhận các biến dạng khi tác 
dụng tải trọng nén thông qua đồng hồ đọc 
trực tiếp tại đỉnh cọc, còn sử dụng thiết bị 
đầu đọc tự động ghi nhận biến dạng dọc trục 
từ các Strain Gauge (cảm biến đo biến dạng) 
gắn vào phần ống thép trƣớc đó thông qua 
các dây cáp. 
Cọc đất xi măng phức hợp mang ký hiệu 
ATT1 đƣợc lựa chọn tiến hành thí nghiệm nén 
tĩnh trực tiếp lên phần ống thép có cánh xoắn. 
Hình 8. Thi công c c đất xi măng phức hợp 
phục vụ nghiên cứu t i Hoài Đức (10/2016) 
Công tác thí nghiệm xác định sức mang tải 
dọc trục đƣợc thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM 
D1143-07 và có tham khảo các tiêu chuẩn liên 
quan khác của Việt Nam hiện hành. 
Sau khi thi công xong cọc, bảo dƣỡng và đợi 
đủ cƣờng độ 28 ngày, tiến hành thí nghiệm nén 
tĩnh cọc đất xi măng phức hợp nghiên cứu. Thí 
nghiệm đƣợc bố trí bao gồm: 03 dầm dọc I1200, 
02 dầm I400, hệ thống chất tải đƣợc truyền qua 
cọc thông qua bộ phận kích đƣợc đặt lên đầu 
cọc (Hình 9 và 10). 
Tiến hành gia tải theo từng cấp thông qua 
kích thủy lực, các giá trị cấp tải trọng đƣợc ghi 
lại từ hộp tải (loadcell), giá trị tối đa tải trọng từ 
loadcell có thể đạt đƣợc 4000kN. 
Hình 9. Sơ đồ thí nghiệm nén tĩnh c c 
 nghiên cứu 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 65 
Chuyển vị đầu cọc đƣợc ghi lại thông qua 05 
đồng hồ đo chuyển vị bao gồm 04 vị trí đối 
xứng nhau và 01 vị trí đo chuyển vị ở tâm cọc 
thí nghiệm. 
Hình 10. Thí nghiệm nén tĩnh c c đất xi măng phức hợp t i Đức Th ợng, Hoài Đức, Hà Nội 
4. KẾT QUẢ NGHİÊN CỨU SỨC MANG 
TẢİ DỌC TRỤC CỌC ĐẤT Xİ MĂNG 
PHỨC HỢP 
Sức mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức 
hợp đƣợc nhóm nghiên cứu phân tích thông qua 
kết quả thí nghiệm trực tiếp bằng nén tĩnh cọc 
trên mô hình thực tại Hoài Đức, Hà Nội; tính 
toán bằng giải tích theo cơ sở lý thuyết hiện 
hành nhƣ tại Mục 2 với các số liệu cọc nghiên 
cứu; và thông qua phân tích mô hình số với các 
thông số của cọc nghiên cứu. 
Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc 
Thí nghiệm nén tĩnh cọc nghiên cứu sức 
mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp 
đƣợc tiến hành 11/2016. Kết quả thí nghiệm và 
phân tích đƣợc thể hiện tại bảng 4 và hình 11. 
Bảng 4: Kết quả thí nghiệm hiện trƣờng 
Lực đầu cọc (kN) 
Chuyển vị trung bình 
đầu cọc (mm) 
Lực đầu cọc (kN) 
Chuyển vị trung bình 
đầu cọc (mm) 
0 0,00 1035 28,95 
230 1,83 1150 46,19 
460 6,44 1260 86,68 
575 8,38 920 86,60 
690 10,87 460 85,37 
805 13,97 230 83,59 
920 19,83 0 72,60 
Giá trị sức mang tải dọc trục từ thực nghiệm 
hiện trƣờng cọc đất xi măng phức hợp mà ở đây 
là trực tiếp thuộc phần ống thép có cánh xoắn 
nằm trong tâm trụ đất gia cố xi măng, ở trạng 
thái phá hoại đạt Qc=1170kN, tƣơng ứng với 
chuyển vị tại đỉnh cọc đạt 0,1D (trong đó D là 
đƣờng kính cánh vít). 
