Tính toán cọc ngàm trong đá có xét đến khả năng chịu tải trọng ngang của các lớp đất bên trên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯ
ỜNG ĐẠI HỌC
KI
ẾN TRÚC
HÀ N
ỘI

TR
ẦN XUÂN TÂN
TÍNH TOÁN CỌC NGÀM TRONG ĐÁ CÓ XÉT ĐẾN
KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỦA CÁC
L
ỚP ĐẤT B
ÊN TRÊN
LU
ẬN VĂN THẠC SĨ
K
Ỹ THUẬT
XÂY D
ỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP
HÀ N
ỘI
2011
B
Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
B
Ộ XÂY DỰNG
TRƯ
ỜNG ĐẠI HỌC
KI

ẾN TRÚC
HÀ N
ỘI

TRẦN XUÂN TÂN
KHÓA:2008-2011; L
ỚP:
CH2008X1
TÍNH TOÁN C
ỌC NG
ÀM TRONG ĐÁ CÓ XÉT ĐẾN
KH
Ả NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỦA CÁC
L
ỚP ĐẤT BÊN TRÊN
CHUYÊN NGÀNH: XÂY D
ỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP
MÃ S
Ố: 60.58.20
LU
ẬN VĂN THẠC SĨ
K
Ỹ THUẬT
NGƯ
ỜI
HƯ
Ớ
NG D
ẪN KHOA HỌC
PGS.TS. VƯƠNG VĂN THÀNH

HÀ N
ỘI,
2011
DANH MụC CáC Ký HIệU
CHƯƠNG i:
tổng quan về móng cọc chịu tảI ngang NGàM TRONG
đá
1.2.1 Phân loại theo liên kết đầu cọc
y = chuyển vị ngang của đầu cọc
L: chiều dài cọc
EI: độ cứng của cọc
P
t
: tải ngang đầu cọc
1.3.1 Phơng pháp phân tích theo phản lực nền
EI = độ cứng uốn của cọc
y = chuyển vị ngang của cọc tại độ sâu z
P
z
: tải dọc lên cọc
p: phản lực ngang đơn vị phân bố trên cọc
w: tải phân bố theo chiều dài lên cọc
1.4.1 Phơng pháp trực tiếp
a) Thí nghiệm đo độ giãn nở

m
: hệ số Poisson của đá
d: đờng kính của lổ khoan thí nghiệm
d: biến dạng hớng tâm đo đợc
p: số gia áp lực thay đổi lên mặt lổ khoan

k
S
: độ cứng thủy lực
k
T
= D/C: độ cứng tổng thể của hệ thống cộng với khối lợng đất đá
n
corr
: số vòng hiệu chỉnh
L : độ dài của màng áp lực
: hằng số bơm (thể tích di dời mỗi lợt bơm)
k
m
: độ cứng của đá
r
i
& r
o
: bán kính trong và ngoài của ống trụ đợc hiệu chỉnh
p
i,corr
: áp lực hiệu chỉnh
p
i
: áp lực biểu kiến
n : số vòng để đạt đợc p
i
m
p
: độ dốc của đờng cong áp lực-độ giãn trong không khí (MPa/turn)

E
m
= Modun biến dạng của đá
G
m
= Modun biến dạng khi cắt của đá
E
m
= Modun biến dạng của đá
G
C
= Modun biến dạng khi cắt của đá đợc hiệu chỉnh

C
: hệ số Poisson của đá đợc hiệu chỉnh
b) Thí nghiệm kích trong lỗ khoan
E
calc
= Modun biến dạng tính toán
0,86: hệ số khi kể đến hiệu ứng 3 chiều
0,93: hệ số khi kể đến hiệu quả thủy lực
d: đờng kính lổ khoan
d: sự thay đổi đờng kính lỗ khoan
Q
h
: độ tăng của dòng áp lực thủy lực
T
*
: hệ số phụ thuộc vào hệ số poisson của đá (
m

