phân tích biện pháp thi công ép tĩnh kết hợp với khoan dẫn trong tính toán thiết kế nền móng nhà cao tầng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

PHÂN TÍCH BIỆN PHÁP THI CÔNG ÉP TĨNH
KẾT HỢP VỚI KHOAN DẪN TRONG TÍNH TOÁN
THIẾT KẾ NỀN MÓNG NHÀ CAO TẦNG
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2011-77/KHCN-GV

S KC 0 0 3 3 3 9

Tp. Hồ Chí Minh, 2011


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA XÂY DỰNG & CƠ HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

“PHÂN TÍ CH BIỆN PHÁP THI CÔNG ÉP TĨNH KẾT
HƠP
̣ VỚI KHOAN DẪ N TRONG TÍ NH TOÁN THIẾT
KẾ NỀN MÓNG NHÀ CAO TẦNG”
Mã số: T2011-77/KHCN-GV

Chủ nhiệm đề tài: Th.S Nguyễn Văn Chúng
Thành viên đề tài: Nguyễn Văn Huấ n

Tp, HCM, Tháng 11/2011


Đề tài NCKH 2011

MỤC LỤC
Chƣơng MỞ ĐẦU ........................................................................................... 5
1.

Vấ n đề thực tiề n ............................................................................................................5

2.

Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................................5

3.

Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................................6

4.

Ý nghĩa khoa học của đề tài ..........................................................................................6

5.

Phạm vi nghiên cứu của luận văn..................................................................................6

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN DẪN ÉP ............................................... 7
1. 1

Mở đầ u ..........................................................................................................................7

1.2

Thiết bị và biện pháp thi công cọc khoan dẫn ép ..........................................................7

1.3

Xác lập nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................................11

CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ......... 12
2. 1

SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC...................................................................12

2.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu ..................................................................12
2.1.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền ..................................................................12
2. 2

TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN XUNG QUANH

CỌC TRONG VÀ SAU KHI THI CÔNG .............................................................................20
2.2 .1 Đặc điểm trạng thái ứng suất – biến dạng của đất do thi công cọc .............................20
2.2.2 Trạng thái ứng suất - biến dạng ban đầu xung quanh cọc ...........................................21
2. 3

NHẬN XÉT, KẾT LUẬN ...........................................................................................22

CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA BIỆN PHÁP THI CÔNG KHOAN
DẪN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐI QUA NHIỀU LỚP ĐẤT ............................ 23
3. 1

Ảnh hưởng của việc hạ cọc vào lớp đất dính ..............................................................23

3. 2

Ảnh hưởng của việc hạ cọc vào lớp đất rời .................................................................27

CHƢƠNG 4. ÁP DỤNG GIẢI PHÁP CỌC ÉP BTCT KẾT HỢP KHOAN DẪN CHO

CÁC CÔNG TRÌNH TẠI QUẬN 9, TP.HCM ................................................................. 29
4. 1

So sánh sức chịu tải của cọc xác định theo các công thức lý thuyết và thí nghiệm nén

tĩnh hiện trường ......................................................................................................................29
4. 2

Xác định độ tăng sức chịu tải của cọc khi đi qua từng lớp đất tại mỗi hố khoan .......30

4. 3

Phân tích giải pháp co ̣c ép kế t hơ ̣p với khoan dẫn vào công trình chung cư Phước

Bình – Q.9, TP.HCM..............................................................................................................32
Chƣơng 5: KIẾN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................40
CNĐT: Nguyễn Văn Chúng

Trang 2


Đề tài NCKH 2011

5. 1

Kế t luâ ̣n .......................................................................................................................40

5. 2

Kiế n nghi .....................................................................................................................

40
̣

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................42

CNĐT: Nguyễn Văn Chúng

Trang 3


Đề tài NCKH 2011

“PHÂN TÍ CH BIỆN PHÁP THI CÔNG ÉP TĨNH KẾT HỢP VỚI KHOAN
DẪN TRONG TÍ NH TOÁN THIẾT KẾ NỀN MÓNG NHÀ CAO TẦNG”

Nội dung của đề tài là phân tích sức chi ̣u tải của cọc và xác định hệ số giảm ma sát
mf của cọc đối với các loại đất khác nhau khi thi công ép cọc bê tông cốt thép có khoan dẫn
trên nền địa chất thuộc khu vực Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh. Phương pháp phân tích
sử dụng các công thức tính toán theo TCXD 205-1998 và các số liệu ép cọc hiện trường để
xác định sức chịu tải của cọc khi đi qua từng lớp đất. Từ đó thiết lập mối tương quan và xác
định được hệ số giảm ma sát thực tế của các loại đất khác nhau khi thi công ép cọc có
khoan dẫn. Ngoài ra đề tài cũng đưa ra số liệu tổng hợp đánh giá về hiệu quả của dự á n sử
dụng giải pháp cọc ép bê tong cốt thép có khoan dẫn để có những lưu ý trong tính toán thiết
kế .

