Hướng dẫn tính toán cọc bê tông cốt thép chịu tải trọng đứng

fu

MỤC LỤC
I. KHÁI NIỆM VỀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC......................................................................1
II. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU...........................................2
2.1. Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu khi cọc chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc
chịu kéo. [4]...........................................................................................................................2
2.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu trong quá trình vận chuyển và cẩu dựng
cọc. [4]....................................................................................................................................3
III. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN. (MỘT SỐ PHƯƠNG
PHÁP THÔNG DỤNG)............................................................................................................3
3.1. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền........................4
3.2. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền.......................7
3.3. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc theo phương pháp động................................11
3.3.1. Tính toán sức chịu tải của cọc theo công thức của Gersevanov...........................11
3.3.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo công thức Hilley...........................................12
3.4. Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả nén tĩnh cọc............................................13
3.5. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh..............15
3.5.1. Tính toán sức chịu tải của cọc theo CPT...............................................................16
3.5.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo CPTu............................................................17
3.6. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn.. .18
3.6.1. Xác định sức chịu tải của cọ theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)...18
3.6.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)
theo các tiêu chuẩn thiết kế khác.....................................................................................19
3.7. Tính khả thi và chính xác của từng phương pháp [5]..................................................19
IV. CÁC ẢNH HƯỞNG KHÁC TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC......................................20
4.1. Hiệu ứng nhóm cọc [2].................................................................................................20
4.2. Ma sát âm......................................................................................................................21
4.3 Trọng lượng bản thân cọc..............................................................................................22
4.4. Các ảnh hưởng khác tới sức chịu tải của cọc [2].........................................................22
V. KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỌC................................................................23

VI. TÍNH TOÁN VÍ DỤ CHO CÁC TRƯỜNG HỢP...........................................................23
VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................24


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

I. KHÁI NIỆM VỀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
Một cọc khi đóng riêng rẽ gọi là cọc đơn; khi nằm trong nhóm cọc thì có khả năng
chịu tải trọng khác nhau. Do đó khi thiết kế cọc làm việc chung phải kể đến hệ số nhóm.
Cọc trong móng bị phá hoại có thể do một trong những nguyên nhân sau đây gây ra:
 Bản thân cường độ vật liệu làm cọc bị phá hoại.
 Đất nền không đủ sức chịu đựng.
Khi thiết kế phải xác định sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu cọc và theo đất
nền; đồng thời khi thiết kế phải chọn kích thước cọc sao cho không được chênh lệch sức
chịu tải nhiều quá so với yêu cầu của từng loại cọc đóng, ép, khoan nhồi, các điều kiện về
kinh tế. Trong tất cả mọi trường hợp, không được chọn kích thước cọc mà sức chịu tải tính
toán của nó xác định theo cường độ vật liệu lại nhỏ hơn sức chịu tải của cọc xác định theo
cường độ đất nền.
Khi thiết kế móng cọc phải giải quyết được về vấn đề về sức chịu tải của cọc là: khi
đã có kích thước của cọc và điều kiện địa chất, cần biết cọc đó sẽ chịu được tải trọng dọc
trục lớn nhất là bao nhiêu.

Hình 1. Khái niệm cơ bản về sức chịu tải của cọc.

Sức chịu tải cực hạn Q u là giá trị sức chịu tải lớn nhất của cọc trước thời điểm xảy ra
phá hoại, xác định bằng cách tính toán hoặc thí nghiệm.
Sức chịu tải cho phép Qa là giá trị tải trọng mà cọc có khả năng mang được đã kể đến
các yếu tố điều kiện thi công, khả năng huy động làm việc của đất nền do ma sát, hoặc mũi
cọc… xác định bằng cách chia sức chịu tải cực hạn cho hệ số an toàn quy định.
Sức chịu tải cực hạn của cọc Q u gồm tổng sức chống cắt cực hạn giữa đất và vật liệu
làm cọc ở mặt bên của cọc Qs, cùng với sức gánh đỡ cực hạn của đất ở mũi cọc Qp.
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 1


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng
r fu

II. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU.
2.1. Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu khi cọc chịu nén đúng tâm, lệch tâm
hoặc chịu kéo. [4]
Sức chịu tải cọc làm bằng BTCT được xác định như sau:
Qvl = ϕ.( Ra .Fa + Rb .Fb )

Trong đó:
Qvl : sức chịu tải dọc trục theo cường độ vật liệu (T),
Rb : cường độ chịu nén tính toán của cọc bê tông,

Ra : cường độ chịu nén tính toán của cốt thép dọc trong cọc bê tông,
Fb : diện tích ngang của cọc bê tông (m2),
Fa : diện tích tiết diện cốt thép dọc trong cọc bê tông (m2),
ϕ : hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc độ mảnh và theo thực nghiệm lấy
như sau:
ϕ = 1,028 - 0,0000288λ2 - 0,0016λ
ϕ = 1,028 - 0,0000288λd2 - 0,0016λd
Hoặc ϕ tra theo bảng sau:
Bảng1. Hệ số độ mảnh ϕ.
λ=l0/r

<14

21

28

35

42

48

55

62

69

76

83

90

97

104

λd=l0/d

<4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

1,00

0,98

0,96

0,93

0,90

0,87

0,84

0,81

0,78

0,74

0,70

0,65

0,60

0,55

ϕ

Trong đó:
r: bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông,
d: bề rộng của tiết diện chữ nhật,
Chiều dài tính toán của cọc
l0 = vl
Trong đó l là chiều dài thực của đoạn cọc khi bắt đầu đóng cọc vào đất tính từ đầu
cọc đến điểm ngàm trong đất (cọc thường bị gãy khi đang đóng hoặc ép có đoạn cọc tự do
trên mặt đất còn nhiều), hoặc l được chọn là chiều dầy lớp đất yếu có cọc đi ngang qua và v
là hệ số phụ thuộc liên kết của hai đầu cọc lấy theo hình sau:

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 2


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng
r fu

v =2

v = 0.7

v = 0.5

Đầu cọc ngàm trong Đầu cọc ngàm trong Đầu cọc ngàm trong
đài và mũi cọc nằm đài và mũi cọc tựa đài và mũi cọc ngàm
trong đất mềm.
lên đất cứng hoặc đá. trong đá.
Hình 2. Hệ số ν phụ thuộc vào liên kết
Hoặc nếu xét đến sự hiện diện của đất bùn loãng xung quanh cọc, M. Jacobson đề
nghị ảnh hưởng uốn dọc như sau:
Bảng 2. Hệ số ϕ theo Jacobson
λ=L/r

50

70

85

105

120

140

ϕ

1,00

0,80

0,59

0,41

0,31

0,23

Với L là chiều dài cọc, r là bán kính hoặc cạnh cọc
2.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu trong quá trình vận chuyển và cẩu
dựng cọc. [4].
Sơ đồ 2 móc cẩu

Sơ đồ dựng cọc

Từ kết quả moment cực đại do cẩu cọc tính số lượng thép cần thiết với q là trọng
lượng cọc theo chiều dài đơn vị cần xét đến hệ số động từ 1,2 đến 2 tùy theo điều kiện
phương tiện vận chuyển và cung đường vận chuyển có tình trạng tốt hay xấu.
III. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN. (MỘT SỐ PHƯƠNG
PHÁP THÔNG DỤNG).
Sức chịu tải của cọc theo đất nền có thể dự đoán theo các phương pháp chính sau:
- Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền.
- Theo chỉ tiêu cường độ đất nền.