)
c) Thí nghiệm bàn nén
E
m
= Modun biến dạng của đá

z
: chuyển vị đo đợc tại độ sâu z tính từ mặt dới của tấm nén
p : áp suất tác dụng lên tấm

m
: hệ số poisson của đá
R : bán kính ngoài của tấm
r : bán kính của lỗ trung tâm tấm (đặt thiết bị đo)
C: hằng số
d) Thí nghiệm kích dạng tấm
E
m
= Modun biến dạng của đá
p : áp lực tác dụng
2c : chiều dài kích
y : khoảng cách từ kích trung tâm đến mỗi cọc đo
2y: khoảng cách do đầu ghim đo xê dịch

m
: hệ số poisson của đá
1.4.2. Phơng pháp gián tiếp
a) Phơng pháp xác định E
m
với chỉ số chất lợng đá RQD

RQD = chỉ số chất lợng đá

E
= yếu tố suy giảm
b) Phơng pháp xác định E
m
với số điểm RMR hoặc GSI
RMR = thang điểm đánh giá chất lợng đá
GSI = thang điểm đánh giá chất lợng đá
Q = Hệ thang điểm đánh giá chất lợng đá
d) Phơng pháp xác định E
m
với độ bền nén của đá nguyên dạng
c

c
= độ bền nén của đá nguyên dạng
CHƯƠNG ii:
Các phơng pháp xác định sức chịu tải ngang của cọc
ngàm trong đá
2.1.1 Khả năng chịu tải ngang của bản thân kết cấu cọc

V
= độ lệch do lực cắt;

M
= độ lệch do moment

V
= góc xoay do lực cắt

M
= góc xoay do moment
L
V
= chiều dài cột tơng đơng tính theo chuyển vị và lực ngang
L
M
chiều dài cột tơng đơng tính theo góc xoay và moment uốn
L
V
chiều dài cột tơng đơng tính theo góc xoay và lực ngang
L
M
chiều dài cột tơng đơng tính theo chuyển vị và moment uốn
2.1.2 Khả năng chịu tải ngang của hốc đá khi cọc ngàm trong đá
H
ult
= lực ngang giới hạn

max
: sức kháng cắt lớn nhất dọc mặt bên cọc
p
L
: ứng suất giới hạn mở rộng trên dọc thành cọc

hi
: ứng suất ngang tại hiện trờng

m

: hệ số poisson

m
: góc ma sát
c
m
: lực dính

m
: góc nở
G
m
: modun khi cắt của đá
p
ult
= sức kháng giới hạn

c
: cờng độ chịu nén một trục của đá nguyên dạng
' : trọng lợng có hiệu của đá
z : là độ sâu điểm khảo sát trong đá
2.2 Phơng pháp gần đúng liên tục tuyến tính theo cách tiếp cận của Randolph
(1981) và Carter and Kulhawy (1992)
E
e
= modun đàn hồi Young's của cọc
G
*
= modun khi cắt danh định của đá
G

m
= modun khi cắt của đá

m
= hệ số poisson của đá
u = chuyển vị ngang đầu cọc
= góc xoay đầu cọc
L
S
: chiều dày lớp đất
s
u
: cờng độ cắt không thoát nớc của đất
H
o
: lực cắt tại O
M
o
: moment uốn tại O
' = trọng lợng đơn vị hữu hiệu của đất
K
P
= hệ số áp lực bị động của đất theo Rankine
2.3.1 Phơng pháp gần đúng liên tục phi tuyến - ứng xử đàn hồi của đất và đá
u
s
= chuyển vị tổng hợp u của cọc trong đất
u
m
= chuyển vị tổng hợp u của cọc trong đá

