NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ EUROCODE ÁP DỤNG PHÂN TÍCH – TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI NHÀ CAO TẦNG TẠI VIỆT NAM

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




LÂM VĂN ĐỨC


NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ EUROCODE &
ÁP DỤNG PHÂN TÍCH – TÍNH TOÁN CỌC KHOAN
NHỒI NHÀ CAO TẦNG TẠI VIỆT NAM


Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số : 60.58.60
Email:
hoặc
Tel: (+84) 0984.995.945





LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011


i

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ix
Chƣơng I 1
TỔNG QUAN VỀ EUROCODE 1
I.1. KẾT CẤU EUROCODE 1
I.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO EUROCODE 2
I.3. NHỮNG YÊU CẦU THIẾT KẾ THEO EUROCODE 4
I.4. CÁC TÌNH HUỐNG THIẾT KẾ THEO EUROCODE 5
I.5. CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THIẾT KẾ THEO EUROCODE 6
I.5.1. Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) 6
I.5.2. Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) 9
I.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ NỀN MÓNG THEO EUROCODE 11
I.5.1. Phƣơng pháp thiết kế 1 12
I.5.1.1. Tổ hợp 1: 12
I.5.1.2. Tổ hợp 2: 12
I.5.2. Phƣơng pháp thiết kế 2 13

I.5.3. Phƣơng pháp thiết kế 3 14
Chƣơng II 15
TÁC ĐỘNG, TỔ HỢP TÁC ĐỘNG VÀ ĐỘ BỀN THIẾT KẾ 15
II.1. TÁC ĐỘNG 15
II.1.1. Tổng quan về tác động 15
II.1.2. Tác động thuộc về đất nền 17
II.1.3. Phân biệt giữa tác động có lợi với tác động bất lợi 19
II.1.4. Tác động đặc trƣng 19
II.1.5. Hoạt tải đại diện 22
II.1.6. Tác động thiết kế 24
II.1.7. Hệ quả tác động thiết kế 24
II.2. TỔ HỢP TÁC ĐỘNG 29
II.2.1. Trạng thái giới hạn cực hạn ULS 30
II.2.1.1. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế lâu dài và tạm thời (tổ hợp
cơ bản): 31
II.2.1.2. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế đặc biệt: 33
II.2.1.3. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế động đất: 34
II.2.2. Trạng thái giới hạn sử dụng SLS 35
II.2.2.1. Tổ hợp đặc trƣng: 35
II.2.2.2. Tổ hợp thƣờng xuyên: 36
II.2.2.3. Tổ hợp tựa tĩnh: 37
II.3. ĐỘ BỀN THIẾT KẾ 38
ii

Chƣơng III 40
KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 40
III.1. KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT 40
III.1.1. Tổng quan 40
III.1.2. Khoảng cách điểm khảo sát 41
III.1.3. Độ sâu điểm khảo sát 42

III.2. XỬ LÝ SỐ LIỆU 45
III.2.1. Qui trình đánh giá các thông số địa kỹ thuật 45
III.2.2. Giá trị đặc trƣng 49
III.2.3. Thống kê số liệu địa chất 49
III.2.3.1. Thống kê đất nền theo phƣơng ngang: 50
III.2.3.2. Thống kê đất nền theo phƣơng đứng: 55
III.2.4. Giá trị thiết kế của các đại lƣợng địa kỹ thuật 56
Chƣơng IV 57
KIỂM TRA THEO CƢỜNG ĐỘ 57
IV.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ 57
IV.1.1. Hệ quả tác động 57
IV.1.2. Độ bền 58
IV.2. ĐƢA ĐỘ TIN CẬY VÀO THIẾT KẾ 59
IV.2.1. Tác động và hệ quả tác động 61
IV.2.2. Cƣờng độ vật liệu và độ bền 61
IV.2.3. Kích thƣớc hình học 62
IV.2.4. Kiểm tra 63
IV.2.5. Các hệ số riêng 63
IV.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 63
IV.3.1. Phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) 68
IV.3.2. Phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) 71
IV.3.3. Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) 72
IV.3.4. Lựa chọn phƣơng pháp thiết kế theo các Quốc Gia 73
Chƣơng V 76
KIỂM TRA ỔN ĐỊNH 76
V.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ 76
V.2. ĐƢA ĐỘ TIN CẬY VÀO TRONG THIẾT KẾ 77
V.3. ỔN ĐỊNH CÂN BẰNG TĨNH (EQU) 79
V.4. ỔN ĐỊNH ĐẨY NỔI (UPL) 80
V.5. ỔN ĐỊNH ĐẨY TRỒI (HYD) 82

V.5.1. Đẩy trồi thủy lực 82
V.5.2. Hiện tƣợng ăn mòn (ăn mòn nội tại) 84
V.5.3. Hiện tƣợng xóa ngầm 84
iii

Chƣơng VI 86
KIỂM TRA THEO BIẾN DẠNG 86
VI.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ 86
VI.1.1. Hệ quả tác động 86
VI.1.2. Tiêu chuẩn giới hạn sử dụng 88
VI.2. ĐƢA ĐỘ TIN CẬY VÀO TRONG THIẾT KẾ (kiểm tra biến dạng) 88
VI.3. KIỂM TRA BIẾN DẠNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN (Phƣơng
pháp khác) 90
VI.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN 92
Chƣơng VII 94
MÓNG CỌC 94
VII.1. CÁC PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CỌC 94
VII.2. THÍ NGHIỆM THỬ TẢI TĨNH CỌC 96
VII.3. THÍ NGHIỆM TẢI TRỌNG ĐỘNG CỌC 97
VII.4. BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỌC 97
VII.5. CỌC CHỊU TẢI DỌC TRỤC 98
VII.5.1. Tổng quát 98
VII.5.2. Đƣa độ tin cậy vào thiết kế cọc 98
VII.5.2.1. Phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) 100
VII.5.2.2. Phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) 103
VII.5.2.3. Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) 105
VII.5.2.4. So sánh các phƣơng pháp thiết kế (DA) dùng thiết kế cọc 107
VII.5.3. Độ bền chịu nén của đất nền (ULS) 108
VII.5.3.1. Tổng quan 108
VII.5.3.2. Độ bền chịu nén cực hạn từ thí nghiệm thử tải tĩnh cọc 109

VII.5.3.3. Độ bền chịu nén cực hạn từ thí nghiệm đất 111
VII.5.3.4. Độ bền chịu nén cực hạn từ kết quả thử tải động 117
VII.5.4. Độ bền chịu kéo của đất nền 118
VII.5.4.1. Những yêu cầu chung 118
VII.5.4.2. Độ bền chịu kéo của cọc đơn 119
VII.5.4.3. Phá hoại khối của nhóm cọc 119
VII.5.5. Kiểm tra chuyển vị móng cọc 120
VII.6. CỌC CHỊU TẢI NGANG 121
VII.6.1. Tổng quan 121
VII.6.2. Độ bền tải ngang từ thí nghiệm thử tải tĩnh 122
VII.6.3. Độ bền tải ngang từ kết quả thí nghiệm đất nền và các thông số cƣờng
độ cọc 122
VII.6.4. Chuyển vị ngang 123
VII.7. CỌC LÀM VIỆC TRONG NHÓM 123
VII.8. THIẾT KẾ KẾT CẤU CỌC 125
iv

Chƣơng VIII 127
VÍ DỤ TÍNH TOÁN 127
VIII.1. LÝ TUYẾT TÍNH TOÁN 127
VIII.1.1. Đánh giá sức chịu tải cọc từ thí nghiệm nén tĩnh 127
VIII.1.1.1. Cách xác định sức chịu tải cực hạn cọc từ thí nghiệm nén tĩnh 127
VIII.1.1.2. Cách xác định sức chịu tải thiết kế cọc từ thí nghiệm nén tĩnh 132
VIII.1.2. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SPT 135
VIII.1.2.1. Theo eurocode 7 135
VIII.1.2.2. Theo Meyerhof (1956) 142
VIII.1.2.3. Theo Nhật Bản 142
VIII.1.2.4. Theo TCXD 195:1997 143
VIII.2. KẾT QUẢ ÁP DỤNG 144
VIII.2.1. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc 144

VIII.2.1.1. Sức chịu tải cực hạn cọc 146
VIII.2.1.2. Sức chịu tải thiết kế cọc 146
VIII.2.2. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SPT 147
BẢNG TRA HỆ SỐ 149
KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 160
TÀI LIỆU THAM KHẢO 161
PHỤ LỤC 163