- Theo công thức động.
- Theo kết quả nén tĩnh cọc.
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 3


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

3.1. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền.
(Áp dụng phụ lục A – Tiêu chuẩn Việt Nam 205 – 1998: Móng cọc – Tiêu chuẩn
thiết kế - Phương pháp thống kê).
Sức chịu tải cho phép của cọc được tính toán theo công thức.
Qa=Qtc/ktc

Qtc=Qs+Qp

Trong đó:
Qa: sức chịu tải cho phép tính toán theo đất nền.
Qtc: sức chịu tải tiêu chuẩn tính toán theo đất nền của cọc đơn.
ktc: hệ số an toàn, lấy bằng:
- 1,2: nếu sức chịu tải xác định bằng nén tĩnh cọc tại hiện trường

- 1,25: nếu sức chịu tải xác định theo kết quả thử động cọc có kể đến biến
dạng đàn hồi của đất hoặc theo kết quả thử đất tại hiện trường bằng cọc mẫu
- 1,4: nếu sức chịu tải xác định bằng tính toán, kể cả theo kết quả thử động cọc
mà không kể đến biến dạng đàn hồi của đất
- 1,4 (1,25): đối với móng mố cầu đài thấp, cọc ma sát, cọc chống, còn khi ở
cọc đài cao – khi cọc chống chỉ chịu tải thẳng đứng, không phụ thuộc số lượng cọc trong
móng.
- Đối với đài cọc hoặc đài thấp mà đáy của nó nằm trên đất có tính nén lớn và
đối với cọc chịu ma sát chịu tải trọng nén, cũng như đối với bất kỳ loại đài nào mà cọc treo,
cọc chống chịu tải trọng nhổ, tùy thuộc số lượng cọc trong móng, trị số ktc lấy như sau”
- Móng có trên 21 cọc : ktc =1,4 (1,25)
- Móng có từ 11 đến 20 cọc: ktc=1,55 (1,4)
- Móng có từ 6 đến 10 cọc: ktc=1,65 (1,5)
-Móng có từ 1 đến 5 cọc: ktc=1.75 (1,6)
Số trong ngoặc đơn là trị số của ktc khi sức chịu tải của cọc được xác định từ kết quả
nén tĩnh ở hiện trường.
- Sức chịu tải cực hạn của cọc
+ Do ma sát bên: Qs=u∑mffsili
+ Tại mũi cọc:

Qp=mRqPAp

qp và fs: cường độ chịu tải ở mũi và mặt bên của cọc
m: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất; m=1
mR, mf: hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc và ở mặt bên cọc có kể đến ảnh
hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính toán của đất.
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 4

QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

Bảng 3. Bảng tra các hệ số mR và mf.

Stt

Phương pháp hạ cọc

Hệ số điều kiện làm việc của đất được
kể đến một cách độc lập với nhau khi
tính toán sức chịu tải của cọc
Dưới mũi cọc, mR

Ở mặt bên cọc, mf

1,0

1,0

1

Hạ cọc đặc và cọc rỗng có bịt mũi cọc, bằng búa
hơi (treo), búa máy và búa diezel.

2

Hạ cọc bằng cách đóng vào lỗ khoan mồi với độ
sâu mũi cọc không nhỏ hơn 1m dưới đáy hố khoan,
khi đường kính lỗ khoan mồi:

a

Bằng cạnh góc vuông

1,0

0,5

b

Nhỏ hơn cạnh góc vuông 5 cm

1,0

0,6

c

Nhỏ hơn cạnh góc vuông hoặc đường kính cọc tròn
(đối với trụ đường dây tải điện) 15 cm

1,0

1,0

3

Hạ cọc có xói nước trong đất cát với điều kiện
đóng tiếp cọc ở mét cuối cùng không xói nước.

1,0

0,9

4

Rung và ép cọc vào:

a

Đất cát, chặt vừa
- Cát thô và thô vừa

1,2

1,0

- Cát mịn

1,1

1,0

- Cát bụi

1,0

1,0

- Á cát

0,9

0,9

- Á sét

0,8

0,9

- Sét

0,7

0,9

c

Đất sét có độ sệt IL ≤ 1

1,0

1,0

5

Cọc rỗng hở mũi hạ bằng búa có kết cấu bất kỳ

a

Khi đường kính lỗ rỗng của cọc ≤ 40 cm

1,0

1,0

b

Khi đường kính lỗ rỗng của cọc > 40 cm

0,7

1,0

6

Cọc tròn rỗng, bịt mũi, hạ bằng phương pháp bất
kỳ tới độ sâu ≥ 10m, sau đó mở rộng mũi cọc bằng
cách nổ mịn trong đất cát chặt vừa và tong đất sét
có độ sệt IL ≤0,5 khi đường kính mở rộng bằng:

a

1m phụ thuộc vào loại đất nói trên

0,9

1,0

b

1,5m trong đất cát và á cát

0,8

1,0

c

1,5m trong á sét và sét

0,7

1,0

b

Đất sét có độ sệt IL = 0,5

Trong đó:

u: chu vi tiết diện ngang của cọc.
Ap: diện tích tiết diện mũi cọc.