DANH MụC CáC BảNG & HìNH MINH HọA
CHƯƠNG i:
tổng quan về móng cọc chịu tảI ngang NGàM TRONG đá
1.1 Các trờng hợp móng cọc chịu tải ngang ngàm trong đá
Hình 1.1 - Cọc có mũi cắm trong đá [9]
Hình 1.2 - Sơ đồ phân loại móng sâu [13]
Hình 1.3 - Cọc chủ động chịu lực ngang bởi dây neo [10]
Hình 1.4 - Cọc bị động chịu lực ngang bởi áp lực đất [10]
Hình 1.5 - Cọc bị động chịu lực ngang bởi kết cấu bên trên và áp lực đất
[10]
1.2 Phân loại cọc chịu tải trọng ngang ngàm trong đá
Hình 1.6.a, b, c. Sơ đồ phân loại theo liên kết đầu cọc [10]
1.3.1 Phơng pháp phân tích theo phản lực nền
Hình 1.7-Mô hình phần tử cọc phân tích theo (Hetenyi 1946) [10]
Hình 1.8-Mô hình phản lực nền theo (Reese 1984) [12]
1.3.3 Phơng pháp phân tích có kể tới sự không liên tục của đá
Hình 1.9-Mô hình trợt của các khối đá khi chịu tải ngang với các nêm
trợt [9]
1.4.1 Phơng pháp trực tiếp
Hình 1.10-Đờng cong áp lực-giãn nở [9]
Hình 1.11-Thí nghiệm kích trong lỗ khoan, Heuze (1984) [9]
Hình 1.12-Đờng cong E
calc
và E
m
[9]
Hình 1.14-Sơ đồ thí nghiệm với tấm nén tròn [9]
Hình 1.16-Sơ đồ kích đo dạng tấm phẳng [9]
Bảng 1.1-Các phơng pháp thí nghiệm trong phòng đối với đá [9]
Bảng 1.2-Các phơng pháp thí nghiệm hiện trờng đối với đá [9]

Bảng 1.3-Các giá trị của T
*
ứng với
m
(Hueze, 1984) [9]
1.4.2 Phơng pháp gián tiếp
Hình 1.17-Quan hệ ứng suất - biến dạng trong thí nghiệm hiện trờng
[9]
Hình 1.18- Quan hệ giữa RQD và tỉ lệ E
m
/E
r
[9]
Hình 1.19-Quan hệ của RQD và tỉ lệ E
m
/E
r
[9]
Bảng 1.4-Các giá trị RQD ứng với chất lợng đá [9]
Bảng 1.5-Các giá trị RMR ứng với các đặc trng của đá [9]
Bảng 1.6-Giá trị GSI đối với các loại đá [9]
Bảng 1.7-Giá trị Q đối với các loại đá [9]
Chơng II:
Các phơng pháp xác định sức chịu tải ngang
của cọc ngàm trong đá
2.1 Khả năng chịu tải ngang của cọc ngàm trong đá
Bảng 2.1-Các giá trị m
i
(Hoek & Brown,1997) [9]
Hình 2.1-Sơ đồ phân tích kết cấu cọc về chiều dài ngàm [12]

Hình 2.2-Sơ đồ truyền áp lực đất lên cọc trong đá [9]
Hình 2.3-Sơ đồ truyền tải lên cọc theo Zhang [9]
Hình 2.4-Sức kháng P
L
của đá và trạng thái ứng suất tơng ứng [9]
2.2 Phơng pháp gần đúng liên tục tuyến tính theo cách tiếp cận của Randolph
(1981) và Carter and Kulhawy (1992)
Hình 2.5 (a)-Sơ đồ tính toán cọc trong đá theo Randolph và (b) cho cọc
trong đá có lớp đất bên trên [9]
Hình 2.6 (a)-Sơ đồ biến dạng của cọc thực; (b)-Phản lực đất và bài toán
tơng đơng từ sơ đồ (a) [9]
Hình 2.7-Sơ đồ cọc cắm qua lớp đất có áp lực và chiều sâu L
S
[9]
Hình 2.8-Sơ đồ cọc cắm qua lớp đất có áp lực và chiều sâu L
S
[9]
2.3.1 Phơng pháp gần đúng liên tục phi tuyến ứng xử đàn hồi của đất và
đá
Hình 2.9-Sơ đồ cọc-modun tăng tuyến tính và hệ trục tọa độ cực [9]
2.3.2 Phơng pháp gần đúng liên tục phi tuyến ứng xử đàn dẻo của đất và đá
Hình 2.10-Sơ đồ tính kể tới vùng dẻo trong đất/đá [9]
2.4 ổn định của cọc ngàm trong đá khi chịu tải trọng ngang
Hình 2.11 a, b, c & d - Các dạng mất ổn định của cọc ngàm trong đá
[9]
Hình 2.12a, b - Mặt trợt phẳng [9]
Hình 2.13-Xác định W
i
và R
i