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 4

Đề tài NCKH 2011

Chƣơng: MỞ ĐẦU
1. Vấn đề thực tiễn
Hiện nay, công tác thiết kế và thi công móng cọc ép bê tông cốt thép được ứng dụng
khá rộng rãi và phổ biến trong các công trình dân dụng, công nghiệp do các ưu điểm về
giá thành và kỹ thuật thi công so với cọc khoan nhồi.
Tuy nhiên, có một số hạn chế và khuyết điểm của công tác thi công ép cọc do quá trình
ép có thể xuất hiện độ chối giả khi cọc đi qua các lớp cát khá dày. Quá trình ép cọc
cũng có thể làm ảnh hưởng đến các công trình lân cận do sự lèn chặt đất làm nền đất
công trình xung quanh bị đẩy trồi hoặc lún sụt.
Vì vậy, để tranh hiện tượng trên, cần phải làm giảm sự xuất hiện độ chối giả hay tránh
sự lèn ép lên nền đất các công trình xung quanh bằng biện pháp ép rung, khoan dẫn
trước khi ép, ép có sối nước. Trong đó, phương pháp cọc ép có khoan dẫn hiện nay
được lựa chọn vì tính khả thi của nó.
Tuy nhiên, việc thiết kế và thi công móng cọc ép có khoan dẫn ở Việt Nam hiện nay
còn khá mới mẻ, được thực hiện theo tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205-1998 và tiêu chuẩn
thi công TCVN 286-2003. Việc thực hiện thiết kế theo tiêu chuẩn này bộc lộ nhiều hạn
chế do tiêu chuẩn TCXD 205-1998 chưa đưa ra được các hệ số mR, mf cụ thể đối với
từng địa chất khác nhau và đối với các đường kính lỗ khoan dẫn khác nhau. Thực tế
hiện nay, người thiết kế lựa chọn đường kính lỗ khoan và chiều sâu khoan dẫn dựa trên
kết quả thử tĩnh các cọc thử rồi mới đưa ra được các số liệu thiết kế cuối cùng, do vậy
làm mất nhiều thời gian và phát sinh thêm chi phí cho việc chờ đợi kết quả của công tác
thử tĩnh.
Nghiên cứu “phân tích biê ̣n pháp thi công ép tiñ h kế t hơ ̣p với khoan dẫn trong tin
́ h toán
thiế t kế nề n móng nhà cao tầng” được đặt ra như một nhu cầu cấp thiết trong thực tiễn
nhằm góp phần làm hạn chế rủi ro vả phát sinh các chi phí cho công trình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
 Nghiên cứu biê ̣n pháp thi công co ̣c ép kế t hơ ̣p với khoan dẫn : chiề u sâu hố kh oan,

đường kính hố khoan.
 So sánh sức chịu tải của cọc khoan dẫn ép theo các công thức tính toán TCXD 2051998 và xác định theo thí nghiệm nén tĩnh hiện trường.

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 5


Đề tài NCKH 2011

 Phân tích tính hiệu quả của việc sử dụng giải pháp cọc ép có khoan dẫn so với giải
pháp cọc khoan nhồi về mặt kinh tế và kỹ thuật thi công. Từ đó lựa chọn phương án
thi công hợp lý.
 Nghiên cứu quá trình thay đổi trạng thái ứng suất của đất xung quanh và dưới mũi
cọc trong và sau khi thi công.
3. Phương pháp nghiên cứu
 Tổng hợp phân tích cơ sở lý thuyết về khả năng nén chặt của đất xung quanh cọc
trong quá trình thi công; sự thay đổi trạng thái ứng suất – biến dạng của đất xung
quanh cọc sau thi công.
 Ứng dụng tính toán sức chịu tải của cọc theo các công thức lý thuyết TCXD 2051998.
 Tổng hợp và phân tích các số liệu ép cọc và nén tĩnh thực tế của công trình cụ thề, từ
đó so sánh kết quả lý thuyết với kết quả hiện trường của các công trình thực tế và
đưa ra nhận xét kiến nghị.
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
 Cung cấp những vấn đề cơ bản trong thiết kế và thi công cọc ép cọc.
 Giải quyết các hạn chế khi thiết kế tính toán sức chịu tải của cọc khoan dẫn ép theo
các công thức TCVN 205:1998
 Cung cấp và kiến nghị sử dụng các hệ số giảm ma sát thay đổi do ảnh hưởng của
khoan dẫn đối với từng loại đất khác nhau.
 Mở ra hướng nghiên cứu và phát triển các vấn đề của việc thiết kế và thi công cọc ép

có khoan dẫn nhằm lựa chọn phương án móng tối ưu, góp phần làm hạn chế phát
sinh thời gian, chi phí cho công trình.
5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
 Đề tài tập trung nghiên cứu sức chịu tải của cọc ép có khoan dẫn, ảnh hưởng của
khoan dẫn lên sự giảm ma sát bên của cọc khi thi công ép cọc.
 Do hạn chế về mặt số liệu thực nghiệm, các vấn đề được nghiên cứu được thực hiện
đối với địa chất của các công trình thuộc Quận 9, Tp.Hồ Chí Minh.

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 6


Đề tài NCKH 2011

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN DẪN ÉP
1.1 Mở đầu
Cọc và móng cọc đã được sử dụng từ rất sớm. Khoảng 12.000 năm trước, những người
dân từ thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sĩ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hố
nông để xây dựng trên hệ cọc này.
Ngày nay, móng cọc BTCT đúc sẵn được dùng nhiều cho các công trình nhà cao tầng
hoặc có số tầng vừa trên đất yếu, trong nhà dân dụng và các nhà xưởng, cho các công
trình cầu, cảng, thủy lợi. Nhưng đôi khi việc ép cọc bê tông cũng có lý do gây một số ít
tác hại có thể ảnh hưởng tới những căn hộ liền kề vì vậy trong trường hợp này chúng ta
phải khoan dẫn trước khi ép cọc bê tông với lý do sau :
1 – Nền móng nhà liền kề yếu, do xây dựng lâu năm.
2 – Tác dụng của công tác khoan dẫn làm giảm sự đùn đất có thể gây lún, nứt, phồng
nền nhà bên.

