Phân tích các yếu tố ảnh hưởng và cơ sở xác định các hệ số sức kháng cọc khoan nhồi móng mố trụ cầu ở khu vực thành phố hồ chí minh, luận văn tiến sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGƠ CHÂU PHƯƠNG

PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ CƠ SỞ XÁC
ĐỊNH CÁC HỆ SỐ SỨC KHÁNG CỌC KHOAN NHỒI MÓNG
MỐ TRỤ CẦU Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM
MÃ SỐ: 62.58.02.05.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội-2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGƠ CHÂU PHƯƠNG

PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ CƠ SỞ XÁC
ĐỊNH CÁC HỆ SỐ SỨC KHÁNG CỌC KHOAN NHỒI MÓNG
MỐ TRỤ CẦU Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM
MÃ SỐ: 62.58.02.05.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Trần Đức Nhiệm

2. PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long

Hà Nội-2014


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Tác giả luận án

Ngô Châu Phương


ii

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu, với sự giúp đỡ của quý thầy, cô trường
Đại học Giao thơng Vận tải, tơi đã hồn thành luận án Tiến sĩ Kỹ thuật “Phân
tích các yếu tố ảnh hưởng và cơ sở xác định các hệ số sức kháng cọc khoan nhồi
móng mố trụ cầu ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh”.
Với tình cảm chân thành, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng cảm ơn đến Ban
giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Cơng trình, Bộ mơn Cầu hầm Trường đại học Giao thông vận tải, các cán bộ quản lý và tồn thể q thầy cơ
tham gia giảng dạy đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi trong q trình học
tập và hồn thành luận án này.
Nghiên cứu sinh đã nhận được những góp ý, trao đổi bổ ích trong q trình
thực hiện luận án từ quý giáo sư, nhà khoa học, chuyên gia trong và ngoài Trường;
sự quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về khảo sát thu thập tài liệu của
lãnh đạo các cơ quan đơn vị và các đồng nghiệp trong ngành; sự động viên, khích
lệ của bạn bè và người thân. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn những sự giúp đỡ

quý báu này.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Đức Nhiệm và
PGS.TS Nguyễn Ngọc Long đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi hiệu chỉnh và hồn
thiện luận án./.
Hà Nội, ngày 16 tháng 06 năm 2014
NGHIÊN CỨU SINH

Ngô Châu Phương


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..........................................................................................ix
THUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................xi
CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN .................................................... xiii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN .............................................................................................5
1.1. CỌC KHOAN NHỒI VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ HẠ
TẦNG .............................................................................................................................. 5
1.1.1. Khái niệm chung, đặc điểm kết cấu và công nghệ đặc trưng ...................... 5
1.1.2. Tình hình sử dụng cọc khoan nhồi ở trong và ngồi nước .......................... 7
1.1.2.1. Tình hình sử dụng cọc khoan nhồi trên thế giới........................................ 7
1.1.2.2. Tình hình sử dụng cọc khoan nhồi ở Việt Nam ........................................ 8
1.1.3. Hiện trạng và đặc điểm sử dụng cọc khoan nhồi ở khu vực Tp.HCM. ..... 10
1.1.3.1. Hiện trạng sử dụng cọc khoan nhồi trong xây dựng cơng trình ở khu vực

Tp.HCM

................................................................................................................. 10

1.1.3.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất và phân vùng địa kỹ thuật ở khu vực
Tp.HCM

................................................................................................................. 12

1.1.4. Một số đặc điểm kết cấu, công nghệ cọc khoan nhồi ở Việt Nam............. 15
1.1.4.1. Công tác khảo sát địa chất cho thiết kế cọc khoan nhồi.......................... 16
1.1.4.2. Công tác thiết kế cọc khoan nhồi ............................................................ 18
1.1.4.3. Công tác thi công cọc khoan nhồi ........................................................... 18
1.1.4.4. Các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi........................... 19


iv

1.2. TÍNH TỐN THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY
THEO PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ TẢI TRỌNG VÀ HỆ SỐ SỨC KHÁNG (LRFD)... 20
1.2.1. Các khái niệm và thuật ngữ trong tính tốn thiết kế .................................. 20
1.2.2. Lịch sử phát triển các triết lý thiết kế và tiêu chuẩn thiết kế ..................... 21
1.2.2.1. Cơ sở triết lý thiết kế theo ứng suất cho phép (ASD) ............................. 22
1.2.2.2. Cơ sở triết lý thiết kế theo tải trọng phá hoại (LSD; LFD) ..................... 22
1.2.2.3. Cơ sở triết lý thiết kế theo trạng thái giới hạn (thế hệ đầu, TTGH)........ 22
1.2.2.4. Cơ sở triết lý thiết kế theo Lý thuyết độ tin cậy (RBD).......................... 23
1.2.2.5. Cơ sở triết lý thiết kế theo phương pháp các hệ số độ tin cậy riêng hay hệ
số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFD)........................................................................ 23
1.2.3. Tính tốn thiết kế cọc khoan nhồi trong định dạng các bộ tiêu chuẩn LRFD
hiện hành

.................................................................................................................... 25

1.3. PHÂN TÍCH CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC
KHÁNG CHO CỌC KHOAN NHỒI MỐ TRỤ CẦU Ở NƯỚC NGOÀI TRÊN CƠ SỞ
ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY ............................................................................................ 25
1.4. PHÂN TÍCH CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LRFD VÀ
XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG TRONG TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU
CƠNG TRÌNH CẦU Ở VIỆT NAM............................................................................. 28
1.5. NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI ................................................................... 30
1.5.1. Một số tồn tại trong tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ 22TCN272-05 và
AASHTO LRFD 2012 (2007) ....................................................................................... 30
1.5.2. Một số tồn tại của các cơng trình nghiên cứu khoa học liên quan............. 31
1.6. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................. 32
1.7. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 32
Chương 2. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG
ĐỠ DỌC TRỤC CỌC KHOAN NHỒI THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY .......33
2.1. CÁC KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ CHUNG ............................................... 33
2.1.1. Các định nghĩa và thuật ngữ trong lý thuyết xác suất thống kê ..................... 33
2.1.2. Các định nghĩa và thuật ngữ trong lý thuyết độ tin cậy ................................. 34


v

2.2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐẶC TRƯNG THỐNG KẾ CỦA BIẾN NGẪU
NHIÊN........................................................................................................................... 36
2.2.1. Lựa chọn loại biến (mẫu) ngẫu nhiên thống kê và xác định cỡ mẫu tối thiểu 37
2.2.2. Phương pháp kiểm định loại bỏ những số liệu bất thường ............................ 39
2.2.3. Ước lượng sơ bộ các tham số đặc trưng của biến gộp ngẫu nhiên tương đối 39
2.2.4. Phương pháp kiểm định phân phối xác suất phù hợp cho biến gộp ngẫu nhiên