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 5


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

fsi: ma sát bên tại lớp đất thứ i.
li: chiều dài của lớp đất thứ i trong chiều dài tính toán của cọc.
Bảng 4. Sức chống cắt của đất ở mũi cọc qp
Sức chống ở mũi cọc và cọc ống không nhồi bê tông, qp, T/m2
Độ sâu
của
mũi
cọc, m

của đất cát chặt vừa
Thô
Mịn

Bụi
vừa
của đất sét với chỉ số sệt Il bằng

Sỏi

Thô

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

750.00

660.0
0
400.00

300.0
0

310.00

300.00

30.00

200.00

120.00

110.0
0

680.0
0
510.00

380.0
0

320.00

210.00 125.00

70.00

250.00

160.00

700.00 400.00

340.00

220.00

620.00

280.00

200.00

370.00

240.00

10.00

730.0 430.0
0
0
690.0
0
1050.00 770.00 500.00

15.00

3.00

4.00

5.00

7.00

20.00

830.00

880.00

-

130.0
0

80.00

85.00

330.00

220.00

140.0
0

400.00

260.00 150.00

90.00

730.0
0
820.00 560.00

350.00

240.00

440.00

290.00

100.00

750.00

400.00

165.0
0

850.00 620.00

480.00

320.00

180.0
0

110.00

970.00

1170.0
0
1260.0
0

-

450.00
520.00

350.00 195.00 120.00

30.00

1340.0 900.00 680.0
0
0
1420.00 950.00 740.00

650.00

380.00 210.00 130.00

35.00

1500.00

100.0
0

600.00

410.00 225.00 140.00

25.00

800.00

Bảng 5. Ma sát bên fs.
Độ sâu
của mũi

Ma sát bên cọc, fs, T/m2
của đất cát chặt, vừa
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 6


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng
r fu

cọc, m
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
8.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00

Thô
và thô
vừa

Mịn

Bụi

-

-

-

-

-

-

của đất sét với chỉ số sệt IL bằng
0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

3.50
4.20
4.80
5.30
5.60
5.80
6.20
6.50
7.20
7.90
8.60
9.30
10.00

2.30
3.00
3.50
3.80
4.00
4.20
4.40
4.60
5.10
5.60
6.10
6.60
7.00

1.50
2.10

2.50
2.70
2.90
3.10
3.30
3.40
3.80
4.10
4.40
4.70
5.00

1.20
1.70
2.00
2.20
2.40
2.50
2.60
2.70
2.80
3.00
3.20
3.40
3.60

0.50
1.20
1.10
1.60

1.70
1.80
1.90
1.90
2.00
2.00
2.00
2.10
2.20

0.40
0.70
0.80
0.90
1.00
1.00
1.00
1.00
1.10
1.20
1.20
1.20
1.30

0.40
0.50
0.70
0.80
0.80
0.80

0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
0.90
0.90

0.30
0.40
0.60
0.70
0.70
0.70
0.70
0.70
0.70
0.70
0.70
0.80
0.80

0.20
0.40
0.50
0.50
0.60
0.60
0.60
0.60

0.60
0.60
0.60
0.70
0.70

Chú thích
Trong những trường hợp khi mà bảng A.1 các trị số của q p trình bày ở dạng phân số
thì tử số là của cát, còn mẫu số là của sét.
Trong bảng A.1; A.2, độ sâu của mũi cọc là độ sâu trung bình của lớp đất khi san nền
bằng phương pháp gọt bỏ hoặc đắp dày đến 3m, nên lấy từ mức địa hình tự nhiên, còn khi
gọt bỏ và đắp dày từ 3-10m thì lấy từ cốt quy ước nằm cao hơn phần bị gọt 3m hoặc thấp
hơn mức đắp 3m.
Khi độ sệt ngoài bảng tra: khi B<0 lấy B=0 (đối với mũi); khi B<0.2 lấy B=0.2 (đối
với ma sát bên) để tra các giá trị qp và fs; khi B>0.6 (đối với mũi) hoặc B>1.0 (đối với ma
sát bên) an toàn lấy q p=0 hoặc fs=0. Tuy nhiên, theo khuyến cáo những trường hợp này nên
sử dụng các phương pháp tính toán khác.
3.2. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền.
Áp dụng phụ lục B – Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 205 – 1998: Móng cọc – Tiêu
chuẩn thiết kế - Phương pháp tĩnh học. [1].
Sức chịu tải cho phép của cọc được tính theo công thức:
Qa=Qs/FSs+Qp/FSp
FSs: hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1,5 ÷2,0
FSp: hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc, lấy bằng 2,0 ÷3,0

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 7

QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

- Sức chịu tải cực hạn của cọc:
+ Do ma sát bên

Qs=Asfs

+ Tại mũi cọc

Qp=Apfp

Ap: tổng diện tích mặt bên có kể đến trong tính toán
fs: ma sát bên tác dụng lên cọc
fs=ca+σ'htanϕa;
ca (T/m²): lực dính giữa thân cọc và đất; cọc đóng BTCT ca=c; cọc thép ca=0.7c
c (T/m²): lực dính của đất
σ'h (T/m²): ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên:
σ'h=ksxσ'vp
ϕa: góc ma sát giữa cọc và đất nền; cọc BTCT hạ bằng phương pháp đóng: ϕa=ϕ; cọc
thép ϕa=0.7ϕ;
qp: cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc
qp=cNc+σ'vpNq+γdpNγ

σ'vp(T/m²): ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng
lượng bản thân đất
Nc, Nq, Nγ: hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc
và phương pháp thi công cọc. → Tra theo bảng của Terzaghi (ngoài ra còn có bảng của
Nerho..)
γ (T/m³): trọng lượng đẩy nổi của đất ở độ sâu mũi cọc
Ks là hệ số áp lực ngang. Có nhiều khuynh hướng rất khác nhau trong việc ước
lượng giá trị hệ số áp lực ngang:
Khuynh hướng 1: Xem đất nền là “vật liệu đàn hồi” và Ks = ξ=µ/(1-µ)
với µ là hệ số Poisson của đất.
Khuynh hướng 2: Hệ số Ks chọn theo áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh K0
Với số lượng cọc không nhiều trong móng cọc và các cọc khoan nhồi, đất nền là loại
đất cố kết thường, hệ số áp lực ngang được chọn để tính toán là:Ks = K0 = 1- sinϕ’ (Công
thức này dùng thông dụng nhất).
Với cọc đặt trong nền đất cố kết trước, hệ số áp lực ngang được chọn để tính toán
theo Jaky có dạng như sau:
K s = K 0 = (1 − sin ϕ a ) OCR

với OCR là hệ số cố kết trước

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 8


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng
r fu

Khuynh hướng 3: Khi đóng hoặc ép cọc vào nền đất, thể tích cọc chiếm lỗ rỗng của
đất và đất dần đạt gần đến trạng thái cân bằng bị động điều này có nghĩa là hệ số áp lực đất
Ks tiến dần đến giá trị hệ số áp lực bị động K p. Và Boules đề nghị hệ số Ks là trung bình
cộng của áp lực ở trạng thái tĩnh K 0 ,hệ số áp lực đất ở trạng thái cân bằng chủ động K a , và
hệ số áp lực đất ở trạng thái cân bằng bị động Kp.
Ks =

K a + Fw K 0 + K p

(3.1)