DANH MỤC HÌNH
Hình II. 1: Xác định giá trị đặc trƣng cận dƣới (X
k,inf
) và cận trên (X
k,sup
) dựa trên phân
bố chuẩn 21
Hình II. 2: Áp dụng hệ số mô hình γ
Sd
trong trƣờng hợp phân tích phi tuyến (tác động
đơn): (a) Hệ quả tác động tăng nhanh hơn tác động. (b) Hệ quả tác động tăng chậm
hơn tác động 26
Hình II. 3: Áp dụng hệ số mô hình γ
Sd
trong trƣờng hợp phân tích phi tuyến (hai tác
động). (a) Hệ quả tác động tăng nhanh hơn tác động. (b) Hệ quả tác động tăng chậm
hơn tác động. Ký hiệu „+‟: kết hợp với 27

Hình III. 1: Kết cấu nhà cao tầng và các dự án dân dụng khác 42
Hình III. 2: Khối đất đắp và mái dốc 43
Hình III. 3: Kết cấu dạng đƣờng 43
Hình III. 4: Hầm và công trình ngầm 43

Hình III. 5: Hố đào 44
v

Hình III. 6: Tƣờng chắn 44
Hình III. 7: Móng cọc 45
Hình III. 8: Biểu đồ phân bố chuẩn dạng Gause 50
Hình III. 9: Hệ số Student t đối với mức độ tin cậy 90%, 95% và 99% 53

Hình IV. 1: Qui trình kiểm tra cƣờng độ 60
Hình IV. 2: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 1 69
Hình IV. 3: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 70
Hình IV. 4: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 2 71
Hình IV. 5: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 3 72
Hình IV. 6: Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế cho mái dốc 74
Hình IV. 7: Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế cho các kết cấu địa kỹ thuật
khác (ngoại trừ mái dốc) 75

Hình V. 1: Qui trình kiểm tra ổn định (Tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew
Bond & Andrew Harris) 78
Hình V. 2: Ví dụ hiện tƣợng đẩy nổi của cống ngầm do nƣớc và lực kéo 82
Hình V. 3: Ví dụ hiện tƣợng đẩy trồi của đáy hố đào (Theo EN 1997-1:2004) 83
Hình V. 4: Ví dụ về hiện tƣợng ăn mòn kết cấu (Theo Decoding EN 7, Andrew Bond)
84
Hình V. 5: Ví dụ hiện tƣợng xóa ngầm trong đất (Theo EN 1997-1:2004) 85

Hình VI. 1: Hình minh họa độ lún (s), lún lệch (δs), góc xoay (θ) và biến dạng góc (α)
87
Hình VI. 2: Hình minh họa độ võng tƣơng đối (Δ) và tỷ số độ võng (Δ/L) 87
Hình VI. 3: Hình minh họa góc nghiêng (ω) và góc xoay tƣơng đối (β) 87
Hình VI. 4: Qui trình kiểm tra khả năng sử dụng 89

Hình VI. 5: Qui trình kiểm tra khả năng sử dụng (Phƣơng pháp khác) 91

Hình VII. 1: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc (Tham khảo Decoding Eurocode 7,
Andrew Bond & Andrew Harris) 99
Hình VII. 2: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 1 - tổ
hợp 1 (DA 1-1) (tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)
101
vi

Hình VII. 3: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 1 - tổ
hợp 2 (DA 1-2) (tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)
102
Hình VII. 4: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 2 (DA
2) (tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris) 104
Hình VII. 5: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 3 (DA
3) (tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris) 106
Hình VII. 6: Ví dụ đẩy nổi (UPL) của cả nhóm cọc (Theo EN 1997-1:2004) 120
Hình VII. 7: Vùng ứng suất dƣới mũi cọc của cọc đơn (a) và nhóm cọc (b) 123
Hình VII. 8: Kích thƣớc khối móng cọc 124

Hình VIII. 1: Phƣơng pháp xác định Q
u
theo công thức (VIII.1) 128
Hình VIII. 2: Phƣơng pháp xác định Q
u
theo công thức (VIII.3) 128
Hình VIII. 3: Ví dụ cách xác định tải cực hạn cọc Q
u
theo phƣơng pháp Davisson 130
Hình VIII. 4: Ví dụ xác định tải cực hạn cọc Q

u
theo phƣơng pháp De Beer 131
Hình VIII. 5: Sơ đồ đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thử tải tĩnh theo Eurocode 7
133
Hình VIII. 6: Biểu đồ tải trọng - chuyển vị theo DIN 4014 139
Hình VIII. 7: Sơ đồ đánh giá độ bền cọc từ kết quả thí nghiệm SPT theo Eurocode 7
141

DANH MỤC BẢNG
Bảng II. 1: Áp dụng hệ số ψ cho hoạt tải đầu tiên và hoạt tải tiếp theo của trạng thái
giới hạn cực hạn và trạng thái giới hạn sử dụng 23

Bảng III. 1: Khoảng cách điểm khảo sát theo EN 1997-2 41
Bảng III. 2: Hệ số biến động δ
X
(COV) của các vật liệu địa kỹ thuật và vật liệu nhân
tạo 52

Bảng IV. 1: Bảng tổ hợp cho từng phƣơng pháp thiết kế (DA) 67
Bảng IV. 2: Bảng tổng hợp thành phần chính đƣợc nhân hệ số trong phƣơng pháp thiết
kế theo Eurocode 7 68
vii


Bảng VI. 1: Giá trị chuyển vị cho phép theo phụ lục H của EN 1997-1 88
Bảng VI. 2: Bảng tóm tắt các phƣơng pháp xác định độ lún ngoài hiện trƣờng 93

Giải thích một số định nghĩa đƣợc sử dụng trong Eurocode và đƣợc đƣa vào
trong Luận Văn này nhƣ sau:
Tình huống thiết kế: là điều kiện (tình huống) giả định nhƣ là điều kiện thật xảy ra

trong một khoảng thời gian trong tuổi thọ công trình, điều kiện này phải đƣợc kiểm tra
không đƣợt vƣợt qua trạng thái giới hạn tƣơng ứng.
Tình huống thiết kế tạm thời: là tình huống xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn
hơn tuổi thọ công trình và xảy ra với xác suất lớn.
Tình huống thiết kế lâu dài: là tình huống xảy ra thƣờng xuyên trong suốt tuổi thọ của
công trình.
Tình huống thiết kế đặc biệt: là tình huống liên quan đến những điều kiện không mong
muốn xảy ra trong kết cấu, nhƣ: cháy, nổ, va chạm hoặc phá hoại cục bộ.
Tình huống thiết kế động đất: là tình huống liên quan đến những điều kiện không
mong muốn của kết cấu khi chịu tác động động đất.
Tuổi thọ công trình: là một khoản thời gian giả định cho kết cấu hoặc phần tử kết cấu
đƣợc sử dụng mà không cần thiết sửa chữa lớn.
Trạng thái giới hạn: là trạng thái mà nếu vƣợt qua thì kết cấu không còn thỏa mãn tiêu
chuẩn thiết kế liên quan.
Trạng thái giới hạn cực hạn: là những trạng thái xảy ra sụp đổ hoặc những dạng tƣơng
tự khác của phá hoại kết cấu. Là trạng thái tƣơng ứng với khả năng chịu tải lớn nhất
của kết cấu hoặc phần tử kết cấu.
Trạng thái giới hạn sử dụng: là những trạng thái tƣơng ứng với những điều kiện mà
nếu vƣợt qua thì những yêu cầu về công năng sử dụng cho kết cấu hoặc phần tử kết
cấu sẽ không còn đáp ứng nữa.
Trạng thái giới hạn sử dụng không phục hồi: là trạng thái giới hạn sử dụng khi hệ quả
tác động vƣợt qua những yêu cầu công năng nhất định mà vẫn còn tồn tại khi đã bỏ
những tác động đó.
viii

Trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi: là trạng thái giới hạn sử dụng khi hệ quả tác
động vƣợt qua những yêu cầu công năng nhất định sẽ không còn tồn tại nữa khi đã bỏ
những tác động đó.
Độ bền: là khả năng chịu tác động của một phần tử hoặc một cấu kiện, hoặc tiết diện
của một phần tử hoặc của cấu kiện của một kết cấu mà không xảy ra cơ chế phá hoại.