Tính toán sức mang tải cọc theo giải tích 
Sử dụng các công thức dự tính sức mang 
tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp (1) và 
(2), các thông số cọc và đất nền nhƣ đã trình 
bày, cho phép xác định đƣợc sức mang tải 
dọc trục cọc nghiên cứu nhƣ trình bày tại 
bảng 5. 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 66 
Hình 11. Sức kháng đỡ c c đất xi măng phức hợp t i Đức Th ợng, Hoài Đức, Hà Nội 
Bảng 5. Kết quả dự tính theo phƣơng pháp giải tích nhƣ sau 
TT Mô tả 
Chiề
u 
dày 
N 
qu 
(kPa
) 
α 
Đườn
g kính 
ống 
thép 
(mm) 
Đườn
g kính 
cánh 
vít 
(m) 
Chiều 
dài 
phần 
thân 
cọc 
tiếp 
xúc sét 
10N 
+50 
0,8qu 
+10 
Sức 
kháng 
ma sát 
(kN) 
Sức 
kháng 
mũi 
cọc 
(kN) 
Tổng 
1 
Đất san 
lấp, cát 
pha 
1,0 2 35 250 
0,219
1 
0,5 
2 
Sét dẻo 
cứng 
1,4 4 151 250 
0,219
1 
0,5 1,4 
130,8
0 
287,64 
3 
Sét pha 
dẻo cứng 
0,6 4 45 250 
0,219
1 
0,5 0,6 90,00 46,00 43,35 
4 
Sét dẻo 
chảy 
5,0 3 45 250 
0,219
1 
0,5 5 80,00 46,00 361,28 
5 Cát pha - 3 45 250 0,219 0,5 46,00 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 67 
dẻo 1 
 Tổng 692,28 
147,2
6 
839,
54 
Kết quả phân tích xác định đƣợc giá trị sức 
mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp tới 
hạn Qc=839,54 kN với giá trị sức mang tải thiết 
kế tƣơng ứng thông thƣờng Rtk=419,77 kN. 
Tích toán sức mang tải dọc trục cọc đất xi 
măng phức hợp bằng phân tích số 
Để tiến hành so sánh, phân tích chuyển vị, 
phân bố ứng suất trong đất và cọc, sử dụng 
phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng thí nghiệm 
đã thực hiện trƣờng. Vấn đề lớn trong khi 
phân tích số đối với cọc vít truyền thống cũng 
nhƣ cọc đất xi măng phức hợp là việc mô 
phỏng về mặt trƣợt và sự truyền tải trọng lên 
nền đất. Việc thiết lập mô hình FEM giúp tìm 
hiểu kỹ hơn về ảnh hƣởng của cọc đối với nền 
đất, đồng thời dựa vào kết quả thí nghiệm với 
kích thƣớc thật của cọc cũng có thể dự tính 
đƣợc sức mang tải của các cọc có các điều 
kiện về cấu tạo khác nhau. 
Mô hình đƣợc sử dụng để phân tích trong 
phần mềm Plaxis là mô hình đối xứng trục, các 
phần tử đƣợc mô hình với 15 node. Kích thƣớc 
sử dụng để mô hình sao cho sự ảnh hƣởng đến 
kết quả là ít nhất. Bán kính của khối đất đƣợc sử 
dụng 15m (tƣơng ứng với khoảng 30 lần đƣờng 
kính cánh vít) kể từ tim cọc. Khoảng cách dƣới 
mũi cọc tối thiểu đƣợc lấy 4m kể từ mũi cọc 
(tƣơng ứng với 8 lần đƣờng kính cánh vít). 
Trong phần mềm Plaxis cho phép lựa chọn 
các mô hình vật liệu khác nhau tùy thuộc điều 
kiện đất nền và quan trọng là số liệu địa chất thu 
thập đƣợc nhƣ mô hình "Mohr –Coulomb - MC" 
(mô hình đàn - dẻo), mô hình "Hardening -Soil", 
mô hình "Soft soil" (đất yếu), mô hình "Soft soil 
creep" (đất yếu xét đến từ biến). 
Các thông số vật liệu cọc đất xi măng phức 
hợp và đất nền sử dụng trong phân tích số đƣợc 
trình bày trong các bảng 6, 7 và 8. 