1.2 Thiết bị và biện pháp thi công cọc khoan dẫn ép
1.2.1. Máy móc thiết bị thi công khoan dẫn thƣờng dùng hiện nay:
Loại thiết bị thi công

Công suất

Máy khoan XY-100

2 tấn

Máy khoan XY-100

2.5 tấn

Máy khoan XY-100

3 tấn

Tính năng
Độ sâu khoan
tối đa 100m
Độ sâu khoan
tối đa 150m
Độ sâu khoan
tối đa 180m

Nƣớc sản xuất
Trung Quốc

Trung Quốc

Trung Quốc

1.2.2. Vật tƣ, nguyên liệu sử dụng:
Bốn nguyên liệu chính sử dụng trong quá trình thi công khoan dẫn: Điện, nước, dầu
Diesel và bột Bentonite. Trong quá trình thi công khoan dẫn, bột bentonite được sử
dụng để pha chế dung dịch bentonite giữ ổn định thành hố khoan.
1.2.3. Công tác quản lý chất lƣợng.
CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 7


Đề tài NCKH 2011

-

Công tác khoan dẫn được thực hiện tới độ sâu thiết kế, sử dụng phương pháp khoan
thổi rửa bằng dung dịch sét bentonit.

-

Bột sét bentonite sử dụng trong thi công có chứng chỉ xuất xưởng và phiếu kiểm tra
bảo đảm chất lượng.

-

Tiêu chuẩn kiểm tra dung dịch bentonite đảm bảo thành hố khoan không bị sập lỡ.

-

Đường kính mũi khoan: Tùy theo thiết kế và kích thước cọc.

-

Độ thẳng đúng của hố khoan sẽ được kiểm tra bằng máy toàn đạc hoặc bằng dây dọi
đảm bảo độ thẳng đứng của hố khoan không sai lệch quá 1%.

-

Chiều sâu khoan dẫn kiểm tra trực tiếp bằng cách đo, vạch đánh dấu bên ngoài cần
khoan.

1.2.4. Triển khai thi công và giám sát quá trình thi công
a. Quy trình thi công khoan dẫn:

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 8


Đề tài NCKH 2011

Nhận mặt bằng TC khoan dẫn
Phân công triển khai thực hiện

Huy động lắp
ráp thiết bị thi
công

Đào hố chứa dung dịch
bentonite, chuẩn bị dung
dịch khoan đúng yêu cầu

KT1

KT2

Định vị tim hố
khoan

KT3

Đưa mũi khoan vào vị trí TC, điều chỉnh vị trí và độ thẳng
đúng theo 2 phương

Khởi động máy khoan, khoan hết chiều sâu thiết kế, luôn
điều chỉnh độ thẳng đúng theo 2 phương, theo dõi và điều
chỉnh dung dịch khoan thích hợp

KT4

Kết thúc TC 1 hố khoan, chuyển sang hố khoan tiếp theo
Nghiệm thu, tổng hợp khối lượng thi công
Kết thúc và lưu hồ sơ
b. Mô tả quá trình thi công
-

Sau khi nhận mặt bằng thi công khoan dẫn từ bên A, chủ nhiệm công trình chủ trì
phân công, điều động, tổ chức các kỹ thuật công trình, các tổ đội thi công và thầu

phụ cung cấp vật tư/ vật liệu thực hiện các công tác: vạch sơ đồ trình tự thi công thực
tế, định vị tim hố khoan, huy động và lắp đặt thiết bị chuẩn bị thi công.

-

Các công tác trên sau khi được kiểm tra KT1, KT2 thì coi như đã sẵn sàng để thi
công khoan dẫn.

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 9


Đề tài NCKH 2011

-

Đưa mũi khoan vào đúng vị trí đã định vị: trước khi đưa vào đúng vị trí cần khẳng
định là vị trí mốc định vị vẫn còn nguyên vẹn, không bị xê dịch, nếu có bất cứ nghi
ngờ gì phải kiểm tra lại ngay như KT2 ở trên. Đưa mũi khoan vào đúng vị trí, điều
chỉnh độ thẳng đứng của cần khoan theo ít nhất 2 phương vuông góc nhau bằng dây
dọi và quả dọi, khi nào đảm bảo các điều kiện trên thì mới tiến hành khởi động máy
khoan để tiến hành khoan tới độ sâu thiết kế (đo, vạch bên ngoài cần khoan).

-

Trong quá trình đưa mũi khoan xuống sâu, luôn theo dõi và điều chỉnh độ thẳng
đứng của cần khoan theo ít nhất 2 phương vuông góc với nhau và ít nhất là 1 lần/5m
chiều sâu hạ mũi khoan xuống đất. Đồng thời theo dõi dung dịch khoan để đảm bảo
độ nhớt và tỉ trọng đạt yêu cầu giữ thành hố khoan ổn định.

-

Nếu KT4 đạt thì kết thúc thi công 1 hố khoan, chuyển sang hố khoan tiếp theo. Nếu
KT4 không đạt thì tiến hành khoan lại đến khi đạt yêu cầu KT4 thì kết thúc thi công
1 hố khoan và chuyển sang hố khoan tiếp theo.