Chẳng hạn, khả năng chịu uốn, khả năng chịu uốn dọc hay khả năng chịu kéo.
Tác động (F): tác động có thể là:
- Lực (tải trọng) tác dụng lên kết cấu (tác động trực tiếp);
- Biến dạng cƣỡng bức hoặc gia tốc (dao động) do sự thay đổi độ ẩm, lún lệch
hoặc động đất (tác động gián tiếp).
Hệ quả tác động (E): là những hệ quả của tác động trong phần tử kết cấu (chẳng hạn,
nội lực, moment, ứng suất, biến dạng) hoặc toàn bộ kết cấu (chẳng hạn, độ võng, góc
xoay).
Tác động địa kỹ thuật: là những tác động truyền lên kết cấu thông qua đất nền, đất đắp
hoặc nƣớc ngầm.
Tác động tĩnh: là những tác động không gây ra gia tốc đáng kể lên kết cấu hoặc phần
tử kết cấu.
Tác động động: là những tác động gây ra gia tốc đáng kể lên kết cấu hoặc phần tử kết
cấu.
Tác động tựa tĩnh: là tác động động đƣợc qui đổi thành tác động tĩnh tƣơng đƣơng
trong mô hình tĩnh.







ix

MỞ ĐẦU
1. GIỚI THIỆU
Một trong những yếu tố để đánh giá sự phát triển của một khu vực hay một quốc gia là
đánh giá vào sự phát triển của cở sở hạ tầng. Sự phát triển kinh tế xã hội kéo theo sự
phát triển của ngành xây dựng cơ sở hạ tầng. Một quốc gia vững mạnh khi nền kinh tế

vững mạnh, đồng nghĩa với việc cơ sở hạ tầng cũng vững mạnh.
Trong những năm trở lại đây, sự phát triển về mật độ xây dựng rất nhanh, đƣợc ví nhƣ
“nấm mọc sau mƣa”, đặc biệt là các khu chung cƣ cao tầng, các cao ốc chọc trời, các
loại cầu dây văng nhịp lớn, các công trình thủy lợi, thủy điện qui mô đồ sồ, các công
trình ngầm phát triển ngày càng phức tạp,…Các nƣớc trên thế giới nói chung, Việt
Nam nói riêng, luôn đòi hỏi cho việc phân tích và lựa chọn giải pháp móng cho các
công trình xây dựng vừa kinh tế và vừa bền vững. Một trong những giải pháp hữu hiệu
cho các công trình lớn là phƣơng án thiết kế móng cọc.
Trong thiết kế nền móng, có thể chia làm hai loại là móng nông (shallow foundations)
và móng sâu (hay, móng cọc) (deep foundations hay pile foundations).
Móng nông đƣợc sử dụng cho lớp đất gần mặt đất, nơi xuất hiện ứng suất tƣơng đối
lớn, đủ chịu đƣợc tác động của kết cấu bên trên mà không xảy ra ứng suất phá hoại
cho kết cấu do lún. Trƣờng hợp này, thƣờng chỉ sử dụng cho những công trình có tác
động tƣơng đối nhỏ. Đối với những công trình có tác động lớn (nhƣ nhà cao tầng, trụ
cầu,…) hay những vùng đất có lớp đất bên trên tƣơng đối yếu, thì phƣơng án móng
cọc là hữu hiệu, vì cần lớp đất “tốt” hơn để chịu tác động lớn.
Tác động của kết cấu bên trên truyền xuống lớp đất “tốt” sâu bên dƣới thông qua cọc.
Cọc là loại cột dài, độ mãnh lớn (long slender columns). Cọc có nhiều loại, tuy nhiên ở
Việt Nam thƣờng phổ biến những loại sau: cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi. Vật liệu
làm cọc có thể là: bê tông, bê tông cốt thép, thép, gỗ,…Với các hình thức thi công nhƣ:
đóng, ép, khoan nhồi,…
Cọc truyền tải vào đất thông qua hai hình thức: tải phân bố dọc theo thân cọc (pile
shaft), hoặc trực tiếp truyền tải lên lớp đất bên dƣới thông qua mũi cọc (pile point). Tải
đứng phân bố dọc theo thân cọc là ma sát cọc (pile shaft resistance) và tải truyền thực
tiếp thông qua mũi cọc là sức chịu tải mũi cọc (pile base resistance).
Cọc chịu tác động đứng (ví dụ, phần lớn các công trình dân dụng nhƣ nhà cao tầng có
sử dựng cọc,…), hoặc tác động ngang (ví dụ, các công trình bến cảng, tải ngang là tác
động do nƣớc, sóng, tàu,…), hoặc kết hợp giữa tác động đứng với tác động ngang (ví
dụ, cọc dƣới chân trụ cầu, vừa chịu tải đứng do tác động giao thông bên trên, vừa chịu
x

tác động ngang do nƣớc,…). Ngoài ra, cọc còn đƣợc thiết kế để chống lật (chống nhổ)
cho nhà cao tầng, do xuất hiện lực xô ngang tác dụng lên công trình nhƣ gió, động đất.
Do nhu cầu phát triển của xã hội, trên một phạm vi diện tích nhất định mà có thể chịu
đƣợc tải trọng lớn của các kết cấu công trình bên trên, giải pháp móng cọc khoan nhồi
(bored pile) là hữu hiệu và đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Để tạo „một tiếng nói
chung‟ trong thiết kế, thẩm định và thi công các dự án sử dụng phƣơng án móng cọc
nói chung và móng cọc nhồi nói riêng giữa các Quốc Gia với nhau, bộ tiêu chuẩn
Eurocode cũng nhƣ Eurocode 7 - Thiết kế địa kỹ thuật sẽ giải quyết đƣợc vấn đề này.
Nhằm để hiểu rõ hơn về tiêu chuẩn Eurocode và việc áp dụng vào thiết kế móng, luận
văn này sẽ đƣợc trình bày “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng
Phân Tích - Tính Toán Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao Tầng Tại Việt Nam”.
Việc thiết kế cọc vừa mang tính nghệ thuât (art) vừa mang tính khoa học (science).
Tính nghệ thuật đƣợc thể hiện thông qua việc lựa chọn loại cọc, phƣơng pháp thi công
cọc sao cho phù hợp nhất tƣơng ứng với điều kiện đất nền và tác động công trình. Tính
khoa học thể hiện ở ngƣời kỹ sƣ - đánh giá ứng xử của cọc khi cọc nằm trong đất và
đang làm việc. Phƣơng pháp thi công cọc ảnh hƣởng rất lớn đến ứng xử của cọc, các
ứng xử này thì không thể đƣợc đánh giá chính xác thông qua những tính chất cơ lý của
cọc và của đất nền nguyên dạng. Cần hiểu biết rất rỏ về loại cọc và phƣơng pháp thi
công cọc để có thể đánh giá một cách khao học về ứng xử của cọc.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Hiện nay, việc dự đoán sức chịu tải cọc còn mang tính chủ quan, do đó rất khó cho kỹ
sƣ thiết kế chƣa có kinh nghiệm nhiều trong lĩnh vực thiết kế cọc và cũng gây ra nhiều
tranh luận về quan niệm tính cọc khi thẩm định và phê duyệt đồ án.
Bộ tiêu chuẩn Eurocode nói chung, Eurocode 7 nói riêng đƣợc sử dụng rộng rãi ở các
nƣớc Châu Âu, đặc biệt là các quốc gia thuộc khối CEN (Anh, Pháp, Đức). Trong
tƣơng lai, Eurocode có thể đƣợc sử dụng chung cho cả thế giới để thể hiện tính thống
nhất hóa và toàn cầu hóa. Trong xu hƣớng mở cửa phát triển với thế giới , Việt Nam
đã - đang - và sẽ có rất nhiều đối tác Châu Âu sang kinh doanh và hợp tác kinh tế, thì
việc khuyến khích và đƣa tiêu chuẩn Eurocode vào trong tiêu chuẩn Việt Nam là rất

phù hợp, rất có lợi cho ta và có thể tạo đƣợc tiếng nói chung với thế giới.
Bởi nhận ra tầm quan trọng của nó, năm 2006 Bộ Xây Dựng ban hành bộ tiêu chuẩn
Thiết Kế Công Trình Chịu Động Đất - TCXDVN 375 : 2006, do Viện Khoa Học Công
Nghệ Xây Dựng biên soạn. Thực chất đƣợc chuyển ngữ từ Eurocode 8: Design of
Structures for Earthquake - Resistance và có bổ sung hoặc thay thế các phần mang
tính đặc thù Việt Nam.
xi

Cũng kế thừa “tƣ tƣởng” đổi mới ấy, luận văn Thạc Sĩ “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn
Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng Phân Tích - Tính Toán Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao
Tầng Tại Việt Nam” đƣợc ra đời. Với mục đích, giúp kỹ sƣ thiết kế hiểu rõ thêm về
tiêu chuẩn Eurocode và ứng dụng vào trong thiết kế móng cọc ở Việt Nam.
3. PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN
Nghiên cứu và phân tích tiêu chuẩn Eurocode và cụ thể là Eurocode 7 để sử dụng đánh
giá và dự đoán sức chịu tải (độ bền) cọc khoan nhồi theo các phƣơng pháp lý thuyết
(sử dụng các thông số đất nền nhƣ: c, υ, γ, ), phƣơng pháp bán thực nghiệm ngoài
hiện trƣờng (nhƣ: thí nghiệm SPT, CPT, ) kết hợp với thí nghiệm thử tải tĩnh cọc.
So sánh kết quả tính từ các phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam và đƣợc
đề cập trong TCXDVN với kết quả đánh giá từ Eurocode.
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Sử dụng tiêu chuẩn Eurocode để đánh giá sức chịu tải của các kết cấu nền móng nói
chung và móng cọc nhồi nói riêng.
Kết hợp và so sánh với các lý thuyết tính toán khác.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC & GIÁ TRỊ THỰC TIỄN
Đề tài “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng Phân Tích - Tính
Toán Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao Tầng Tại Việt Nam” mang ý nghĩa khoa học cao vì:
- Mang tính thực dụng trong thiết kế.
- Phù hợp với phƣơng châm „thống nhất hóa và toàn cầu hóa‟ trong thiết kế xây
dựng.
- Có thể hạn chế bớt những sai sót trong quá trình khảo sát địa chất và thiết kế nền

móng.