2 + Fw

Trong đó Fw là hệ số chọn từ 1 trở lên.
Thực tế đo đạc, hệ số Ks thay đổi theo chiều sâu, theo biến dạng thể tích và độ chặt
của đất xung quanh cọc. Ở đầu cọc Ks gần bằng hệ số áp lực bị động K p của Rankine. Ở mũi
cọc Ks gần bằng hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh, K0.
Trong tính toán thực tế có thể lấy theo bảng sau theo [B.M.Das, 1984]:
Bảng 6. Giá trị KS (theo B.J.Das)
Cọc khoan nhồi
Ks = K0 =1- sinϕ’
Cọc đóng tốc độ chậm và cọc ép
Ks = K0 (giới hạn dưới)
Ks = 1,4 K0 (giới hạn trên)
Cọc đóng tốc độ nhanh và cọc rung
Ks = K0 (giới hạn dưới)

Ks = 1,8 K0 (giới hạn trên)
Trường Cầu Đường Paris (ENPC) giới thiệu kết quả nghiên cứu của Broms về hệ số
áp lực ngang Ks và góc ngoại ma sát của đất cát như trong bảng sau:
Bảng 7. Giá trị Ks Theo ENPC
Stt
1
2
3
4

Loại cọc

ϕa

Ks
Cát chặt trung bình

Cát chặt

Cọc thép

20o

0,5

1,0

Cọc bê tông

3/4ϕ

1,0

2,0

Cọc nhồi

3/4ϕ

0,5

0,5

Cọc gỗ

2/3ϕ

1,5

4,0

Bảng 8. Bảng tra các hệ số Nc, Nq, Nγ theo Terzaghi
ϕ (độ)
0
5
10

Nc
5,7*
7,3

9,6

Nq
1,0
1,6
2,7

Nγ
0,0
0,5
1,2

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 9


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng
r fu

15
20
25
30

34
35
40
45
48
50

12,9
17,7
25,1
37,2
52,6
57,8
95,7
172,3
258,3
347,5

4,4
7,4
12,7
22,5
36,5
41,4
81,3
173,3
287,9
415,1

2,5

5,0
9,7
19,7
36,0
42,4
100,4
297,5
780,1
1153,2

Nc=1,5π+1 [Terzaghi (1943), trang 127]
Bảng 9. Bảng tra K0
Công thức

Nhận xét
Lý thuyết gốc

Tài liệu tham khảo
Jaky (1944)

Jaky (1948)
Cho đất dính, dựa trên số
liệu của các mẫu
ϕem≈ϕe (Hvorslev) và
ϕe=1,15 (ϕ’-90)
Dựa trên tài liệu xuất bản
của Kenney (1959)
K0 xác định từ thí nghiệm
hiện trường

Brooker & Ireland
(1965)
Rowe (1957)
Abdelhamid &
Krizek (1976)
Alpan (1967)
Lee & Jin (1979)
Alpan (1967)

with m1=0,54exp(-Ip/281)

Schmidt (1966)
Ladd et al (1977)

with m1=f(Ip)

Tavenas et al (1975)
OCR

Trong đó:

NC= cố kết thường (Normally consolidated)
OC=quá cố kết (Overconsolidated)

Chú thích:
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 10

QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

Tính toán theo phương pháp cường độ đất nền thường không cho kết quả chính xác
nếu không đầy đủ các số liệu yêu cầu như C’, ϕ’(để tính hệ số ks, fs), OCR và cẩn thận khi
dùng hệ số poison µ (µ≠µ’).
3.3. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc theo phương pháp động.
Áp dụng phụ lục D – Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 205 – 1998: Móng cọc – Tiêu
chuẩn thiết kế [1].
Phương pháp thí nghiệm: Trong quá trình đóng cọc, nếu ta quan sát năng lượng cho
bởi môt nhát búa E=Wh, với W là trọng lượng phần va đập của búa và h là chiều cao rơi,
theo nguyên lý cân bằng năng lượng E sẽ bằng với sức chịu tải cực hạn của cọc nhân với độ
xuyên của cọc vào đất, e do chính nhát búa ấy. Độ xuyên e được định nghĩa như là độ chối
của cọc. Tuy nhiên, không phải tất cả năng lượng do nhát búa đóng dành cho cọc xuyên vào
đất mà còn mất mát do độ nảy của búa, đàn hồi của cọc, đàn hồi của đất quanh cọc, phát
nhiệt…
3.3.1. Tính toán sức chịu tải của cọc theo công thức của Gersevanov.
Thường được sử dụng để tính độ chối.
-

Sức chịu tải cho phép của cọc: Qa=Qtc/ktc

-

Khi thử động cọc đóng, nếu độ chối thực tế (đo được) er≥0.002m:

-

Khi thử động cọc đóng, nếu độ chối thực tế (đo được) er<0.002m và không thể
đổi thiết bị đóng cọc:

n: hệ số lấy bằng 150T/m² đối với cọc bê tong cốt thép có mũ cọc
F: diện thích được giới hạn bằng chu vi ngoài của tiết diện ngang cọc
M: hệ số, lấy bằng 1,0 khi đóng cọc bằng búa tác dụng va đập; còn khi hạ cọc bằng
rung thì lấy theo bảng D.1 phụ thuộc vào loại đất dưới mũi cọc.
∋p: năng lượng tính toán của một va đập của búa, T.m, lấy theo bảng D.2 hoặc năng
lượng tính toán của máy hạ bằng rung – lấy theo bảng D.3
ef: độ chối thực tế, đo bằng độ lún của cọc do một va đập của búa, còn khi dùng máy
rung là độ lún của cọc do công của máy trong thời gian 1 phút, m
c: độ chối đàn hồi của cọc (chuyển vị đàn hồi của đất và cọc), xác định bằng máy đo
độ chối, m
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 11


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

W: trọng lượng của phần va đập của búa, T
Wc: trọng lượng của cọc và mũ cọc, T
W1: trọng lượng của cọc dẫn (khi hạ bằng rung W1=0), T
Wn: trọng lượng của búa hoặc của máy rung, T
ε: hệ số phục hồi va đập, khi đóng cọc và cọc ống bê tong cốt thép bằng búa tác động
va đập có dùng mũ đệm gỗ, lấy ε² =0,2, khi hạ bằng rung, lấy ε² =0.
θ: hệ số, 1/t, xác định theo công thức

n0, nn: hệ số chuyển từ sức chống động sang sức chống tĩnh của đất; đối với đất dưới
mũi cọc n0=0.0025 s.m/T, đối với đất ở mặt hông cọc nh=0.25 s.m/T
Ω: diện tích mặt bên cọc tiếp xúc với đất, m²
H: chiều cao nẩy đầu tiên của phần va đập của búa, đối với búa diesel lấy h=0.5m,
còn đối với các loại búa khác h=0
H: chiều cao rơi thực tế của phần động của búa, m
-

Công thức (*) thường được dùng để kiểm tra độ chối của cọc khi đóng ngoài
hiện trường để quyết định chiều dài cọc, số lượng cọc đóng đại trà, khi đó:
e=S/n" với S: khoảng cách chối của cọc, n: số nhát búa ứng với từng trường hợp.

