Ảnh hưởng của các thông số búa rung thủy lực đến lực cản của đất và độ dịch chuyển của cọc thép trong quá trình hạ cọc

1820(9) 9.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
Đặt vấn đề
Công nghệ hạ cọc thép bằng búa rung được sử dụng 
khá phổ biến ở nước ta hiện nay để phục vụ thi công các 
công trình. Ưu điểm nổi bật của công nghệ này là giảm 
thời gian thi công, sử dụng được ở nhiều địa hình, không 
gây ảnh hưởng lớn đến các công trình lân cận, không phá 
hủy cọc trong quá trình hạ cọc Búa rung có thể được 
dẫn động bằng cơ khí hoặc thủy lực, được lắp trên các 
máy cơ sở như máy xúc, cần trục hoặc máy chuyên dùng. 
Để quá trình hạ cọc có hiệu quả cần thiết phải có sự phù 
hợp giữa các thành phần như cần trục, búa rung, cọc thép 
và nền đất, hay nói cách khác, quá trình hạ cọc vào nền 
đất bằng búa rung phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như các 
yếu tố của nền đất (các chỉ tiêu cơ lý của đất), các thông 
số của cọc và các thông số của búa rung (tần số, biên độ 
và giá trị lực kích thích, trọng lượng búa). Tuy nhiên, 
tài liệu tính toán, thiết kế búa rung để hạ cọc hiện nay ở 
nước ta còn hiếm và không đầy đủ nên trong thực tế việc 
tính chọn máy cơ sở, búa rung, cọc ván thép đều dựa theo 
hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất hoặc theo tài liệu của 
các nước khác. Đã có một số công trình trong nước nghiên 
cứu về búa rung, nhưng có thể thấy hầu hết các công trình 
này mới chỉ dừng lại ở việc tính toán thiết kế, xây dựng 
bài toán động lực học và mô hình thực nghiệm nhằm xác 
định các thông số cơ bản của búa rung... mà chưa có công 
trình nào đề cập đến việc xây dựng mô hình động lực học 
khảo sát sự ảnh hưởng các thông số của búa rung đến quy 
luật thay đổi lực cản của nền đất tác dụng lên cọc trong 
Ảnh hưởng của các thông số búa rung thủy lực đến lực cản 
của đất và độ dịch chuyển của cọc thép trong quá trình hạ cọc
Vũ Văn Trung1*, Thái Hà Phi1, Trần Quang Hùng2
1Trường Đại học Giao thông Vận tải
2Học viện Kỹ thuật Quân sự
Ngày nhận bài 25/4/2017; ngày chuyển phản biện 28/4/2017; ngày nhận phản biện 5/6/2017; ngày chấp nhận đăng 12/6/2017
Tóm tắt:
Lựa chọn búa rung thủy lực phù hợp với cọc thép và nền đất có ý nghĩa kinh tế rất lớn trong quá trình thi công 
các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. Để có sự tính toán đúng đắn cần thiết phải có sự phân tích 
đúng bản chất vật lý về tương tác giữa cọc thép với đất, động lực học của cơ hệ trong cả quá trình ép hạ cọc thép 
vào đất. Bài báo trình bày mô hình động lực học quá trình hạ cọc thép vào nền đất bằng búa rung thủy lực. Lập 
chương trình khảo sát ảnh hưởng của các thông số búa rung đến lực cản ép cọc, độ dịch chuyển cọc vào đất với 
một bộ thông số cụ thể, làm cơ sở để lựa chọn búa rung có thông số phù hợp với cọc và nền đất. 
Từ khóa: Búa rung thủy lực, cọc thép, độ dịch chuyển cọc, lực cản ép cọc thép, thông số của búa.