1

Chƣơng I
TỔNG QUAN VỀ EUROCODE
I.1. KẾT CẤU EUROCODE
Bộ Eurocode gồm 10 tiêu chuẩn sử dụng thiết kế nhà và các công trình dân dụng khác.
Bộ tiêu chuẩn này đƣợc chia thành 58 phần và các phụ lục kèm theo của các quốc gia
sử dụng Eurocode. Nội dung tổng quan về bộ Eurocode này nhƣ sau:
Eurocode – Cơ sở thiết kế kết cấu (EN 1990): bao gồm những nguyên tắc và những
yêu cầu về sự an toàn, khả năng sử dụng và tuổi thọ của kết cấu; cung cấp những yêu
cầu cơ bản để thiết kế và kiểm tra; đƣa ra những chỉ dẫn về độ tin cậy của công trình.
Eurocode 0 này là nền tảng cho toàn bộ Eurocode.
Eurocode 1 – Tác động lên kết cấu (EN 1991): tiêu chuẩn này hƣớng dẫn sử dụng tác
động trong thiết kế nhà và các công trình dân dụng khác, bao gồm những công trình
liên quan đến đất nền.
Eurocode 2 – Thiết kế kết cấu bê tông (EN 1992): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế
bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực cho công trình nhà và các công trình dân dụng
khác.
Eurocode 3 – Thiết kế kết cấu thép (EN 1993): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế các
loại kết cấu thép trong các công trình nhà và công trình dân dụng khác.
Eurocode 4 – Thiết kế kết cấu hỗn hợp bê tông và thép (EN 1994): tiêu chuẩn này
dùng để thiết kế hỗn hợp bê tông và thép của kết cấu hay bộ phận kết cấu công trình
nhà và các công trình xây dựng dân dụng khác.
Eurocode 5 – thiết kế kết cấu gỗ (EN 1995): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế kết cấu

gỗ và những sản phẩm đƣợc làm từ gỗ cho công trình nhà và các công trình xây dựng
dân dụng khác.
Eurocode 6 – Thiết kế kết cấu khối xây (EN 1996): thiết kế toàn bộ khối xây cho kết
cấu và các phần tử kết cấu của nhà và các công trình dân dụng khác.
Eurocode 7 – Thiết kế địa kỹ thuật (EN 1997): bao gồm những yếu tố liên quan đến
đất nền khi thiết kế nhà và các công trình dân dụng.
Eurocode 8 – Thiết kế kết cấu chịu động đất (EN 1998): dùng để thiết kế và thi công
các công trình nhà và công trình dân dụng khác trong vùng có động đất. EN 1998 cung
2

cấp thêm những qui tắc thiết kế nhằm hỗ trợ thêm những tiêu chuẩn về độ bền cho bê
tông, thép, và các loại vật liệu khác.
Eurocode 9 – thiết kế kết cấu nhôm (EN 1999): bao gồm việc thiết kế các bộ phận kết
cấu nhôm của nhà và các công trình dân dụng.
I.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO EUROCODE
Nguyên lý thiết kế nhà và các công trình dân dụng theo Eurocode là thiết kế theo trạng
thái giới hạn, là sự tách biệt giữa thiết kế theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) và
trạng thái giới hạn sử dụng (SLS). Quan niệm nền tảng của trạng thái giới hạn là xác
định hoặc là an toàn (mức độ đủ an toàn, còn sử dụng đƣợc) hoặc là không an toàn
(phá hoại, không còn sử dụng đƣợc). Sự tách biệt giữa trạng thái an toàn và không an
toàn của kết cấu đƣợc gọi là trạng thái giới hạn. Nói cách khác, trạng thái giới hạn là
sự lý tƣởng hóa các hiện tƣợng hoặc sự việc không mong muốn xảy ra. Nói chung,
trạng thái giới hạn là trạng thái mà kết cấu không còn đủ độ an toàn theo tiêu chuẩn
thiết kế. Mỗi trạng thái sẽ đáp ứng riêng mỗi yêu cầu áp dụng cho từng kết cấu công
trình khác nhau. (Trích từ Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)
Trạng thái giới hạn cực hạn ULS liên quan đến sự an toàn của con ngƣời và kết cấu.
Theo Eurocode 7, trạng thái giới hạn cực hạn bao gồm sự mất cân bằng, biến dạng dƣ,
sự đứt gãy, mất ổn định và phá hoại do mỏi.
Trạng thái giới hạn sử dụng SLS liên quan đến công năng của kết cấu trong quá trình
sử dụng bình thƣờng và mức độ tiện nghi cho con ngƣời. Trạng thái giới hạn sử dụng

có thể là phục hồi đƣợc (chẳng hạn, độ võng) hoặc không phục hồi đƣợc (chẳng hạn,
khi kết cấu đạt đến giới hạn chảy của vật liệu).
Thiết kế theo trạng thái giới hạn là kiểm tra cả mức độ an toàn và khả năng sử dụng
của công trình theo hai trạng thái giới hạn trên. Có hai điểm khác biệt chính giữa thiết
kế theo trạng thái giới hạn cực hạn với trạng thái giới hạn sử dụng là: (Trích từ
Designers’ Guide to EN 1997-1, R. Frank và các đồng nghiệp)
- Nếu vi phạm trạng thái giới hạn cực hạn thì sẽ dẫn đến phá hoại kết cấu và phải dỡ
bỏ công trình hoặc sửa chữa kết cấu công trình; nếu vi phạm trạng thái giới hạn sử
dụng thì thƣờng không phải phá bỏ công trình, mà có thể tiếp tục sử dụng lại nếu
bỏ những tác động gây ra sự vi phạm này. Tuy nhiên, cũng cần phải xác định rõ
giữa trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi và không phục hồi.
- Tiêu chuẩn trạng thái giới hạn cực hạn liên quan đến những thông số của kết cấu và
những tác động có liên quan; trong khi đó tiêu chuẩn trạng thái giới hạn sử dụng lại
phụ thuộc vào những yêu cầu của khách hàng và ngƣời sử dụng (có thể mang tính
3

chất chủ quan), cũng nhƣ những yêu cầu về thiết bị thi công hoặc những phần tử
phi kết cấu (nhƣ tƣờng bao che, bồn nƣớc mái, ống khói, hệ thống đƣờng ống
nƣớc,…).
Tuy nhiên, không phải bất kỳ hiện tƣợng hay sự kiện nào cũng dễ dàng phân loại theo
trạng thái giới hạn cực hạn hay trạng thái giới hạn sử dụng. Chẳng hạn, mức độ dao
động sàn nhà của nhà cao tầng khi chịu tác động gió: hiện tƣợng này rất dễ gây bất lợi
đến sức khỏe của con ngƣời khi đang làm việc trong tòa nhà và kể cả những vật dụng
trong nhà, nhƣng vần không gây ra phá hoại kết cấu công trình.
Ngoài ra, trong cùng một hiện tƣợng hay sự kiện xảy ra, ngƣời thiết kế phải kiểm tra
trạng thái giới hạn sử dụng cho cấu kiện này và cũng phải kiểm tra trạng thái giới hạn
cực hạn cho cấu kiện khác. Chẳng hạn, khi xảy ra hiện tƣợng lún móng công trình khi
vƣợt qua giới hạn cho phép, ngƣời thiết kế phải kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng
cho kết cấu móng và cũng phải kiểm tra lại trạng thái giới hạn cực hạn cho kết cấu bên
trên cũng nhƣ kết cấu móng bên dƣới, bởi vì khi lún rất dễ gây ra nứt của phần tử kết