theo Einstein [9]
Chơng III:
các Ví dụ tính toán
3.1 Phơng pháp phần tử hữu hạn
Bảng 3.1-Mô tả các dạng bài toán đợc phân tích
Hình 3.1 Các sơ đồ tính toán cho BT1a, BT1b, BT1c & BT1d
Hình 3.2 Các sơ đồ tính toán cho BT2a, BT2b, BT2c & BT2d
3.2 Kết quả áp dụng phơng pháp phần tử hữu hạn
Bảng 3.2-Tổng hợp các kết quả tính toán
Hình 3.3 - Biểu đồ ứng suất ngang có hiệu trong đất và moment uốn của
cọc
Hình 3.4 - Biểu đồ lực cắt và chuyển vị ngang của cọc
Hình 3.5 - Biểu đồ ứng suất ngang có hiệu trong đất và moment uốn của
cọc
Hình 3.6 - Biểu đồ lực cắt và chuyển vị ngang của cọc
Hình 3.7 - Biểu đồ ứng suất ngang có hiệu trong đá và moment uốn của
cọc
Hình 3.8 - Biểu đồ lực cắt và chuyển vị ngang của cọc
Hình 3.9 - Biểu đồ ứng suất ngang có hiệu trong đá và moment uốn của
cọc
Hình 3.10 - Biểu đồ lực cắt và chuyển vị ngang của cọc
Hình 3.11 - Biểu đồ ứng suất ngang có hiệu trong đất và moment uốn
của cọc
Hình 3.12 - Biểu đồ lực cắt và chuyển vị ngang của cọc
Hình 3.13 - Biểu đồ ứng suất ngang có hiệu trong đất và moment uốn
của cọc
Hình 3.14 - Biểu đồ lực cắt và chuyển vị ngang của cọc
Hình 3.15 - Biểu đồ ứng suất ngang có hiệu trong đá
Hình 3.16 - Biểu đồ Moment uốn, lực cắt và chuyển vị của cọc
Hình 3.17 - Biểu đồ ứng suất ngang có hiệu trong đá

Hình 3.18 - Biểu đồ Moment uốn, lực cắt và chuyển vị của cọc
LờI CảM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trờng Đại học
Kiến trúc Hà Nội, Khoa đào tạo Sau đại học đã dành những điều kiện tốt nhất
cho lớp cao học CH2008X1 của chúng tôi trong quá trình học tập và nghiên
cứu tại trờng.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô Bộ môn Địa kỹ thuật và Bộ môn
công trình ngầm, nơi đã giúp tôi có đợc kiến thức rất quí về cơ đất và nền
móng công trình.
Xin gửi lòng biết ơn chân thành nhất đến: TS. Đoàn Thế Tờng, GS.TS.
Đỗ Nh Tráng, PGS.TS. Nguyễn Đức Nguôn, TS. Nghiêm Mạnh Hiến, TS.
Nguyễn Công Giang, TS. Nguyễn Văn Vi và cũng nh các thầy cô giáo trong
và ngoài nhà trờng, những ngời đã giúp đỡ tôi nhiệt tình trong suốt quá trình
tôi học tập và thực hiện đề tài.
Đặc biệt, xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ngời thầy hớng dẫn trực tiếp
tôi là PGS.TS. Vơng Văn Thành, ngời đã tận tình hớng dẫn, giúp tôi có thể
hoàn thành đợc luận văn tốt nghiệp.
Xin cảm ơn Ban giám hiệu Trờng Cao đẳng XD số 3, Phòng Đào tạo,
cùng các thầy cô giáo trong nhà trờng và các đồng nghiệp đã luôn động viên
và tạo điều kiện cho tôi trong thời gian theo học và hoàn thành luận văn.
Và cuối cùng, xin cảm ơn bố, mẹ cùng em tôi, gia đình, họ hàng và các
bạn hữu đã luôn đồng hành cùng tôi trên mọi nẻo đờng của cuộc đời, giúp tôi
có thêm nghị lực để theo học và hoàn thành luận văn này.
Tác giả
MụC LụC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu
Danh mục các bảng, hình vẽ

