Hệ số ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của nhóm cọc trong thiết kế móng cọc tại đồng bằng sông Cửu Long

Ma sát âm là hiện tượng xảy ra khi đất xung quanh cọc cố kết, gây ra sự chênh lệch độ lún giữa cọc và đất. Cọc di chuyển xuống, đất cố kết chậm hơn, tạo ra lực ma sát hướng lên, ngược chiều với tải trọng cọc. Điều này làm giảm sức chịu tải của cọc. Nguyên nhân chính là tính chất đất yếu, độ lún khác nhau giữa cọc và đất. Các yếu tố như độ sâu cọc, khoảng cách cọc, đặc điểm địa chất ảnh hưởng đến mức độ ma sát âm. Thí nghiệm SPT và thí nghiệm CPT giúp đánh giá đặc tính đất, từ đó dự đoán khả năng xảy ra ma sát âm. Đồng bằng sông Cửu Long có nhiều vùng đất yếu, nên ma sát âm là yếu tố cần xem xét kỹ lưỡng trong thiết kế móng cọc. Các nghiên cứu trước đây, ví dụ nghiên cứu của Johannessen, Bjerrum, Endo, và Fellenius, đã chỉ ra ảnh hưởng đáng kể của ma sát âm đến sức chịu tải cọc. Giảm sức chịu tải cọc do ma sát âm là vấn đề cần được giải quyết trong thiết kế để đảm bảo an toàn công trình. Nghiên cứu này bổ sung vào các nghiên cứu trước bằng cách tập trung vào nhóm cọc và điều kiện địa chất cụ thể ở Đồng bằng sông Cửu Long.

Việc xem xét ảnh hưởng của ma sát âm trong thiết kế móng cọc là cần thiết khi gặp các điều kiện địa chất cụ thể. Các trường hợp đặc biệt quan trọng cần được lưu tâm bao gồm các khu vực có lớp đất sét mềm dày, đất có tính nén lún cao, hay đất có độ cố kết thấp. Đồng bằng sông Cửu Long, với đặc điểm địa chất chủ yếu là đất bùn, sét, là một ví dụ điển hình. Độ sâu cọc cũng là yếu tố quyết định. Cọc càng sâu, khả năng chịu tác động của ma sát âm càng lớn. Khoảng cách cọc trong nhóm cọc cũng ảnh hưởng đến mức độ ma sát âm. Cọc càng gần nhau, ảnh hưởng càng lớn. Đất yếu là điều kiện tiên quyết để hiện tượng ma sát âm xảy ra. Thí nghiệm tải trọng tĩnh và thí nghiệm tải trọng động có thể dùng để xác định sức chịu tải cọc, nhưng cần được bổ sung bởi các phân tích về ma sát âm. Các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc cần được cập nhật để bao gồm các phương pháp tính toán và xem xét ma sát âm một cách chính xác. Việc giảm thiểu rủi ro là mục tiêu chính, vì vậy việc đánh giá cẩn thận ma sát âm giúp tiết kiệm chi phí về lâu dài bằng cách tránh các sự cố công trình.

Phân tích sức chịu tải cọc đơn cần xem xét ma sát âm. Phương pháp truyền tải trọng dựa trên sự phân bố ứng suất dọc thân cọc. Sức kháng ma sát và sức kháng mũi được tính toán. Sức chịu tải cực hạn được xác định dựa trên sức chịu tải lún cho phép. Độ lún cọc phụ thuộc vào ma sát âm, đặc tính đất, và tải trọng tác dụng. Mô hình hóa ma sát âm trong cọc đơn sử dụng các phương pháp giải tích, như phương pháp của Janbu, dựa trên các thông số đất thu được từ thí nghiệm nén cố kết. Phân tích ảnh hưởng của ma sát âm được thực hiện bằng cách so sánh kết quả tính toán với và không có ma sát âm. Hệ số an toàn được tính toán để đánh giá mức độ an toàn của cọc. Các phương pháp phân tích khác nhau, như phương pháp phần tử hữu hạn, có thể được sử dụng để xác nhận kết quả. Cọc khoan nhồi, cọc đóng, và cọc ép có thể có phản ứng khác nhau đối với ma sát âm. Lún cọc là một chỉ số quan trọng cần được kiểm soát.

Phân tích sức chịu tải nhóm cọc phức tạp hơn cọc đơn do sự tương tác giữa các cọc. Ma sát âm ảnh hưởng đến từng cọc trong nhóm. Hiệu ứng nhóm cần được xem xét. Mô phỏng phần tử hữu hạn, ví dụ sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation, là phương pháp hiệu quả để tính toán ma sát âm trong nhóm cọc. Phân bố ứng suất trong nhóm cọc không đồng đều do sự tương tác giữa các cọc và đất. Khoảng cách cọc ảnh hưởng đến mức độ tương tác. Cọc ở vị trí biên chịu ảnh hưởng lớn hơn cọc ở giữa. Số lượng cọc trong nhóm cũng ảnh hưởng đến sức chịu tải tổng thể. Phân tích ảnh hưởng của ma sát âm trong nhóm cọc giúp xác định sức chịu tải cho phép chính xác hơn. Giải pháp cải thiện sức chịu tải có thể bao gồm thay đổi khoảng cách cọc, sử dụng cọc đường kính lớn hơn, hay cải thiện nền đất. Mô hình số học cần được sử dụng để mô phỏng chính xác hiện tượng ma sát âm trong nhóm cọc.