cấu công trình.
Sự thay đổi về tác động (là tải trọng tác dụng nhƣ: trọng lƣợng bản thân kết cấu, hoạt
tải sử dụng, hoạt tải gió, tải động đất và các loại tải đặc biệt khác nhƣ cháy nổ, va
chạm, ), sự ảnh hƣởng của môi trƣờng và tính chất của kết cấu xảy ra trong suốt quá
trình tồn tại của công trình cũng phải đƣợc xem xét vào thiết kế bằng cách lựa chọn
tình huống thiết kế phù hợp (chẳng hạn nhƣ: tình huống lâu dài, tình huống tức thời,
tình huống đặc biệt và tình huống động đất), các tình huống này đại diện cho một
khoảng thời gian nhất định mà có thể xảy ra trong suốt tuổi thọ công trình. Nếu hai hay
nhiều tác động độc lập cùng xảy ra đồng thời, thì tổ hợp của chúng cần phải xem xét
trong quá trình thiết kế. Trong mỗi trƣờng hợp tổ hợp tác động, cần giả định mức độ
và trình tự ảnh hƣởng của từng tác động thông qua việc sắp xếp thứ tự tác động của
chúng, với mục đích thiết lập đƣờng bao hệ quả tác động (là kết quả của tác dụng tải
trọng nhƣ: lực dọc, lực cắt, moment, ứng suất, biến dạng) cần xem xét trong quá trình
thiết kế.
Nếu các trạng thái giới hạn (đƣợc xem xét trong thiết kế) phụ thuộc vào thời gian
(nhƣ: sự thay đổi của tác động và độ bền), thì khi kiểm tra kết cấu phải xét đến yếu tố
tuổi thọ công trình. Điều này nói lên rằng, hệ quả tác động (theo thời gian, nhƣ: trạng
thái mỏi của kết cấu) đƣợc xem nhƣ là một giá trị đặc trƣng, giá trị này đƣợc tích lũy
theo thời gian trong tuổi thọ công trình và cần đƣợc xem xét vào trong thiết kế.
Để tránh hoặc hạn chế xảy ra trạng thái giới hạn thì ngƣời thiết kế cần kiểm tra trạng
thái giới hạn theo một hoặc nhiều phƣơng pháp sau:
- Sử dụng phƣơng pháp tính toán;
4

- Dựa vào kinh nghiệm thiết kế tƣơng ứng với loại tải trọng và điều kiện đất nền
tƣơng tự;
- Thí nghiệm bằng mô hình trong phòng thí nghiệm hoặc thí nghiệm thực ngoài công
trƣờng; phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng trong thiết kế cọc và thiết kế kết
cấu neo;
- Phƣơng pháp quan sát.

I.3. NHỮNG YÊU CẦU THIẾT KẾ THEO EUROCODE
Có 4 yêu cầu cơ bản khi thiết kế công trình theo tiêu chuẩn Eurocode nhƣ sau:
1. Một công trình khi đƣợc thiết kế và thi công để sử dụng trong tuổi thọ công trình
với một mức độ tin cậy nhất định và kinh tế, thì phải đáp ứng đƣợc 2 yêu cầu sau:
- Phải chịu đƣợc tác động và những ảnh hƣởng của tác động trong suốt quá trình sử
dụng và thi công (điều này liên quan đến những yêu cầu về thiết kế theo trạng thái
giới hạn cực hạn ULS);
- Phải đáp ứng đƣợc những công năng sử dụng khi chịu tác động và những ảnh
hƣởng của tác động (điều này liên quan đến những yêu cầu về thiết kế theo trạng
thái giới hạn sử dụng SLS).
2. Thiết kế một công trình phải đảm bảo phù hợp với độ bền kết cấu (khả năng chịu
lực của kết cấu), công năng sử dụng và tuổi thọ công trình.
3. Trong trƣờng hợp cháy, độ bền kết cấu (khả năng chịu lực của kết cấu) phải đảm
bảo những yêu cầu trong một khoảng thời gian nhất định. Yêu cầu này nhằm đảm
bảo độ an toàn cho ngƣời sử dụng, kết cấu phải đảm bảo an toàn trong một khoảng
thời gian nhất định để con ngƣời có thể thoát ra khỏi công trình mà không ảnh
hƣởng đến sức khỏe.
4. Công trình sẽ đƣợc thiết kế và thi công nhằm đảm bảo không bị phá hoại khi chịu
tác động của nổ, va chạm và những ảnh hƣởng khác do con ngƣời, yêu cầu này liên
quan đến độ cứng của kết cấu.
Ngoài ra, khi thiết kế công trình phải tránh hoặc hạn chế những phá hoại tiềm ẩn cho
công trình thông qua một trong những điều kiện sau:
- Tránh, khử hoặc làm giảm đi những bất lợi cho kết cấu khi làm việc;
- Lựa chọn loại kết cấu ít nhạy với những tác động bất lợi;
- Lựa chọn loại kết cấu và cách thức thiết kế phù hợp để đảm bảo phần tử kết cấu sau
khi đã bỏ những tác động bất lợi thì vẫn làm việc bình thƣờng hoặc có thể bị phá
hoại cục bộ trong phạm vi chấp nhận đƣợc;
5

- Không sử dụng những hệ thống kết cấu có thể bị sụp đổ mà không có cảnh báo

trƣớc khi chịu những tác động;
- Cần kết nối các phần tử kết cấu lại với nhau, để có thể làm tăng độ cứng ổn định
tổng thể cho công trình.
Để đảm ứng đƣợc những yêu cầu trên thì cần phải:
- Lựa chọn loại vật liệu phù hợp;
- Thiết kế phù hợp;
- Phải có qui trình kiểm soát riêng biệt trong quá trình thiết kế, sản xuất, thi công và
sử dụng cho một dự án nhất định.
I.4. CÁC TÌNH HUỐNG THIẾT KẾ THEO EUROCODE
Trong thiết kế, các tác động, sự ảnh hƣởng của môi trƣờng và tính chất của kết cấu sẽ
thay đổi theo thời gian trong suốt quá trình tồn tại của công trình nên đƣợc xem xét
bằng cách lựa chọn các tình huống thiết kế đại diện cho một khoảng thời gian xảy ra
các hiện tƣợng bất lợi trên.
Theo Eurocode, có 4 tình huống thiết kế đƣợc phân loại nhƣ sau:
(1) Tình huống lâu dài. Tình huống này xảy ra trong điều kiện sử dụng thông thƣờng
của kết cấu. Tình huống này có liên quan đến tuổi thọ thiết kế của công trình. Tình
huống này bao gồm các tác động nhƣ: tĩnh tải, gió, hoạt tải sử dụng,
(2) Tình huống tạm thời. Tình huống này xảy ra trong điều kiện tạm thời của kết cấu,
chẳng hạn nhƣ trong suốt quá trình thi công và sửa chữa công trình. Trƣờng hợp
này, ngƣời thiết kế cần phải xác định giá trị tác động đại diện.
(3) Tình huống đặc biệt. Tình huống này xảy ra trong các trƣờng hợp không mong
muốn của kết cấu, chẳng hạn: cháy, nổ, va chạm đột ngột và phá hoại cục bộ. Tình
huống này xảy ra trong một khoảng thời gian tƣơng đối ngắn, nhƣng không phải là
không xác định đƣợc.
(4) Tình huống động đất. Tình huống này xảy ra khi công trình tồn tại trong khu vực
có xảy ra động đất. Những tác động do tình huống này đều gây rất bất lợi đến sự
làm việc của kết cấu công trình, có thể làm thay đổi ứng xử của các phần tử kết cấu
công trình.
Những tình huống thiết kế này nên đƣợc lựa chọn để bao gồm tất cả các trƣờng hợp,
các nguyên nhân có thể đoán trƣớc đƣợc, hoặc sẽ xảy ra trong suốt quá trình thi công

và sử dụng kết cấu. Thông thƣờng, tình huống thiết kế tạm thời sử dụng mức độ tin
6