Chú thích:
Các giá trị Wn, W, Wc và W1 dùng trong công thức tính toán nói trên không có hệ số
vượt tải
Trong trường hợp có chênh lệch hơn 1,4 lần về sức chịu tải của cọc xác định theo các
công thức D.2 và D.3 với sức chịu tải xác định bằng tính toán dựa vào tính chất cơ lý của
đất thì cần kiểm tra thêm bằng phương pháp nén tĩnh.
3.3.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo công thức Hilley.

k: hiệu suất cơ học của búa đóng cọc, môt số giá trị được kiến nghị sử dụng như sau:
-

100% đối với búa rơi tự do điều khiển tự động và búa diesel

-

75% đối với búa rơi tự do nâng bằng cáp tời

-

75%-85% đối với các loại búa hơi nước đơn động

W: trọng lượng của búa đóng, T

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 12


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

h: chiều cao rơi búa, m
e: hệ số phục hồi, một số giá trị e như sau:
+ cọc có đầu bịt thép: e=0,55
+ cọc thép có đệm đầu cọc bằng gỗ mềm: e=0,4
+ cọc bê tông cốt thép, đệm đầu bằng gỗ: e=0,2
ef: độ lún của cọc dưới một nhát búa khi thí nghiệm (độ chối), m
c1: biến dạng đàn hồi của đầu cọc, đệm đầu cọc và cọc dẫn, m
c2: biến dạng đàn hồi của cọc, m

c3: biến dạng của đất nền, thường lấy bằng 0,005m
A: diện tích tiết diện cọc. m²
E: modun đàn hồi của vật liệu cọc, T/m²
Fs: hệ số an toàn khi áp dụng công thức Hilley: Fs≥3,0
3.4. Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả nén tĩnh cọc.
Áp dụng phụ lục E – Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 205 – 1998: Móng cọc – Tiêu
chuẩn thiết kế [1].
Phương pháp thí nghiệm: là tăng tải từng cấp lên cọc thử và đo độ lún ổn định tương
ứng, cho tới lúc đạt giá trị cực hạn của tải tác động. Từ quan hệ tải – độ lún có thể suy ra
sức chịu tải cực hạn, sức chịu tải từ biến, sức chịu tải cho phép của cọc.
- Sức chịu tải cho phép của cọc: Qa=Qtc/ktc (ktc≥2,0)
- Sức chịu tải tiêu chuẩn theo kết quả thử bằng tải trọng nén, nhỏ và theo hướng
ngang được xác định:

m: hệ số điều kiện làm việc cho tất cả loại nhà và công trình, trừ trụ đường dây tải
điện lộ thiên:
m=1,0 đối với cọc chịu nén dọc trục hoặc nén ngang
m=0,8 đối với cọc chịu nhổ khi độ sâu hạ cọc vào đất ≥ 4m
m=0.6 đối với cọc chịu nhổ khi độ sâu hạ cọc vào đất < 4m
Qu: sức chịu tải cực hạn của cọc, T.

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 13


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

Nếu số cọc được thử ở những điều kiện đất nền như nhau ít hơn 6 chiếc: Q u=Qu.min;
kd=1
Nếu số cọc được thử ở những điều kiện địa chất công trình bằng hoặc lớn hơn 6
chiếc: Qu được xác định trên cơ sở kết quả xử lý thống kê.
- Sức chống giới hạn Qu của cọc được xác định: là giá trị tải trọng gây ra độ lún tăng
liên tục và là giá trị ứng với độ lún ξSgh trong các trường hợp còn lại.

Hình 3. Phương pháp xác định Qu
Sgh: trị số lún giới hạn trung bình cho trong tiêu chuẩn thiết kế nền móng, được quy
định trong nhiệm vụ thiết kế hoặc lấy theo tiêu chuẩn nhà và công trình tương ứng khi thiết
kế nhà và công trình.
ξ: hệ số chuyển từ độ lún lúc thử nghiệm đến độ lún lâu dài của cọc, thông thường
lấy ξ=0,1. Khi có cơ sở thí nghiệm và quan trắc đầy đủ có thể lấy ξ=0.2…
Sức chịu tải giới hạn của cọc theo phương pháp của Canadian Foundation

Engineering Manual (1985): là tải trọng xác định từ giao điểm của biểu đồ quan hệ tải trọng.
Độ lún với đường thẳng: Sf=δ+d/30.

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 14


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

Hình 4. Phương pháp xác định Qu
Sf: độ lún tại cấp tải trọng phá hoại, m
δ: biến dạng đàn hồi của cọc, m

Q: tải trọng tác dụng lên cọc, T
Lp: chiều dài cọc, m
A: diện tích tiết diện cọc, m²
Ep: modun đàn hồi của vật liệu cọc, T/m²
Sức chịu tải giới hạn của cọc theo phương pháp của Davisson: là tải trọng ứng với độ
lún trên đường cong tải trọng – độ lún có được thử tĩnh:

Lp/d>8: Sf=0.0038+0.02 (m).

Lp/d>100: Sf=60-80mm.
3.5. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh.
Áp dụng phụ lục C1 – Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 205 – 1998: Móng cọc – Tiêu
chuẩn thiết kế [1].
Phương pháp thí nghiệm: đo sức kháng của đất khi ấn một hình nón kim loại vào đất.
Trường hợp không đo được áp lực nước lỗ rỗng u là thí nghiệm CPT. Trường hợp đo được
áp lực nước lỗ rỗng u là thí nghiệm CPTu.
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 15


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng
r fu

3.5.1. Tính toán sức chịu tải của cọc theo CPT.
-

Sức chịu tải cho phép của cọc:
Qa=(Qs+Qp)/FS

FS: hệ số an toàn; FS=2÷3
-

Sức chống cực hạn của mũi cọc:
Qp=Ap.qp=Ap.Kc.qc

kc: hệ số mang tải, lấy theo bảng C1
qc: sức chống xuyên trung bình, lấy trong khoảng 3d phía trên mũi cọc
-

Sức chống cực hạn ở mặt bên cọc:
Qs=uΣhsi.fsi

hsi: độ dài của cọc trong lớp đất thứ i
u: chu vi diện tích cọc
fsi: ma sát bên đơn vị của lớp đất thứ i và xác đinh theo lớp chống xuyến đầu mũi q c ở
cùng độ sâu, fsi=qci/αi
αi: hệ số lấy theo bảng C1 của tiêu chuẩn.
Bảng 20. Hệ số Ks và a