NộI DUNG Trang
Mở đầu 1
Chơng I: tổng quan về móng cọc chịu tảI
ngang NGàM TRONG đá
1.1 Các trờng hợp móng cọc chịu tải ngang ngàm trong đá 4
1.2 Phân loại cọc chịu tải trọng ngang ngàm trong đá 7
1.2.1 Phân loại theo liên kết đầu cọc 7
a) Cọc có đầu tự do 7
b) Cọc có đầu ngàm trợt 8
c) Cọc có ngàm cách xa đỉnh cọc 8
1.2.2 Phân loại theo tải trọng tác dụng 8
a) Cọc chịu tải trọng tĩnh 8
b) Cọc chịu tải trọng động 8
1.3 ứng xử của cọc đơn khi chịu tải trọng ngang có mũi cọc 8
ngàm trong đá
1.3.1 Phơng pháp phân tích theo phản lực nền 10
1.3.2 Phơng pháp phân tích theo mô hình đàn hồi liên tục 12
1.3.3 Phơng pháp phân tích có kể tới sự không liên tục của đá 15
1.4 Một số phơng pháp xác định giá trị modun của đá 17
1.4.1 Phơng pháp trực tiếp 17
a) Thí nghiệm đo độ giãn nở 19
b) Thí nghiệm kích trong lổ khoan 21
c) Thí nghiệm bàn nén 22
d) Thí nghiệm kích dạng tấm 24
1.4.2 Phơng pháp gián tiếp 24
a) Phơng pháp xác định E
m
với chỉ số chất lợng đá RQD 27
b) Phơng pháp xác định E
m

với số điểm RMR hoặc GSI 30
c) Phơng pháp xác định E
m
với chỉ số chất lợng đá Q 30
d) Phơng pháp xác định E
m
với độ bền nén của đá 30
nguyên dạng
c
Chơng II: Các phơng pháp xác định sức
chịu tải ngang của cọc ngàm trong đá
2.1 Khả năng chịu tải ngang của cọc ngàm trong đá 33
2.1.1 Khả năng chịu tải ngang của bản thân kết cấu cọc 33
2.1.2 Khả năng chịu tải ngang của hốc đá khi cọc 35
ngàm trong đá
2.2 Phơng pháp gần đúng liên tục tuyến tính theo cách tiếp 40
cận của Randolph (1981) và Carter and Kulhawy (1992)
2.3 Phơng pháp gần đúng liên tục phi tuyến 44
2.3.1 Phơng pháp gần đúng liên tục phi tuyến ứng xử 44
đàn hồi của đất và đá
2.3.2 Phơng pháp gần đúng liên tục phi tuyến ứng xử 48
đàn dẻo của đất và đá
2.4 ổn định của cọc ngàm trong đá khi chịu tải trọng ngang 51
2.4.1 Hiện tợng trợt phẳng 52
2.4.2 Hiện tợng nêm trợt 54
2.4.3 Hiện tợng lật đổ đỉnh 54
2.4.4 Hiện tợng phá hủy dạng cung tròn 54
Chơng III: các Ví dụ tính toán
3.1 Phơng pháp phần tử hữu hạn 55
3.2 Kết quả áp dụng phơng pháp phần tử hữu hạn 57

3.2.1 Bài toán BT1a 57
3.2.2 Bài toán BT1b 59
3.2.3 Bài toán BT1c 61
3.2.4 Bài toán BT1d 63
3.2.5 Bài toán BT2a 64
3.2.6 Bài toán BT2b 66
3.2.7 Bài toán BT2c 67
3.2.8 Bài toán BT2d 69
Kết luận và kiến nghị
Kết luận 74
Kiến nghị 76
Tài liệu tham khảo 77
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn Tính toán cọc ngàm trong đá có xét đến khả
năng chịu tải trọng ngang của các lớp đất bên trên là kết quả nghiên cứu của
riêng tôi. Nội dung luận văn có tham khảo từ các tài liệu theo danh mục tài
liệu tham khảo của luận văn.
Tác giả luận văn
Trần Xuân Tân
1
Mở ĐầU
Tính cấp thiết của đề tài:
- Với sự biến đổi không ngừng của khí hậu toàn thế giới theo hớng tiêu
cực, các quốc gia nh Việt Nam với bờ biển trải dài đã chịu ảnh hởng
lớn của sự thay đổi này. Trong đó hiện tợng động đất là biểu hiện sâu
đậm nhất, gây ra những tàn phá kinh hoàng nhất đối với con ngời và
bản thân các kết cấu xây dựng nói chung.
- Để có thể kháng lại những lực ngang lớn ví dụ nh lực động đất tác
dụng vào công trình xây dựng có sử dụng móng cọc trong tiêu chuẩn
thiết kế thờng khuyến cáo nên hạ mũi cọc vào lớp đất cát thô và chặt