-

Trong quá trình khoan, cán bộ kỹ thuật của đơn vị khoan và cán bộ kỹ thuật của tổng
thầu cùng tư vấn giám sát và chủ đầu tư xác nhận phân cấp đất đá theo địa tầng thực
tế của lỗ khoan.

c. Hƣớng dẫn thi công
-

Thi công khoan dẫn được thực hiện theo thứ tự các đài cọc. Đối với mỗi đài có thể
khoan tối đa 3 hố cho một lượt khoan theo hình zích zắc rồi chuyển sang đài liền kề
theo hướng thi công. Thứ tự khoan này để đảm bảo thành hố khoan không bị sập lở
và thuận tiện cho thi công ép cọc. Sau khi ép xong 3 cọc tại các vị trí đã khoan mới
tiến hành khoan tiếp các hố còn lại của đài cọc đó.

-

Nếu trong quá trình thi công ép cọc, thành hố khoan bị sập lỡ nhiều thì giảm số
lượng hố khoan trong một đài cọc xuống 1 đến 2 hố khoan. Sau khi hoàn thành ép
cọc vào vị trí đã khoan dẫn mới chuyển sang khoan hố tiếp theo trong đài cọc đó.

-

Hướng thi công cụ thể sẽ theo sự chỉ đạo của kỹ sư công trường, tùy thuộc vào điều
kiện thực tế tại mặt bằng công trường và tiến độ yêu cầu.

d. Hình ảnh thi công thực tế tại hiện trƣờng

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 10


Đề tài NCKH 2011

Thi công khoan dẫn

Thi công ép cọc

1.3 Xác lập nhiệm vụ nghiên cứu
Với điều kiện địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận, mục đích
và nhiệm vụ của đề tài bao gồm:
 Phân tích về sức chịu tải của cọc.
 Phân tích khả năng chịu tải của cọc do ảnh hưởng của việc khoan dẫn.
 Áp dụng tính toán sức chịu tải của cọc ép có khoan dẫn của một vài công trình
thực tế theo các cách:
-

Sử dụng các công thức tính toán theo TCXD 205-1998.

-

Xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp nén tĩnh tại hiện

trường.

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 11


Đề tài NCKH 2011

CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
2.1 SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC
2.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu
Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo (khi cọc bị nhổ)
và sức chịu tải của cọc theo vật liệu có thể được tính theo công thức sau:
Qvl =  .Ap.Rvl

(2.1)

Trong đó: Qvl – Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Ap – diện tích tiết diện ngang của cọc
Rvl – cường độ chịu nén tính toán của vật liệu làm cọc
 - hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọc
2.1.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền
Sức chịu tải cực hạn của cọc Qu bao gồm sức kháng bên QS và sức kháng mũi Qp
Qu = Q s + Q p

(2.2)

hoặc Qu = ASfs + Apqp

Trong đó: As – diện tích xung quanh cọc tiếp xúc với đất
Ap – diện tích tiết diện ngang mũi cọc
Fs – ma sát hông đơn vị
Qp – sức kháng mũi đơn vị
2.1.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền
a/ Sức kháng mũi của cọc Qp
Phƣơng pháp Terzaghi
Phương pháp cổ điển nhất ước lượng sức chịu mũi do Terzaghi và Peck đề nghị sử dụng
công thức bán thực nghiệm, được phát triển trên cơ sở các công thức sức chịu tải của
móng nông, với sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc tương tự như sơ đồ trượt của đất dưới
móng nông.
Qp =  Rp2 (1,3cNc   Df Nq  0,6 Rp N ) cho cọc tròn bán kính Rp
Qp = Bp2 (1,3cNc   Df Nq  0, 4 Bp N ) cho cọc tròn bán kính Rp
Phƣơng pháp Meyerhof
CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 12


Đề tài NCKH 2011

Đối với sức chịu tải đơn vị diện tích của phần đất nằm dưới đáy các móng sâu và móng
cọc, công thức có thể xét đến hình dạng và chiều sâu chôn móng thường được diễn tả
dưới dạng:
qu = qp = cNc'  q' Nq'

(2.3)

Sức chịu tải cực hạn đất nền ở mũi cọc có thể viết dưới dạng:
Qu = Apqp = Ap cNc'  q' Nq'

(2.4)

Phƣơng pháp Vesic
Vesic đề nghị một phương pháp xác định sức chịu tải của đất nền ở mũi cọc
Qu = Apqp = Ap  cNc*  1  2K0  q' N* 





3




(2.5)



Ko = (1 - sin  ) – hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ
Như vậy N* =

3N q*
1  2K0

Mặt khác ta có quan hệ: N c* = ( Nq* - 1)cotg 
Theo Vesic Nq = f(Irr)
Trong đó Irr =

Ir
- chỉ số độ cứng suy giảm
1  Ir 

Bảng. Giá trị Ir
Loại đất

Ir

Cát

70 - 150

Bột và sét (không thoát nước)

50 - 100

Sét (có thoát nước)

100 - 200

b/ Sức kháng bên của cọc Qs
Thành phần Qs có thể xác định bằng cách tính tích phân lực chống cắt đơn vị f s của đất
– cọc trên toàn bộ mặt tiếp xúc của cọc và đất, lực chống cắt này cho bởi biểu thức quen
thuộc của Coulomb:
fs = ca +  h' .tg a = ca + Ks.  v' .tg a

