Tính toán sức chịu tải của cọc xi măng đất tạo bởi Jet Grouting: Lý thuyết, mô hình số, thí nghiệm hiện trường

TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC XI MĂNG ĐẤT 
TẠO BỞI JET GROUTING: LÝ THUYẾT – MÔ HÌNH SỐ - 
THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 
PHUNG VINH AN*, VŨ BÁ THAO** 
Caculating the Bearing Capacity of Soil Cement Column Created by Jet 
Grouting: Theory Method - Numerical Analyses - Field Load Tests 
Abstract: It has been found that the bearing capacity of soil cement 
column calculated based on some existing design standards exhibited 
substantial errors as compared with results of pile static load tests 
conducted in some places in Vietnam. This paper introduces an analytical 
approach to calculate the bearing capacity of soil cement column using 
the numerical simulations by Plaxis 2D and Plaxis 3D Programs and the 
pile static load tests. The test results provided total bearing capacity of 
soil cement column whereas Plaxis 3D Foundation Program was used to 
divide two components of bearing capacity: shaft friction resistance and 
ultimate tip resistance. Results show that, the load-displacement curves 
obtained by 3D numerical model and load test are in good agreement. The 
total bearing capacity reaches the ultimate state simultaneously with the 
shaft friction resistance and the tip resistance. Values of the shaft friction 
resistance and the tip resistance are obviously different and the shaft 
friction resistance is much greater than the tip resistance. Based on 
comparison between the results of tests and numerical analyses, a 
modified equation for determining the bearing capacity of soil cement 
colum was proposed. 
1. * 
 ứ mă 
( ê 
 J-08-40- ê 
 v m ĩ ê 
 m, 
 ê à ó m 
 m ĩ C 
 , mứ v ứ mă 
  135.53% [1] [3] [4] [5] [6]. 
 v , ứ 
 ứ mà ó 
 ợ ê 
ng m ợ v v 
* Trung tâm Công tr nh Ng m. Vi n Th y Công. Vi n 
Khoa h c Th y l i Vi t Nam. 
** Ph ng Nghi n c u Địa kỹ Thuật. Vi n Th y Công. 
Vi n Khoa h c Th y l i Vi t Nam. 
 E-mail: vubathao@gmail.com 
m m ( à 
 ứ ợ m 
 ó và ợ ứ m bê và 
 m C , ợ 
 ứ ứ 
2. Ố Ủ 
PHÁP TÍNH TOÁN THEO DBJ-08-40-94 
 Ớ É Ờ 
2.1. t qu t n ệm nén tĩn trụ x 
măn t tạ òn v u [1][5] 
2.1.1 Phương pháp chuẩn bị và quy trình thí nghiệm 
Theo , thí m ĩ ợ 
hành sau 28 ngày, à 
thành thi công v m, à m 
 , m àm 
 và b b ợ 
 àm ẳ và m v à h 
 b ê m Thí 
 m ĩ ợ 
TCXDVN 269:2002 "C c - Ph ơng ph p thí 
nghi m bằng t i tr ng tĩnh p d c tr c", 
 ợ Quá trình 
 m ợ 
+ ă 
Chu kì 1: ă 0% 10% 
 20% 30% 40% 50% 60% 
70% 80% 90% ứ m 
 ợ b G m 
100% 80% 60% 40% 20% 0%. 
Chu kì 2: ă 20% 
40% 60% 80% 100% 110% 120% 
 130% 140% 150% 160% 170% 
180% 190% 200%. G m 
200% 180% 160% 140% 120% 
100% 80% 60% 40% 20% 0%. 
Chu kì 3: ă 20% 
 40% 60% 80% 100% 120% 
140% 160% 180% 120% 210% 
220% 230% 240% 250% ( ă 
m 
+ ui tr nh o ộ lún: ợ 
 m , 2, 5, 10, 20, 30, 40 
phút... m 
và 
+ uy ịnh về n ịnh quy c: (1) m 
 ă 
 ứ v 
 và à m ; ( ợ 
 à õ ó ê 
 mà 
 v ợ ,1mm ( s  0,1mm); (3) 
C ợ m à 
 ( 15 nn SS 
 ó à ; ( ợ m à 
( 60nS mm ). 