hoặc nên cắm sâu vào tầng đá gốc.
- Công tác khảo sát, thiết kế và thi công cọc nhồi có kinh phí lớn. Và thực
sự tốn kém hơn nếu mũi cọc sẽ hạ vào trong đá.
- Các công trình có tải trọng lớn ở khu vực Trung và Nam Trung Bộ ngày
càng nhiều trong khi điều kiện nền đất mà các công trình này hay gặp
chủ yếu là cát, sét và đá gốc nằm ở độ sâu 40 60 mét. Với tải trọng
lớn nên trờng hợp cọc đợc cắm sâu vào đá là rất hay gặp trong thiết
kế.
- Qua phân tích sự làm việc của cọc ngàm trong đá có kể đến sức chịu tải
của các lớp đất bên trên khi chịu tải ngang sẽ giúp cho chúng ta đánh
giá đợc ứng xử của cọc ở trạng thái tĩnh. Và góp phần vào việc đánh
giá cũng nh nêu các kiến nghị phù hợp cho công tác thiết kế lựa chọn
chiều sâu cọc hợp lí hơn.
Mục đích nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu:
Mục đích:
2
- Đánh giá đợc khả năng chịu tải trọng ngang của cọc nhồi ngàm vào đá
khi kể đến sức chịu tải ngang của các lớp đất bên trên.
- Xác định nội lực và chuyển vị của cọc nhồi ngàm vào đá khi có kể đến sức
chịu tải ngang của các lớp đất bên trên.
Nhiệm vụ:
- Nghiên cứu áp dụng các lí thuyết về tính toán cọc chịu tải trọng ngang
khi mũi cọc ngàm trong đá.
- áp dụng chơng trình tính toán để mô phỏng và phân tích bài toán cọc -
nền cùng đồng thời làm việc.
Đối tợng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tợng nghiên cứu là các công trình xây dựng có kết cấu móng cọc
ngàm trong đá.
- Phạm vi nghiên cứu là các cơ sở khoa học của các phơng pháp tính
toán cọc chịu tải ngang ngàm trong đá và các ứng dụng trong phân tích

và thiết kế nhằm đa ra cái nhìn tổng quát cho vấn đề cần nghiên cứu.
Nội dung nghiên cứu:
- Phân tích cọc ngàm trong đá chịu tải trọng ngang có kể đến ảnh hởng
của các lớp đất bên trên.
Hớng kết quả nghiên cứu:
- Phân tích các ứng xử của cọc ngàm trong đá khi chịu tải ngang có xét
tới các lớp đất bên trên.
- Trong móng cọc chịu tải ngang ngàm trong đá nên kể đến khả năng
chịu tải của các lớp đất bên trên để không phải khoan sâu vào trong đá,
tránh lãng phí.
3
ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:
- Đa ra tổng quan về tính toán cọc chịu tải ngang ngàm vào đá cho công
trình có tải trọng ngang lớn.
- Đa ra đợc kết luận và kiến nghị góp phần nâng cao độ chính xác của
việc tính toán cọc chịu tải trọng ngang ngàm vào đá.
4
chơng I:
tổng quan về móng cọc chịu tảI ngang ngàm
trong đá
1.1 Các trờng hợp móng cọc chịu tải ngang ngàm trong đá
Khi có yêu cầu về chịu lực lớn và ổn định của móng thì việc truyền tải
trọng của công trình vào các lớp đất tốt bên dới là một giải pháp, khi đó loại
cọc dùng phơng pháp khoan tạo lỗ và nhồi bê tông cốt thép vào lỗ khoan có
mặt cắt ngang dạng hình tròn hoặc chữ nhật (hoặc các dạng chữ Hđợc tổ
hợp từ các dạng chữ nhật) thờng đợc dùng (có sức chịu tải vật liệu lớn, độ
cứng lớn, phù hợp với thực tế) mà chúng ta hay gọi là cọc khoan nhồi (dạng
tròn) hay cọc barret (dạng chữ nhật).
Đôi khi các loại cọc này phải đợc cắm vào đá tới độ sâu trong đá hợp
lý (Xem hình 1.1) nhằm chịu tải trọng ngang, tải trọng dọc, moment uốn -