cậy thấp hơn thông qua sử dụng giá trị hệ số riêng nhỏ hơn so với tình huống thiết kế
lâu dài.
Cần chú ý rằng, khi sửa chữa công trình ngƣời thiết kế cũng cần phải xét đến tất cả các
tình huống thiết kế có thể xảy ra.
I.5. CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THIẾT KẾ THEO EUROCODE
Nhƣ là một nguyên lý thiết kế, Eurocode yêu cầu khi thiết kế một kết cấu công trình
nào đó thì phải kiểm tra công trình thỏa mãn hai trạng thái giới hạn thiết kế, bao gồm
trạng thái giới hạn cực hạn ULS và trạng thái giới hạn sử dụng SLS.
I.5.1. Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS)
Trạng thái giới hạn cực hạn liên quan đến sự sụp đổ và những hình thức phá hoại kết
cấu tƣơng tự khác, trạng thái này cũng liên quan đến độ an toàn của con ngƣời và của
kết cấu.
EN 1990 xác định ba loại trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) cần kiểm tra khi thiết kế
kết cấu, bao gồm: sự mất cân bằng của toàn bộ công trình, của đất nền khi giả định là
cứng tổng thể (EQU); phá hoại do biến dạng dƣ, chuyển đổi cơ cấu làm việc của hệ kết
cấu, đứt gãy, hoặc mất ổn định (STR) và phá hoại do mỏi hoặc hiệu ứng thời gian
(hay, hiện tƣợng lão hóa của vật liệu) (FAT). Đối với đất nền, trạng thái giới hạn cực
hạn (ULS) bao gồm: sự phá hoại hoặc biến dạng dƣ của đất nền (GEO), trong đó
cƣờng độ của đất hoặc đá đóng vai trò quan trọng để tạo ra độ bền; sự mất cân bằng
của kết cấu hoặc của đất nền do đẩy nổi bởi áp lực nƣớc hoặc những tác động theo
phƣơng đứng khác (UPL); hiện tƣợng đẩy trồi, ăn mòn nội tại và sự xói ngầm trong
đất do gradient thủy lực (HYD).
Kiểm tra cân bằng tĩnh (EQU):
Trạng thái giới hạn cực hạn của cân bằng tĩnh (EQU) liên quan đến điều kiện khả năng
chịu lực của kết cấu và bao gồm các trạng thái giới hạn nhƣ: ổn định lật tổng thể; đẩy
nổi và ổn định trƣợt bề mặt do ma sát. Khi kiểm tra kết cấu theo trạng thái EQU thì
cần phải giả thiết toàn bộ kết cấu là một khối cứng. Tuy nhiên, trong một vài trƣờng

hợp, chẳng hạn nhƣ biến dạng (hiệu ứng bậc hai) hoặc dao động (hiệu ứng tác động),
thì tính chất đàn hồi của kết cấu cũng cần phải đƣợc xem xét khi kiểm tra.
Sự mất cân bằng tĩnh của kết cấu phụ thuộc vào tác động (bao gồm độ lớn và cách
thức phân bố), không phụ thuộc vào cƣờng độ của vật liệu. Trạng thái EQU sẽ không
xảy ra khi hệ quả tác động thiết kế gây mất cân bằng (mất ổn định tổng thể) E
d,dst
nhỏ
hơn hoặc bằng hệ quả tác động thiết kế cân bằng (ổn định tổng thể) E
d,stb
:
7


,,d dst d stb
EE
(I.1)
Kiểm tra cân bằng tĩnh EQU giả định rằng cƣờng độ của đất nền và kết cấu tạo ra độ
ổn định là không đáng kể. Cân bằng tĩnh thƣờng liên quan đến thiết kế kết cấu. Trong
thiết kế địa kỹ thuật, kiểm tra cân bằng tĩnh EQU chỉ thƣờng áp dụng cho móng trên
nền đá và nghiêng về một phía.
Kiểm tra phá hoại trong đất (GEO) và trong kết cấu (STR):
Trạng thái giới hạn STR bao gồm phá hoại nội tại hay chuyển vị lớn của kết cấu hoặc
phần tử kết cấu, khi đó cƣờng độ của vật liệu kết cấu đóng vai trò quan trọng để chống
lại STR. Để trạng thái giới hạn STR không xảy ra thì hệ quả tác động thiết kế E
d
phải
nhỏ hơn hoặc bằng độ bền thiết kế tƣơng ứng R
d
:

dd
ER
(I.2)
Trái ngƣợc với thiết kế kết cấu, những tác động địa kỹ thuật và độ bền đất nền không
thể tách biệt đƣợc: thƣờng thì tác động địa kỹ thuật phụ thuộc vào độ bền đất nền,
chẳng hạn, áp lực đất chủ động, và cũng có khi độ bền đất nền lại phụ thuộc vào tác
động, chẳng hạn, khả năng chịu tải của móng nông phụ thuộc vào tác động lên móng.
Có nhiều cách khác nhau để xét đến mối tƣơng quan giữa các tác động đất nền với độ
bền. Do đó, EN 1997-1 đề nghị 3 phƣơng pháp thiết kế (DA) để kiểm tra phá hoại
trong đất (GEO) và trong kết cấu (STR).
Kiểm tra mỏi (FAT):
Đối với vật liệu, trạng thái giới hạn mỏi (FAT) là hiện tƣợng lão hóa và sự phá hoại
kết cấu cục bộ xảy ra khi vật liệu chịu tải trọng lặp. Trạng thái mỏi thƣờng xảy ra đối
với kết cấu đƣờng, cầu hay công trình có độ mảnh lớn chịu tác động của tải gió.
Kiểm tra đẩy nổi (UPL):
Trạng thái giới hạn cực hạn UPL, do lực đẩy nổi liên quan đến tác động theo phƣơng
đứng, nên cần phải kiểm tra độ ổn định của kết cấu khi xảy ra hiện tƣợng này theo bất
phƣơng trình sau:

, , , ,d dst d dst d dst d stb d
V G Q G R   
hay
,,d dst d stb d
E E R
(I.3)
Theo Eurocode 7 thì tổng tác động thiết kế theo phƣơng đứng (bao gồm tĩnh tải G
d,dst

và hoạt tải Q
d,dst

) không đƣợc lớn hơn trọng lƣợng bản thân của kết cấu G
d,stb
và độ bền
thiết kế R
d
(là đại lƣợng tham gia tạo nên độ ổn định cho kết cấu nhƣ các thông số đất
8

nền,…). Eurocode 7-1 lại cho phép xem độ bền đẩy nổi R
d
nhƣ là tĩnh tải đứng ổn
định, do đó có thể viết lại bất phƣơng trình nhƣ sau:

, , ,d dst d dst d stb
G Q G
hay
,,d dst d stb
EE
(I.4)
Tuy nhiên, bất phƣơng trình này dễ gây hiểu nhầm cho ngƣời thiết kế bởi vì giá trị
thiết kế phải áp dụng hệ số riêng từ giá trị đặc trƣng, mà giá trị hệ số riêng lại khác
nhau, tùy thuộc vào loại tác động và cƣờng độ vật liệu, chẳng hạn hệ số riêng cho vật
liệu đất nền nhƣ γ
υ
= 1.25 ; γ
cu
= 1.4, trong khi đó thì hệ số riêng áp dụng cho tĩnh tải
gây ổn định là γ
G,stb
= 0.9. Chính vì đều này mà khi thiết kế, chúng ta cần tách biệt

giữa độ bền với tĩnh tải đứng gây ổn định kết cấu để có thể dễ dàng áp dụng hệ số
riêng cho phù hợp.
Trong thiết kế địa kỹ thuật, những tĩnh tải có lợi nhƣ trọng lƣợng kết cấu và đất nền.
Áp lực nƣớc bên dƣới kết cấu và những lực đẩy lên bên dƣới khác hoặc những lực kéo
lên khác là tác động bất lợi. Độ bền đẩy trồi là độ bền chống cắt (nếu tính toán thông
qua các thông số cƣờng độ kháng cắt), độ bền chịu kéo cọc hoặc độ bền neo. Mặt
khác, độ bền này có thể xem nhƣ là tĩnh tải đứng ổn định G
d,stb
và có thể áp dụng hệ số
riêng nhƣ tĩnh tải, chú ý rằng, trong trƣờng hợp này, cần sử dụng hệ số mô hình khi
kiểm tra.
Kiểm tra đẩy trồi do dòng thấm trong đất (HYD):
Trạng thái giới hạn cực hạn HYD bao gồm các hiện tƣợng nhƣ đẩy trồi thủy lực, ăn
mòn nội tại và xóa ngầm trong đất do gradient thủy lực. Việc kiểm tra sự ổn định thủy
lực đƣợc trình bày theo Eurocode 7 bao gồm hai bất phƣơng trình khác nhau, nhƣng
lại bổ sung cho nhau. Một là bao gồm các thành phần lực và trọng lƣợng bản thân, lực
dòng thấm gây mất ổn định cột đất S
d,dst
không đƣợc lớn hơn trọng lƣợng bản thân cột
đất G‟
d,stb
:

'
,,d dst d stb
SG
(I.5)
Hai là bao gồm các thành phần ứng suất và áp lực, áp lực nƣớc lỗ rỗng gây mất ổn
định cột đất u
d,dst

không đƣợc lớn hơn ứng suất tổng chống lại áp lực nƣớc này σ
d,stb
:
u
d,dst
≤ σ
d,stb
.

