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

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