Chỉ số phân loại: 2.1
*Tác giả liên hệ: Email: Vuvantrungdhgtvt@yahoo.com
Surveying the effect of hydraulic vibrator 
parameters on the resistance between steel 
piles and soils when installing
Van Trung Vu1, Ha Phi Thai1, Quang Hung Tran2*
1University of Transport and Communications
2Military Technical Academy
Received 25 April 2017; accepted 12 June 2017
Abstract:
The proper use of hydraulic vibrators in accordance 
with steel piles and soils results in a high economic 
efficiency. For the correct calculation, it is necessary 
to exactly analyse the physical nature of the mutual 
effect between steel piles and soils, system dynamics 
during pile driving into the soils. The article has shown 
the dynamics model in steel pile driving into the soils 
with hydraulic vibrators. The assessment on the 
impacts of vibrator specifications on the resistance and 
penetration of piles with specific specifications shall be 
used as a basis to select a proper hydraulic vibrator in 
accordance with piles and soils.
Keywords: Hydraulic vibrator, pile penetration, soil 
resistance, steel pile, vibrator parameters.
Classification number: 2.1
1920(9) 9.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
quá trình rung hạ cọc và độ dịch chuyển của cọc vào nền, 
để từ đó xác định các thông số hợp lý của búa rung trong 
quá trình tính toán, thiết kế và thi công cọc thép. Xuất 
phát từ yêu cầu trên, nhóm tác giả tiến hành xây dựng bài 
toán động lực học quá trình hạ cọc bằng búa rung, khảo 
sát ảnh hưởng của các thông số búa rung đến lực cản giữa 
cọc thép và đất, sự dịch chuyển của cọc nhằm mục đích 
tính toán lựa chọn búa rung phù hợp với cọc thép và nền 
đất, tăng năng suất, giảm chi phí năng lượng trong khi 
không làm hư hỏng cọc (cong, biến dạng cọc, lệch hướng 
đi thẳng của cọc).
Nội dung nghiên cứu
Công nghệ hạ cọc thép bằng búa rung
Công nghệ cọc thép đã được sử dụng khá phổ biến ở 
nước ta hiện nay để gia cố nền đất yếu hoặc làm tường 
vây. Ưu điểm nổi bật của công nghệ này là giảm thời gian 
thi công, sử dụng được ở nhiều địa hình, không gây ảnh 
hưởng lớn đến các công trình lân cận, không phá hủy cọc 
trong quá trình hạ cọc (búa rung là một phương pháp 
phổ biến dùng để hạ cọc thép). Búa rung có thể được dẫn 
động bằng cơ khí hoặc thủy lực, được lắp trên các máy 
cơ sở như máy xúc, cần trục hoặc máy chuyên dùng. Một 
trong những thiết bị tương đối phổ biến được sử dụng để 
ép hạ cọc thép vào nền đất được mô tả như trên hình 1, 
gồm búa rung 3 được cấp dầu thủy lực bởi đường ống 7, 
búa được treo trên cáp 6 của máy cẩu bánh xích 8 thông 
qua khung treo (xà treo) 4, cọc thép 1 được kẹp chặt với 
búa rung bằng bộ kẹp 2 khi làm việc.
1
2
3
4
57
8
6
1: Cäc v¸n thÐp
2: M¸ kÑp cäc
3: BÖ g©y rung
4: Xµ treo
5: Mãc cÈu
6: C¸p n©ng bóa
7: §­êng èng
dÉn dÇu thñy lùc
8: CÇn trôc c¬ së
Mô hình động lực học ép cọc thép bằng búa rung
Khi sử dụng búa rung để hạ cọc thép vào nền đất, dưới 
tác dụng của lực rung động do búa rung gây ra và trọng 
lượng toàn bộ hệ búa - cọc tác dụng lên đầu cọc làm cho 
cọc có xu hướng dịch chuyển dần vào nền đất, quá trình 
hạ cọc này là một quá trình rất phức tạp, dưới tác dụng 
của lực rung động, các phần tử đất xung quanh thân cọc sẽ 
chuyển động theo, khi tần số rung đạt đến một giá trị nhất 
định thì liên kết giữa các hạt đất xung quanh và vùng lân 
cận sẽ bị phá vỡ nên lực cản của nền đất tác dụng lên cọc 
giảm so với lực cản tĩnh. Lực cản của nền đất lên cọc gồm 
có lực cản thành cọc và lực cản mũi cọc, để xác định các 
thành phần lực cản này cho đến nay trên thế giới có nhiều 
trường phái khác nhau, trong bài báo này nhóm tác giả sử 
dụng mô hình đàn hồi để xác định các thành phần lực cản 
của nền đất lên cọc [1, 2].
Xuất phát từ vấn đề trên, nhóm tác giả tiến hành xây 
dựng mô hình động lực học của hệ “búa rung - cọc - nền” 
nhằm khảo sát sự ảnh hưởng các thông số của búa rung 
đến quy luật thay đổi của lực cản giữa cọc với nền đất khi 
hạ cọc bằng lực rung động như trên hình 2 [3]. Trong đó 
búa rung được treo bằng cáp qua cơ cấu treo (khung treo) 
có khối lượng m
1
, cơ cấu gây rung có khối lượng m2 và 
cọc có khối lượng mc được kẹp chặt với cơ cấu gây rung 
tạo thành một liên kết cứng có khối lượng (m2+mc). Búa 
và cọc được liên kết với khung treo qua hệ giảm chấn. Lực 
cản nền đất lên cọc bao gồm lực cản thành R
s
 và lực cản 
mũi cọc R
t
.
 Mô hình động lực học của hệ được xây dựng dựa trên 
các giả thiết:
- Cọc thép dịch chuyển vào đất theo hướng thẳng đứng, 
cọc không bị xoắn và uốn trong quá trình ép cọc;
- Coi cọc cứng tuyệt đối, các điểm trên thân cọc dao 
động với cùng biên độ và tần số;
- Các lớp đất có cùng tính chất cơ lý.
Mô hình động lực học búa rung hạ cọc thép là mô hình 
2 khối lượng. Mô hình tương tác giữa cọc và đất được thể 
hiện qua quy luật biến đổi của các thành phần lực thân cọc 
và lực cản đầu cọc. Ở đó, lực cản thành bên phụ thuộc vào 
áp lực ngang của nền tác dụng lên cọc, hệ số ma sát cọc 
thép - đất và diện tích tiếp xúc giữa cọc với nền; lực cản 
đầu cọc phụ thuộc vào diện tích mũi cọc, các tham số của 
nền và áp lực đứng của cọc trên nền.Hình 1. Búa rung thủy lực lắp trên cần trục bánh xích.
2020(9) 9.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
Hình 2. Mô hình động lực học búa rung thủy lực hạ cọc 
thép 2 khối lượng.
Po - Lực kéo cáp nâng hạ búa (N); m1 - Khối lượng khung 
treo (kg); m2 - Khối lượng bệ gây rung (kg); mc - Khối lượng 
cọc (kg); z1 - Dịch chuyển của khung treo (m); z2 - Dịch 
chuyển của bệ gây rung và cọc (m); S - Độ cứng của giảm 
chấn (N/m); k - Hệ số dập tắt dao động của hệ giảm chấn 
(N.s/m); Rs - Lực cản thành bên của cọc (N); Rt - Lực cản 
mũi cọc (N).
Theo Svetlana Polukoshko [4], các thành phần lực cản 
này được xác định như trong công thức (1):


z z 2
s
s 0 c t 0 c t
0 0
t
s t t
z
R = p.σ (z)dz= (p. .k .z.f )dz p. .k .f .
2
R =f .A .
  
 
 (1) 
s 2
s 2
s s 2s 2
t t 2t 2
t t 2
2
R khi z 0
R = 0 khi z 0
R =R sgn( z )-R khi z 0
R =0,5R 1 sgn( z )R khi z 0
R = 0,5R khi z 0
0 khi z 0
 

 
 
 

 (2) 
1 1 1 2 1 2 0 1
2 c 2 1 2 1 2 2 c
kt s t
m z k(z z ) S(z z ) P m g 0
(m m )z k(z z ) S(z z ) (m m )g
P R R 0
  
   (3) 
1 1 1 0 1 2 1 2
2
2 c 2 2 c e e 1 2 1 2
2
2
0 c t 2 s t t 2
m z m g P k(z z ) S(z z )
(m m )z (m m )g 2m r sin( t) k(z z ) S(z z )
z
p. .k .f . sgn(z ) 0, 5.f .A . [ sgn(z ) 1]
2 
   
  
  
  
 
 (6) 
(1)
Trong đó: 

sR - Lực cản của đất tác dụng lên thành cọc 
(N);  sR - Lực cản của đất tác dụng lên mũi cọc (N); p - Chu 
vị bề mặt ngoài của cọc (m); g - Trọng lượng riêng của đất 
(N/m3); z - Độ dịch chuyển đầu cọc vào đất (m); f
s
 - Tham 
số của nền đất; A
t 
- Tiết diện mặt cắt cọc tại mũi cọc (m2); 
s
t 
- Áp lực nền đất tại mũi cọc (N/m2); f
c-t 
- Hệ số ma sát 
giữa cọc thép với đất; k
0 
- Hệ số áp lực hông của đất; s
s
(z) 
- Áp lực nền đất phân bố dọc theo chiều sâu cọc (N/m2). 
Thực tế cho t ấy, lực cản của đất tác dụng lên thành 
cọc (R
s
) chỉ xuất hiện khi cọc có chuyển động (͘z2 ≠ 0) và 
chiều tác dụng của nó luôn có xu hướng ngược với chuyển 
động của cọc, khi cọc chuyển động đi xuống (͘z2 > 0), lực 
cản có hướng đi lên và khi cọc chuyển động đi lên (͘z2 < 0), 
lực cản có hướng đi xuống, lực cản này bằng 0 khi cọc có 
͘z2 = 0 (cọc không chuyển động). Còn thành phần lực cản 
tác dụng lên mũi cọc (R
t
) chỉ xuất hiện khi cọc có chuyển 
động đi xuống (͘z2 > 0), khi cọc đi lên (͘z2 < 0), lực cản mũi 
cọc bằng không. Từ đó, kết hợp với (1), ta xây dựng được 
phương trình các thành phần lực cản của đất tác dụng lên 
cọc có kể đến chiều tác dụng trong quá trình hạ cọc bằng 
búa rung như sau:


z z 2
s
s 0 c t 0 c t
0 0
t
s t t
z
R = p.σ (z)dz= (p. .k .z.f )dz p. .k .f .
2
R =f .A .
  
 
 (1) 
s 2
s 2
s s 2s 2
t t 2t 2
t t 2
2
R khi z 0
R = 0 khi z 0
R =R sgn( z )-R khi z 0
R =0,5R 1 sgn( z )R khi z 0
R = 0,5R khi z 0
0 khi z 0
 

 
 
 

 (2) 
1 1 1 2 1 2 0 1
2 c 2 1 2 1 2 2 c
kt s t
m z k(z z ) S(z z ) P m g 0
(m m )z k(z z ) S(z z ) (m m )g
P R R 0
  
   (3) 
1 1 1 0 1 2 1 2
2
2 c 2 2 c e e 1 2 1 2
2
2
0 c t 2 s t t 2
m z m g P k(z z ) S(z z )
(m m )z (m m )g 2m r sin( t) k(z z ) S(z z )
z
p. .k .f . sgn(z ) 0, 5.f .A . [ sgn(z ) 1]
2 
   
  
  
  
 