,,d dst d stb
u


(I.6)
Tuy nhiên, Eurocode 7 không hƣớng dẫn sử dụng hệ số riêng khi kiểm tra trạng thái
giới hạn cực hạn HYD. Áp dụng nguyên tắc ứng suất hữu hiệu của Terzaghi, bất
phƣơng trình trên có thể sắp xếp lại nhƣ sau:
9


'
,,
0
d stb d dst d
u

  
(I.7)
Điều này có nghĩa là ứng suất hữu hiệu thiết kế tại chân cột đất không đƣợc âm.
Hiện tƣợng ăn mòn nội tại và hiện tƣợng xóa ngầm thƣờng xảy ra ở bề mặt của kết cấu

khi tiếp xúc với đất do sự chênh lệch lớn về Gradient thủy lực tại vị trí tiếp xúc của hai
loại vật liệu này.
I.5.2. Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS)
Trạng thái giới hạn sử dụng liên quan đến điều kiện sử dụng thông thƣờng của công
trình. Đặc biệt, chúng liên quan đến công năng của công trình hoặc phần tử kết cấu,
mức độ tiện nghi cho ngƣời sử dụng và phƣơng thức thi công. Trạng thái này có xét
đến hệ quả tác động theo thời gian, do đó cần phải phân biệt giữa hai loại trạng thái
giới hạn sử dụng sau:
(1) Trạng thái giới hạn sử dụng không phục hồi, là những trạng thái giới hạn tồn tại
lâu dài ngay cả khi đã gỡ bỏ những tác động gây ra trạng thái đó, chẳng hạn: sự phá
hoại cục bộ lâu dài hoặc chuyển vị bất lợi lâu dài.
(2) Trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi, là những trạng thái giới hạn sẽ không còn
tồn tại nữa khi những tác động gây ra chúng đƣợc gỡ bỏ, chẳng hạn: vết nứt trong
những cấu kiện dự ứng lực, độ võng tạm thời, hoặc độ dao động.
Những yêu cầu về khả năng sử dụng của kết cấu cần xét đến yếu tố mức độ vi phạm,
tần xuất vi phạm và khoảng thời gian xảy ra vi phạm trạng thái giới hạn. Nói chung, có
ba loại trạng thái giới hạn cần áp dụng là:
(1) Không chấp nhận xảy ra vi phạm;
(2) Chấp nhận vi phạm xảy ra trong một giai đoạn và tần xuất nhất định;
(3) Chấp nhận vi phạm xảy ra lâu dài.
Những tiêu chuẩn về khả năng sử dụng (SLS) cần kết hợp với những tác động tƣơng
ứng với giá trị tác động đặc trƣng, giá trị tác động thƣờng xuyên và giá trị tác động tựa
tĩnh. Khi kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng theo các tình huống thiết kế khác nhau,
thì ngƣời thiết kế cần phải kiểm tra ba loại tổ hợp tác động theo ba loại trạng thái giới
hạn bên trên nhƣ sau:
(1) Tổ hợp đặc trƣng, nếu nhƣ không chấp nhận vi phạm xảy ra;
(2) Tổ hợp thƣờng xuyên, nếu chấp nhận vi phạm xảy ra trong một giai đoạn và tần
xuất nhất định;
(3) Tổ hợp tựa tĩnh, nếu chấp nhận vi phạm xảy ra lâu dài.
10

Các trạng thái giới hạn sử dụng này ảnh hƣởng đến hình dạng hoặc hiệu quả sử dụng
công trình, do đó cần phải xem xét trong thiết kế, có thể tóm tắt nhƣ sau:
(1) Biến dạng lớn, chuyển vị, lún và nghiêng đều ảnh hƣởng đến hình dạng của công
trình, mức độ tiện nghi cho ngƣời sử dụng và công năng của công trình, và có thể
gây bất lợi cho các cấu kiện hoàn thiện và các phần tử phi kết cấu;
(2) Dao động (bao gồm: gia tốc, biên độ và tần số) đều có thể gây ra bất tiện cho con
ngƣời và ảnh hƣởng đến công năng của công trình.
(3) Phá hoại (bao gồm: phá hoại cục bộ và nứt) ảnh hƣởng đến hình dạng, tuổi thọ
hoặc công năng công trình.
Khi thiết kế theo trạng thái giới hạn thì có nghĩa là sẽ cho phép xảy ra trạng thái giới
hạn sử dụng với giá trị đủ nhỏ. Khi đó, trạng thái giới hạn sử dụng có thể đƣợc kiểm
tra theo 2 cách nhƣ sau:
(1) Bằng cách tính toán hệ số tác động thiết kế E
d
(nhƣ: biến dạng, lún lệch, dao
động,…) và sau đó so sánh với các giá trị giới hạn C
d
theo bất phƣơng trình sau:

dd
EC
(I.8)
(2) Bằng phƣơng pháp đơn giản, dựa trên kinh nghiệm tƣơng quan.
Các giá trị thiết kế của tác động và tính chất vật liệu thƣờng bằng với giá trị đặc trƣng
khi sử dụng để kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng SLS. Trong trƣờng hợp lún
lệch, phải sử dụng Module biến dạng đặc trƣng cận trên và cận dƣới để xem xét các
biến đổi cục bộ trong đất.
Về mặt lý thuyết, các giá trị biến dạng giới hạn sẽ đƣợc chỉ định nhƣ là các yêu cầu
thiết kế cho mỗi kết cấu móng và tiêu chuẩn sẽ liệt kê các thành phần liên quan khi

thiết lập các chuyển vị giới hạn. Các giá trị giới hạn cũng có thể đƣợc điều chỉnh để
phù hợp với thực tế và kinh tế hơn cho từng loại công trình.
Có thể thay thế việc kiểm tra khả năng sử dụng bằng tính toán, ta có thể sử dụng một
phƣơng pháp đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo rằng cƣờng độ đất nền đƣợc huy động đủ
để kiểm soát đƣợc chuyển vị nằm trong giới hạn sử dụng cho phép. Phƣơng pháp đơn
giản này yêu cầu phải có kinh nghiệm so sánh với loại đất nền tƣơng tự và kết cấu
tƣơng tự. Phƣơng pháp này thƣờng áp dụng cho các loại công trình thông thƣờng và
loại móng thông thƣờng trong các điều kiện đất nền tƣơng đối ít phức tạp.

11

I.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ NỀN MÓNG THEO EUROCODE
Dựa vào các biểu thức:
 Hệ quả tác động:

 
; / ;
d F rep k M d
E E F X a


(I.9)
Hoặc
 
; / ;
d E rep k M d
E E F X a


(I.10)

 Độ bền thiết kế:

 
; / ;
d F rep k M d
R R F X a


(I.11)
Hoặc
 
; ; /
d F rep k d R
R R F X a


(I.12)
Hoặc
 
; / ; /
d F rep k M d R
R R F X a
  

(I.13)
Trong đó, E
d
là hệ quả tác động thiết kế; R
d
là độ bền thiết kế; F

ref
là tác động đại diện;
X
k
là thông số đất nền đặc trƣng; a
d
là kích thƣớc hình học thiết kế của cấu kiện đang
xét; γ
F
, γ
M
và γ
R
lần lƣợt là các hệ số riêng cho tác động, vật liệu và độ bền.
Các biểu thức trên khác nhau về cách phân phối hệ số riêng giữa tác động, tính chất
đất nền và độ bền. Từ đó, sẽ có các tổ hợp khác nhau theo biểu thức này, do đó cũng
có nhiều cách khác nhau để đƣa hệ số riêng vào hàm số E và R của bất phƣơng trình
E
d
≤ R
d
, điều này dẫn đến thành lập 3 phƣơng pháp thiết kế (DA) đƣợc sử dụng trong
EN 1997-1. Việc lựa chọn phƣơng pháp thiết kế (DA) còn tùy thuộc vào từng Quốc
Gia. Các vấn đề thiết kế khác nhau sẽ đƣợc giải quyết bằng các phƣơng pháp thiết kế
khác nhau. Việc lựa chọn hệ số riêng theo từng phƣơng pháp thiết kế (DA) cũng tùy
thuộc vào từng Quốc Gia.
Cách kết hợp các hệ số riêng để rút ra hệ quả tác động thiết kế và độ bền theo bất
phƣơng trình E
d
≤ R