Loại
đất

Đất
lọai sét
chảy,
bùn
Đất
loại sét
cứng
vừa
Đất
loại sét,

cứng
đến rất
cứng
Cát
chảy
Cát
chặt
vừa

Hệ số Kc

Hệ số α

Hệ số cực đại qp (kPa)

Sức
chống ở
mũi qc
(kPa)

Cọc
hồi

Cọc
đóng

<2000

0.4

0.5

30

30

30

30

15

15

15

15

20005000

0.35

0.45

40

80

40

80

80
(35)

80
(35)

80
(35)

35

>5000

0.45

0.55

60

120

60

120

80
(35)

80
(35)

80
(35)

35

0-2500

0.4

0.5

(60)
120

150

(60)
80

(120)
60

35

35

35

35

250010000

0.4

0.5

(100)
180

(200)
250

100

(200)
250

(120)
80

(80)
35

(120)
80

80

Cọc nhồi
Thành Thành
bê
ống
tông
thép

Cọc đóng
Thành Thành
bê
ống
tông
thép

Cọc nhồi
Thành Thành
bê
ống
tông
thép

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Cọc đóng
Thành Thành
bê
ống
tông

thép

Trang 16


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng
r fu

Loại
đất

Cát
chặt
đến rất
chặt
Đá
phấn
(mềm)
Đá
phấn
phong
hóa,
mảnh
vụn

Hệ số Kc

Hệ số α

Sức
chống ở
mũi qc
(kPa)

Cọc
hồi

Cọc
đóng

>10000

0.3

0.4

150

300
(200)

150

>5000

0.2

0.3

100

120

>5000

0.2

0.4

60

80

Cọc nhồi
Thành Thành
bê
ống
tông
thép

Hệ số cực đại qp (kPa)

Cọc đóng
Thành Thành
bê

ống
tông
thép

Cọc nhồi
Thành Thành
bê
ống
tông
thép

Cọc đóng
Thành Thành
bê
ống
tông
thép

300
(200)

(150)
120

(120)
80

(150)
120

120

100

120

35

35

35

35

60

80

(150)
120

(120)
80

(150)
120

120

Chú thích:

Cần hết sức thận trọng khi lấy giá trị bên của cọc trong sét mềm và bùn vì khi tác
dung một tải trọng nhỏ lên nó, hoặc ngay cả với tải trọng bản thân, cũng làm cho loại đất
này lún và tạo ra ma sát âm.
Các giá trị trong ngoặc có thể sử dụng khi:
- Đối với cọc nhồi, thành hố được giữ tốt, khi thi công không gây phá hoại thành hố
và bê tông cọc đạt chất lượng cao;
- Đối với cọc đóng có tác dụng làm chặt đất khi đóng cọc.
Giá trị sức chống xuyên ở mũi nêu trong bảng C.1 tương ứng với mũi côn đơn giả
3.5.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo CPTu.
Sức chịu tải của cọc theo CPTu tương tự sức chịu tải của cọc theo CPT. Tuy nhiên
sức chống xuyên chịu mũi có hiệu qE thay cho sức kháng mũi tổng qT : qE=qT-u2
u2 : áp lực nước lỗ rỗng
Sức kháng bên đơn vị fs=Cs.qE
Cs hệ số hiệu chỉnh sức kháng ma sát, phụ thuộc vào loại đất mà cọc đi qua.
Bảng 31. Hệ số Cs
Loại đất
Các loại đất mềm có độ nhạy cao
Đất sét
Sét cứng, sét lẫn bụi

Cs
0,08
0,05
0,025

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 17

QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

Cát lẫn bột
Cát mịn
Cát, cát lẫn sỏi sạn

0,015
0,01
0,04

3.6. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn.
3.6.1. Xác định sức chịu tải của cọ theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).
Áp dụng phụ lục C1 – Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 205 – 1998: Móng cọc – Tiêu
chuẩn thiết kế [1].
Phương pháp thí nghiệm: đo sức chịu tải của đất nền và lấy mẫu không nguyên dạng
để xác định các đặc trưng vật lý của đất ở các độ sau khác nhau dưới đấy hố khoan khảo sát
đất nền bằng các đếm số lần rơi của búa khi xuyên đất 30cm, mẫu đất lấy ra từ ống tách có
thể sử dụng đo các chỉ tiêu vật lý.
Sức chịu tải cực hạn của cọc tính theo công thức Meyerhof (1956):
Qu=K1.N.Ap+K2.Ntb.As
N: chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc
Ap: diện tích tiết diện mũi cọc

Ntb: chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời
As: diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời
K1: hệ số, lấy bằng 400 cho cọc đóng và bằng 120 cho cọc khoan nhồi
K2: hệ số, lấy bằng 2,0 cho cọc đóng và bằng 1,0 cho cọc khoan nhồi
Hệ số an toán áp dụng khi tính toán sức chịu tải của cọc theo xuyên tiêu chuẩn lấy
bằng 2,5÷3,0
Sức chịu tải của cọc theo công thức Nhật Bản

Na: chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc
Ns: chỉ số SPT của lớp đất cát bên thân cọc
Ls: chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát, m
Lc: chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét,m
α: hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc: cọc BTCT thi công bằng
phương pháp đóng: α=30; cọc khoan nhồi α=15.

