MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ MÓNG CỌC TS TRỊNH VIỆT CƯỜNG

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ MÓNG CỌC
TS. Trịnh Việt Cường,Viện KHCN xây dựng
1. Một số vấn đề về tiêu chuẩn trong lĩnh
vực nền móng
2. Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng
móng cọc
Nội dung
móng cọc
3. Kết luận và kiến nghị
 Móng cọc đã được áp dụng tương đối phổ biến từ những năm
1980, đặc biệt khi công nghệ cọc tiết diện nhỏ được sử dụng
rộng rãi cho các công trình qui mô nhỏ đến trung bình;
 Từ những năm 1990 đến nay, cọc tiết diện lớn với sức chịu tải
cao được sử dụng cho hầu hết các nhà cao tầng, cầu và một số
công trình công nghiệp;

Nhiều công nghệ thi công tiên tiến đã được đưa vào áp dụng
Một số nét về áp dụng móng cọc ở Việt Nam

Nhiều công nghệ thi công tiên tiến đã được đưa vào áp dụng
nhưng chưa được tổng kết kinh nghiệm. Việc áp dụng một số
giải pháp tiên tiến gặp khó khăn;
 Đã xảy ra một số sự cố của móng cọc, đặc biệt là cọc nằm trong
vùng chịu ảnh hưởng của ma sát âm, cọc chịu tải ngang, …;
 Các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc được xây dựng từ những năm
1990, đến nay chưa được soát xét.
 TK theo ƯSCP được áp dụng từ giai đoạn đầu của ngành xây
dựng. Đến nay nhiều tiêu chuẩn (Ví dụ Nhật Bản) vẫn sử dụng
phương pháp này;
 Từ thập kỷ 1950, thiết kế theo TTGH được áp dụng ở Liên xô,
Đan Mạch, … Đến nay đã được chấp nhận ở hầu hết các quốc

gia;

Tại
Mỹ,
thiết
kế
theo
TTGH
được
chấp
nhận
muộn
hơn
.
Từ
Thiết kế cọc theo ƯSCP và theo TTGH

Tại
Mỹ,
thiết
kế
theo
TTGH
được
chấp
nhận
muộn
hơn
.
Từ

1994 AASHTO áp dụng trong thiết kế cầu. Từ 2006 Bộ Giao
thông Mỹ chấp nhận AASHTO LRFD trên toàn liên bang;
 TCXD 205:1998 bao hàm cả thiết kế theo TTGH (theo SNiP
2.02.03.85) và ƯSCP (theo Nhật Bản, Canada,…).
 Thiết kế ứng suất cho phép được sử dụng từ đầu thế
kỷ thứ 18. Trong tính toán áp dụng hệ số an toàn tổng
thể FS:
Q ≤ [Q] = Q
n
/FS
Thiết kế theo ứng suất cho phép
n
Với:
Q là tác động;
Q
n
là trị tiêu chuẩn
của tác động.

Loại hình khảo sát, thí
nghiệm
Áp dụng trong thiết kế và kiểm tra
chất lượng xây dựng
Khảo sát địa chất x x x x x
Tính toán tĩnh
x x x x x
Công
thức
động
x

• Theo AASHTO, FS phụ thuộc vào mức độ kiểm soát chất lượng.
Mức độ kiểm soát càng chặt chẽ thì FS càng thấp:
Hệ số an toàn trong thiết kế theo ƯSCP
Công
thức
động
x
Phân tích bằng lý thuyết
sóng ứng suất
x x x x
Phân tích CAPWAP
x x
Thử tải trọng tĩnh
x x
Hệ số an toàn (FS) 3,50 2,75 2,25 2,00 1,90
• TCXD 205:1998 khuyến cáo FS=2÷3, nhưng thiếu hướng dẫn chi tiết
THIẾT KẾ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN
Hai trạng thái giới hạn:
1. R
r
= φR
n
≥ η
i
γ
i
Q
i
2. S ≤ [S]
7