+ uy ịnh về dừng thí nghi m: C ợ 
 à và à ỡ 
 m ( 
 ; ( v ợ 
 ; ( 
 ; ( b ỷ 
2.1.2 t qu t n ệm 
2.1.2.1 K t qu n n tĩnh i Ph ng 
C ợ m 
 và 
mă và óm mă ợ 
Hình 1. t i tr ng - chuy n vị c c ơn Đ1 Hình 2. t i tr ng - chuy n vị c c ơn Đ2 
 và b - 
tr và óm m 
 ê ứ 
 m ợ 
gh
tt
p
p
F
 (1) 
 ó 
Pgh - ứ 
v m b ứ 
v b , ; 
Ptt - ứ 
 óm ; 
F - à v m ĩ 
 ,0. 
 ĩ và óm m 
b 
 n 1. t qu nén tĩn ọ n v n óm ọ 
 n số óm ọ 
 ọ nén ọ trụ 
 ọ D1 ọ D2 
 60 cm 60 cm 60 cm 
 5 + 6 + 7 1 2 
Ngày thi công 02/9/2004 02/9/2004 02/9/2004 
 à m 04/10/2004 06/10/2004 06/10/2004 
C -1,2 m -1,25 m -1,25 m 
C à 8,0 m 8,0 m 8,0 m 
 ợ ( 85 24 22 
 ứ 42,5 12 11 
2.1.2.2. K t qu n n tĩnh C Mau 
C ợ m 
 và 
mă C 
 và ỡ b à 
 ê m ứ 
 m v b v ợ 
 v b K 
 m ĩ m b 
Hình 3. t i tr ng - chuy n vị c c ơn C1 Hình 4. t i tr ng - chuy n vị c c ơn C2 
 v nhóm c c 
 n 2. t qu t n ệm nén tĩn 
 ên ọ 
 u 
(m) 
 trọn p 
 oạ ( ) 
 lún ở p t trọn 
p oạ (mm) 
 lún s u t 
n ệm (mm) 
C -1 10 15 80,99 70,25 
C2 và C3 10 31 69,85 53,55 
2.2. n mứ s nén 
tĩn ện tr ờn vớ TC DBJ-08-40-94 
2.2.1. Đ i v i k t qu thí nghi m 
 i Ph ng 
 ứ v [8]: 
Pa = *fcu*Ap =39,56 (2) 
 ó 
Pa - ứ ( 
qu - u =400 
(T/m
2
) 
 - m 
 = 0,35 
Ap - m p = 0,2826 (m
2
) 
 ứ [8]: 
Pa = Upqsi*li + α*Ap*qp = 38,90 (3) 
 ó 
Up - v , Up =1,884 (m) 
qsi - m ứ 
 , qsi = 1,4 (T/m
2
) 
li - à ứ , li = 8 (m) 
α - m mó 
 ê ê m , α = 0,6 
qp - ứ m , qp = 105 
(T/m
2
) 
 ê ứ 
 Pa = 38,90 (T) 
 v ê 
 J-08-40-94, mă ó 
 ,6 m, à m ó ứ 
 à 25, ( ó, 
 m ĩ ê à ( 
v và ( v , ứ v 
 ợ à (mm và (mm 
 v ứ 
 m v 1 và D2 và 
 ứ ê J-08-40-
 ợ à 76,82 % và 62,08% à 
 m 
2.2.2. Đ i v i k t qu thí nghi m C Mau 
 ứ v [8]: 
Pa = *fcu*Ap =38,57 (4) 
 ó 
Pa - ứ ( 
qu - , qu =390 (T/m
2
) 
 - m , = 0,35 
Ap - m , Ap = 0,2826 (m
2
) 
 ứ [ ] 
Pa = Upqsi*li + α* p*qp = 35,33 (5) 
 ó 
Up - v , Up =1,884 (m) 
qsi - m ứ 