........................................................................................................................ 40
2.2.5. Phương pháp hiệu chỉnh đặc trưng thống kê cho biến gộp ngẫu nhiên ......... 41
2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY.................................................. 44
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG ĐỠ DỌC TRỤC
CỌC KHOAN NHỒI MỐ TRỤ CẦU........................................................................... 46
2.4.1. Phương pháp xác định hệ số sức kháng phù hợp với hệ số an toàn theo triết lý
thiết kế ứng suất cho phép (ASD) ................................................................................. 47
2.4.2. Phương pháp xác định hệ số sức kháng theo phương pháp mômen thứ cấp bậc
nhất (FOSM).................................................................................................................. 48
2.4.3. Phương pháp xác định hệ số sức kháng theo phương pháp độ tin cậy bậc nhất
(FORM) ........................................................................................................................ 52
2.4.4. Phương pháp xác định hệ số sức kháng theo phương pháp mô phỏng Monte
Carlo (MCS) .................................................................................................................. 53
2.5. ĐỀ XUẤT TRÌNH TỰ VÀ MƠ HÌNH XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG
CỌC KHOAN NHỒI MÓNG MỐ TRỤ CẦU ............................................................. 55
2.6. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 2 ........................................................... 57
Chương 3. PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ SỐ SỨC
KHÁNG ĐỠ DỌC TRỤC CỌC KHOAN NHỒI MÓNG MỐ TRỤ CẦU Ở KHU
VỰC TP.HCM .............................................................................................................58
3.1. CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH VÀ ĐẶC TRƯNG THỐNG KÊ CỦA HIỆU ỨNG
TẢI CẦU ĐƯỜNG BỘ................................................................................................. 59
3.2. CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN DỰ TÍNH SỨC KHÁNG ĐỠ
DỌC TRỤC CỌC KHOAN NHỒI ............................................................................... 61
3.3. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP DỰ TÍNH SỨC KHÁNG ĐỠ
DỌC TRỤC CỌC KHOAN NHỒI MỐ TRỤ............................................................... 63
3.3.1. Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 và AASHTO LRFD 2012........................... 65


vi

3.3.2. Theo tiêu chuẩn TCXDVN 205-98 và JRA 2002-SHB_Part IV ................... 65
3.4. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG ĐỠ DỌC TRỤC
CỰC HẠN THỰC ĐO CHO CỌC KHOAN NHỒI ..................................................... 67
3.5. PHÂN TÍCH ĐẶC TRƯNG THỐNG KÊ CHO BIẾN GỘP SỨC KHÁNG ĐỠ
DỌC TRỤC CỌC KHOAN NHỒI MÓNG MỐ TRỤ CẦU THEO CƯỜNG ĐỘ ĐẤT
NỀN Ở KHU VỰC TP.HCM........................................................................................ 68
3.5.1. Khảo sát thu thập cơ sở dữ liệu thí nghiệm thử tải tĩnh nén dọc trục phục
vụ nghiên cứu ................................................................................................................ 68
3.5.2. Phân tích đặc trưng thống kê dữ liệu ......................................................... 72
3.6. ĐỀ XUẤT ĐẶC TRƯNG THỐNG KẾ CỦA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG ........................................................... 81
3.7. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 3 ........................................................... 83
Chương 4. NGHIÊN CỨU ĐỊNH CHUẨN VÀ ĐỀ XUẤT HỆ SỐ SỨC KHÁNG
ĐỠ DỌC TRỤC CỌC KHOAN NHỒI MÓNG MỐ TRỤ CẦU THEO ĐIỀU
KIỆN CƯỜNG ĐỘ ĐẤT NỀN Ở KHU VỰC TP.HCM..........................................85
4.1. LỰA CHỌN, ĐỀ XUẤT CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY MỤC TIÊU CHO THIẾT KẾ
CỌC KHOAN NHỒI MÓNG MỐ TRỤ CẦU ............................................................. 85
4.1.1. Khái niệm về việc thiết lập chỉ số độ tin cậy mục tiêu................................... 85
4.1.2. Phân tích, đánh giá chỉ số độ tin cậy mục tiêu (t) trong các tiêu chuẩn thiết
kế, cơng trình nghiên cứu và đề xuất chọn t cho thiết kế cọc khoan nhồi móng mố trụ
cầu

........................................................................................................................ 87

4.2. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG ĐỠ DỌC TRỤC CỌC
KHOAN NHỒI MÓNG MỐ TRỤ CẦU ...................................................................... 89
4.3. SO SÁNH ĐÁNH GIÁ HỆ SỐ SỨC KHÁNG TRONG TIÊU CHUẨN THIẾT
KẾ HIỆN HÀNH VỚI KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU HỆ SỐ SỨC KHÁNG CỦA LUẬN
ÁN

............................................................................................................................ 95

4.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 4 ......................................................... 102
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................104
DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ........................................................107
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................108
PHỤ LỤC ..................................................................................................................114


vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Quy trình cơng nghệ thi cơng cọc khoan nhồi.................................................5
Hình 1.2. Mơ hình làm việc của cọc khoan nhồi.............................................................5
Hình 1.3. Bản đồ phân vùng địa kỹ thuật Tp.HCM, tỷ lệ 1:50.000 ..............................13
Hình 1.4. Quá trình khảo sát, thiết kế và thi cơng của cọc khoan nhồi.........................16
Hình 1.5. Đồ thị hàm mật độ phân phối xác suất của hiệu ứng tải (Q) và sức kháng (R)
.......................................................................................................................................24
Hình 2.1. Hàm mật độ xác suất tích lũy của biến gộp sức kháng. ................................42
Hình 2.2. Đồ thị các hàm mật độ xác suất phân phối chuẩn của sức kháng, R (biến gộp
sức kháng, λR), hiệu ứng tải, Q (biến gộp hiệu ứng tải, λQ) và qng an tồn, G..........45
Hình 2.3. Đồ thị hàm mật độ xác suất phân phối loga chuẩn của qng an tồn (G)...46
Hình 2.4. Sơ đồ khối tóm tắt trình tự các bước phân tích xác định hệ số sức kháng cọc
khoan nhồi trên cơ sở đảm bảo mức độ chỉ số độ tin cậy mục tiêu ..............................56
Hình 3.1. Sơ đồ các yếu tố ảnh hưởng đến xác định hệ số sức kháng (φ) ....................59
Hình 3.2. Đồ thị quan hệ tải trọng thử và độ lún (xác định sức kháng đỡ cọc khoan
nhồi thực đo ...................................................................................................................68
Hình 3.3. Sơ họa 24 vị trí thí nghiệm thử tải tĩnh nén dọc trục cọc khoan nhồi ở khu
vực Tp.HCM..................................................................................................................70
Hình 3.4. Biểu đồ quan hệ giữa sức kháng thực đo (Rtd) và sức kháng dự tính (Rdt)....75