(2.6)

Ngoài ra có thể kể đến các phương pháp sau:

Phƣơng pháp  :
Tomlinson đề nghị thêm vào thành phần lực dính một số  trong công thức xác định
lực ma sát xung quanh giữa cọc và đất.
CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 13


Đề tài NCKH 2011

fs =  .ca +  h' .tg a =  .ca + Ks.  v' .tg a

(2.7)

Hệ số điều chỉnh  được điều chỉnh theo bảng [1]
Phƣơng pháp 
Công thức xác định lực ma sát giữa đất và cọc có dạng:
fs = Ks.  v' .tg a ; đặt  = Ks. tg a ta được fs =   v'

(2.8)

Vì  v' là ứng suất do trọng lượng bản thân nên khi có ứng suất phụ thêm do tải ngoài
đặt trên mặt đất ta có thể hiệu chỉnh fs =  (  v' +  s' ).
Theo phương pháp này giá trị  dao động trong khoảng từ 0.25 đến 0.4 nếu ta sử dụng
Ks = Ko.
Một số nghiên cứu khác của Bhushan (1982) bổ sung cách xác định  như sau:
 = Ks. tg a = 0,18 + 0,0065Dr hoặc Ks = 0,5 + 0,008Dr

Trong đó: Dr – độ chặt tương đối của cát.
Phƣơng pháp 

Focht và Vijavergiya đề nghị một hệ số  để hiệu chỉnh lực ma sát xung quanh giữa
cọc và đất sét:
fs =  (  v' + 2cu)

(2.9)

Trong đó:  - biến đổi theo chiều sâu đóng cọc, được suy ra từ biểu đồ sau

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0
10

L (m)

20
30
40
50
60

70

Hình 2.1. Biểu đồ xác định giá trị hệ số 
Phƣơng pháp Coyle – Castillo
Năm 1981, Coyle – Castillo đưa ra một cách xác định sức chịu tải của cọc trong nền cát,
sau hàng loạt phân tích các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và đóng cọc thử tại hiện trường.
Qs = fs.As
CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

(2.10)
Trang 14


Đề tài NCKH 2011

fs – là lực ma sát đơn vị giữa đất và cọc được tác giả thiết lập quan hệ thực nghiệm với
góc ma sát  và tỷ số z/B, với chiều sâu z tính đến giữa lớp cát vả B là bề rộng của cọc.
Lưu ý rằng, phương pháp của Coyle – Castillo không xét đến loại vật liệu làm cọc, ảnh
hưởng việc hạ cọc và điều kiện ứng suất ban đầu.
Phƣơng pháp tổng quát Kulhawy
Một phương pháp khác nhằm xác định lực ma sát fs đất cát với mặt bên của cọc được
Kulhawy đưa ra có dạng sau:


fs =  v' Ko  K  tg   a  
 Ko      
'
Trong đó: Ko = (1 - sin  ' )OCR sin 

 v' - ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại điểm tính fs

Các tỷ số  a /  và K/Ko được Kulhawy giới thiệu theo [1]
2.1.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cƣờng độ đất nền
Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính
Do góc ma sát của cọc bằng không nên sức chịu tải sẽ có dạng
Qu = As  .cu + ApNc.cu

(2.11)

Trong đó:
Nc – hệ số sức chịu tải lấy bằng 9 cho cọc đóng trong sét cố kết thường và bằng
6 cho cọc nhồi.
 - hệ số điều chỉnh lực bám dính giữa đất và cọc từ lực dính của thí nghiệm

không cố kết, không thoát nước, với cọc đóng chọn theo [5]
Chú ý: trị số  cu có giá trị giới hạn là 100 kPa
Sức chịu tải cực hạn trong đất rời
Với lực dính c = 0 nên sức chịu tải của cọc có dạng
Qu = Qs + Qp = AsKs  v' .tg a + ApNq  vp'

(2.12)

Trong đó:
Ks – hệ số áp lực ngang trong đất ở trạng thái nghỉ
 v' - ứng suất hữu hiệu trong đất tại độ sâu tính toán ma sát bên tác

dụng lên cọc.

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 15


Đề tài NCKH 2011

2.1.2.3 Xác định sức chịu tải của cọc xét đến ảnh hƣởng của khoan dẫn theo TCVN
205:1998
Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc được xác định theo công thức sau:
Qtc = m(mrqpAp + u  mf . f si .Li )

(2.13)

Trong đó:
fs – cường độ chịu tải ở mặt bên của cọc
qp– cường độ chịu tải ở mũi cọc
m – hệ số làm việc của đất lần lượt ở mũi cọc và mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng
của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính toán của đất xác định theo bảng sau:
Hệ số điều kiện làm việc
Phƣơng pháp hạ cọc

Dƣới mũi cọc

Ở mặt bên

mr

cọc

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 cọc vuông

1

0.5

b) Nhỏ hơn cạnh cọc vuông 5cm

1

0.6

c) Nhỏ hơn cạnh cọc vuông hoặc đường

1

1

kính cọc tròn 15cm

2.1.2.4 Xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm cọc tại hiện trƣờng (thí nghiệm
nén tĩnh)
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, được định nghĩa như sức chịu tải
cực hạn của cọc Qu. Từ đường quan hệ tải – độ lún có thể suy ra sức chịu tải cực hạn
Qu, sức chịu tải từ biến Qc và sức chịu tải cho phép Qa của cọc.
a/ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
-