Bảng 6. Thông số ống thép với các cánh xoắn 
Thông số Ký hiệu Đơn vị Cánh vít Ống thép 
Mô hình vật liệu Model Linear Elastic Linear Elastic 
Ứng xử vật liệu Non-porous Non-porous 
Trọng lƣợng riêng γ kN/m3 78,5 78,5 
Đƣờng kính ngoài D mm 500 219 
Đƣờng kính trong d mm 203 203 
Mô đun đàn hồi Eref kPa 2.05e8 2.05e8 
Hệ số poisson ν 0,3 0,3 
Hệ số chiết giảm 
ứng suất tiếp xúc 
R 0,6 0,6 
Bảng 7. Thông số phần cọc đất gia cố xi măng 
Thông số Ký hiệu Đơn vị Trong lớp 1 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 68 
Mô hình vật liệu MC - Mohr Coulomb - MC 
Ứng xử vật liệu - - Thoát nƣớc (Drain) 
Trọng lƣợng riêng γ kN/m3 20 
Đƣờng kính ngoài D mm 800 
Đƣờng kính trong d mm 219 
Cƣờng độ kháng nén 1 trục qu kPa 2081 
Cƣờng độ lực dính c kPa 1040 
Mô đun đàn hồi Eref kPa 100 000 
Hệ số chiết giảm ứng suất tiếp xúc R 1 
Bảng 8. Thông số đất nền sử dụng phân tích số 
Thông số Ký hiệu Đơn vị Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 
Chiều dày lớp - m 
Mô hình vật liệu - - MC MC MC MC MC 
Ứng xử vật liệu - - Drain Undrain Drain Undrain Drain 
Trọng lƣợng riêng γ kN/m3 17,9 19,13 19 18,5 17,2 
Cƣờng độ lực dính c kPa 0 75,97 65 25,7 28 
Góc ma sát φ độ 30 20 26 8 9 
Hệ số possion ν 0,2 0,25 0,25 0,2 0,25 
Mô đun đàn hồi Eref kPa 40000 9000 12500 2000 9000 
Hệ số chiết giảm ứng 
suất tiếp xúc 
R 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 
Sử dụng phần mềm Plaxis V8 2D, các thông 
số vật liệu và đất nền nhƣ trình bày tại các bảng 
6, 7 và 8 để mô hình và phân tích số. Kết quả 
phân tích đƣợc giá trị sức mang tải lớn nhất 
tƣơng ứng chuyển vị 0,1D (D là đƣờng kính 
cánh vít) là Qc=1177kN và sự thay đổi ứng suất 
trong nền đất khi chỉu tải thí nghiệm (Hình 12 
và 13). 
b) 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 69 
a) 
Hình 12. Mô hình tính toán trong Plaxis 2D và kết quả phân tích sức mang tải d c trục 
 so với kết quả thí nghiệm nén tĩnh c c đất xi măng phức hợp 
Từ kết quả phân tích ứng suất quá trình chịu 
tải trọng tĩnh khi nén của cọc đất xi măng phức 
hợp, thấy rằng các cánh vít đóng vai trò quan 
trọng huy động khả năng chịu lực của toàn thể 
thân cọc. Tại vị trí mũi cọc có tập trung ứng 
suất lớn nhất (Hình 13a, c) và đƣợc phân bổ 
cho các cánh vít khác nhau là khác nhau (Hình 
13b). Điều này hoàn toàn khác với trụ đất xi 
măng thông thƣờng, khi đó sẽ không huy động 
hết khả năng chịu lực của các lớp phía dƣới, 
nếu khi mà cần yêu cầu về huy động chịu lực 
từ các lớp phía dƣới thì cƣờng độ của phần 
thân trụ đất gia cố xi măng lúc này phải đƣợc 
tăng lên rất đáng kể. 