Hình 3.5. Đồ thị hàm mật độ phân phối và kiểm định phân phối cho biến gộp sức
kháng, R (Rtd/RdtRO88-272) .......................................................................................76
Hình 3.6. Các hàm phân phối tích lũy gần đúng (chuẩn, loga, loga hiệu chỉnh) của biến
gộp sức kháng, R (Rtd/RdtRO88-272)...........................................................................76
Hình 3.7. Đồ thị hàm mật độ phân phối và kiểm định phân phối cho biến gộp sức
kháng, R (Rtd/RdtOR99-AL12) ....................................................................................77
Hình 3.8. Các hàm phân phối tích lũy gần đúng (chuẩn, loga, loga hiệu chỉnh) của biến
gộp sức kháng, R (Rtd/RdtOR99-AL12) ........................................................................77
Hình 3.9. Đồ thị hàm mật độ phân phối và kiểm định phân phối cho biến gộp sức
kháng, R (Rtd/RdtSNIP-205)........................................................................................78


viii

Hình 3.10. Các hàm phân phối tích lũy gần đúng (chuẩn, loga, loga hiệu chỉnh) của biến
gộp sức kháng, R (Rtd/RdtSNIP-205)............................................................................78
Hình 3.11. Đồ thị hàm mật độ phân phối và kiểm định phân phối cho biến gộp sức
kháng, R (Rtd/RdtSHB4-JRA02) ..................................................................................79
Hình 3.12. Các hàm phân phối tích lũy gần đúng (chuẩn, loga, loga hiệu chỉnh) của biến
gộp sức kháng, R (Rtd/RdtSHB4-JRA02) ......................................................................79
Hình 4.1. Mối quan hệ giữa độ tin cậy và các chi phí xây dựng, khai thác ....................86
Hình 4.2. Đồ thị quan hệ giữa chỉ số độ tin cậy mục tiêu, βt và hệ số sức kháng,  theo
phương pháp FORM với các đặc trưng thống kê biến gộp sức kháng khơng hiệu chỉnh)
.......................................................................................................................................91
Hình 4.3: Đồ thị quan hệ giữa chỉ số độ tin cậy mục tiêu, βt và hệ số sức kháng, 
(theo phương pháp FORM với các đặc trưng thống kê của biến gộp sức kháng được
hiệu chỉnh theo phương pháp Best fit to tail) ................................................................91
Hình 4.4: Đồ thị quan hệ giữa chỉ số độ tin cậy mục tiêu, βt và hệ số sức kháng, 
(theo phương pháp Monte Carlo (MCS) với các đặc trưng thống kê biến gộp sức kháng
khơng hiệu chỉnh) ..........................................................................................................92

Hình 4.5: Đồ thị quan hệ giữa chỉ số độ tin cậy mục tiêu, βt và hệ số sức kháng, 
(theo phương pháp Monte Carlo (MCS) với các đặc trưng thống kê của biến gộp sức
kháng được hiệu chỉnh theo phương pháp Best fit to tail) ............................................92
Hình 4.6: Đồ thị quan hệ giữa sức kháng thực đo và sức kháng thiết kế với hệ số sức
kháng theo tiêu chuẩn thiết kế .......................................................................................99
Hình 4.7: Đồ thị quan hệ giữa sức kháng thực đo và sức kháng thiết kế với kết quả
nghiên cứu hệ số sức kháng của luận án .......................................................................99


ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thống kê một số dự án điển hình sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi trên thế
giới..................................................................................................................................................... 8
Bảng 1.2. Thống kê một số dự án điển hình sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi ở Việt
Nam ................................................................................................................................................... 9
Bảng 1.3. Thống kê một số dự án điển hình sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi ở Khu
vực Tp.HCM................................................................................................................................... 11
Bảng 1.4. Tên khu địa kỹ thuật, đặc điểm cấu trúc nền và địa chất........................................... 14
Bảng 1.5. Thống kê một số tồn tại trong tiêu chuẩn thiết kế cầu thiết kế cầu đường bộ
22TCN272-05 và AASHTO LRFD 2012 (2007)....................................................................... 31
Bảng 2.1. Hằng số C liên quan đến xác suất sai lầm loại I và II .....................................38
Bảng 2.2. Giá trị các hệ số sức kháng phù hợp với các giá trị hệ số an toàn, các tỉ số
QD/QL khác nhau và γD =1,25, γL =1,75 ......................................................................48
Bảng 3.1. Hệ số sức kháng đỡ cọc khoan nhồi cho 4 phương pháp dự tính sức kháng 64
Bảng 3.2. Tóm tắt cơng thức tính sức kháng đỡ dọc trục danh định đơn vị của CKN
theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 và AASHTO LRFD 2012 ...........................................66
Bảng 3.3. Tóm tắt cơng thức tính sức kháng đỡ danh định đơn vị của cọc khoan nhồi
theo tiêu chuẩn TCXDVN 205-98 và JRA 2002-Part IV..............................................67
Bảng 3.4. Thống kê đặc điểm của 24 cọc khoan nhồi thí nghiệm thử tải tĩnh nén dọc

trục .................................................................................................................................70
Bảng 3.5. Bảng tổng hợp số liệu khảo sát thu thập kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh cọc
khoan nhồi ở khu vực Tp.HCM và so sánh với một số cơng trình nghiên cứu của tác
giả nước ngoài ...............................................................................................................72
Bảng 3.6. Thống kê cấu tạo cọc khoan nhồi, sức kháng đỡ thực đo, danh định dự tính
và đặc trưng thống kê biến gộp sức kháng đỡ cọc khoan nhồi (λR) theo 4 phương pháp
dự tính cho 24 cọc thí nghiệm thử tải tĩnh.....................................................................73
Bảng 3.7. Tổng hợp so sách kết quả phân tích đặc trưng thống kê với một vài nghiên
cứu khác ở nước ngoài...................................................................................................80


x

Bảng 3.8. Bảng tóm tắt đề xuất đặc trưng thống kê của các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số
sức kháng đỡ trục cọc khoan nhồi theo điều kiện cường độ đất nền ............................82
Bảng 4.1. Đề xuất mức độ chỉ số độ tin cậy mục tiêu (βt), xác suất sự cố cho phép [Pf]
cho thiết kế móng cọc khoan nhồi theo điều kiện cường độ đất nền. ...........................88
Bảng 4.2. Kết quả xác định hệ số sức kháng () cho 4 phương pháp dự tính sức kháng
từ các đặc trưng thống kê biến gộp tải trọng và sức kháng tương ứng với chỉ số độ tin
cậy mục tiêu, βt..............................................................................................................90
Bảng 4.3. Bảng tổng hợp so sánh hệ số sức kháng  giữa kết quả nghiên cứu của luận
án với một số kết quả nghiên cứu và tiêu chuẩn thiết kế trong và ngoài nước .............93
Bảng 4.4. Bảng liệt kê các hệ số sức kháng theo tiêu chuẩn thiết kế (φtc) và kết quả
nghiên cứu của luận án (φnc) theo 4 phương pháp dự tính và điều kiện đất nền ...........96
Bảng 4.5. Thống kê sức kháng đỡ thiết kế dự tính, đặc trưng thống kê biến gộp sức
kháng thiết kế của cọc khoan nhồi (λtkR) theo 4 phương pháp dự tính với hệ số sức
kháng theo tiêu chuẩn và độ tin cậy tương ứng.............................................................97
Bảng 4.6. Thống kê sức kháng đỡ thiết kế dự tính, đặc trưng thống kê biến gộp sức
kháng đỡ thiết kế của cọc khoan nhồi (λtkR) theo 4 phương pháp dự tính với kết quả
nghiên cứu hệ số sức kháng của luận án và độ tin cậy tương ứng ..............................100

xi

THUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ

Ý nghĩa

AASHTO

American Association of State Highway and Transportation
Officials (Hiệp hội giao thông và vận tải đường bộ Mỹ)