γ
i
- hệ số tải trọng
η
i
- hệ số (tính dẻo, mức dư sức kháng, tầm quan
trọng), η
i
= η
D⋅
η
r⋅
η
I
>0,95
Q
ni
– tải trọng tiêu chuẩn
φ - hệ số sức kháng
R
n
– sức kháng tiêu chuẩn
CÁC HỆ SỐ TẢI TRỌNG (AASHTO LRFD)
Loại tải trọng
Hệ số tải trọng
γ
γγ
γ
i
Max. Min.

DC: Cấu kiện và các phụ kiện 1,25 0,9
DD: Ma sát âm 1,8 0,45
DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,5 0,65
6/18/2012 8
EV: Áp lực đất thẳng đứng
- Ổn định tổng thể
- Kết cấu tường chắn
- Kết cấu cứng chôn trong đất
- Khung cứng
- Kết cấu mềm chôn trong đất, trừ
cống hộp thép
- Cống hộp mềm bằng thép
1,35
1,35
1,30
1,35
1,95
1,50
N/A
1,00
0,90
0,90
0,90
0,90
ES: Tải trên bề mặt đất 1,5 0,75
 Hệ số sức kháng cho cọc đóng chịu tải trọng nén dọc trục:
φ=kλ
v
k - hệ số phụ thuộc vào phương pháp đánh giá sức chịu tải
λ

v
- hệ số xét đến mức độ kiểm soát chất lượng
HỆ SỐ SỨC KHÁNG CHO CỌC ĐÓNG (AASHTO LRFD)
6/18/2012 9
Nhận xét: - Hệ số sức kháng phụ thuộc vào phương pháp tính toán;
- AASHTO hướng dẫn cách xác định φ ứng với các PP tính toán không nằm
trong tiêu chuẩn.
Hệ số λ
v
HỆ SỐ SỨC KHÁNG CHO CỌC ĐÓNG (AASHTO LRFD)
Nhận xét: - Hệ số λ
v
phụ thuộc vào mức độ kiểm soát chất lượng khi thi công;
- Khi chất lượng được kiểm soát chặt chẽ thì λ
v
cao và theo đó
hệ số sức kháng cũng cao.
HỆ SỐ SỨC KHÁNG CHO CỌC NHỒI (AASHTO LRFD)
6/18/2012 11
Nhận xét: Khi kiểm tra sức chịu tải bằng thí nghiệm thì hệ số sức kháng rất cao (φ=0,8)
TRƯỜNG HỢP 1:
- Tính toán sức chịu tải theo SPT: φ
φφ
φ=0.45 λ
v
- Kiếm tra sức chịu tải khi thi công theo độ chối: λ
λ λ
λ
v
=0.8

- Hệ số sức kháng: φ
φφ
φ=0.45x0.8 = 0.40
- Hệ số an toàn tương đương (với η
i
=0,95 và γ=1,25):
FS
e
=1,25*0.95/0,4 = 2,96
TRƯỜNG HỢP 2
:
VÍ DỤ HỆ SỐ SỨC KHÁNG KHI THIẾT KẾ CỌC ĐÓNG
THEO
AASHTO LRFD
12
TRƯỜNG HỢP 2
:
- Tính toán sức chịu tải theo SPT: φ
φφ
φ=0.45 λ
v
- Kiếm tra sức chịu tải bằng PDA và nén tĩnh: λ
λ λ
λ
v
=1.0
- Hệ số sức kháng: φ
φφ
φ=0.45x1.0 = 0.45
- Hệ số an toàn tương đương (với η