 , qsi = 1,2 (T/m
2
) 
li - à ứ , li = 10 (m) 
α - m mó 
 ê ê m , α ,5 
qp - ứ m , qp = 90 (T/m
2
) 
 ê ứ 
 Pa = 35,33 (T) 
Tính toán theo TC DBJ-08-40- 
mă ó , m à m ó ứ 
 à , ( ó, 
 m ĩ ê à 
(T), ứ v , (mm 
 v ứ m 
 và ứ à 135,53 % 
 à m 
 ê ĩnh 
 v v 
 ê J-08-40-94 là 
 ê à v ứ 
 m bê õ à và ó 
 v ó ứ 
mă v , ó 
 ( ứ ê , 
 ê ứ ứ m 
bê và m ợ ; ( ê ứ 
 ứ 
3. Ớ Ớ 
 Ứ Ị 
3.1. ứ ịu t ủ ọ n x măn t 
 à v b 
 ứ 
 m à ( ứ 
 m ; ( ứ m 
 à 
ult s tQ Q +Q (6) 
'
s s s u o vQ =f A πDL(βc +K σ tan ) (7) 
2
' '
t t u c v q γ
πD
Q =qA α(1,3c N +σ N +0,3γ DN )
4
 (8) 
 ó 
Qult - ứ mă 
Qs - ứ m à 
 mă 
Qt - ứ 
m mă 
D - mă (m 
’ - ợ ( /m3). 
cu - 
 ( /m2); 
’v - ứ ( /m
2
); 
Sc. S - và 
Sc = 1,3. S = 0,6; 
Nc. Nq. N - và ó m 
 b ; 
 .  - v ứ m 
và m m bê mă 
3.2. X ịn ệ số u ỉn .  
tính toán sứ ịu t ọ X 
3.2.1. M c ích mô phỏng thí nghi m hi n 
tr ng bằng mô h nh to n 
Có , 
 ( m ĩ 
mă ê , à ứ 
 và à ứ ợ 
 và ứ và ,  
 à ó ợ m à m 
và ợ ó ă ; ( 
 m m ĩ 
 ó m m thí 
 m à ứ ê m 
hình toán, ợ à 
m và bê ó . . 
3.2.2. Mô phỏng thí nghi m n n tĩnh c c ơn 
xi m ng t i Ph ng 
- Mô hình hóa bài toán: 
 m m và ợ 
 v m m ê 
 và mứ m 
 “ ” và m ứ 
Hình 5. Sơ ồ l i ph n t h u h n trong 
 b i to n 3D. mô h nh th c 
Hình 6. Sơ ồ l i ph n t h u h n trong 
b i to n phẳng. sơ ồ i x ng tr c 
 ứ , m m 
v m ứ m à 
m ó m 
và m ợ 
 , mă ợ m 
 ó ó à m, m 
 ứ , m m 
v m m à , m v àm 
v m và 
 m ợ C mă ợ m 
hình hóa b “ ” ợ 
b m ợ m 
 à b ê 
- : 
 nh 7. Bi n d ng t ng th b i to n 3D 
khi t i tr ng gi i h n 
 nh 8. Bi n d ng t ng th b i to n i x ng 
tr c khi t i tr ng gi i h n 
+ ĩ ê 
v m và 
 v m 
 và m ê 
 ợ 
 nh 9. So s nh ng cong t i tr ng – chuy n 
vị c a c c mô h nh kh c nhau v k t qu o c 
tr n hi n tr ng. 
 nh 10. Đ ng cong t i tr ng-chuy n vị c a thí 
nghi m. c a mô h nh 3D v k t qu s c kh ng 
mặt b n v s c kh ng u c c. 