ASD

Allowable Stress Design (Thiết kế theo ứng suất cho phép)

FHWA

Federal Highway Administration (Cục Quản lý Đường bộ Liên
bang Mỹ)

GTVT

Giao thông vận tải

JCSS

Joint Committee on Structural Safety (Ủy ban Liên hiệp về an

toàn kết cấu)

JRA

Japan Road Association (Hiệp hội Đường bộ Nhật Bản)

KCCT

Kết cấu cơng trình

CKN

Cọc khoan nhồi

LRFD

Load and Resistance Factor Design (Thiết kế theo hệ số tải
trọng và hệ số sức kháng)

LFD

Load Factor Design (Thiết kế theo hệ số tải trọng)

NCHRP

The National Cooperative Highway Research Program
(Chương trình nghiên cứu quốc gia về đường bộ)

TTGH

Trạng thái giới hạn

BCB

Biến cơ bản

BNN

Biến ngẫu nhiên

ĐLNN

Đại lượng ngẫu nhiên

BGNN

Biến gộp ngẫu nhiên tương đối (không thứ nguyên)

BFTT

Best Fit To Tail (Phương pháp hiệu chỉnh hàm (đường) phân
phối thực nghiệm gần đúng cho phù hợp với các giá trị thực ở
vùng đuôi của phân phối) [33], [34].

PPXS

Phân phối xác suất

PPTL

Phân phối xác suất tích lũy

ĐTC

Độ tin cậy, hay xác suất làm việc an toàn

RBD

Reliability-Based Design methodology (Phương pháp thiết kế
theo độ tin cậy)

FOSM

First-Order, Second-Moment (Phương pháp mô men thứ cấp


xii

Thuật ngữ

Ý nghĩa
bậc nhất)

FORM

First-Order, Reliability Method (Phương pháp độ tin cậy bậc
nhất)

MCS

Monte Carlo Method (Phương pháp mô phỏng Monte Carlo)

RO88-272

Phương pháp Reese&O'Neill (1988) trong tiêu chuẩn
22TCN272-05 (xác định sức kháng cọc khoan nhồi móng mố
trụ cầu)

OR99-AL12

Phương pháp O'Neill&Reese (1999) trong tiêu chuẩn AASHTO
LRFD 2012 (2007)

SNIP-205

Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn của Nga, SNIP 2.02.0385 trong tiêu chuẩn TCXDVN205-98

SHB4-JRA02 Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn của Nhật, JRA 2002SHB_Part IV


xiii

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
Ký hiệu
Q ( Qdti ,
Qtdi)
Q , QD, QL

Ý nghĩa, cách tính
Hiệu ứng tải trọng danh định dự tính (hoặc thực đo) do tải trọng và tác động của

tải trọng tổng hoặc thứ i gây ra cho kết cấu (như: lực dọc trục, mômen, lực cắt,
chuyển vị,…)
Đại lượng ngẫu nhiên hiệu ứng tải trọng tổng, hiệu ứng tĩnh tải và hiệu ứng hoạt
tải (gọi tắt là biến tải trọng tổng, biến tĩnh tải và biến hoạt tải)

QDdt , QDtd Hiệu ứng tĩnh tải danh định dự tính và thực đo
QLdt ,QLtd

Hiệu ứng hoạt tải danh định dự tính và thực đo

Q (Q)

Hiệu ứng tải trung bình thực đo của tải trọng tổng, Q =  Q Qdt , với  Q : giá trị
trung bình của biến gộp tải trọng tổng (λQ)

Q D (D)

Hiệu ứng tải trung bình thực đo của tĩnh tải, Q D =  D QDdt , với  D : giá trị
trung bình của biến gộp tĩnh tải (λD)

Q L (L)

Hiệu ứng tải trung bình thực đo của hoạt tải, Q L =  L QLdt , với  L là giá trị
trung bình của biến gộp hoạt tải (λL)

λQ

Biến gộp ngẫu nhiên tương đối của hiệu ứng tải trọng tổng (gọi tắt là biến gộp
tải trọng), là tỉ số giữa giá trị thực đo và dự tính (λQ =Qtdi /Qdti)

λD

Biến gộp ngẫu nhiên tương đối của hiệu ứng tĩnh tải (gọi tắt là biến gộp tĩnh
tải), là tỉ số giữa giá trị thực đo và dự tính (λD =QDtdi /QDdti)

λL

Biến gộp ngẫu nhiên tương đối của hiệu ứng hoạt tải (gọi tắt là biến gộp hoạt
tải), là tỉ số giữa giá trị thực đo và dự tính (λL =QLtdi /QLdti)

 Q ,  D ,  L Giá trị trung bình của biến gộp tải trọng tổng (λQ), tĩnh tải (λD) và hoạt tải (λL)
σQ , σD, σL, Độ lệch chuẩn của biến tải trọng tổng (Q), tĩnh tải (QD) và hoạt tải (QL)
σλQ , σλD, σλL, Độ lệch chuẩn của biến gộp tải trọng tổng (λQ), tĩnh tải (λD) và hoạt tải (λL)
VQ , VD , VL Hệ số biến thiên của biến tải trọng tổng (Q), tĩnh tải (QD) và hoạt tải (QL)
VλQ ,VλD ,
VλL
R (Rdti ,
Rtdi)
R
Rdt , Rtd

Hệ số biến thiên của biến gộp tải trọng tổng (λQ), tĩnh tải (λD) và hoạt tải (λL)
Sức kháng đỡ dọc trục danh định dự tính (hoặc thực đo) của cọc khoan nhồi
móng mố trụ cầu theo điều kiện đất nền của cọc thứ i (gọi tắt là sức kháng)
Đại lượng ngẫu nhiên sức kháng tổng (gọi tắt là biến sức kháng)
Sức kháng danh định dự tính và thực đo

R (R)

Sức kháng trung bình thực đo của cọc khoan nhồi, R =  R Rdt , với  R : giá trị

trung bình của biến gộp sức kháng (λR)

λR

Biến gộp ngẫu nhiên tương đối của sức kháng đỡ tổng (gọi tắt là biến gộp sức
kháng), là tỉ số giữa giá trị thực đo và dự tính (λR =Rtdi /Rdti)

σR , VR

Độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên của biến sức kháng (R)
Giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên của biến gộp sức kháng

 L , σλD, VλR (λ )
R


xiv

Ký hiệu
G

Ý nghĩa, cách tính
Đại lượng ngẫu nhiên của quãng an toàn, G=R-Q (gọi tắt là biến G)

G, σG , VG Giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên của biến, G
X

Biến ngẫu nhiên (có giá trị là tuyệt đối hay tương đối)

xi

Giá trị thứ i trong tập dữ liệu (mẫu) của biến X



Tập dữ liệu hay là tập mẫu khảo sát

X , X , VX Giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên của biến X
lnx , lnx

P(E)

Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn theo loga của biến X

Xác suất của sự kiện E

f(.)