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 18


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

3.6.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) theo
các tiêu chuẩn thiết kế khác.
Tính theo TCXD 195-1997: Nhà cao tầng. Thiết kế cọc khoan nhồi.
Qa=15NAp + (1.5NcLc+4.3NsLs)U-Wp
N : chỉ số SPT trung bình của đất trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc.
Ns : chỉ số SPT trung bình trong lớp đất dính.
Nc : chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời.
Ls : chiều dài cọc trong phần đất dính.
Lc : chiều dài cọc trong phần đất rời.
U : chu vi tiết diện ngang cọc.
Wp : hiệu số trọng lượng cọc và trọng lượng đất do cọc thay thế.
3.7. Tính khả thi và chính xác của từng phương pháp [5].
- Phương pháp thống kê để xác định sức chịu tải của cọc tuy rằng chưa phải được tin
cậy hoàn toàn nhưng cũng đủ lý do để người thiết kế yên tâm khi dùng vì phương pháp này
dựa vào các bảng thống kê trên cơ sở khá nhiều số liệu thực tế. Ưu điểm của phương pháp
này là việc xác định sức chịu tải của cọc được thực hiện rất nhanh chóng. Vì thế đối với đối
với các công trình vĩnh cữu, khi thiết kế sơ bộ, và ngay cả khi thiết kế kỹ thuật vẫn nên
dùng phương pháp này. Còn đối với những công trình quan trọng thì việc áp dụng phương
pháp này phải được kiểm tra bằng các phương pháp thí nghiệm cọc ngoài hiện trường.
Nhược điểm của phương pháp này là chỉ thống kê theo các đặc trưng trạng thái của đất (độ
sệt, độ chặt) mà không chú ý đến các đặc trung cơ học (C, ϕ) của chúng.
- Mặc dù phương pháp tĩnh học (sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền) có độ
chính xác hơn phương pháp thống kê (sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý), tuy nhiên các
dữ liệu địa chất hiện nay thường không đủ thông số chính xác để tính toán theo phương
pháp thống kê. Việc huy động sức chịu tải do ma sát và mũi khác nhau nhưng cùng hệ số an
toàn. Việc hạn chế nhất là sự không phù hợp với các loại đất quá yếu (ngoài bảng tra) và
cẩn thân với việc sử dụng phương pháp thí nghiệm nào để phù hợp với bảng tra.
- Việc xác định sức chịu tải của cọc bằng các phương pháp thí nghiệm ngay tại hiện
trường là đáng tin cậy nhất. Trong các phương pháp này thì phương pháp thí nghiệm bằng
tải trọng tĩnh cho trị số xác thực nhất vì nó hoàn toàn phụ hợp với điều kiện làm việc thực tế

của cọc. Vì thế, đối với những công trình lớn, quan trọng thì nhất thiết phải tiến hành thí
nghiệm cọc bằng tải trọng tĩnh. Nếu việc thí nghiệm tiến hành trước giai đoạn thiết kế thì
kết quả thí nghiệm về sức chịu tải của cọc được dùng để tính toán trong thiết kế. Nếu móng
cọc đã được thiết kế trước khi thí nghiệm thì kết quả thí nghiệm được dùng để kiểm tra và
sửa đổi lại thiết kế. Ví dụ, nếu thí nghiệm cho kết quả sức chịu tải tính toán của cọc nhỏ hơn
trị số đã dùng trong thiết kế thì bắt buộc phải tăng số lượng cọc trong móng, hoặc tăng chiều
dài cọc, hay tăng tiết diện của cọc (chỉ áp dụng biện pháp tăng tiết diện của cọc khi chưa
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 19


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

đúc cọc hàng loạt). Nếu thí nghiệm cho kết quả sức chịu tải tính toán của cọc lớn hơn trị số
đã dùng trong thiết kế thì giải quyết theo cách ngược lại.
Vì quá phức tạp, cồng kềnh và tốn kém, cho nên chỉ đối với những công trình lớn và
quan trọng thì người ta mới quy định bắt buộc phải tiến hành thí nghiệm cọc bằng tải trọng
tĩnh và cũng chỉ quy định thí nghiệm với số lượng cọc tương đối ít.
Việc thí nghiệm cọc bằng tải trọng động đơn giản và đỡ tốn kém hơn nhiều so với
việc thí nghiệm cọc bằng tải trọng tĩnh, nhất là các cọc cho cầu, cống ở giữa sông không có
mặt bằng thoáng. Vì vậy hầu như công trình móng cọc nào cũng có thể tiến hành đóng cọc

thử được. Sự tiện lợi lớn nhất của phương pháp này là có thể xác định được chiều dài của
cọc khi thí nghiệm là chiều sâu mà độ chối thực bằng độ chối thiết kế.
Tuy vậy, trị số sức chịu tải của cọc xác định theo công thức động có độ tin cậy kém
hơn so với kết quả thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh. Nguyên nhân: sức kháng động của cọc
bao giờ cũng khác sức kháng tĩnh; công thức động đều áp dụng lý thuyết va chạm đàn hồi
của Niwton không chính xác cho va chạm kiểu búa va chạm với đe; các hệ số kinh nghiệm
trong công thức động không chính xác; quan hệ giữa độ chối và sức chịu tải giới hạn là
quan hệ parabol là không chính xác, chưa xét đến tính chất của đất nền.
Ngoài ra khi xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp thí nghiệm, cần phải
hết sức chú ý đến vấn đề “thời gian cọc nghỉ”. Nếu có điều kiện (sau khi đóng cọc, biết chắc
chắn rằng còn một thời gian nữa mới thi công phần công trình bên trên) thì tốt nhất là đóng
cọc xong để một thời gian theo quy định rồi mới tiến hành thí nghiệm.
Đối với những công trình quan trọng, phải tính cọc bằng nhiều phương pháp, rồi
chon Qamin để đảm bảo an toàn.
IV. CÁC ẢNH HƯỞNG KHÁC TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC.
4.1. Hiệu ứng nhóm cọc [2].
Trong đất nền rời, quá trình hạ cọc bằng phương pháp đóng hay ép thường nén chặt
đất nền, vì vậy sức chịu tải của nhóm cọc có thể lớn hơn tổng sức chịu tải của các cọc đơn
trong nhóm.
Trong nền đất dính, sức chịu tải của nhóm cọc ma sát nhỏ hơn tổng sức chịu tải của
các cọc trong nhóm. Mức độ giảm sức chịu tải của nhóm cọc trong trường hợp này phụ
thuộc vào khoảng cách giữa các cọc trong nhóm, đặc tính của nền đất, độ cứng của đài cọc
và sự tham gia truyền tải công trình của đài xuống cọc và đất.
Đối với cọc chống, sức chịu tải của nhóm cọc ma sát bằng tổng sức chịu tải của các
cọc đơn trong nhóm.
Cọc trong nhóm chịu tải trọng lệch tâm nên bố trí sao cho điểm đặt của hợp lực tải
trọng là gần nhất so với trọng tâm của mặt bằng nhóm cọc.
Nếu Qu là khả năng chịu tải cực hạn của cọc đơn và Q uG là khả năng chịu tải cực hạn
của nhóm cọc trong đất dính: Qu=Ge.n. QuG (n: số cọc trong nhóm).
Giá trị của Ge phụ thuộc vào các thông số của đất, kích thước và dạng của nhóm cọc,

chiều dài cọc và khoảng cách giữa các cọc (Whitaker, 1957; Kerisel, 1967).
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 20


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng
r fu

Bảng 12. Hệ số Ge
Khoảng cách cọc (s)

3B

4B

5B

6B

8B

Hệ số nhóm (Ge)