d
sẽ đƣợc trình bày dƣới dạng ký hiệu, chẳng hạn, A1 „+‟ M1 „+‟
R1. Nghĩa là, hệ số riêng cho tác động γ
F
hoặc hệ quả tác động γ
E
đƣợc trình bày bởi
ký hiệu A và đƣợc chỉ định trong phụ lục A của EN 1997-1, ký hiệu „+‟ chỉ rằng
chúng đƣợc sử dụng tổ hợp với; hệ số riêng γ
M
cho các thông số cƣờng độ (vật liệu)
đất nền (ký hiệu M), cũng đƣợc trình bày trong phụ lục A của EN 1997-1; hệ số riêng
cho độ bền (ký hiệu R) γ
R
, cũng đƣợc trình bày trong phụ lục A của EN 1997-1.
Qui trình để tổ hợp các hệ số riêng đƣợc mô tả bằng ký hiệu ám chỉ rằng một tác động
địa kỹ thuật, hay hệ quả tác động địa kỹ thuật sẽ liên quan đến hai hay nhiều hệ số
12

riêng: An „+‟ Mn. Tƣơng tự, độ bền địa kỹ thuật sẽ liên quan đến hai hay nhiều hệ số
riêng: Mn „+‟ Rn. Tuy nhiên, trong một vài trƣờng hợp, các hệ số riêng này bằng 1.0,
chẳng hạn, M1, R1, và R3. Các hệ số riêng này thay đổi tùy thuộc vào từng phƣơng
pháp thiết kế (DA).
Khi sử dụng hệ số riêng M1 thì ám chỉ rằng những tham số đất nền thiết kế bằng với
tham số đất nền đặc trƣng. Kết quả là các tác động đất nền thiết kế, hệ quả tác động
thiết kế và độ bền thiết kế đều tính toán sử dụng hệ số riêng M1 thì đƣợc xem nhƣ là
tính toán từ các giá trị đặc trƣng, vì chúng đƣợc tính toán từ các thông số đất nền thiết
kế với hệ số riêng bằng 1.0.
I.5.1. Phƣơng pháp thiết kế 1
Thiết kế sẽ kiểm tra phá hoại trong đất và trong kết cấu tách biệt bằng cách sử dụng

hai tổ hợp hệ số riêng khác nhau.
Các hệ số riêng đƣợc áp dụng cho nguồn gốc phát sinh, chẳng hạn, cho tác động đại
diện và cho các thông số cƣờng độ đất nền đặc trƣng (nhƣ c‟ và tanυ‟ hoặc c
u
), sử
dụng biểu thức R
d
= R{γ
F
F
rep
; X
k
/γ
M
; a
d
}.Tuy nhiên, ngoại trừ thiết kế cọc và neo, có
thể sử dụng hệ số riêng cho độ bền để đo hoặc tính toán theo biểu thức R
d
= R{γ
F
F
rep
;
X
k
; a
d
}/γ

R
.
Các hệ số riêng thƣờng đƣợc áp dụng trực tiếp cho tác động đại diện nhƣ E
d
=
E{γ
F
F
rep
; X
k
/γ
M
; a
d
}, ngoại trừ một vài trƣờng hợp đặc biệt, thì các hệ số riêng sẽ đƣợc
áp dụng cho hệ quả tác động nhƣ sau: E
d
= γ
E
E{F
rep
; X
k
/γ
M
; a
d
}.
I.5.1.1. Tổ hợp 1:

Các hệ số riêng đƣợc tổ hợp theo A1 „+‟ M1 „+‟ R1. Mục đích là để thiết kế an toàn
đối với các yếu tố bất lợi của tác động, hoặc hệ quả tác động từ tác động đặc trƣng,
trong khi đó những tính chất đất nền thiết kế bằng với giá trị đặc trƣng. Vì thế, đối với
các tác động bất lợi (hoặc hệ quả của chúng), tính toán theo tổ hợp 1 yêu cầu sử dụng
A1 của bảng A.3, phụ lục A trong EN 1997-1 (chẳng hạn, γ
G
= 1.35 và γ
Q
= 1.5); đối
với những tác động có lợi, giá trị đề nghị là γ
G
= 1.0 và γ
Q
= 0. Đối với độ bền đất nền,
tính toán yêu cầu sử dụng M1 của bảng A.4, phụ lục A trong EN 1997-1 và R1 của
bảng A.5 đến A.8 của phụ lục A trong EN 1997-1 (chẳng hạn, γ
M
= γ
R
= 1.0).
I.5.1.2. Tổ hợp 2:
Các hệ số riêng đƣợc tổ hợp theo A2 „+‟ M2 „+‟ R1. Mục đích là để thiết kế an toàn
theo các tính chất cƣờng độ đất nền đặc trƣng và sự không chắc chắn trong mô hình
tính toán, trong khi đó, tĩnh tải thiết kế bằng với tĩnh tải đại diện và hoạt tải bất lợi
13

thiết kế lớn hơn hoạt tải bất lợi đại diện. Vì thế, đối với tác động (hoặc hệ quả tác
động), khi tính toán theo tổ hợp 2 thì sử dụng A2 của bảng A.3, phụ lục A trong EN
1997-1 (chẳng hạn, γ
G

= 1.0 đối với tĩnh tải bất lợi và có lợi, γ
Q
= 1.3 đối với hoạt tải
bất lợi và γ
Q
= 0 đối với hoạt tải có lợi). Đối với độ bền đất nền, tính toán yêu cầu sử
dụng M2 của bảng A.4 và R1 của bảng A.5 đến A.8 và A.12 đến A.14, phụ lục A
trong EN 1997-1.
Để thiết kế cọc và neo, độ bền thiết kế đƣợc tính toán sử dụng M1 của bảng A.4, phụ
lục A của EN 1997-1 (γ
M
= 1.0) và hệ số riêng R4 từ bảng A.6 đến A.8 hoặc A.12 của
phụ lục A, EN 1997-1. Các tác động bất lợi thiết kế lên cọc và neo cũng đƣợc tính
toán bằng cách sử dụng hệ số riêng A2 và M2.
Trong thiết kế, không phải lúc nào cũng áp dụng tất cả các tổ hợp. Thông thƣờng, khi
thiết kế địa kỹ thuật thì dùng tổ hợp 2, thiết kế kết cấu dùng tổ hợp 1. Vì vậy, thông
thƣờng trong thiết kế địa kỹ thuật, dùng tổ hợp 2 để xác định kích thƣớc của các phần
tử địa kỹ thuật, sau đó dùng tổ hợp 1 để kiểm tra lại các kích thƣớc này. Cũng tƣơng
tự, sử dụng tổ hợp 2 để xác định cƣờng độ phần tử kết cấu, và sử dụng tổ hợp 1 để
kiểm tra lại chúng.
I.5.2. Phƣơng pháp thiết kế 2
Trong phƣơng pháp này, chỉ sử dụng một loại tổ hợp các hệ số riêng để tính toán kiểm
tra trạng thái giới hạn cực hạn trong đất và trong kết cấu. Sử dụng tổ hợp các hệ số
riêng A1 „+‟ M1 „+‟ R2. Các hệ số riêng áp dụng cho tác động đất nền và tác động kết
cấu đều giống nhau. Các hệ số riêng áp dụng cho độ bền đất nền và hoặc cho tác động
hoặc cho hệ quả tác động. Kết quả thu đƣợc sẽ khác nhau khi áp dụng hệ số riêng cho
tác động hoặc hệ quả tác động.
Đối với phƣơng pháp mà hệ số riêng đƣợc nhân cho tác động, sử dụng hệ số riêng A1
của bảng A.3, M1 bảng A.4 (γ
M

= 1.0) và R2 bảng A.5 đến A.8 và A.12 đến A.14 của
phụ lục A, EN 1997-1.
Đối với phƣơng pháp mà hệ số riêng đƣợc nhân cho hệ quả tác động, các hệ số giống
nhau sẽ đƣợc sử dụng để tính toán E và R theo tác động thiết kế và các thông số cƣờng
độ đất nền thiết kế bằng với giá trị đặc trƣng của chúng. Trong phƣơng pháp này, sử
dụng các biểu thức E
d
= γ
E
.E{F
rep
; X
k
; a
d
} và R
d
= R{F
rep
; X
k
; a
d
}/γ
R
, vì thế có thể
thiết lập mối quan hệ trực tiếp giữa hệ số an toàn tổng thể η = R
k
/E
k

với E
d
≤ R
d
nhƣ
sau: γ
E
.E{F
rep
; X
k
; a
d
} ≤ R{F
rep
; X
k
; a
d
}/γ
R
thì hệ số an toàn là η = γ
E
.γ
R
.
Chú ý rằng, γ
E
là hệ số tổ hợp, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa tĩnh tải với hoạt tải. Thừa số
γ

E
.γ
R
cũng phụ thuộc vào tỷ số này, nhƣng hệ số an toàn tổng thể truyền thống η lại
độc lập với chúng.