Hàm mật độ xác suất (Probability Density Function), gọi tắt là hàm mật độ

F(.)

Hàm phân phối tích lũy (Cumulative Fistribution Function), gọi tắt là hàm phân
phối

f(R), f(Q),
f(G), f(X)

Hàm mật độ của biến sức kháng (R), biến tải trọng (Q), biến quãng an toàn (G)
và biến X

F(R), F(Q), Hàm phân phối của biến sức kháng (R), biến tải trọng (Q), biến quãng an toàn
F(G), F(X) (G) và biến X
FS

Hệ số an toàn áp dụng cho trạng thái giới hạn khi sử dụng phương pháp thiết kế
theo ứng suất cho phép (ASD)

n

Số lượng các phép thử thống kê (cỡ mẫu, số lượng đối tượng trong tập dữ liệu)

Pf

Giá trị xác suất sự cố (hư hỏng)

Ps

Giá trị xác suất không sự cố hay độ tin cậy

Ptrue

Giá trị xác suất sự cố thực tế

Z

Biến phân phối chuẩn hóa (có giá trị trung bình bằng khơng và độ lệch chuẩn
bằng 1)

β

Chỉ số độ tin cậy

βt

Chỉ số độ tin cậy mục tiêu

γQ , γD , γL
η
φ
Φ(.)

Hệ số tải trọng tổng, hệ số tĩnh tải và hoạt tải.
Hệ số liên quan đến độ dư thừa, tính dẻo và tính quan trọng.
Hệ số sức kháng đỡ tổng dọc trục cọc khoan nhồi móng mố trụ cầu (gọi tắt là hệ
số sức kháng)
Hàm phân phối chuẩn hóa


MỞ ĐẦU
Bằng việc nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết xác suất thống kê và lý thuyết độ
tin cậy trong lĩnh vực nền móng cơng trình, luận án đã đề nghị mơ hình xác định
hệ số sức kháng cọc khoan nhồi móng mố trụ cầu trên cơ sở đặc trưng thống kê
của tỷ số giữa giá trị thực đo và giá trí dự tính của hai đại lượng sức kháng (R)
và hiệu ứng tải (Q). Từ đó, qua phân tích xác định đặc trưng thống kê của đại
lượng sức kháng dựa trên 24 bộ số liệu thí nghiệm thử tải tĩnh nén dọc trục cọc
khoan nhồi, thi công theo phương pháp ướt (trong vữa sét) trong nền đất hỗn
hợp loại dính và rời ở khu vực Tp.HCM và vận dụng các số liệu khác, luận án đã
xác định được hệ số sức kháng cho bốn phương pháp tính tốn sức kháng cọc
khoan nhồi móng mố trụ cầu theo điều kiện cường độ đất nền: 1) Phương pháp

của Nga trong TCXDVN 205-98: φ=0,73; 2) Phương pháp của Nhật (JRA 2002
SHB -Part IV): φ=0,61; 3) Phương pháp Reese&O'Neill (1988): φ=0,54 và 4)
Phương pháp O'Neill&Reese (1999): φ=0,53.
Lý do chọn đề tài luận án:
Cọc khoan nhồi là cọc bê tông cốt thép được đúc tại lỗ khoan trong đất nền.
Tuy công nghệ cọc khoan nhồi đã được sử dụng đầu tiên cho Tịa thị chính
thành phố Kansas, Mỹ (1890), đến đầu những năm 1950 mới được sử dụng phổ
biến trên thế giới [21], [43], ở Việt Nam vào đầu những năm 1990 cho cơng
trình cầu Việt Trì (Phú Thọ) [24], nhưng lý thuyết tính tốn thiết kế bao gồm các
nội dung dự tính sức kháng, độ lún,… lại phát triển chậm hơn. Mãi đến năm
1960-1970, thơng qua các chương trình nghiên cứu về thử tải tĩnh với quy mơ
lớn, tốn nhiều chi phí của Whitaker & Cooke (1966), Reese (1978) và Kulhawy
(1989) [76] mới giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về sự làm việc thực tế của
cọc khoan nhồi và đến nay một số phương pháp dự tính sức kháng danh định đã
được nghiên cứu đề xuất.
Trong tính tốn thiết kế theo phương pháp LRFD, hệ số sức kháng đỡ dọc
trục cọc khoan nhồi móng mố trụ cầu là hệ số xét đến sự sai lệch ngẫu nhiên,


2

khó dự đốn chính xác sức kháng đỡ thực tế so với kết quả dự tính sức kháng đỡ
theo lý thuyết nhằm đảm bảo an toàn và tin cậy cho kết cấu móng. Cách tiếp cận
để giải bài tốn này là xác định quy luật phân bố thống kê của hai đại lượng
ngẫu nhiên sức kháng đỡ (R-khả năng) và hiệu ứng tải trọng (Q-tác động), từ đó
thơng qua phân tích độ tin cậy của qng an tồn (G=R-Q) với độ tin cậy mục
tiêu hay chỉ số độ tin cậy mục tiêu cho trước sẽ xác định được hệ số sức kháng
đỡ này.
Một trong những hướng được quan tâm trong lĩnh vực tính tốn thiết kế cọc
khoan nhồi trên thế giới là xác định lại các hệ số sức kháng phù hợp với các

phương pháp dự tính sức kháng danh định để thiết kế cọc khoan nhồi theo triết
lý thiết kế xác suất (LRFD, độ tin cậy) trên cơ sở các đặc trưng thống kê của hai
đại lượng ngẫu nhiên không chắc chắn: hiệu ứng tải (Q) và sức kháng (R). Các
kết quả nghiên cứu đã từng bước được sử dụng để cập nhật, bổ sung đưa vào các
bộ tiêu chuẩn, chỉ dẫn thiết kế của các nước tiến tiến ở châu Âu, Nhật Bản, Hàn
Quốc, Trung Quốc và đặc biệt là ở Mỹ.
Ở Việt Nam, trong hơn hai thập kỷ qua, cùng với sự phát triển kết cấu hạ
tầng có quy mơ lớn (cầu, nhà cao tầng,…) trên nền đất yếu hoặc trong các đơ thị,
móng cọc khoan nhồi đã và đang trở thành một trong những giải pháp móng cọc
thường được lựa chọn nhất. Mặc dù việc áp dụng tiêu chuẩn thiết cầu
22TCN272-05 (được biên soạn dựa trên tiêu chuẩn AASHTO LRFD 1998-ấn
bản lần thứ hai) đã được sử dụng ở Việt Nam trên 12 năm tính từ bản thử
nghiệm 22TCN272-01, nhưng đến nay vẫn chưa có bất kì dự án hoặc đề tài nào
nghiên cứu tổng kết, phân tích và đánh giá sự khác biệt giữa những quy định
trong tiêu chuẩn AASHTO LRFD và thực tiễn xây dựng ở Việt Nam nhằm xác
định lại các hệ số sức kháng của các phương pháp dự tính sức kháng để thiết kế
cọc khoan nhồi theo triết lý thiết kế xác suất (LRFD, độ tin cậy). Bởi vì, thực tế
hai đại lượng hiệu ứng tải (Q) và sức kháng (R) phụ thuộc rất nhiều yếu tố, mà
sự thay đổi của các yếu tố này chủ yếu là do đặc thù của vùng miền, lãnh thổ,
đặc điểm kết cấu cơng trình trên nền đất yếu và đặc biệt là công nghệ và trình độ
thi cơng cọc khoan nhồi cho mố trụ cầu. Điều này ảnh hưởng đến độ tin cậy của