Kết quả tính sức mang tải dọc trục cọc đất 
xi măng phức hợp bằng giải tích cho kết quả 
(Qc=839,54 kN) khác biệt khi phân tích mô 
hình số theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn 
(Qc=1177kN). Kết quả phân tích bằng mô 
hình số (Qc=1177kN) gần với kết quả thí 
nghiệm nén tĩnh trực tiếp cọc nghiên cứu 
(Qc=1170kN).
a) 
b) 
c) 
Hình 13. Kết quả phân tích ứng suất trong nền đất khi chịu tải nén 
5. KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN 
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mô 
hình thực cho thấy, cọc phức hợp trụ đất xi 
măng thi công trộn sâu kết hợp ống thép có cánh 
xoắn không chỉ có khả năng chịu tải lớn mà còn 
tồn tại sự sai khác đáng kể giữa tính toán dự báo 
bằng giải tích hiện đang đƣợc sử dụng. 
Kết quả phân tích bằng phƣơng pháp số 
theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn chỉ ra sự 
phân bố ứng suất khá phù hợp một số quan 
điểm khi phân tích ứng xử cọc vít truyền 
thống, và cho giá trị sức mang tải dọc trục 
tƣơng đƣơng với kết quả thí nghiệm nén tĩnh 
trên phần ống thép có cánh xoắn trọng hệ cọc 
đất xi măng phức hợp. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] AASHTO LRFD, (2012). Bridge design 
specificantions, 6
th
 Ed, US. 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 70 
[2] Bản dịch chứng nhận chất lƣợng công 
nghệ của Bộ trƣởng Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, 
Giao thông và Du lịch Nhật Bản số 2529-1 
TACP 0165; số 2528-1 TACP 0166; số 2527-1 
TACP 0167 cho cọc vít ATT, 2014. 
[3] Báo cáo tổng kết đề tài “Kết quả nghiên 
cứu chung về khả năng chịu lực của cọc vít 
ATT” do viện KHCN Xây dựng, công ty Asahi 
Kasei, tập đoàn TENOX và trƣờng ĐH GTVT 
thực hiện, Hà Nội, 2013. 
[4] Japanese Geotechnical Society, (2002). 
Pile vertical load test method and explanation 
First revised edition. Japanese Geotechnical 
Society, pp 23-47. 
[5] Nguyễn Đức Mạnh, Vũ Tiến Thành. Lựa 
ch n mô hình hợp lý dự báo sức chịu tải c c đất 
xi măng phức hợp sử dụng làm móng công trình 
trong vùng đất yếu ở Việt Nam. Kỷ yếu hội thảo 
khoa học Quốc gia “Hạ tầng giao thông với phát 
triển bền vững”, ISBN:978-604-82-1809-6, tr. 
409-415, Đà Nẵng, 2016. 
[6] Nguyễn Giang Nam, Phạm Quyết 
Thắng. Phân tích ảnh h ởng của đ ng kính, 
khoảng cách của cánh vít và c ng độ trụ đất xi 
măngđến sự làm việc của c c ATT. Tạp chí 
KHCN Xây dựng - số 2/2014, Tr.57-62, 2014. 
[7] Murakami, H., Ito, D. & Mizoguchi, E., 
(2008). An application example of ATT Column 
construction method. The Foundation 
Engineering & Equipment, monthly, Vol. 
36(10), pp 72-75. 
[8] Tamai, T., Ito, D. & Mizoguchi, E., 
(2009). Study on the in-situ pile loading test and 
bearing capacity characteristics of steel pipe 
piles with wings installed in soil cement column, 
JGS Journal, Vol. 4(4), pp 273-287. 
[9] ZHANG, D., (1999). Predicting 
capacity of helical screw piles in Alberta soils. 
M.Sc. thesis, Department of Civil and 
Environmental Engineering, University of 
Alberta, Edmonton, Alberta. 
[10] Zeyad H. Elsherbiny and M. Hesham El 
Naggar, (2013). Axial compressive capacity of 
helical piles from field tests and numerical study 
Can. Geotech. J. 50: 1191–1203 
dx.doi.org/10.1139/cgj-2012-0487. 
[11] Sprince A., Pakrastins L., (2009). 
Helical pile behaviour analysis in different soils. 
DOI: 10.2478/v10137-009-0012-2. 
www.researchgate.net/publication/245552664_
Helical_pile_behaviour_analysis_in_different_s
oils 
TCVN 9393:2012. Cọc - Phƣơng pháp thí 
nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 71 
Ng i phản biện: PGS.TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG