Phân tích đánh giá và lựa chọn khả năng chịu tải của cọc hợp lý theo các phương pháp thí nghiệm trong phòng, hiện trường và kết quả thí nghiệm kiểm tra

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

HUỲNH LÊ MINH KHOA

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN KHẢ NĂNG
CHỊU TẢI CỦA CỌC HỢP LÝ THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP
THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG, HIỆN TRƯỜNG VÀ
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KIỂM TRA
Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã số ngành:

8.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2022


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

GS.TS. Trần Thị Thanh

Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS. Lê Trọng Nghĩa

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ĐHQG TPHCM
Ngày 08 tháng 01 năm 2022
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. Võ Phán

Chủ tịch hội đồng

2. TS. Nguyễn Ngọc Phúc

Phản biện 01

3. GS.TS. Trần Thị Thanh

Phản biện 02

4. TS. Lê Trọng Nghĩa

Thư kí

5. ThS. Hồng Thể Thao

Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa Kỹ thuật
Xây dựng sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS. VÕ PHÁN


i
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: HUỲNH LÊ MINH KHOA

MSHV: 1870525

Ngày, tháng, năm sinh: 26/04/1994

Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Mã số: 8580211

I. TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI HỢP LÝ
CỦA CỌC THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG, HIỆN TRƯỜNG

VÀ THÍ NGHIỆM KIỂM TRA.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Tổng hợp lựa chọn và tính tốn đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo dữ liệu
kết quả xác định đặc trưng cơ lý của đất từ thí nghiệm trong phịng và hiện trường.
2. Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc
bằng các phương pháp biểu đồ.
3. Phân tích đánh giá mức độ tin cậy của phương pháp tính trên cơ sở so sánh với
kết quả nén tĩnh kiểm tra.


ii
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/09/2021
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/12/2021
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
Tp. HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2021
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS. TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


iii

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS. Bùi Trường Sơn.
Thầy đã tận tình dẫn dắt, chỉ bảo, định hướng tơi trong quá trình học tập, nghiên cứu
tại trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp.HCM, đã giúp tôi hồn thành
luận văn này.

Tơi xin chân thành cảm ơn q Thầy Cơ trong bộ mơn Địa cơ – Nền móng,
Khoa Kỹ thuật Xây dựng của trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia
Tp.HCM đã truyền dạy những kiến thức q giá cho tơi, đó cũng là hành trang không
thể thiếu trên con đường nghiên cứu khoa học và sự nghiệp của tôi sau này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, Ban giám đốc Cơng ty TNHH
Tư vấn và đầu tư xây dựng quốc tế ICIC, các bạn trong lớp Địa kỹ thuật xây dựng
khóa 2018, cùng các anh chị em đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ tơi rất nhiều trong
q trình học tập và hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp. HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2021

Huỳnh Lê Minh Khoa


iv

TĨM TẮT
Đối với các dự án sử dụng móng cọc thì tiêu chuẩn bắt buộc hiện nay phải áp
dụng để tính tốn là “TCVN 10304:2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế”, trong đó
có nhiều cơng thức đề nghị dùng để tính sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm trong
phịng, kết quả thí nghiệm hiện trường như thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, thí nghiệm
xuyên tĩnh, thí nghiệm nén ngang đất, thí nghiệm thử cọc ngồi hiện trường. Thực tế
đa số các dự án hiện nay chỉ tính sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm trong phịng
(tính tốn theo chỉ tiêu cơ lý) và tính sức chịu tải cọc từ kết quả tính nghiệm xuyên
tiêu chuẩn theo công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản, mà bỏ qua các phương pháp
tính sức chịu tải cọc khác được ghi trong tiêu chuẩn như tính sức chịu tải cọc theo
chỉ tiêu cường độ, theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn theo công thức đề nghị
của Meyerhof, kết quả thí nghiệm xuyên tiêu tĩnh và kết quả thí nghiệm nén ngang
đất.
Nội dung luận văn tập trung phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo

các phương pháp thí nghiệm trong phịng, hiện trường và theo các phương pháp phân
tích kết quả nén tĩnh. Kết quả cho thấy khả năng chịu tải cọc theo các kết quả nén
tĩnh lớn hơn đáng kể so với giá trị thiết kế. Các kết quả tính tốn theo thí nghiệm trực
tiếp ở hiện trường như thí nghiệm xuyên tĩnh, thí nghiệm nén ngang trong hố khoan
phù hợp với kết quả nén tĩnh.


v
ABSTRACT
Regard to a great amount of high-rise project using pile foundation, it’s
compulsory to apply the standard “10304-2014: Pile foundation – design standard”
which have a lot of recommended formulas to calculate the bearing capacity from
experiment results in laboratories, on sites and test pile on fields. Practically, most
of project only calculate bearing capacity from laboratory test results (calculate by
mechanical, physical soil) and calculate from the results of the standard penetration
test according to the formula of the Japanese Institute of Architects and ignore the
other methods of calculating bearing capacity which was regarded in the standard,
namely, bearing capacity by intensity target, calculation from results of standard
penetration test by recommended formula of Meyerhof, static dissipation test results
and static horizontal compression test results.
The content of the thesis focuses on analyzing and evaluating the bearing
capacity of piles according to experimental methods in the laboratory, in the field
and according to methods of analyzing static compression results. The results show
that the pile load capacity under the static compression results is significantly larger
than the design value. Calculation results following direct experiments on sites such
as static penetration tests, horizontal compression tests in boreholes are consistent
with static compression results.


vi

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn
của PGS. TS. Bùi Trường Sơn.
Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiêm
cứu khác.
Tơi xin chịu trách nhiệm về nội dung trình bày trong luận văn của mình.
Tp. HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2021

Huỳnh Lê Minh Khoa


vii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

i

LỜI CẢM ƠN

iii

TÓM TẮT

iv

ABSTRACT

v

LỜI CAM ĐOAN

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

x

DANH MỤC HÌNH ẢNH

xiii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

xiv

MỞ ĐẦU

1

CHƯƠNG 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA
CỌC

3

1.1. Công thức chung xác định sức chịu tải của cọc

3

1.2. Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm đất trong phịng

3

1.2.1. Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

3

1.2.2. Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền

12

1.3. Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm hiện trường

15

1.3.1. Sức chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

15

1.3.2. Sức chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

18

1.3.3. Sức chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm thử động PDA

25

1.3.4. Sức chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm cắt cánh VST

28

1.3.5. Sức chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm nén ngang trong hố khoan PMT 30
1.4. Kết luận chương 1

39

CHƯƠNG 2 KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỌC TỪ KẾT
QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH

40

2.1. Thí nghiệm nén tĩnh cọc

40

2.1.1. Thiết bị thí nghiệm

40


viii
2.1.2. Chuẩn bị thí nghiệm

43

2.1.3. Quy trình gia tải

45

2.2. Các phương pháp tính sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh

49

2.2.1. Phương pháp Offset Limit

49

2.2.2. Phương pháp Chin-Kondner

50

2.2.3. Phương pháp De Beer

52

2.2.4. Phương pháp Decourt

52

2.2.5. Phương pháp 80% Brinch Hansen

53

2.2.6. Phương pháp 90% Brinch Hansen

54

2.2.7. Phương pháp Mazurkiewicz

55

2.2.8. Phương pháp Fuller và Hoy

56

2.2.9. Phương pháp Butler và Hoy

57

2.3. Kết luận chương 2

58

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỌC
THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG, HIỆN TRƯỜNG VÀ SO
SÁNH VỚI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC

59

3.1. Thơng tin dự án và cấu tạo địa chất

59

3.2. Khả năng chịu tải cọc theo các kết quả thí nghiệm đất trong phịng

65

3.2.1. Khả năng chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

65

3.2.2. Khả năng chịu tải cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền

68

3.3. Khả năng chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm hiện trường

70

3.3.1. Khả năng chịu tải cọc từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

70

3.3.2. Khả năng chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

74

3.3.3. Khả năng chịu tải cọc từ thí nghiệm nén ngang trong hố khoan PMT

77

3.4. Khả năng chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

81

3.4.1. Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

81

3.4.2. Khả năng chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng phương pháp
vẽ biểu đồ

84

3.5. Phân tích nhận xét về khả năng chịu tải theo các phương pháp tính tốn thiết kế
và thí nghiệm nén tĩnh kiểm tra

87


ix
3.6. Kết luận chương 3

91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

93

TÀI LIỆU THAM KHẢO

95

PHỤ LỤC

97


x
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Biểu đồ xác định hệ số  ........................................................................... 14

Hình 1.2 Biểu đồ xác định hệ số p và fL ................................................................. 17
Hình 1.3 Sơ đồ xác định áp lực giới hạn tương đương dưới mũi cọc ...................... 31
Hình 1.4 Cách tính diện tích và chu vi một số loại cọc ........................................... 32
Hình 1.5 Biểu đồ xác định ma sát hông fL của cọc theo pL ...................................... 35
Hình 1.6 Biểu đồ xác định ma sát hơng qs của cọc theo pL (Bustamante et al., 2009)
.................................................................................................................................. 37
Hình 2.1 Gia tải bằng kích thủy lực, sử dụng cọc neo làm hệ phản lực .................. 42
Hình 2.2 Giả tải bằng kích thủy lực, sử dụng dàn chất tải và đối trọng làm hệ phản
lực ............................................................................................................................. 42
Hình 2.3 Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đối trọng kết hợp cọc neo
làm phản lực ............................................................................................................. 43
Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ chuyển vị - thời gian ...................................................... 48
Hình 2.5 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị ....................................................... 48
Hình 2.6 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Offset Limit ... 49
Hình 2.7 Đường phá hoại Offset Limit không giao với đường cong tải trọng – chuyển
vị ............................................................................................................................... 50
Hình 2.8 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Chin - Konder 51
Hình 2.9 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp De Beer ......... 52
Hình 2.10 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Decourt và biểu
đồ kết quả thí nghiệm né tĩnh tương ứng ................................................................. 53
Hình 2.11 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp 80% Brinch
Hansen ...................................................................................................................... 54
Hình 2.12 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp 90% Brinch
Hansen ...................................................................................................................... 55
Hình 2.13 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Mazurkiewicz
.................................................................................................................................. 56
Hình 2.14 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Fuller và Hoy ,
Butler và Hoy ........................................................................................................... 57

xi
Hình 3.1 Vị trí cơng trình Khu trung tâm Nam Rạch Chiếc (ảnh từ Google Map) .59
Hình 3.2 Hình trụ hố khoan điển hình BH C10 .......................................................62
Hình 3.4 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún - thời gian cọc UTP 05 ......................83
Hình 3.5 Biểu đồ quan hệ độ lún - thời gian cọc UTP 05 ........................................83
Hình 3.6 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc UTP 05 ........................................84
Hình 3.7 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin – Kondner..........................85
Hình 3.8 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Decourt ......................................85
Hình 3.9 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Mazurkiewicz ............................86
Hình 3.10 Biểu đồ kết quả tính sức chịu tải cọc từ kết quả nén tĩnh so với giá trị tải
thiết kế ......................................................................................................................87
Hình 3.11 Biểu đồ tính sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm trong phịng, hiện
trường .......................................................................................................................91
Hình PL.1 Biều đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc UTP05..........97
Hình PL.2 Biều đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer cọc UTP 05 ...............97
Hình PL.3 Biều đồ xác định Qu theo phương pháp 80% Brinch Hansen cọc UTP 05
..................................................................................................................................98
Hình PL.4 Biều đồ xác định Qu theo phương pháp 90% Brinch Hansen cọc UTP 05
..................................................................................................................................98
Hình PL.5 Biều đồ xác định Qu theo phương pháp Fuller và Hoy cọc UTP 05 ......99
Hình PL.6 Biều đồ xác định Qu theo phương pháp Butler và Hoy cọc UTP 05 ......99


xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Hệ số giảm cường độ Ks trong nền đá ........................................................ 4
Bảng 1.2 Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc đóng hoặc ép qb ...................... 5
Bảng 1.3 Cường độ sức kháng trên thân cọc đóng hoặc ép fi .................................... 6
Bảng 1.4 Các hệ số điều kiện làm việc của đất cq và cf cho cọc đóng hoặc ép ....... 7
Bảng 1.5 Tên đất theo phân phối hạt.......................................................................... 8

Bảng 1.6 Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất cf ........................................... 9
Bảng 1.7 Các hệ số 1, 2 , 3 và 4 trong công thức (1.6) & (1.7) ........................ 11
Bảng 1.8 Cường độ sức kháng qb của đất dính dưới mũi cọc nhồi .......................... 12
Bảng 1. 9 Giá trị các hệ k, ZL và N’q cho cọc trong đất cát ..................................... 15
Bảng 1.10 Các hệ số hiệu chỉnh cho thí nghiệm SPT (Skempton, 1986) ................ 18
Bảng 1.11 Các hệ số chuyển đổi 1, 2 và i ........................................................... 20
Bảng 1.12 Cường độ sức kháng qb và fi của đất đối với cọc khoan nhồi theo qc .... 21
Bảng 1.13 Hệ số kc và  ........................................................................................... 22
Bảng 1.14 Giá trị hệ số Cs theo loại đất ................................................................... 24
Bảng 1.15 Hệ số  của vật liệu làm cọc ................................................................... 26
Bảng 1.16 Hệ số M trong công thức (1.30).............................................................. 27
Bảng 1.17 Năng lượng xung kích tính tốn của một nhát búa đóng Ed ................... 27
Bảng 1.18 Năng lượng tính tốn tương đương một nhát búa của máy rung ............ 28
Bảng 1.19 Giá trị α theo Tomlinson ......................................................................... 29
Bảng 1. 20 Giá trị  theo Peck, 1974 ....................................................................... 29
Bảng 1.21 Giá trị k cho cọc theo tóm tắt LCPC - SETRA (1985) ........................... 32
Bảng 1.22 Chọn loại đường cong để xác định giá trị fL ........................................... 33
Bảng 1.23 Mô tả phân loại 418 cọc được phân tích (Bustamante et al.,2009) ........ 36
Bảng 1.24 Giá trị hệ số khả năng chịu tải kp (Bustamante et al., 2009) ................. 37
Bảng 1.25 Chọn loại đường cong Qi để xác định giá trị ma sát hông qs.................. 38
Bảng 2.1 Thời gian theo dõi chuyển vị và ghi chép số liệu ..................................... 46
Bảng 2.2 Đánh giá cọc phá hoại theo chỉ tiêu chuyển vị giới hạn ........................... 47
Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật cọc ................................................................................65


xiii
Bảng 3.2 Đặc trưng cơ lý các lớp đất sử dụng để xác định khả năng chịu tải cọc theo
chỉ tiêu cơ lý .............................................................................................................65
Bảng 3.3 Sức kháng ma sát theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền .....................................66
Bảng 3.4 Đặc trưng cơ lý các lớp đất sử dụng xác định khả năng chịu tải cọc theo chỉ

tiêu cường độ của đất nền.........................................................................................68
Bảng 3.5 Sức kháng ma sát theo chỉ tiêu cường độ .................................................69
Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ở hố khoan điển hình BH C10
..................................................................................................................................71
Bảng 3.9 Sức kháng ma sát dọc theo thân cọc được xác định theo Meyerhof ........72
Bảng 3.10 Sức kháng ma sát dọc theo thân cọc được xác định theo Viện kiến trúc
Nhật Bản ...................................................................................................................73
Bảng 3.11 Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu tĩnh CPT ................................................74
Bảng 3.12 Sức kháng ma sát dọc theo thân cọc được xác định theo thí nghiệm CPT,
ma sát trên thân cọc tính gián tiếp thơng qua qc.......................................................75
Bảng 3.13 Sức kháng ma sát dọc theo thân cọc được xác định theo thí nghiệm CPT,
ma sát thân cọc sử dụng giá trị fs đo trực tiếp từ thí nghiệm....................................77
Bảng 3.14 Số liệu thí nghiệm nén ngang PMT ........................................................77
Bảng 3.15 Sức kháng ma sát dọc theo thân cọc từ kết quả thí nghiệm PMT theo
phương pháp LCPC – SETRA (1985) .....................................................................79
Bảng 3.16 Sức kháng ma sát trên dọc theo cọc từ kết quả thí nghiệm PMT theo
phương pháp Bustamante và Gianeselli (2006) .......................................................80
Bảng 3.17 Thơng tin cọc thí nghiệm nén tĩnh ..........................................................81
Bảng 3.18 Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc UTP05 ................................................82
Bảng 3.19 So sánh kết quả tính sức chịu tải cọc từ thí nghiệm nén tĩnh với giá trị thiết
kế ..............................................................................................................................87
Bảng 3.20 So sánh kết quả tính sức chịu tải cọc từ thí nghiệm trong phịng, hiện
trường với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc .............................................................90


xiv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT



Hệ số trong các công thức tính khả năng chịu tải cọc

 Hệ số tính khả năng chịu tải cọc theo chi tiêu cơ lý
Ab

Diện tích tiết diện ngang của cọc

p

Hệ số điều chỉnh cho cọc đóng (ép)

B

Đường kính cọc tương đương

1, 2, i

Hệ số trong thí nghiệm xuyên tĩnh

c

Lực dính đơn vị

C1, C2

Độ dốc của đường thẳng

CE, CB, CS, CR Hệ số hiệu chỉnh năng lượng hiệu quả trong thí nghiệm xuyên
tiêu chuẩn
CPT

Thí nghiệm xun tĩnh

CPTu

Thí nghiệm xun tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng

Cs

Hệ số hiệu chỉnh sức kháng ma sát

cuu

Lực dính từ thí nghiệm 3 trục UU

D

Đường kính cọc

De

Độ sâu chơn tương đương

i 

Góc ma sát giữa đất và cọc



Hệ số phục hồi xung kích

E

Module đàn hồi của vật liệu làm cọc

Ed

Năng lượng xung kích tính tốn

fi

Sức kháng ma sát hơng đơn vị

fL

Hệ số điều chỉnh theo độ mảnh cọc

fmax

Cường độ sức kháng lớn nhất trên thân cọc trong thí nghiệm
xuyên tĩnh

fs

Sức kháng ma sát hơng

fT

Sức kháng đơn vị trong thí nghiệm xuyên tĩnh

g

Gia tốc trọng trường



Dung trọng tự nhiên


xv

’I 

Dung trọng tính tốn của nền đất dưới mũi cọc

c

Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất

cf

Hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc

cq

Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi

d

Dung trọng khơ

I

Dung trọng tính tốn trung bình của đất nằm trên mũi cọc



Hệ số phụ thuộc vào vật liệu

h

Chiều sâu hạ cọc

IL

Chỉ số sệt

IP

Chỉ số dẻo



Góc ma sát trong

uu

Góc ma sát trong từ thí nghiệm 3 trục UU

k

Hệ số trong các cơng thức tính khả năng chịu tải cọc

k1, k2

Hệ số trong các công thức của Meryerhof

kc

Hệ số chuyển đổi sức kháng mũi xuyên thành sức kháng mũi
cọc

kp

Hệ số khả năng chịu tải

Ks

Hệ số giảm cường độ trong nền đá

L

Chiều dài cọc

lc,i

Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính

ls,i

Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời

M

Hệ số trong thí nghiệm PDA

m1

Khối lượng của búa máy hay búa rung

m2

Khối lượng cọc và đệm đầu cọc

m3

Trọng lượng cọc dẫn

m4

Khối lượng quả búa

N

Số búa thu được của 30 cm sau cùng trong thí nghiệm xuyên
tiêu chuẩn

N'c, N'q

Hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc

xvi
Nc,i

Chỉ số búa trung bình của lớp đất dính

nf

Hệ số chuyển đổi từ sức kháng động của đất sang sức kháng
tĩnh của đất đối với đất trên thân cọc

NP

Chỉ số búa trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía
trên mũi cọc

Ns,i

Chỉ số búa trung bình của lớp đất rời

P

Chu vi của mặt cắt ngang cọc

PDA

Thí nghiệm cọc bằng phương pháp biến dạng lớn

pL

Áp lực giới hạn

pLe

Áp lực giới hạn tương đương trong thí nghiệm nén ngang

pLi

Áp lực giới hạn của các lớp đất trong cùng độ sâu chôn D gần
mũi cọc

PMT

Thí nghiệm nén ngang đất trong hố khoan

pOH

Tổng áp lực ngang tĩnh



Hệ số phục hồi xung kích

Q

Tải trọng tác tác dụng trong thí nghiệm nén tĩnh

qb

Sức kháng mũi đơn vị

qc

Cường độ sức kháng ở mũi xuyên

qOV

Tổng áp lực đứng của đất tại độ sâu mũi cọc

Qp

Sức kháng mũi của đất dưới mũi cọc

Qs

Sức kháng ma sát dọc thân cọc

qs

Sức kháng ma sát hông

Qu

Khả năng chịu tải giới hạn của cọc

Qu

Sức chịu tải giới hạn

Rc,m,n

Trị tiêu chuẩn của giá trị bền chịu nén một trục của khối đá
trong trạng thái no nước

Rc,n

Trị tiêu chuẩn giới hạn bền chịu nén một trục của khối đá

Rc,u

Khả năng chịu tải trọng nén của cọc

Rm

Cường độ sức kháng tính tốn của khối đá dưới mũi cọc chống


xvii
S

Chuyển vị đầu cọc trong thí nghiệm nén tĩnh cọc

Sa

Độ chối dư thực tế

Sel

Độ chối đàn hồi của cọc

SPT

Thí nghiệm xun tiêu chuẩn

Su

Sức kháng cắt khơng thốt nước tại mũi cọc

Su,i

Sức kháng cắt khơng thốt nước của lớp đất dính thứ “i”

u

Chu vi tiết diện ngang cọc

VST

Thí nghiệm cắt cánh

W

Độ ẩm của đất

ZL

Hệ số của cọc trong đất cát khi tính khả năng chịu tải cọc theo
chỉ tiêu cường độ

γg

Hệ số tin cậy của đất

Δz

Bề dày các phân tố đất


1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Cơng trình có tải trọng vừa và lớn thường được thiết kế với biện pháp móng
cọc. Tải trọng cơng trình thơng qua cọc truyền xuống các lớp đất tốt dưới sâu qua
sức chịu tải đầu mũi và ma sát bên giữa cọc và đất. Việc tính tốn đánh giá khả năng
chịu tải của cọc chủ yếu căn cứ các đặc trưng cơ lý được xác định từ thí nghiệm trong
phịng hoặc các kết quả thí nghiệm hiện trường cũng như tải trọng phần bên trên cơng
trình truyền xuống.
Việc chọn lựa kích thước cọc và thi công cọc ở công trường được thực hiện căn
cứ vào kết quả thiết kế. Sau khi thi công cọc, để đánh giá chính xác khả năng chịu
tải của cọc, các thí nghiệm hiện trường được thực hiện để kiểm tra. Các phương pháp
này nhằm kiểm tra độ chính xác của các giá trị thiết kế và chất lượng toàn bộ q
trình thi cơng tại hiện trường. Hiện nay ở nước ta, phương pháp nén tĩnh là giải pháp
truyền thống được tin cậy và sử dụng rộng rãi.
Đề tài “Phân tích đánh giá và lựa chọn khả năng chịu tải của cọc hợp lý
theo các phương pháp thí nghiệm trong phịng, hiện trường và kết quả thí
nghiệm kiểm tra” được lựa chọn cho luận văn nhằm tổng hợp các phương pháp tính
tốn khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm trong phòng, hiện trường và so sánh giá
trị sức chịu tải của cọc tính tốn được với kết quả thử tĩnh cọc tại hiện trường. Kết
quả này cho phép đánh giá mức độ tin cậy về giá trị tính tốn sức chịu tải cọc theo

kết quả thí nghiệm trong phịng, hiện trường nhằm kiến nghị lựa chọn phương pháp
tính tốn phù hợp.
Mục tiêu nghiên cứu:
Đánh giá kết quả tính sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phịng.
Đánh giá kết quả tính sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm hiện trường.
Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo kết quả kiểm tra.
Phân tích lựa chọn phương pháp đánh giá khả năng sức chịu tải hợp lí cho cọc.


2
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài cung cấp tài liệu tham khảo phục vụ xác định khả năng chịu tải của cọc
theo kết quả thí nghiệm trong phịng, hiện trường.
Đánh giá mức độ chính xác và đáng tin cậy trong việc dự tính khả năng chịu tải
của cọc từ kết thí nghiệm trong phịng, hiện trường.
Phương pháp nghiên cứu
Lựa chọn dự án mà có tương đối đầy đủ các thí nghiệm trong phịng và hiện
trường để đáp ứng cho việc tính tốn.
Tổng hợp và xây dựng phương pháp đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo
kết quả thí nghiệm trong phịng và hiện trường.
Phân tích, tổng hợp và so sánh với kết quả nén tĩnh cọc.
Ở đây việc phân tích giá trị khả năng chịu tải từ kết quả nén tĩnh căn cứ các
phương pháp biểu đồ như phương pháp Offset Limit, phương pháp Chin – Kondner,
phương pháp De – Beer, phương pháp Decourt, phương pháp 80% Brinch Hansen,
phương pháp 90% Brinch Hansen, phương pháp Mazurkiewicz, phương pháp Fuller
và Hoy, phương pháp Butler và Hoy.
Dựa vào kết quả tính sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm trong phịng,
hiện trường và thí nghiệm nén tĩnh cọc để đưa ra đánh giá về mức độ tin cậy của từng
phương pháp tính sức chịu tải cọc, từ đó rút ra khuyến cáo sử dụng phương pháp tính
sức chịu tải cọc phù hợp.

Phạm vi nghiên cứu
Đối các công trình xây dựng sử dụng móng cọc khu vực Tp Thủ Đức, và khu
vực Tp Hồ Chí Minh có địa chất tương đồng.
Cọc bê tơng ứng suất trước, đường kính 500 mm, chiều dài cọc L = 42 m được
thi công bằng phương pháp ép.
Nghiêm cứu về các phương pháp tính sức chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm
trong phòng, hiện trường.
Nghiêm cứu về các phương pháp vẽ đồ thị để dự đoán sức chịu tải cọc từ kết
quả thí nghiệm nén tĩnh.


3
CHƯƠNG 1
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC
1.1. Công thức chung xác định sức chịu tải của cọc
Sức chịu tải cực hạn Rc,u của cọc được xác định bằng tổng sức kháng của đất
dưới mũi cọc và sức kháng trung bình (ma sát đơn vị) của đất lên thân cọc thường
được biểu diễn theo công thức:
R c,u = q p A b + u  f i li

(1.1)

trong đó:
qp - Cường độ sức kháng của đất ở mũi cọc;
Ap - Diện tích tiết diện ngang mũi cọc;
u - Chu vi tiết diện ngang cọc;
fi - Cường độ sức kháng trung bình (ma sát đơn vị) của lớp đất thứ “i” trên thân cọc;
li - Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”.
1.2. Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm đất trong phòng
1.2.1. Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

1.2.1.1. Sức chịu tải của cọc chống
Sức chịu tải trọng nén Rc,u của cọc tiết diện đặc, cọc ống đóng hoặc ép nhồi và
cọc khoan (đào) nhồi khi chúng tựa trên nền đá kể cả cọc đóng tựa trên nền ít bị nén
được xác định theo cơng thức:

R c,u = γcqp Ab

(1.2)

trong đó:
γc - Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền, γc = 1;
qp - Cường độ sức kháng của đất nền dưới mũi cọc chống;
Ab - Diện tích tựa cọc trên nền;
Đối với mọi loại cọc đóng hoặc ép, tựa trên nền đá và nền ít bị nén: qp = 20
MPa.
Đối với cọc đóng hoặc ép nhồi, khoan nhồi và cọc ống nhồi bê tơng tựa lên nền
đá khơng phong hóa hoặc nền ít bị nén (khơng có các lớp đất yếu xen kẹp) và ngàm
vào đó ít hơn 0,5 m, qp được xác định theo công thức:


4

qp = R m =

R c,m,n
γg

=

R c,n Ks

(1.3)

γg

trong đó:
Rm - Cường độ sức kháng tính tốn của khối đá dưới mũi cọc chống;
Rc,m,n - Trị tiêu chuẩn của giá trị bền chịu nén một trục của khối đá trong trạng thái
no nước;
Rc,n - Trị tiêu chuẩn giới hạn bền chịu nén một trục của khối đá;
γg - Hệ số tin cậy của đất, γg = 1,4;
Ks - Hệ số, kể đến giảm cường độ do vết nứt trong nền đá, xác định theo Bảng 1.1
Bảng 1.1 Hệ số giảm cường độ Ks trong nền đá
Chỉ số chất lượng đá,

Hệ số giảm cường độ

RQD %

Ks

Nứt rất ít

90 - 100

1,00

Nứt ít

75 - 90

0,60 - 1,00

Nứt trung bình

50 - 75

0,32 - 0,60

Nứt mạnh

25 - 50

0,15 - 0,32

Nứt rất mạnh

0 - 25

0,05 - 0,15

Mức độ nứt

CHÚ THÍCH:
1) Giá trị RQD càng lớn thì Ks càng lớn;
2) Với những giá trị trung gian RQD, hệ số Ks xác định bằng cách nội suy;
3) Khi thiếu các số liệu về RQD thì Ks lấy giá trị nhỏ nhất trong các khoảng biến đổi đã cho.

1.2.1.2. Sức chịu tải của cọc treo các loại, hạ bằng phương pháp đóng hoặc ép
Sức chịu tải trọng nén

Sức chịu tải trọng nén Rc,u được xác định bằng tổng sức kháng của đất dưới mũi
cọc và trên thân cọc:
R c,u = γ c (γ cq q b A b + uΣγ cf f i li )

trong đó:
c - Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, c = 1;
qb - Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, lấy theo Bảng 1.2;
u - Chu vi tiết diện ngang cọc;

(1.4)


5
fi - Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc, lấy theo
Bảng 1.3;
Ab - Diện tích cọc tựa lên đất;
li - Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”;
cq, cf - Tương ứng là các hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi và trên thân cọc
có xét ảnh hưởng phương pháp hạ cọc đến sức kháng của đất (xem Bảng 1.4).
Bảng 1.2 Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc đóng hoặc ép qb
Chiều sâu Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc đặc và cọc ống có lõi đất
mũi cọc m

hạ bằng phương pháp đóng hoặc ép qb
kPa
Cát chặt vừa
chứa sỏi cuội

hạt to

- hạt vừa hạt nhỏ cát bụi

-

Đất dính ứng với chỉ số sệt IL
0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

3

7 500

3 000

1 250

700

5

8 800

1 300

800

7

9 700

1 400

850

10

10 500

1 500

900

15

11 700

2 000
1 200
2 100

1 600
2 200
2 000
2 400
2 200
2 600
2 400
2 900

600

8 300

3 100
2 000
3 200
2 500
3 400
2 800
3 700
3 300
4 000
3 500
4 400

1 100

4

6 600

4 000
6 800
5 100
7 000
6 200
7 300
6 900
7 700
7 300
8 200

1 650

1 000

3 200

1 800

1 100

3 800
4 000
4 300
5 000
5 600

7 500
20

12 600

8 500

4 000
6 200

4 800
4 500

25

13 400

9 000

6 800

5 200

3 500

1 950

1 200

30

14 200

9 500

7 400

5 600

3 800

2 100

1 300

≥ 35

15 000

10 000

8 000

6 000

4 100

2 250

1 400


6

CHÚ THÍCH:
1) Trị số qb trên gạch ngang dùng cho đất cát, dưới ngạch ngang dùng cho đất dính.
2) Giá trị chiều sâu mũi cọc và chiều sâu trung bình lớp đất trên mặt bằng san nền bằng phương
pháp đào xén đất, lấp đất, hay bồi đắp chiều cao tới 3 m, phải tính từ độ cao địa hình tự nhiên.
Nếu đào xén đất, lấp đất, hay bồi đắp từ 3 m đến 10 m, phải tính từ cao độ quy ước nằm cao
hơn 3 m so với mức đào xén hoặc thấp hơn 3 m so với mức lấp đất. Chiều sâu mũi cọc và chiều
sâu trung bình lớp đất ở các vũng nước được tính từ đáy vũng sau xói do mức lũ tính tốn, tại
chỗ đầm lầy kể từ đáy đầm lầy.
3) Đối với những trường hợp chiều sâu mũi cọc và chỉ số sệt IL của đất dính có giá trị trung gian,
qb trong Bảng 1.2 được xác định bằng nội suy.
4) Đối với cát chặt, khi độ chặt được xác định bằng xuyên tĩnh, còn cọc hạ khơng dùng phương
pháp xói nước hoặc khoan dẫn trị số qb ghi trong Bảng 1.2 được phép tăng lên 100 %. Khi độ
chặt của đất được xác định qua số liệu khảo sát cơng trình bằng những phương pháp khác mà
không xuyên tĩnh, trị số qb đối với cát chặt ghi trong Bảng 1.2 đựơc phép tăng lên 60 %, nhưng
không vượt quá 20 Mpa.
5) Cường độ sức kháng qb trong Bảng 1.2 được phép sử dụng với điều kiện nếu chiều sâu hạ cọc
tối thiểu xuống nền đất khơng bị xói và khơng bị đào xén nhỏ hơn:
4 m - đối với cầu và cơng trình thủy;
3 m - đối với nhà và cơng trình khác.
6) Đối với những cọc đóng có tiết diện ngang 150 mm x 150 mm và nhỏ hơn, dùng làm móng
dưới tường ngăn bên trong của những ngôi nhà sản xuất một tầng, trị số qb được phép tăng lên
20 %.
7) Đối với đất cát pha ứng với chỉ số dẻo IP ≤ 4 và hệ số rỗng e < 0,8 sức kháng tính tốn qb và fi
được xác định như đối với cát bụi chặt vừa.
8) Trong tính tốn, chỉ số sệt của đất lấy theo giá trị dự báo ở giai đoạn sử dụng của cơng trình.

Bảng 1.3 Cường độ sức kháng trên thân cọc đóng hoặc ép fi
Chiều sâu Cường độ sức kháng trên thân cọc đặc và cọc ống có lõi đất hạ bằng
trung

phương pháp đóng hoặc ép fi
bình của
(kPa)
lớp đất
Cát chặt vừa
(m)
hạt to hạt nhỏ cát bụi
và vừa
Đất dính ứng với chỉ số sệt IL
≤ 0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1
35
23
15
12
8
4
4
3
2
2
42

30
21
17
12
7
5
4
4
3
48
35
25
20
14
8
7
6
5
4
53
38
27
22
16
9
8
7
5
5
56

40
29
24
17
10
8
7
6
6
58
42
31
25
18
10
8
7
6
8
62
44
33
26
19
10
8
7
6