3

cọc khoan nhồi có thể cao hoặc thấp hơn mức độ của độ tin cậy mục tiêu xác lập
trong các tiêu chuẩn thiết kế. Do vậy, để đảm bảo sự làm việc an tồn cho cơng
trình thì các hệ số sức kháng đỡ cần thiết phải được nghiên cứu và xác định lại
trên cơ sở xem xét một cách đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng như: đặc trưng của đất
nền quanh cọc, kích thước cọc, trình độ cơng nghệ thi cơng, tính bất định của

phương pháp dự tính sức kháng danh định và đặc trưng thống kê của hiệu ứng
tải phù hợp với điều kiện Việt Nam nói chung và ở khu vực Tp.HCM nói riêng.
Trong thực tiễn áp dụng, cũng có nhiều dự án đã phân tích đánh giá khả
năng chịu tải giữa lý thuyết và thực tế thí nghiệm thử tải với một vài cọc đơn lẻ,
nên chưa có cơ sở xác định lại các hệ số sức kháng cọc khoan nhồi móng mố trụ
cầu trên cơ sở phân tích đặc trưng thống kê và phân tích độ tin cậy theo lý thuyết
tiên tiến hiện nay. Do vậy, việc khảo sát thu thập các hồ sơ thí nghiệm thử tải từ
các dự án thực tế với số lượng đủ lớn để làm cơ sở xác định hệ số sức kháng cọc
khoan nhồi móng mố trụ cầu nói riêng trên cơ phân tích độ tin cậy đang là vấn
đề thời sự được các nhà khoa học trên thế giới và ở Việt Nam quan tâm. Đó
chính là lý do mà nghiên cứu sinh chọn đề tài để nghiên cứu.
Tên đề tài luận án “Phân tích các yếu tố ảnh hưởng và cơ sở xác định các
hệ số sức kháng cọc khoan nhồi móng mố trụ cầu ở khu vực thành phố Hồ Chí
Minh”.
Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu xác định hệ số sức kháng theo điều
kiện cường độ đất nền tương ứng với các phương pháp dự tính sức kháng cọc
khoan nhồi móng mố trụ cầu trong một số tiêu chuẩn thiết kế hiện hành.
Đối tượng nghiên cứu: Cọc khoan nhồi móng mố trụ cầu.
Phạm vi nghiên cứu: Sức kháng dự tính và sức kháng thực tế từ hồ sơ thí
nghiệm thử tải tĩnh nén dọc trục cọc khoan nhồi ở khu vực Tp.HCM trên nền đất
hỗn hợp loại dính và rời (cát, cát pha, sét, bùn sét, sét pha,...), thi công theo
phương pháp ướt; nghiên cứu xác định hệ số sức kháng chung theo điều kiện
cường độ đất nền cho bốn phương pháp dự tính sức kháng đỡ dọc trục cọc khoan
nhồi móng mố trụ cầu: 1) Phương pháp của Nga trong TCXDVN 205-98; 2)
Phương pháp của Nhật (JRA 2002 SHB -Part IV); 3) Phương pháp


4

Reese&O'Neill (1988) và 4) Phương pháp O'Neill&Reese (1999). Các vấn đề

nghiên cứu về quy luật phân bố thống kê tải trọng động, hệ số sức kháng đỡ
chung cho các loại nền đất, địa phương và loại cơng trình khác cũng như hệ số
sức kháng đỡ dọc bên thân cọc, mũi cọc là những vấn đề lớn chưa thực hiện ở
luận án này và được đề xuất cho hướng nghiên cứu tiếp theo.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Ứng dụng lý thuyết tiên tiến về phân tích thống kê và độ tin cậy, đề
nghị mơ hình xác định hệ số sức kháng cọc khoan nhồi móng mố trụ cầu trên cơ
sở đặc trưng thống kê của tỷ số giữa giá trị thực đo và giá trí dự tính của hai đại
lượng sức kháng (R) và hiệu ứng tải (Q);
- Luận án đã phân tích xác định đặc trưng thống kê của tỷ số giữa giá trị
thực đo và giá trị dự tính sức kháng; xác định hệ số sức kháng cho bốn phương
pháp dự tính sức kháng cọc khoan móng mố trụ cầu từ 24 bộ hồ sơ thí nghiệm
thử tải tĩnh cọc khoan nhồi trong nền đất loại đất hỗn hợp dính và rời ở khu vực
Tp.HCM và các số liệu vận dụng khác.
- Luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo trong công tác nghiên
cứu thiết kế và thi công đánh giá sức kháng đỡ cọc khoan nhồi móng mố trụ cầu
ở khu vực Tp.HCM và có thể cho các vùng có địa chất tương tự.
Bố cục luận án: bao gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận và kiến
nghị như sau:
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Nghiên cứu phương pháp xác định hệ số sức kháng cọc khoan
nhồi theo lý thuyết độ tin cậy;
Chương 3: Phân tích đặc trưng thống kê của các yếu tố ảnh hưởng đến sức
kháng cọc khoan nhồi móng mố trụ cầu theo điều kiện cường độ đất nền trong
điều kiện khu vực Tp.HCM;
Chương 4: Nghiên cứu đề xuất hệ số sức kháng cọc khoan nhồi móng mố
trụ cầu theo điều kiện đất nền cho đất hỗn hợp loại dính và rời ở khu vực
Tp.HCM.

5

Chương 1.
TỔNG QUAN
1.1. CỌC KHOAN NHỒI VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG CƠ
SỞ HẠ TẦNG
1.1.1. Khái niệm chung, đặc điểm kết cấu và công nghệ đặc trưng

Cọc khoan nhồi của móng mố, trụ cầu hay gọi tắt là cọc khoan nhồi
(CKN, Drilled Shafts, Bored Piles): Là một bộ phận của móng mố, trụ cầu;
được thi cơng bằng cách đổ bê tơng trong lỗ khoan sẵn có hoặc khơng có cốt
thép với đường kính đến 5m, chiều dài đến trên 100m và sức chịu tải đến trên
3.000 tấn. Cọc khoan nhồi tiếp nhận các tải trọng (hiệu ứng tải trọng, Q) từ bệ
móng rồi truyền xuống đất nền xung quanh và mũi cọc [1], [21], [76].
Cọc khoan nhồi có thể là cọc có tiết diện hình trụ khơng đổi trong suốt
chiều dài cọc, loại cọc này được gọi là cọc khoan nhồi đơn giản; hay có hình trụ
khoan bình thường nhưng khi gần đến đáy thì dùng gầu đặc biệt để mở rộng đáy
hố khoan (Hình 1.1), cũng có thể sử dụng một lượng nhỏ thuốc nổ để mở rộng
đáy; ngoài mở rộng đáy còn mở rộng nhiều đợt ở thân cọc để tăng sức chịu tải

Hình 1.1. Quy trình cơng nghệ thi cơng cọc khoan nhồi
(có mở rộng đáy cọc)

- Sức kháng bên đơn vị

14. Thu hồi ống vách và hồn thiện thi cơng cọc

13. Tiếp tục đỗ bê tơng tươi và thu hồi vữa sét

12. Đỗ bê tông tuơi dâng lên từ đáy lỗ khoan

11. Thổi rửa vệ sinh đáy lỗ khoan llần 2

10. Lắp đặt ống đỗ bê tông tươi

9. Lắp đặt lồng cố thép

8. Thổi rửa, vệ sinh và kiểm tra chiều sâu lỗ khoan

7. Khoản mở rộng đáy lỗ khoan

6. Thay đầu khoan có cánh mở rộng đáy

5. Khoan tạo lỗ trong vữa sét đến đáy lỗ khoan

4. Rót vữa sét-bentonite giữ ổnđịnh vách và khoan tạo lỗ

3. Hạ ống vách giữ ổn định miêng lỗ khoan

2. Bắt đầu khoan tạo lỗ định vị

1. Định vị tim cọc

của cọc [1], [21], [76].
- Hiệu ứng tải
trọng

R - Sức kháng
của cọc khoan
nhồi

Rs - Sức kháng bên

-Sức kháng mũi
đơn vị

- Sức kháng mũi

Q ≤ R = Rs+Rp
Hình 1.2. Mơ hình làm
việc của cọc khoan nhồi


6

Dựa vào đặc điểm môi trường khoan tạo lỗ, giữ ổn định thành lỗ khoan và
đúc cọc trong nền đất, công nghệ thi công cọc khoan nhồi được phân thành bốn
phương pháp: khơ, ướt, có ống vách và hỗn hợp [24], [33], [76]. Chi tiết các
khái niệm này như sau:
- Phương pháp thi công cọc khoan nhồi khô (Dry Construction
Method): Là phương pháp khoan tạo lỗ và đúc cọc trong môi trường khô. Áp
dụng cho nền đất tốt và không có nước ngầm.
- Phương pháp thi cơng cọc khoan nhồi ướt hay còn gọi là phương
pháp ướt (Wet Construction Method, Wet (slurry): bentonite, water):
Khoan tạo lỗ và đúc cọc trong mơi trường nước hoặc bùn khoan (slurrybentonite) và có một đoạn ống vách ngắn tạm ở miệng lỗ khoan. Áp dụng cho
nền đất dính, rời và có mực nước ngầm cao.
- Phương pháp thi cơng CKN có ống vách (Casing Construction
Method): Khoan tạo lỗ và đúc cọc hoàn toàn trong ống vách tạm (có sử dụng

nước hoặc bùn khoan để chống bẹp ống vách). Phương pháp này áp dụng cho

điều kiện địa chất phức tạp (bùn lỏng, cát chảy, hang động cáctơ,…) mà phương
pháp ướt khó có thể thi cơng tốt.
- Phương pháp thi công CKN hỗn hợp (ống vách-ướt, Combined): là
phương pháp hỗn hợp của 2 phương pháp thi cơng có ống vách và ướt. Áp dụng
cho điều kiện địa chất phức tạp ở tầng trên (hoặc trên sông nước).
Dựa vào đặc điểm chịu lực của cọc khoan nhồi theo điều kiện đất nền, cọc
khoan nhồi được phân làm 3 loại: cọc chống, cọc ma sát và đồng thời cả ma sát
và chống [1], [21], [76]. Chi tiết các khái niệm này như sau:
- Cọc khoan nhồi ma sát và chống (Combination Friction and Bearing
Bored Pile): Sức chịu tải hay sức kháng của cọc, R, có được từ cả hai sức
kháng bên, Rs, và sức kháng mũi cọc, Rp, xem Hình 1.2.
- Cọc khoan nhồi chống (Bearing Bored Pile, Point-Bearing Bored
Pile): Cọc chỉ chống và ngàm vào tầng đá ở mũi cọc (trên tầng đá là đất bùn
yếu, hữu cơ). Sức kháng của cọc (R) có được chủ yếu từ sức kháng mũi cọc (Rp)
và một phần nhỏ sức kháng bên của đất đá quanh mũi cọc (Rs).
- Cọc khoan nhồi ma sát (cọc khoan nhồi treo, Friction Bored Pile):
Cọc xuyên qua các tầng đất chịu tải trung bình đến tốt và tầng đất ở mũi cọc


7

chịu tải kém. Sức kháng của cọc (R) có được chủ yếu từ sức kháng bên cọc (Rs)
(do lực ma sát (sức kháng bên đơn vị, qs) giữa cọc và đất nền xung quanh cọc).
Ưu điểm của cọc khoan nhồi: có thể áp dụng rộng rãi với các loại đất nền
như: Đất sét, đất cát, đất sỏi sạn, đất sỏi cuội, đá phong hóa, đá ngun khối.
Thích hợp với các loại kết cấu như: móng nhà cao tầng; móng cầu: cầu dầm giản
đơn, cầu dầm liên tục, cầu vòm, cầu khung, cầu dây văng, dây võng, … Có thể
thi cơng được cả chỗ nước sâu. Đường kính mặt cắt có thể đến 5m, chiều dài cọc
có thể hơn 100m.
Một lợi thế lớn nhất của cọc nhồi đó là phương pháp khoan, cho phép hạn

chế đến mức tối đa ảnh hưởng do rung động cũng như tiếng ồn đối với một số
cơng trình lân cận đã được xây dựng hoặc khu dân cư đơng đúc.
Giá thành hạ: Tiết kiệm kinh phí xây dựng.
Trong q trình thi cơng vẫn có thể kiểm tra lại địa tầng, từ đó căn cứ vào
địa chất thực tế mà có thể điều chỉnh chiều dài và đường kính cọc.
Nhược điểm của cọc khoan nhồi: Tác nghiệp tại hiện trường nhiều, khó
thi cơng theo phương pháp lắp ghép, cơng xưởng hóa; cịn dùng nhiều đến lao
động chân tay, chất lượng cọc phụ thuộc rất nhiều vào trình độ và kinh nghiệm
của công nhân; sau khi cọc đúc xong, công tác kiểm tra đánh giá chất lượng cọc
tương đối khó khăn. Q trình thi cơng cịn tồn tại một số vấn đề khó xử lý như:
Sụt lở thành vách, không rửa sạch lỗ khoan, mất dung dịch trong lỗ khoan,
khơng rút được ống vách lên,…
1.1.2. Tình hình sử dụng cọc khoan nhồi ở trong và ngồi nước
1.1.2.1. Tình hình sử dụng cọc khoan nhồi trên thế giới