0,70

0,75

0,85

0,90

1,00

4.2. Ma sát âm
Ma sát âm (negative skin friction) là hiện tượng đất xung quanh cọc bị lún cố kết lớn
hơn chuyển vị xuống dưới/biến dạng nén của cọc; việc này gây thêm một tải trọng hướng
xuống lên cọc. Ma sát âm trên cọc là yếu tố không thể bỏ qua khi thiết kế móng cọc trong
khu vực mới san nền trên đất yếu và trong vùng chịu ảnh hưởng của hiện tượng hạ mực
nước ngầm. Ma sát âm biến động theo thời gian, phụ thuộc vào tốc độ cố kết của đất và tốc
độ lún của cọc…
Nguyên nhân:
+Do bản thân đất quanh cọc chưa lún hoặc chưa lún hết, đất bị lún nhiều hơn cọc,
+ Do tải trọng đắp hoặc kết cấu bên trên làm nền quanh cọc lún.
+ Do sự hạ thấp mực nước ngầm làm tăng ứng suất hiệu quả trong nền đất dẫn đến
lún của nền quanh cọc tăng.
+ Do nền đất quanh cọc có tính lún ướt (lún mạnh khi gặp nước, như đất
Loess/hoàng thổ).
+ Do quá trình cố kết/tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng của đất sát quanh cọc sau khi
đóng…

Hình 5. Sơ đò tính ma sát âm.
- Trường hợp tổng quát λ≠0:
σ’v(z) nhỏ hơn σ’1(z) và nó đạt giá trị γ’z tại độ sâu h1, bên dưới độ sâu này không có

ma sát âm.
+ Nếu h1
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 21


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

+ Nếu h1>D: tổng lực ma sát âm là tổng lực ma sát âm:

Trường hợp tải trên mặt đất phân bố đều kín khắp : [∆σ’(z)≡q0] và sự treo đất lên cọc
đạt cực đại trong lớp tải đắp [∆σv’(0)= σ1’(0)= q0], các biểu thức tính lực ma sát trở thành:
+ Nếu h1
+ Nếu h1>D: tổng lực ma sát âm:

Nếu đất nền rất ít lún, h2 rất bé so với h1 và D, tổng lực ma sát âm được phân tích
theo h2 tương tự như h1.
Trong trường hợp để đơn giản hóa tính toán, chọn tính với cực trị của ma sát âm với
giả thiết sự treo đất lên cọc đạt tối đa, ứng với λ=0: σv’(z)=q0+γ’z

λ: hệ số treo đất lên cọc

Để khử ảnh hưởng ma sát âm có thể quét lớp nhựa đường dầy lên mặt bên cọc, hoặc
bao xung quanh cọc khu vực ảnh hưởng ma sát âm bằng một ống thép nhằm cách ly với đất
xung quanh.
4.3 Trọng lượng bản thân cọc
-

Đối với cọc chống, trọng lượng cọc khá nhỏ so với sức chịu tải của cọc (<5%)

-

Đối với cọc ma sát, trọng lượng cọc tương đương 10% sức chịu tải của cọc.
Do đó, khi tính sức chịu tải phải kể đến trọng lượng của cọc : Qc=Qa - Wcọc

4.4. Các ảnh hưởng khác tới sức chịu tải của cọc [2].
Độ bám dính của đất- cọc: độ bám dính của đất-cọc phụ thuộc vào độ sệt của đất,
phương pháp hạ cọc, vật liệu làm cọc và tác động thời gian.
CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 22


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT

Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

Chiều dài hiệu quả của cọc: là chiều dài trên đó có sự tham gia của lực ma sát bên.
Chiều dài này khác với chiều dài thực đóng vào đất của cọc vì đa số các cọc ở phần phía
trên có thể không tiếp xúc chặt với đất do người, máy móc và những biến đổi theo mùa cho
đất phía trên mềm ra và nứt nẻ. Chiều dài này được đánh giá với từng vị trí địa lý riêng.
Ảnh hưởng của truyền tải dọc trục (tải trọng tới hạn của cọc mảnh): thông thường
người ta giả thiết rằng tải trọng dọc trục là không thay đổi dọc theo cọc và sự truyền tải
trọng là không xảy ra dọc theo thân cọc. Điều này chỉ có thể được áp dụng đối với những
cọc chống tương đối ngắn hoặc cứng. Trong các cọc treo và cọc chống có thể nén được, sự
truyền tải trọng có thể xảy ra dọc theo thân cọc.
Mô hình đất đưa ra khác xa với đất thực và khi đó coi sức kháng của đất là không
đổi. Sức kháng tĩnh của cọc có thể không bằng sức kháng động của cọc.
V. KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỌC.
Chất lượng cọc thường được đánh giá qua cọc đơn. Chất lượng cọc đơn gồm 2 phần
chính: độ nguyên vẹn của kết cấu và sức chịu tải.
Độ nguyện vẹn của kết cấu là yêu cầu để cọc đảm bảo khả năng làm việc kết cấu
đúng theo yêu cầu thiết kế. Như là: cọc đủ tiết diện, vật liệu cọc đủ độ bền, cọc không gãy
nứt hay khuyết tật.
Sức chịu tải của cọc đơn là thông số quan trọng nhất sau khi thi công xong. Hiên nay
có 3 phương pháp để xác định sức chịu tải của cọc. Các phương pháp kiểm tra cơ bản là:
phương pháp siêu am truyền qua đường ống – tiếng vọng; phương pháp thử động biến dạng
lớn; phương pháp thử động biến dạng nhỏ; phương pháp thử tĩnh động Osterberg; phương
pháp gamma (ít sử dụng vì độ an toàn thấp).
Để đánh giá chất lượng cọc thì ta dựa vào các chuẩn sau: vật liệu chế tạo cọc; hình
học cọc (kích thước, vị trí, độ cao, độ nghiêng); tuổi thọ của cọc; khả năng mang tải; độ
nguyên vẹn kết cấu.
VI. TÍNH TOÁN VÍ DỤ CHO CÁC TRƯỜNG HỢP.

(Xem phụ lục kèm theo).

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 23


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán cọc BTCT chịu tải trọng đứng

TẬP 5: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT
Số hiệu: HD – 17 – 05 – 08

r fu

VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TCVN 205-1998: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.
[2] Móng cọc trong thực tế xây dựng (Shamsher Prakash – Hari D.Shama).
[3] Cơ học đất (Châu Ngọc Ẩn).
[4] Nền móng (Châu Ngọc Ẩn).
[5] Tính toán móng cọc (Lê Đức Thắng).
[6] TCXD 195:1997 Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi.
[7] TCXD 189:1996 Móng cọc tiết diện nhỏ - Tiêu chuẩn thiết kế.
[8] Các phương pháp khảo sát hiện trường và thí nghiệm đất trong phòng (Võ Phán).

CÔNG TY TƯ VẤN & CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦY LỢI – CHI NHÁNH MIỀN NAM

Trang 24