 (6) 
(2)
Từ mô hình động lực học của hệ búa rung thủy lực - 
cọc - nền (hình 2), ta xây dựng được sơ đồ phân tích mô 
hình động lực học như trên hình 3.
FS Fk
m1g
z1
z2
m1z1
..
(m2+mc)z2
..
(m2+mc)g
Pkt
P0
Rs
Rt
FS Fk
O x
z
Hình 3. Sơ đồ phân tích mô hình động lực học.
Tiến hành phân tích lực và áp dụng nguyên lý 
D’Alembert ta thiết lập được hệ phương trình chuyển 
động của cơ hệ búa rung - cọc thép - nền như sau:
1 1 1 2 1 2 0 1
2 c 2 1 2 1 2 2 c
kt s t
m z k(z z ) S(z z ) P m g 0
(m m )z k(z z ) S(z z ) (m m )g
P R R 0
 + − + − + − =
 + − − − − − +

− + + =
  
  
 (3)
Trong đó: P
kt
 là lực kích rung của bộ gây rung: Lực 
kích thích của bộ gây rung được tạo ra bởi các bánh lệch 
tâm là hợp lực của các lực ly tâm do các bánh lệch tâm này 
gây ra khi quay theo phương thẳng đứng (hình 4) và được 
tính theo công thức:
2
kt c e e
P 2F sin( t) 2m r sin( t)= w = w w (4)
Fc - Lực ly tâm của một khối lệch tâm là:
2
c e e
F m r= w (5)
Với: m
e
 - Khối lượng lệch tấm (kg); r
e 
- Bán kính lệch 
tâm (m); w - Vận tốc góc trục lệch tâm (rad/s).
P0
S k
Rt
st
ss
Rs
z1
z2
m1
(m2+mc)
O x
z
2120(9) 9.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
Hình 4. Sơ đồ tính lực kích thích của búa rung.
Thay các biểu thức (1), (2), (4) và (5) vào hệ phương 
trình (3) nhận được hệ sau:


z z 2
s
s 0 c t 0 c t
0 0
t
s t t
z
R = p.σ (z)dz= (p. .k .z.f )dz p. .k .f .
2
R =f .A .
  
 
 (1) 
s 2
s 2
s s 2s 2
t t 2t 2
t t 2
2
R khi z 0
R = 0 khi z 0
R =R sgn( z )-R khi z 0
R =0,5R 1 sgn( z )R khi z 0
R = 0,5R khi z 0
0 khi z 0
 

 
 
 

 (2) 
1 1 1 2 1 2 0 1
2 c 2 1 2 1 2 2 c
kt s t
m z k(z z ) S(z z ) P m g 0
(m m )z k(z z ) S(z z ) (m m )g
P R R 0
  
   (3) 
1 1 1 0 1 2 1 2
2
2 c 2 2 c e e 1 2 1 2
2
2
0 c t 2 s t t 2
m z m g P k(z z ) S(z z )
(m m )z (m m )g 2m r sin( t) k(z z ) S(z z )
z
p. .k .f . sgn(z ) 0, 5.f .A . [ sgn(z ) 1]
2 
   
  
  
  
 
 (6) 
(6)
Xây dựng chương trình tính và khảo sát sự ảnh 
hưởng các thông số của búa rung đến sự thay đổi của 
lực cản nền lên cọc
Để khảo sát quy luật thay đổi lực cản của nền đất tác 
dụng lên cọc theo các thông số của búa rung, ta ứng dụng 
phần mềm Matlab để xây dựng chương trình tính toán cho hệ 
phương trình chuyển động (6) và tiến hành giải bài toán trên 
với bộ thông số đầu vào của đất, búa rung như trong bảng 1.
Bảng 1. Các thông số đầu vào của mô hình. 
Ứng dụng phần mềm Matlab, chương trình tính toán 
được trình bày ở hình 5.
Hình 5. Chương trình tính toán trên phần mềm Matlab - 
Simulink.
Chạy chương trình với các thông số như trong bảng 1 
với điều kiện đầu vào là:
- Thời điểm ban đầu t = 0; z
10
 = 0; z
20
 = 0 (khung treo 
và búa - cọc ở vị trí cân bằng tĩnh ban đầu, cọc nằm trên 
bề mặt nền đất);
- Pha ban đầu của lực kích rung bằng không.
Kết quả được ghi trên các hình từ 6 đến 14.
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16
-0.035
-0.03
-0.025
-0.02
-0.015
-0.01
-0.005
0
Thoi gian, s
Di
ch
 ch
uy
en
 cu
a c
oc
 - 
kh
un
g t
reo
, m
Do thi dich chuyen cua bua - coc va khung treo khi ha coc theo thoi gian
Hình 6. Đồ thị dịch chuyển của cọc và khung treo.
Kết quả dịch chuyển của khung treo và cọc trên đồ thị 
(hình 6) cho thấy, dịch chuyển của cọc (đường nét liền) và 
dịch chuyển của khung treo (đường nét đứt) bám sát nhau, 
khung treo có biên độ dao động nhỏ hơn biên độ dao động 
của cọc (vì giữa chúng có hệ giảm chấn), dịch chuyển của 
búa có xu hướng đi xuống, tức là theo chiều hạ cọc vào đất 
với vận tốc trung bình khoảng 0,035 m/0,15 s (23,3 m/s).
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Thoi gian, s
Va
n 
to
c 
di
ch
 c
hu
ye
n 
cu
a 
co
c 
- k
hu
ng
 tr
eo
, m
/s
Van toc dich chuyen cua khung treo
Van toc dich chuyen cua coc
TT Các thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Khối lượng khung treo búa m
1
kg 575
2 Khối lượng bệ gây rung m2 kg 1475
3 Khối lượng lệch tâm m
e
kg 40
4 Hệ số độ cứng của nền S N/m 28.105
5 Hệ số giảm chấn của nền k N.s/m 7500
6 Tần số góc của bộ gây rung w rad/s 230
7 Bán kính lệch tâm của bánh lệch tâm r
e
m 0,15
8 Diện tích mặt cắt ngang của cọc A
t
m2 0,015
9 Chu vi mặt cắt cọc thép p m 1,5
10 Trọng lượng riêng của đất g N/m3 18.103
11 Ứng suất nén của đất s
t
N/m2 6820.103
12 Hệ số ma sát giữa đất - cọc thép f
c-t
0,5
13 Tham số của nền đất f
s
1
14 Hệ số áp lực bên của đất k
0
0,78
15 Khối lượng cọc mc kg 456 Hình 7. Đồ thị vận tốc dịch chuyển của cọc và khung treo.
2220(9) 9.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Thoi gian, s
G
ia
 t
o
c
 d
ic
h
 c
h
u
y
e
n
 c
u
a
 c
o
c
 -
 k
h
u
n
g
 t
re
o
, 
m
/s
2
Gia toc dich chuyen cua khung treo
Gia toc dich chuyen cua bua - coc
Hình 8. Đồ thị gia tốc dịch chuyển của cọc và khung treo.
Kết quả nhận được trên hình 7 cho thấy, khung treo có 
biên độ vận tốc khoảng 0,4 m/s, thấp hơn biên độ vận tốc 
của cọc, 1,65 m/s. Từ kết quả độ dịch chuyển và vận tốc 
dao động của cọc thép cho thấy giá trị trung bình của độ 