Thiết bị thí nghiệm bao gồm hệ gia tải, hệ phản lực và hệ đo đạc quan trắc

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 16


Đề tài NCKH 2011

Hình 2.2. Sơ đồ lắp đặt thiết bị phản lực cọc neo

Hình 2.3. Sơ đồ lắp đặt thiết bị phản lực sàn chất tải
b/ CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM
-

Việc thí nghiệm chỉ được tiến hành cho các cọc đã đủ thời gian phục hồi cấu trúc của
đất bị phá hoại trong quá trình thi công. Cụ thể được quy định như sau:
 Ít nhất là 7 ngày đối với cọc đặt ở nền đất cát
 Ít nhất là 10 - 12 ngày đối với nền lẫn đất sét và cát
 Ít nhất là 15 ngày đối với nền đất sét
 Ít nhất là 25 ngày đối với bùn hoặc đất có bùn.

-

Trong khoảng thời gian nghỉ của cọc, không được tiến hành các việc làm nhiễu môi
trường, tăng áp lực nước lỗ rỗng trong phạm vi 30m khu vực cọc thí nghiệm.

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 17

Đề tài NCKH 2011

-

Tải tác dụng phải đúng tâm, đảm bảo kích tiếp xúc tốt với cọc và đối trọng. Đầu cọc
thí nghiệm có thể được cắt bớt hoặc nối thêm để khoảng cách từ đầu cọc đến dầm
chính đủ để lắp đặt kích và thiết bị đo. Mặt đầu cọc được làm bằng phẳng và vuông
góc với trục cọc, đầu cọc được gia cố thêm bằng cách đổ bê tông mac cao sau khi bổ
sung đai thép để đảm bảo không bị phá hủy dưới tác dụng của tải trọng.

-

Hệ phản lực phải lắp đặt theo nguyên tắc cân bằng, đối xứng qua trục cọc, bảo đảm
truyền tải trọng dọc trục, chính tâm lên đầu cọc

-

Các dầm chuẩn được đặt song song hai bên cọc thí nghiệm, các trụ đỡ dầm được chôn
chặt xuống đất. Đồng hồ đo chuyển vị được lắp đối xứng hai bên đầu cọc và được gắn
ổn định lên các dầm chuẩn, chân của các đồng hồ được tựa lên dụng cụ kẹp đầu cọc
hoặc tấm đệm đầu cọc (hoặc có thể lắp ngược lại).

c/ QUI TRÌNH GIA TẢI THEO TIÊU CHUẨN TCXDVN 269:2002
-

Khi có yêu cầu thí nghiệm chu kì thì thực hiện theo quy trình gia tải sau:
 Chu kỳ thứ nhất: gia tải đến tải trọng quy định (thông thường đến 100% tải trọng
thiết kế), sau đó giảm tải về 0. Giá trị mỗi cấp gia tải, giảm tải và thời gian giữ tải

như quy trình gia tải tiêu chuẩn.
 Chu kỳ thứ hai: gia tải lại đến cấp tải cuối của chu kỳ thứ nhất, thời gian giữ mỗi
cấp tải là 30 phút. Tiếp tục gia tải đến cấp tải cuối của chu kỳ thứ hai, sau đó
giảm tải về 0. Giá trị mỗi cấp gia tải, giảm tải và thời gian giữ tải cho chu kỳ thứ
hai như quy trình gia tải tiêu chuẩn.
 Chu kỳ tiếp theo: chu kỳ gia tải tiếp theo được lặp lại như chu kỳ thứ hai đến tải
trọng phá hoại hoặc tải trọng lớn nhất theo dự kiến, theo nguyên tắc cấp tải cuối
của chu kỳ sau lớn hơn chu kỳ trước đó. Có thể tăng gấp đôi cấp gia tải hoặc gia
tải một lần đến cấp cuối của chu kỳ trước đó khi gia tải lại của chu kỳ sau.
Bảng. Thời gian theo dõi độ lún và ghi chép số liệu
Cấp tải trọng

Thời gian theo dõi và đọc số liệu
Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu

Cấp gia tải

Không quá 15 phút một lần cho 30 phút sau đó
Không quá 1 giờ một lần cho 10 giờ tiếp theo
Không quá 2 giờ một lần cho 12 giờ sau cùng

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 18


Đề tài NCKH 2011

Cấp gia tải lại và cấp
giảm tải

Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu
Không quá 15 phút một lần cho 30 phút sau đó
Không quá 1 giờ một lần cho thời gian >1 giờ

d/ XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THEO TCXDVN 269:2002
Từ các số liệu thí nghiệm, thành lập các biểu đồ quan hệ sau:
-

Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị.

-

Biểu đồ quan hệ chuyển vị - thời gian của các cấp tải.

-

Biểu đồ quan hệ tải trọng - thời gian.

-

Biểu đồ quan hệ chuyển vị - tải trọng - thời gian.