i
=0,95 và γ=1,25):
FS
e
=1,25*0,95/0,45 = 2,64
NHẬN XÉT: - Khi thí nghiệm cọc thì sức kháng được lấy cao hơn 12,5%;
- Hệ số an toàn tương đương nằm trong khoảng 2,5-4;
- Khi xét các loại tải trọng khác thì
γ
cao hơn nên FS
e
cũng
cao hơn.
VÍ DỤ HỆ SỐ SỨC KHÁNG KHI THIẾT KẾ CỌC NHỒI
TRONG ĐẤT SÉT THEO AASHTO LRFD
TRƯỜNG HỢP 1:
- Tính toán sức chịu tải bằng PP α: φ
φφ
φ=0,6 (lấy trung bình)
- Hệ số tải trọng:
γ=1,25 (tĩnh tải)
- Hệ số an toàn tương đương (với η
i
=0,95 và γ=1,25):
FS
e
=1,25*0.95/0,6 = 1,98
TRƯỜNG HỢP 2
:
13

TRƯỜNG HỢP 2
:
- Sức chịu tải xác định theo nén tĩnh: φ
φφ
φ=0,80
- Hệ số tải trọng:
γ=1,25 (tĩnh tải)
- Hệ số an toàn tương đương (với η
i
=0,95 và γ=1,25):
FS
e
=1,25*0,95/0,80 = 1,48
NHẬN XÉT: - Hệ số an toàn tương đương khá thấp khi sử dụng cọc nhồi. Giá
trị này tương đương Eurocode 7 và DIN 1054;
- Trên thực tế ngành giao thông sử dụng hệ số an toàn rất cao.
 AASHTO LRFD đề xuất một số phương pháp tính toán sức chịu
tải. Chênh lệch giữa kết quả tính ma sát bên theo các phương pháp đó
có thể tới 3 lần;
 Nhiều tương quan áp dụng trong tính toán phụ thuộc và điều kiện
đất nền địa phương. Không nên áp dụng một cách máy móc các
tương quan xác định theo điều kiện đất nền và công nghệ thi công ở
SỰ CẦN THIẾT XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG CHO CÁC
PHƯƠNG PHÁP TÍNH KHÔNG NẰM TRONG AASHTO LRFD
tương quan xác định theo điều kiện đất nền và công nghệ thi công ở
nước ngoài;
 Nhiều phương pháp tính toán lấy từ tài liệu nước ngoài cho kết quả
chênh lệch so với thực nghiệm ở Việt Nam.
→
→→

→ Cần xác định hệ số sức kháng ứng với các phương pháp tính
toán sức chịu tải của cọc quen thuộc ở Việt Nam.
Hệ số sức kháng tính theo:
Ví dụ về xác định hệ số sức kháng cho PP
tính toán của TCXD 205:1998
COV
R
- Biến thiên của sức kháng, xác định theo TT và TN
β
T
- Chỉ số tin cậy mục tiêu (
β
T
= 2,0
÷
2,5 cho cọc đóng)
 Số liệu đã sử dụng lấy từ thí nghiệm nén tĩnh 27 cây
cọc tại 7 hiện trường ở Việt Nam;
 Cọc đóng hoặc ép;

SỐ LIỆU PHỤC VỤ TÍNH TOÁN

 B = 25÷40 cm, L = 13÷43,7 m;
 Nén tĩnh đến 2÷3 lần tải trọng tính toán;
 Sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào lớp cát.
Kết quả tính toán
VÍ DỤ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG
CHO CỌC
ĐÓNG
T

β
6/18/2012 18
NHẬN XÉT: - Chỉ số tin cậy mục tiêu
β
T
là yếu tố có ảnh hưởng mạnh
đối với hệ số sức kháng
φ
.
-
β
T
càng cao thì
φ
càng thấp và thiết kế càng thiên về an toàn.
T
β
 Trong tiêu chuẩn tồn tại song song các phương
pháp thiết kế theo TTGH và theo ƯSCP:
- Tính toán sức chịu tải theo TTGH được cho
trong Phụ lục A (chủ yếu bằng cách tra bảng);
- Tính toán sức chịu tải theo ƯSCP được cho ở
các Phụ lục B và C.
TỒN TẠI TRONG TCXD 205:1998
các Phụ lục B và C.
 Không phân biệt rõ các phương pháp thiết kế, do
đó trong nhiều trường hợp đã sử dụng tải trọng
tính toán khi thiết kế theo ƯSCP, dẫn đến lãng phí
(quá thiên về an toàn).
Ví dụ 3