dịch chuyển và vận tốc có giá trị lớn hơn không, điều này 
cho thấy độ dịch chuyển và vận tốc của cọc khi di chuyển 
đi lên nhỏ hơn độ dịch chuyển và vận tốc khi di chuyển đi 
xuống, vì vậy cọc được hạ sâu dần vào nền đất.
Đồ thị gia tốc của cọc và khung treo đều dao động ổn 
định quanh giá trị cân bằng (hình 8). Biên độ gia tốc của 
cọc thép 325 m/s2 lớn hơn rất nhiều biên độ gia tốc của 
khung treo 60 m/s2, từ đó cho thấy quy luật biến thiên các 
giá trị động lực học của mô hình thể hiện đúng quy luật 
thực tế quá trình làm việc của búa rung khi hạ cọc.
Trên cơ sở chương trình đã được xây dựng, tiến hành 
thay đổi các thông số làm việc của búa rung (tần số rung, 
mô men lệch tâm, lực kéo máy cơ sở) để khảo sát sự ảnh 
hưởng của chúng đến độ dịch chuyển của cọc và lực cản 
của nền đất lên cọc.
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20
-0,03
-0,025
-0,02
-0,015
-0,01
-0,005
0
Thoi gian, s
D
ic
h
 c
h
u
y
e
n
 c
u
a
 c
o
c
, 
m
n = 1200 vong/phut
n = 1700 vong/phut
n = 2300 vong/phut
Hình 9. Dịch chuyển của cọc khi thay đổi tần số rung.
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
Thoi gian, s
Lu
c 
ca
n 
th
an
h 
R
t, 
N
n = 1200 vong/phut
n = 1700 vong/phut
n = 2300 vong/phut
Hình 10. Sự thay đổi lực cản thành cọc khi thay đổi tần 
số rung.
Từ kết quả hình 9 và 10 cho thấy, khi tăng tần số 
rung (số vòng quay của trục gây rung) lần lượt là n = 
1200/1700/2200 vòng/phút (với M
e
 = 6 kg.m và P
0
 = 0 
kN) thì độ dịch chuyển của cọc tăng lên (hình 9) và lực cản 
thành cọc (R
s
) giảm xuống (hình 10), điều đó nghĩa là tần 
số rung của búa tăng thì sẽ làm giảm lực cản thành cọc và 
tăng tốc độ hạ cọc vào đất.
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20
-0,030
-0,025
-0,020
-0,015
-0,010
-0,005
0
Thoi gian, s
Di
ch
 c
hu
ye
n 
co
c,
 m
Me = 6 kg.m
Me = 9 kg.m
Me = 12 kg.m
Hình 11. Dịch chuyển của cọc khi thay đổi mô men lệch 
tâm (Me).
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
Thoi gian, s
Lu
c 
ca
n 
th
an
h 
co
c 
Rt
, N
Me = 6 kg.m
Me = 9 kg.m
Me = 12 kg.m
Hình 12. Sự thay đổi lực cản thành cọc khi thay đổi mô 
men lệch tâm (Me).
Trên hình 11 và 12 thể hiện kết quả sự thay đổi độ dịch 
chuyển của cọc và lực cản thành cọc (R
s
) khi lần lượt thay 
đổi mô men lệch tâm của búa rung là M
e 
= 6/9/12 kg.m 
(với n = 2200 vòng/phút và P
0
 = 0 kN). Từ đó có thể thấy 
độ dịch chuyển của cọc (hình 11) và lực cản thành cọc (R
s
) 
(hình 12) đều tăng khi M
e
 tăng, điều này có nghĩa là khi 
M
e
 tăng làm cho giá trị lực kích thích tăng nên tốc độ dịch 
2320(9) 9.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
chuyển của cọc vào đất tăng lên và làm cho lực cản thành 
cọc cũng tăng theo.
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20
-0,020
-0,018
-0,016
-0,014
-0,012
-0,010
-0,008
-0,006
-0,004
-0,002
0
Thoi gian, s
D
ic
h 
ch
uy
en
 c
ua
 c
oc
, m
p0 = 0 kN
P0 = 7 kN
P0 = 10 kN
Hình 13. Sự thay đổi dịch chuyển của cọc khi thay đổi lực 
kéo của máy cơ sở.
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Thoi gian, s
Lu
c 
ca
n 
R
s,
 N
P0 = 0 kN
P0 = 7 kN
p0 = 10 kN
Hình 14. Sự thay đổi lực cản thành cọc khi thay đổi lực 
kéo của máy cơ sở.
Hình 13, 14 thể hiện kết quả về sự thay đổi độ dịch 
chuyển của cọc và lực cản thành cọc (R
s
) khi lần lượt thay 
đổi lực kéo của máy cơ sở tương ứng là P
0 
= 0/7/10 kN 
(với M
e
 = 6 kg.m và n = 2200 vòng/phút), từ đó cho thấy, 
lực kéo máy cơ sở tăng lên thì độ dịch chuyển của cọc 
(hình 13) và lực cản thành cọc (hình 14) giảm. Độ lớn của 
lực cản mũi cọc R
t
 không thay đổi theo chiều sâu cọc, giá 
trị lực này chỉ thay đổi khi tiết diện cọc thay đổi hoặc thay 
đổi các thông số của nền đất. Trên hình 15 cho thấy, khi 
tăng diện tích mũi cọc thì lực cản mũi cọc tăng theo. Hình 
16 cho thấy, lực kéo máy cơ sở (P
0
) gần như không ảnh 
hưởng đến lực cản mũi cọc.
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
0
20
40
60
80
100
120
140
Thoi gian, s
Lu
c 
ca
n 
m
ui
 c
oc
, N
At = 0.01 m
At = 0.015 m
At = 0.02 m
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
0
20
40
60
80
100
120
Thoi gian, s
L
u
c
 c
a
n
 m
u
i 
c
o
c
, 
N
P0 = -10 kN
P0 = -7 kN
P0 = 0 kN
Kết luận
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng được mô hình tính toán 
xác định sự ảnh hưởng của các thông số búa rung thủy lực 
(tần số rung, mô men lệch tâm, lực kéo máy cơ sở) đến các 
thành phần lực cản của đất và độ dịch chuyển của cọc thép 
trong quá trình hạ cọc, từ đó có thể ứng dụng trong quá 
trình tính toán thiết kế búa rung nói chung, búa rung thủy 
lực nói riêng và trong quá trình lựa chọn sử dụng búa rung 
thủy lực khi thi công.
Nghiên cứu bản chất ép cọc thép vào đất, nhóm tác giả 
đã xây dựng được mô hình động lực học quá trình ép cọc 
thép bằng búa rung thủy lực và mô hình xây dựng được 
phản ánh tương đối đầy đủ cơ chế tương tác giữa cọc và 
đất trong quá trình làm việc.
Nhóm nghiên cứu đã lập được chương trình khảo sát 
ảnh hưởng của các thông số búa rung đến độ dịch chuyển 
của cọc và lực cản của đất tác dụng lên cọc. Lực cản của 
đất tác dụng lên cọc và độ dịch chuyển của cọc thay đổi 
phụ thuộc vào các thông số búa rung. Kết quả nghiên cứu 
có thể làm tài liệu tham khảo để tính toán, lựa chọn các 
thông số của búa rung phù hợp phục vụ thi công cọc thép.
Tài liệu Tham Khảo
[1] Nguyễn Văn Khang (2004), Dao động kỹ thuật, Nhà xuất bản Khoa học 
và Kỹ thuật, Hà Nội.
[2] Kenneth Viking (2002), Vibro-Driveability - a field study of vibratory 
driven sheet piles in non-cohesive soils, Doctoral thesis, Department of Civil and 
Architectural Engineerring, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden.
[3] Kenneth Viking (2006), Vibratory pile installtion technique, Transvib 
2006. Gonin, Holeyman et Rocher-Lacoste (ed) 2006, Editions du LCPC, Paris, 
8, pp.65-82.
[4] Svetlana Polukoshko (2010), “Dynamical Effects in Process of Piles 
Vibrodriving”, Scientific Journal of Riga Technical University, 8, pp.109-116.Hình 15. Sự thay đổi lực cản mũi cọc theo tiết diện mũi cọc.
Hình 16. Sự thay đổi lực cản mũi cọc theo lực kéo máy 
cơ sở.