Sức chịu tải giới hạn của cọc đơn
Từ kết quả thí nghiệm, sức chịu tải giới hạn của cọc đơn có thể được xác định được
bằng nhiều phương pháp. Giá trị sức chịu tải giới hạn xác định theo phương pháp khác
nhau thì khác nhau.
d1/ Phƣơng pháp đồ thị dựa trên hình dạng đƣờng cong quan hệ tải trọng - chuyển vị
d.1.1 Phương pháp Davission: dùng cho thí nghiệm QM, có thể dùng như một tiêu chuẩn
chấp nhận cho cọc thí nghiệm thu nhỏ.

d.1.2 Phương pháp Chin: dùng cả cho thí nghiệm QM và SM.
d.1.3 Phương pháp De Beer: dùng cho thí nghiệm SM.
d.1.4 Tiêu chuẩn 80% của Brinch Hansen: dùng cho cả thí nghiệm QM và SM, tiêu chuẩn
phá hoại rất phù hợp với phá hoại xuyên.
d.1.5 Phương pháp Fuller và Hoy: dùng cho thí nghiệm QM, không thích hợp cho cọc dài vì
chúng có các chuyển vị đàn hồi lớn dẫn đến độ nghiêng 0.05in/tấn sẽ xẩy ra sớm
hơn.
d.1.6 Phương pháp Butler và Hoy: dung cho thí nghiệm QM
d.1.7 Tiêu chuẩn 90% của Brinch Hansen: Đây là phương pháp dùng để thử và có sai số,
dùng cho thí nghiệm CRP mà không quan tâm tới loại đất.
d2/ Phƣơng pháp dùng chuyển vị giới hạn tƣơng ứng với sức chịu tải giới hạn:
Trên đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị, sức chịu tải giới hạn Pgh là tải trọng quy
ước ứng với chuyển vị giới hạn quy ước Sgh bằng 10% đường kính hoặc chiều rộng cọc.
d3/ Xét theo tình trạng thực tế thí nghiệm và cọc thí nghiệm:
CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 19


Đề tài NCKH 2011

Sức chịu tải giới hạn được lấy bằng cấp tải trọng trước cấp tải gây ra phá hoại vật liệu
cọc. Trong trường hợp phải dừng thí nghiệm sớm hơn dự kiến do điều kiện gia tải hạn
chế thí sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng lớn nhất khi dừng thí nghiệm.
Sức chịu tải cho phép của cọc đơn thẳng đứng thường được xác định bằng sức chịu tải
giới hạn hoặc tải trong phá hoại chia cho hệ số an toàn. Thông thường hệ số an toàn Fs =
2, tuy nhiên việc áp dụng hệ số an toàn cao hơn hoặc thấp hơn tuỳ thuộc vào mức độ
quan trọng của công trình, điều kiện đất nền, đặc điểm cọc và phương pháp thí nghiệm.
2.2 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN XUNG QUANH
CỌC TRONG VÀ SAU KHI THI CÔNG

2.2.1 Đặc điểm trạng thái ứng suất – biến dạng của đất do thi công cọc
Tương tác giữa cọc và khối đất xung quanh cọc bắt đầu từ khi thi công cọc và tiếp diễn
cho đến khi cọc chịu tải trọng của công trình. Khi đó, trong khối đất hình thành trạng
thái ứng suất – biến dạng khác nhau tại các vị trí dưới mũi và xung quanh cọc.
u 3

r = 3,5d
r = 2,5d
r = 1,5d
r = 1,0d
r = 0,5d

2
eo = 0,757
I w = 0,986
r = 0,986

1

0

0.01

0.1

1

10

100

1000

Thôøi gian

Hình 2.4. Biểu đồ quan hệ áp lực nước lỗ rỗng xung quanh cọc
Trong đất xét theo thời gian sau khi đóng cọc
Quá trình chùng ứng suất như trên sẽ có sự khác biệt đáng kể trong đất không bão hòa
và đất bão hòa nước.
Để định lượng trạng thái ứng suất - biến dạng của khối đất tương tác với cọc cần xét 2
giai đoạn cơ bản sau :
- Giai đoạn thi công cọc và cho cọc nghỉ.
- Giai đoạn cọc làm việc dưới tác động của tải trọng công trình.

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 20


Đề tài NCKH 2011

Rõ ràng 2 giai đoạn này sẽ ảnh hưởng lẫn nhau và đóng vai trò quan trọng trong việc
hình thành khả năng chịu tải của cọc.
2.2.2. Trạng thái ứng suất - biến dạng ban đầu xung quanh cọc
Trong quá trình đóng (ép) cọc khối đất xung quanh sẽ bị phá hoại và dịch chuyển do sự
chiếm chỗ của cọc. Khối đất hình trụ đã ép ra xung quanh và hình thành một vành đai
dẻo với đường kính xác định được từ biến dạng thể tích đất do nén ép. Đường kính
trong của vành đai này lớn hơn bán kính cọc một lượng là : r2 - rc .
Ở đây :
r2 : Bán kính trong của cột đất sau khi đất đã bị dồn ép.

rc : Bán kính cọc.
Đặt : r2 = k.rc
k : Hệ số ảnh hưởng (k= 3  6)
Giá trị ứng suất tới hạn dưới mũi cọc:
 1*  p*

1  sin  2c cos 

1  sin  1  sin 

 1**  p2**

1  sin  2c cos 

1  sin  1  sin 

(2.14)
(2.15)

Rõ ràng, phản lực đàn hồi của đất xung quanh cọc phụ thuộc độ cứng của đất, tức là phụ
thuộc độ ẩm, độ chặt. Nó có thể có giá trị bé hơn hoặc lớn hơn phản lực dẻo của đất p 2*
và p2** phụ thuộc vào hàng loạt các quan hệ và yếu tố khác trong biểu thức, trong đó là
các quan hệ:  , c, E,  ,  , z.
Trạng thái ứng suất của đất trong khi thi công cọc thay đổi do tính chất từ biến của đất
và quá trình cố kết thấm.
Chùng ứng suất trong cốt đất và phân tán áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian xung quanh
cọc sau khi đóng cọc trong đất bão hòa nước có thể đánh giá định lượng bằng cách thiết
lập bài toán như trong đất không bão hòa nếu áp dụng bằng tổng ứng suất và các đặc
trưng (biến dạng và độ bền) theo tổng ứng suất. Các thông số Etot,  tot , cu ,  u được xác
định trong điều kiện không thoát nước.