+ m ình Plaxis 3D foundation 
 ứ m và ứ 
m bê mă 
 à 
 ẳ ứ ê mă ă 
 à ứ m bê và ứ 
 ă và ợ 
 , ứ m bê 
và ứ 
 à 
- ,  
 m ê m 
+ : 
 ứ ( , ứ m 
 mă ợ v 
2
' '
t u c v q γ
πD
Q = α(1,3c N +σ N +0,3γ DN )
4
 (9) 
 ó 
D - mă (m , 
D = 0,6 (m); 
Nc. Nq. N - , v =6,23
o
thì Nc = 7,8. Nq=1,85, N=0,6722; 
’ - ợ ( /m3), 
’ , ( /m3); 
cu - 
 ( /m2), cu = 7 (kN/m
2
); 
 - v mă 
 à ợ ê ứ 
 , ứ 
mă ứ m bê 
và ứ m v 
khi Qult = 240 (kN), thì Qt = 48,4 (kN) và Qs = 
191,6. Thay Qt và ứ ( ta có: 
2
' '
u c v q γ
πD
α(1,3c N +σ N +0,3γ DN ) 48,4
4
 (10) 
2 ' '
u c v q γ
48,4x4
α=
πD (1,3c N +σ N +0,3γ DN )
= 0.84 (11) 
+ : 
 ứ ( , ứ bê mă ợ v 
's s s u o vQ =f A πDL(βc +K σ tan ) (12) 
 ó 
Ko - , Ko = 1-sin = 0,892; 
'
vσ - ứ ẳ ứ , 
' '
vσ γ L 
(kN/m
2
) = 71,2 (kN/m
2
); 
C à , L, Cu 
 ê ; 
 - ê ứ 
 s và ứ ( 2) ta có: 
'
u o vπDL(βc +K σ tan ) 191,6 (13) 
'
o v u
191,6
β = K σ tan / c
πDL
= 0,82 (14) 
3.2.3 Thí nghi m n n tĩnh c c ơn xi m ng 
 t C n Thơ 
- Mô hình hóa bài toán 
 m m ợ tính 
toán. Trong mô hình này, m v àm v 
 m và m 
 ợ C mă ợ m 
 b ợ “ ” ợ 
b m ợ m 
 à b ê 
 nh 11. L i ph n t trong mô h nh 3D 
- 
+ ĩ ê 
v m 
 v m và 
 m ê 
 ợ 
 nh 12. Đ ng cong t i tr ng - chuy n vị 
 từ k t qu o c tr n hi n tr ng v từ 
mô hình toán. 
 nh 13. Đ ng cong t i tr ng-chuy n vị c a 
thí nghi m. c a mô h nh 3D v K t qu s c 
kh ng mặt b n v s c kh ng u c c. 
+ ứ m và m m 
 mă à 
 b mă 
 ă ó v C 
 v 
mă b 
 õ à à mứ ă b 
 à à 
 ứ 
m và ứ m bê mă 
 à 
 ứ m bê và ứ 
- ,  
 m ê m 
+ : 
 ứ ( , ứ m 
 mă ợ v 
2
' '
t u c v q γ
πD
Q = α(1,3c N +σ N +0,3γ DN )
4
 (15) 
 ó 
D - mă (m , D = 0,6 (m); 
Nc, Nq, N - v =2
o ’ 
thì Nc = 6,57, Nq=1,34, N=0,292; 
’ - ợ ( /m3), 
’ , ; 
cu - 
 ( /m2), cu = 7,1 (kN/m
2
); 
 - v mă 
 à ợ ê ứ 
 , ứ 
 mă ứ 
m bê và ứ m 
 v , khi Qult = 150 (kN), thì Qt = 25,64 
(kN) và Qs = 124,36 (kN). Thay Qt vào công 
 ứ ( ó 
2
' '
u c v q γ
πD
α(1,3c N +σ N +0,3γ DN ) 25,64
4
 (16) 
2 ' '
u c v q γ
25,64x4
α=
πD (1,3c N +σ N +0,3γ DN )
=0,54 (17) 
+ : 
 ứ ( , ứ bê 
 mă ợ v 
'
s s s u o vQ =f A πDL(βc +K σ tan ) (18) 
 ó 
Ko - , Ko = 1-sin = 0,949; 
'
vσ - ứ ẳ ứ , 
' '
vσ γ L 
(kN/m
2
) = 80 (kN/m
2
); 
C à , L, Cu 
 ê ; 
 - ê ứ 
 s và ứ ( ó 
'
u o vπDL(βc +K σ tan ) 124,36 (19) 
'
o v u
124,36
β = K σ tan / c
πDL
= 0,4 (20) 
 3.3. t số t n to n m p ỏn 
x ịn ệ số ,  
 ó õ à và v 
 ,  
m b m m và 
m v 
 ợ ê ợ 
 ợ b 
 , ng = 0,5 
 0,84,  = 0,4  0,82. 
