Nghiên cứu ma sát âm trong móng cọc công trình cầu

Tác giả: TS. NGUYỄN ANH TUẤN; KS. ĐỖ NGỌC NAM; ThS. MA THẾ CƯỜNG - Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải

Đất đắp gây ra ma sát âm

Sức chịu tải của cọc (theo đất nền) được tạo ra là nhờ ma sát tác dụng lên bề mặt xung quanh cọc và phản lực của đất nền tác dụng lên mũi cọc. Trong điều kiện bình thường, dưới tác dụng của tải trọng, cọc sẽ dịch chuyển xuống phía dưới nhiều hơn là đất xung quanh cọc và khi đó lực ma sát của đất xung quanh cọc sẽ xuất hiện để ngăn cản sự dịch chuyển đó của cọc và hướng lên phía trên - ma sát đó được gọi là ma sát dương - nó tạo nên sức chịu tải của cọc.

Tuy nhiên, trong thực tế không phải lúc nào sự làm việc của cọc cũng xảy ra một cách êm xuôi như vậy, mà trong không ít trường hợp ở một số phân đoạn của cọc, đất xung quanh cọc, vì các lý do khác nhau lại dịch chuyển xuống phía dưới nhiều hơn cọc. Khi đó, đất không muốn mình tụt xuống nhiều hơn nên “níu kéo” cọc, lực “níu kéo” đó hướng xuống phía dưới.

Sức kháng này không kháng lại tải trọng ngoài mà còn góp phần đẩy cọc xuống, đó là sức kháng bên âm (thuật ngữ quen sử dụng là “ma sát âm”, mặc dù sức kháng thành bên bao giờ cũng bao gồm cả ma sát và lực dính).

Ma sát âm xuất hiện vào giai đoạn nào? Dĩ nhiên là ma sát âm xuất hiện trong thời kỳ khai thác công trình. Còn trong giai đoạn thi công thì dù hạ bằng đóng hay ép thì sự dịch chuyển của cọc xuống dưới cũng nhanh hơn gấp nhiều lần dịch chuyển của đất nên không thể có chuyện xuất hiện ma sát âm được.

Khi cọc ở trong đất, sức chịu tải của cọc thể hiện qua thành phần ma sát (dương) xung quanh cọc và sức kháng mũi cọc. Khi cọc bị ảnh hưởng ma sát âm thì sức chịu tải giảm do nó phải gánh chịu một lực kéo xuống, lúc này khả năng chịu tải của cọc bị giảm xuống do thành phần ma sát đất - cọc trong đoạn cọc xuất hiện ma sát âm có xu hướng ngược với phần ma sát dương.

Ma sát âm trên cọc là yếu tố không thể bỏ qua khi thiết kế móng cọc trong khu vực mới san hay đắp nền trên đất yếu và trong vùng chịu ảnh hưởng của hiện tượng hạ mực nước ngầm. Ma sát âm biến động theo thời gian, phụ thuộc vào tốc độ cố kết của đất và tốc độ lún của cọc.

Mời độc giả xem nội dung đầy đủ bài khoa học tại đây