Dễ dàng thầy rằng trong trường hợp đất bão hòa nước, ứng suất hữu hiệu tiếp xúc (và áp
lực nước lỗ rỗng) thay đổi theo thời gian đến cuối cùng đạt giá trị tổng ứng suất. Do đó,

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 21


Đề tài NCKH 2011

khả năng chịu tải của cọc trong đất bão hòa nước sau khi thi công sẽ có giá trị lớn hơn
sau khi cho cọc “nghỉ”, điều này cũng được ghi nhận trong thực tế xây dựng.
2.3 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN
-

Khi thi công đóng hoặc ép cọc, trong khối đất xung quanh cọc hình thành trạng thái
ứng suất – biến dạng phụ thuộc vào độ bền, đặc điểm biến dạng và độ bão hòa.

-

Ứng xử ứng suất – biến dạng của đất sau khi thi công thay đổi theo thời gian phụ
thuộc độ bão hòa, hệ số thấm (do quá trình cố kết). Ở đây, trong các lớp cát khả năng
chịu tải có thể giảm còn trong sét sét bão hòa nước thì khả năng chịu tải tăng theo
thời gian.

-

Khả năng chịu tải của cọc (móng sâu) không chỉ phụ thuộc độ bền mà còn phụ thuộc
đặc trưng biến dạng của đất.

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 22


Đề tài NCKH 2011

CHƢƠNG 3
PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA BIỆN PHÁP THI CÔNG
KHOAN DẪN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐI QUA
NHIỀU LỚP ĐẤT
Ảnh hưởng của việc đóng, ép cọc chính là làm xáo trộn đất xung quanh cọc. Khi cọc
được đóng, ép vào lớp đất nền bên dưới trong đất sét hoặc cát thì sẽ xảy ra những ứng
xử khác nhau do sự khác biệt về đặc trưng cơ lý, đặc biệt là hệ số thấm
3.1 Ảnh hƣởng của việc hạ cọc vào lớp đất dính
De Mello (1969) đã liệt kê 4 loại ảnh hưởng chính khi đóng cọc vào đất sét là:
1. Làm thay đổi cấu trúc của đất xung quanh cọc.
2. Làm biến đổi trạng thái ứng suất trong đất ở vùng lân cận cọc
3. Làm tiêu tan áp lực lỗ rỗng dư xung quanh cọc.
4. Hiện tượng biến đổi độ bền theo thời gian trong đất.
Ta hãy xem xét các đóng cọc vào trầm tích sâu của lớp đất sét mịn bão hòa nước không
thấm được.
D'

J'
H'

E'
J
H

F'

D

B'

C'

E
G'

B C

F G

coïc

Hình 3.1. Chuyển vị và nén ép xung quanh do đóng cọc
Vì cọc được đóng vào trong đất sét bão hòa nước không thấm được nên mặt đất có thể
bị trồi lên do khối lượng đất bị dịch chuyển.

CNĐT: Th.S Nguyễn Văn Chúng

Trang 23


h

d

Độ bền cắt

Đề tài NCKH 2011

A

c

i
Bề mặt (bên) của cọc

Đường trục của cọc

B
J'

o

f

a

D

h
k
h'

1

C
g

m

b

Hình 3.2. Độ bền cắt trong đất sét bão hòa nước trước và sau khi đóng cọc
Tất cả sức kháng trong nhiều loại đất sét đều là sức chống đầu cọc khi đóng cọc.
Demello (1969) đã giả thiết rằng ngay sau khi đóng cọc, lượng đất bị xáo trộn đã giảm
từ 100% tại mặt tiếp giáp với cọc – tới 0% ở khoảng cách cỡ 1,5 đến 2 lần đường kính
cọc tính từ thân cọc. Orrje vả Broms (1967) đã chứng minh rằng, với cọc bê tơng cốt
thép hạ trong đất sét nhạy, chỉ sau 10 tháng thì độ bền khơng thốt nước hồn tồn có
thể trở lại giá trị ban đầu [3].

Tính theo % tải trọng lớn nhất

0

Seed và Reese

10
20
30

x

Housel

40
50

Yang 190

x

60

x

70
80

Burton Quay

Yang 220

x

90
100
0.5 1

10

100

1000

Thời gian (h)

Hình 3.3. Độ tăng khả năng chịu tải theo thời gian (theo Soderberg, 1962)
Áp lực nước lỗ rỗng phát triển trong q trình đóng cọc. Trong vùng lân cận của cọc, áp
lực nước lỗ rộng thăng dư phát sinh rất cao, trong một số trường hợp có thể xấp xỉ 1,5
CNĐT: Th.S Ngũn Văn Chúng

Trang 24