 Công thức C.2.2 của TCXD 205:1998 tính toán sức chịu
tải của cọc (theo tiêu chuẩn Nhật Bản, ƯSCP):
Q
a
=
1/3{αN
a
A
p
+ (0,2 N
s
L
s
+ cL
c
)πd}
Nhận xét
:
TỒN TẠI TRONG TCXD 205:1998
Nhận xét
:
- Hệ số an toàn FS=3;
- Một số người sử dụng tải trọng tính toán (hệ số vượt
tải khoảng 1,2), hệ số an toàn tương đương FS’=1,2*3 =
3,6. Số lượng cọc bố trí cho công trình có thể tăng 20%
(Lãng phí);
- Cần áp dụng đồng bộ các phương pháp tính toán theo
ƯSCP hoặc TTGH.
Ví dụ 4:
Nhận xét về độ an toàn trong thiết kế móng cọc

thông qua so sánh kết quả tính toán theo
Eurocode 7 (EN 1997) và TCXD 205:1998
Eurocode 7 (EN 1997) và TCXD 205:1998
Tải trọng tác dụng lên móng:
VÍ DỤ 4: Tính toán thiết kế theo
kết quả nén tĩnh (Eurocode 7)
- Tổ hợp cơ bản: G
k
= 4500 T
- Tổ hợp đặc biệt: G
k
+ A
k
= 5600 T
0
20
40
60
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Load (T)
VÍ DỤ 4: Tính toán thiết kế theo kết quả
nén tĩnh 3 cây cọc (Eurocode 7)
80
100
120
140
Settlement (mm)
TP-1
TP-2
TP-3

(1425, 125)
TP-1: R
m
= 1600 T
TP-2: R
m
= 1425 T R
m,mean
= (1600+1425+1600)/3 = 1541 T
TP-3: R
m
= 1600 T
R
k
= Min{
{{
{R
m,mean
/ξ
ξξ
ξ
1
; R
m,min
/ξ
ξξ
ξ
2
}
}}

}
Theo Bảng A.9, EN 1997-1:
Sức chịu tải đặc trưng của cọc:
VÍ DỤ 4: Tính toán thiết kế theo kết quả
nén tĩnh 3 cây cọc (Eurocode 7)
R
k
= Min{
{{
{1541/1,2;1425/1,05}
}}
}
= Min{
{{
{1284;1375}
}}
}
R
k
= 1284 T
Từ đó:
Xác định số lượng cọc – Tổ hợp cơ bản
Tình huống thiết kế 1 (DA-1):
Tổ hợp 1:
F
c,d
= 1,35G
k
= 1,35 x 4500 = 6075 T
R

c,d
= R
c,k
/
γ
γγ
γ
k
= 1284/1,0 = 1284 T
VÍ DỤ 4: Tính toán thiết kế theo kết quả
nén tĩnh 3 cây cọc (Eurocode 7)
R
c,d
= R
c,k
/
γ
γγ
γ
k
= 1284/1,0 = 1284 T
(FS = 1,35 x 1,0 = 1,35)
Số lượng cọc cần thiết: n = 6075/1284 = 4,7 →
→→
→
5 cọc
Tổ hợp 2:
F
c,d
= 1,0G

k
= 1,0 x 4500 = 4500 T
R
c,d
= R
c,k
/γ
γγ
γ
k
= 1284/1,3 = 988 T
(FS = 1,0 x 1,3 = 1,3)
Số lượng cọc cần thiết: n = 4500/988 = 4,5 →
→→
→
5 cọc