xoắn lớn nh đối với công trình cầu, đờng cao tốc trên cao, giàn khoan, các
công trình cao tầng và siêu cao tầngmà thực tế hiện nay trên thế giới và ở
Việt Nam chúng ta đang áp dụng nhiều.
Hình 1.1 Cọc có mũi cắm trong đá [9]
Đất
ống vách
(nếu cần)
Đá
5
Móng cọc nhồi thờng đợc phân loại là móng sâu. Sơ đồ phân loại các
loại móng sâu thờng gặp (Xem hình 1.2)
Hình 1.2 Sơ đồ phân loại móng sâu [13]
Theo cách lực tác động lên cọc trực tiếp hay gián tiếp mà ta gọi cọc
chịu tải ngang là chủ động hay bị động. Trong thực tế làm việc của cọc, cọc
thờng chịu đồng thời lực dọc hoặc có thêm moment uốn, xoắn.
Cọc chủ động là cọc tiếp nhận tải trọng ngang trực tiếp không qua các
kết cấu bên trên, lực tác dụng thờng ở đỉnh cọc (Xem hình 1.3).
Cọc bị động là cọc tiếp nhận tải trọng ngang gián tiếp qua kết cấu công
trình bên trên hoặc do áp lực nền đất tạo nên (Xem hình 1.4& 1.5).
Đối với công trình dân dụng và công nghiệp, móng cọc đài cao hoặc
các trụ ống hay giếng chìm hơi ép hoặc các móng cọc đài thấp (không đảm
6
bảo điều kiện cân bằng áp lực ngang) đều có thể xem nh bài toán cọc chịu
lực ngang. Khi đó việc tính toán chúng cần đa về các sơ đồ phù hợp với sự
làm việc của chúng.
Hình 1.3 Cọc chủ động chịu lực ngang bởi dây neo [10]
Hình 1.4 Cọc bị động chịu lực ngang bởi áp lực đất [10]
Hình 1.5 Cọc bị động chịu lực ngang bởi kết cấu bên trên và áp lực
đất [10]
Cầu phao

Cọc neo (đờng kính=1.52 m)
Sét yếu
Dây neo
Nhịp cầu
Nhịp dẫn
Đài
Cọc
Mặt dốc
7
1.2 Phân loại cọc chịu tải trọng ngang ngàm trong đá
Sự phân loại cọc chịu tải trọng ngang phù hợp với điều kiện làm việc
thực tế của cọc và từ sự tích lũy thực nghiệm là điều khá phức tạp và cho đến
nay sự phân loại này chỉ xoay quanh vào loại liên kết đầu cọc hoặc loại tải
trọng tác dụng [10].
Đối với bản thân cọc ngàm trong đá, tùy thuộc vào sự hình thành lỗ
khoan trong đá thì cấu tạo cọc, đặc tính các lớp đất ở trên đáảnh hởng rất
nhiều tới thực tế làm việc của cọc mà chúng ta sẽ tìm hiểu ở các chơng sau.
Các lời giải cho cọc chịu tải ngang trong đất không bao gồm tất cả các trờng
hợp cho cọc chịu tải ngang ngàm trong đá [9].
1.2.1 Phân loại theo liên kết đầu cọc
Hình 1.6.a, b, c. Sơ đồ phân loại theo liên kết đầu cọc [10]
a) Cọc có đầu tự do (Xem hình 1.6.a)
Cọc có đỉnh ở trên là hoàn toàn tự do. Với sơ đồ cọc đứng độc lập có
chân ngàm, đầu cọc tự do chịu tải trọng ngang P
t
, chuyển vị của đầu cọc (đầu
tự do) là: y = (P
t
L
3