- à m b 
 , ê ,  b 
 ê 
- à b , 
 ,  b á 
 n 3. ệ số ,  tạ m t số ị m t n ệm 
 ị tr t n to n sứ ịu t ứ ịu t tớ ạn ( ) ệ số ệ số  
 - 24 0,84 0,82 
 - Cà 15 0,54 0,4 
 ị tr t n to n sứ ịu t ứ ịu t tớ ạn ( ) ệ số ệ số  
Khe Ngang - 83,2 0,5 0,82 
 Giang - 9,5 0,5 0,798 
 ó - 6,2 0,65 0,81 
 - C 27,5 0,694 0,814 
Hòa Xá - m 51,5 0,6 0,62 
Nhà máy Fuzi - 27,8 0,6 0,6 
4. 
 ê ứ à à 
 m ê v 
 và Cà v 
 ứ m và 
 ứ m ĩ 
 à 76,82% và 62,08%, m 
 ĩ Cà à 135,53%. 
 - v 
 m và 
b m ứ và m 
 ợ ê m 
v v v . m 
phá ỡ m 
 m 
 ợ m 
 v m v 
 à à b ê 
 à bê m ó 
v m m v ó m và 
l ứ ẳ ó m 
 v mă , 
 m 
và và 
 v v 
 v à à 
 m 
 ợ v m ứ 
 ứ 
 ult s tQ Q +Q (21) 
2
' ' '
ult u c v q γ u o v
πD
Q α(1,3c N +σ N +0,3γ DN ) πDL(βc +K σ tan )
4
 (22) 
 ó 
Ko - , o = 1-sin ; 
D - (m ; 
Nc. Nq. N - ; 
’ - ợ ( /m3); 
cu - 
 ( /m2); 
'
vσ - ứ ẳ ứ 
' '
vσ γ L 
(kN/m
2
); 
 - , = 0,5  0,84; 
 - ,  = 0,4  0,82. 
L u ý khi l a ch n h s và  nh sau: Khi 
 à m b 
 ê ,  b ê 
 à 
 b , ,  b 
 ứ à à 
 ợ m m 
 v , ứ 
 m 
 ễ và ( Nghiên 
c u c c gi i ph p Khoa h c Công ngh s a 
ch a nâng c p c c c ng d i thuộc h th ng 
sông ồng v sông Th i B nh”. à 
 à ợ 
Nam à 
2. ễ ( ng dẫn 
thi t k thi công c c xi m ng t theo công 
ngh Jet Grouting à b và 
 . 
3. ễ ễ 
 m v 
 ứ mă 
b J G 
 ( -65. ISSN 
0868-279X. 
4. ĩ Ứ 
 mă - 
 ê v và 
phát 19. p. 86-
88. ISSN 1859–4581. 
5 ĩ và ( Nghi n c u 
 ng d ng c c xi m ng t cho ồng bằng sông 
C u Long à 
 ợ m à ; 
6. ĩ ( Nghi n c u một s 
y u t nh h ng n s c chịu t i c a c c xi 
m ng t thi công theo công ngh Jet – groutinh 
cho một s v ng t y u Vi t Nam 
 ĩ ợ 
 m à 
7. Validation of Embeded piles – the Alzey 
Bridge Pile Load Test. Plaxis 3D foundation 
Validation Manual Version 2. 
8 ê J-08-40-94. 
 Ng i ph n bi n: G À Ế ƯỜ G