Hiệu ứng nhóm cọc

Khoảng cách giữa các cọc trong móng thường được xác định đảm bảo điều kiện kinh tế - kỹ thuật. Thiết kế móng cọc chịu tải trọng đứng gồm các bước sau:

1. Xác định sức chịu tải cực hạn của các cọc trong móng Qgu.

2. Xác định độ lún của móng cọc, S, dưới tải trọng làm việc cho phép (allowable load) Qga

Nói chung Tải trọng cực hạn của móng cọc khác với tổng tải trọng cực hạn của từng cọc đơn. Hệ số Eg xem xét tới hiệu ứng nhóm cọc, phụ thuộc vào những thông số như loại đất xung quanh cọc, phương pháp hạ cọc, ví dụ: cọc đóng khác với cọc thi công tại chỗ, và khoảng cách giữa các cọc:

Trong thực tế, việc xác định sức chịu tải của móng cọc không có công thức hiệu quả (efficiency formula) nào được chấp nhận chung cho các trường hợp. Hiện nay các kỹ sư đôi khi dùng một số công thức xác định hệ số nhóm cọc như công thức của Converse-Labarre. Đây là những công thức bán kinh nghiệm nhằm xác định hiệu ứng nhóm cọc  cho đất không đồng chất. Nhưng khi cọc thi công trong nền cát đồng nhất thì hệ số này có thể dùng tương quan của Vesic (1967), theo thí nghiệm hiện trường trên móng cọc trong nền cát. Hiện nay chưa có thí nghiệm đủ tin cậy đánh giá hiệu ứng nhóm cọc ngàm trong đất dính.

Hiệu ứng nhóm cọc trong đất cát 

Vesic (1967) tiến hành thí nghiệm trên móng 4 và 9 cọc đóng trong nền cát chế bị.  

Trong thí nghiệm, nhóm cọc với khoảng cách từ 2, 3, 4 đến 6 lần kích thước cọc. Thí nghiệm tiến hành trong nền cát chặt vừa, đồng nhất. Kết quả thí nghiệm trình bày trong Fig. 15.26. Theo hình này cho thể hiện như sau:

1. Hiệu ứng của nhóm cọc 4 và 9 cọc khi đài cọc tự do (không đặt trên nền)  
2. Hiệu ứng của nhóm cọc 4 và 9 cọc khi đài cọc đặt trên nền. 
3. Hiệu ứng bên của nhóm cọc (skin efficiency) 4 và 9 cọc
4. Hiệu ứng điểm trung bình của tất cả các cọc trong nhóm. 

Hình 15.26 Hiệu ứng của nhóm cọc trên nền cát (Vesic, 1967)

It may be mentioned here that a pile group with the pile cap resting on the surface takes more load than one with free standing piles above the surface. In the former case, a part of the load is taken by the soil directly under the cap and the rest is taken by the piles. The pile cap behaves the same way as a shallow foundation of the same size. Though the percentage of load taken by the group is quite considerable, building codes have not so far considered the contribution made by the cap.

It may be seen from the Fig. 15.26 that the overall efficiency of a four pile group with a cap resting on the surface increases to a maximum of about 1.7 at pile spacings of 3 to 4 pile diameters, becoming somewhat lower with a further increase in spacing. A sizable part of the increased bearing capacity comes from the caps. If the loads transmitted by the caps are reduced, the group efficiency drops to a maximum of about 1.3.

Very similar results are indicated from tests with 9 pile groups. Since the tests in this case were carried out only up to a spacing of 3 pile diameters, the full picture of the curve is not available. However, it may be seen that the contribution of the cap for the bearing capacity is relatively smaller.

Vesic measured the skin loads of all the piles. The skin efficiencies for both the 4 and 9-pile groups indicate an increasing trend. For the 4-pile group the efficiency increases from about 1.8 at 2 pile diameters to a maximum of about 3 at 5 pile diameters and beyond. In contrast to this, the average point load efficiency for the groups is about 1.01. Vesic showed for the first time that the increasing bearing capacity of a pile group for piles driven in sand comes primarily from an increase in skin loads. The point loads seem to be virtually unaffected by group action.

Công thức xác định hiệu ứng nhóm cọc 

Hiện có nhiều công thức xác định hiệu ứng nhóm cọc. Những công thức này nếu được sử dụng cần rấ lưu ý, trong nhiều trương hợp cho kết quả sai khác lớn với thực tế. Công thức Converse-Labarre là một trong những công thức được sử dụng rộng rãi nhất để xác định hiệu ứng nhóm cọc, trình bày trong công thức 15.68:

                                                                                                      (Nguyễn Hải Hà- Viện Thủy Công)