)/(3EI) (1.1)
Trong đó:
- L: chiều dài cọc;
- EI: độ cứng của cọc;
Lò xo (không chịu cắt
nhng kháng lại sự
xoay đầu )cọc
8
- P
t
: tải ngang đầu cọc.
b) Cọc có đầu ngàm trợt (Xem hình 1.6.b)
Đầu cọc ngàm trợt theo phơng tải ngang P
t
, khi đó chuyển vị ngang
đầu cọc là y/4
c) Cọc có ngàm cách xa đỉnh cọc (Xem hình 1.6.c)
Khoảng cách ngàm (a) với đầu cọc phụ thuộc vào kết cấu công trình
bên trên.
1.2.2 Phân loại theo tải trọng tác dụng
Tải trọng ngang tác dụng lên cọc với các tính chất khác nhau rất nhiều.
Các tải trọng này về cơ bản có thể phân ra loại tác dụng tĩnh hoặc động.
a) Cọc chịu tải trọng tĩnh
Tải trọng tĩnh là dạng tải trọng có tính chất không thay đổi theo thời
gian nh tải trọng bản thân của công trình hoặc do áp lực đất (trong điều kiện
ổn định)
b) Cọc chịu tải trọng động
Tải trọng động là dạng tải trọng có tính chất thay đổi theo thời gian nh
độ lớn của lực, tần suất xuất hiện thờng gặp nh tải trọng do gió, sóng,
động đất, va đập, lực neo

Bản chất của sự phân loại cọc nhằm để nói lên sự ảnh hởng của thi
công cọc, cấu tạo cọc, cách thức chịu tải, điều kiện cho phép biến dạng nhằm
giúp cho việc phân tích xác định sức chịu tải cọc thật chính xác và nhanh
chóng. Nhng hạn chế cũng nằm chính ở đó cho loại cọc có mũi ngàm trong
đá, và việc phân tích các ứng xử của cọc cho trờng hợp này là điều cần thiết
mà mục 1.3 sẽ làm rõ hơn vấn đề này.
1.3 ứng xử của cọc đơn khi chịu tải trọng ngang có mũi cọc ngàm trong
đá
Phản ứng của đá/đất phụ thuộc vào chuyển vị của móng, trong khi
chuyển vị này lại phụ thuộc vào ứng xử của đất/đá và độ cứng của móng.
9
trong hầu hết các phơng pháp phân tích, móng đợc xem nh là dầm đàn hồi
hoặc cột chịu uốn đàn hồi. Sự khác nhau chính trong các phơng pháp phân
tích là:
- Phơng pháp phân tích theo phản lực nền;
- Phơng pháp phân tích theo lý thuyết đàn hồi liên tục, hoặc không liên
tục.
Phản ứng của đất/ đá đợc xem xét bởi sự xác định sức kháng bên giới
hạn và sức kháng mũi giới hạn (cờng độ), hoặc sự ổn định của khối đất đá
mang tải thông qua ứng suất giới hạn trên mặt phá hoại. Các thí nghiệm hiện
trờng và trong phòng của đá/đất cần đợc thực hiện để xác định các đặc
trng của đất/đá phục vụ cho phân tích. Đối với đá, đặc trng cần quan tâm
nhất chính là modun đàn hồi hoặc modun biến dạng cần đợc xác định mà
hầu hết các phơng pháp phân tích đều áp dụng.
Phản lực của đất truyền lên cọc sẽ tơng ứng với biến dạng của nền và
thờng đợc phân tích bởi đờng cong p-y hoặc t-z, thí nghiệm tải trọng
chuyển vị, áp lực đất bị động Và phản ứng của móng đợc xem xét thông
qua sự truyền phản lực từ đá/đất lên cọc và gây ra các biến dạng, nội lực trong
cọc:
- Sự truyền moment lên cọc:

Cọc ngàm trong đá chịu tải bên và moment lớn yêu cầu một chiều sâu
trong đá để truyền moment đến đá và để đáp ứng chiều dài cốt thép yêu cầu.
Cơ chế truyền moment từ cọc vào đá thông qua sự phát triển của sức kháng
bên giữa cọc và đá. Chúng phụ thuộc độ cứng của đá, các tính chất khác nhau
của đá và độ cứng của cọc
- Sự truyền lực cắt lên cọc:
Một số nhà thiết kế khi dùng phân tích p-y cho sức chịu tải ngang của
cọc có kết quả bất ngờ là lực cắt quá cao trong thân cọc tại bề mặt phân cách
đá/đất (phần miệng lổ khoan trong đá). Kết quả này có thể giải thích bằng cơ