Trong khoảng gần 20 năm qua và hiện nay, có rất nhiều cơng trình cầu lớn,
đường cao tốc, metro,... trên thế giới đều sử dụng cọc khoan nhồi làm móng trụ
cầu chính hoặc mố trụ nhịp dẫn như Cầu Millau-Pháp (2004), mỗi tháp chính sử
dụng 4 cọc khoan nhồi đường kính 5,0m/7m-mở rộng đáy, chiều dài đến 15m,
mũi cọc ngàm vào đá; Cầu Russky-Nga (2012), mỗi tháp chính sử dụng 120 cọc
khoan nhồi đường kính 2,0m, chiều dài đến 77m, mũi cọc ngàm vào đá; Cầu
SuTong-Trung Quốc (2007), mỗi tháp chính sử dụng 131 cọc khoan nhồi đường
kính 2,8m, chiều dài đến 116m; Tuyến đường bộ cao tốc 2 Bangkok-Thái Lan
(2000), sử dụng 8.480 cọc khoan nhồi đường kính 1,2m, chiều dài đến 60m,....
xem Bảng 1.1.


8

Bảng 1.1. Thống kê một số dự án điển hình sử dụng giải pháp móng cọc

khoan nhồi trên thế giới
Chiều dài
Đặc điểm cọc khoan nhồi
Dự án-Địa điểm/Năm
STT
(cao) công
xây dựng
Số cọc Đ.Kính (m) C.Dài (m)
trình
Cầu Neak Loeung1
2,2Km
148
1,0; 1,2; 2,5 55-62
Cambuchia/2011-2015
Cầu Rama VIII-Thái
2
2,45Km
766
0,5-1,5
21-54
Lan/1999-2002
Đường cao tốc GD2
3
Bangkok-Thái
55Km
8.480
1,2
60
Lan/1990-2000
Cầu Penang 24

16.4km
146
1,5; 2,0; 2,2 85-120
Malaysia/2008-2013
Cầu InChoen 2-Hàn
32/1 tháp
5
11,66Km
1,8; 2,4; 3,0 35-40
Quốc/2005-2009
chính
Cầu SuTong-Trung
131/
6
32,4Km
2,8/2,4
108-116
Quốc/2003-2007
1 tháp chính
Cầu Stonecutters- Hong
7
1,6Km
108
2,0; 2,8
45-70
Kong/2004-2009
Đường sắt cao tốc Taipei
8
đến Kaohsiung-Đài
326Km

8.200
2,0
60
Loan/2000-2004
9 Cầu Oshiba-Nhật/1997
470m
56
1,0; 2,0
6,5-36
Cầu Russky-Nga/2008120/1 tháp
10
1,886Km
2,0
46-77
2012
chính
Cầu Millau-Pháp/20014/ 1 tháp
11
2,5Km
5,0/7,0
10-15
2004
chính
Cầu John James
12
6,44Km
2,4
53-55
Audubon-Mỹ/2011
Cầu Benicia Martinez13

2.7 km
99
2,1
61
Mỹ/2007
Cầu Anthony Falls,
14 đường I-35W-Mỹ/2007- 371m
109
1,2; 2,1; 2,4
8-29
2008
Cầu Mullica-Mỹ/200815
347m
24
2,4
43-55
2012
Nguồn: Internet

Ghi Chú

1.1.2.2. Tình hình sử dụng cọc khoan nhồi ở Việt Nam

Trong hơn 20 năm qua và hiện nay, hầu như các giải pháp móng cho cơng
trình giao thơng, dân dụng và cơng nghiệp có quy mơ lớn hoặc xây dựng trong
đơ thị ở Việt Nam đều sử dụng móng cọc khoan nhồi. Cụ thể như Cầu Việt trìVĩnh Phúc (1992), sử dụng 36 cọc khoan nhồi đường kính 1,3m, chiều dài đến
29m; Cầu Nhật Tân-Hà Nội (2014), bên cạnh sử dụng móng cọc ống thép dạng
giếng cho các trụ tháp chính cịn sử dụng đến 950 cọc khoan nhồi đường kính

9

1,5m, chiều dài đến 42m; Cầu Rồng-Đà Nẵng (2013), sử dụng 157 cọc khoan
nhồi đường kính 1,5~2,0m, chiều dài đến 36m; Cầu Cần Thơ (2010), sử dụng
240 cọc khoan nhồi đường kính 1,2~2,5m, chiều dài đến 95m; Cầu Vàm Cống
(2013-2017) sử dụng 690 cọc khoan nhồi đường kính 1,5~2,5m, chiều dài đến
116m; Tuyến Cao tốc Sài Gòn-Trung Lương (2010), sử dụng 4.898 cọc khoan
nhồi đường kính 1,0~2,0m, chiều dài đến 60m; Tuyến Metro số 1, Bến ThànhSuối Tiên, Tp.HCM (2012-2018), sử dụng trên 3.500 cọc khoan nhồi đường
kính 1,0~2,0m, chiều dài đến 78m; Cao ốc Royal City-Hà Nội (2013) sử dụng
2.815 cọc khoan nhồi đường kính 1,0~1,5m, chiều dài đến 64m; Tòa nhà
ESTELLA-Tp.HCM (2008), sử dụng 283 cọc khoan nhồi đường kính 1,0~1,2m,
chiều dài đến 84m và cịn nhiều dạ án điển hình khác như ở Bảng 1.2 và 1.3.
Bảng 1.2. Thống kê một số dự án điển hình sử dụng giải pháp móng cọc
khoan nhồi ở Việt Nam
Đặc điểm cọc khoan
Chiều dài
Dự án-Địa điểm/Năm
nhồi
STT
(cao) cơng
xây dựng
Đ.Kính C.Dài
trình
Số cọc
(m)
(m)
Cầu Việt Trì-Vĩnh
1
372,88m
36

1,3
29
Phúc/1990-1992
2

Cầu Thanh Trì-Hà
Nội/2002-2007

3.084m

3

Cầu Vĩnh Tuy-Hà
Nội/2005-2010

3.690 m

4
5
6
7
8
9
10
11

Cầu Vĩnh Thịnh-Hà
Nội-Vĩnh Phúc/20112014
Cầu Nhật Tân-Hà
Nội/2009-2014

Cầu Cà Rồ-Đường nối
Cầu Nhật Tân-Nội
Bài/2012-2014
Cầu Đông Trù-Hà
Nội/2006-2014
Cầu Thanh An (Gói A),
Cao tốc HN-HP-Hải
Phịng/2011-2013
Cầu cạn Vành đai 3
(Gói 2)-Hà Nội/
Tịa nhà Royal City-Hà
Nội/2010-2013
Cầu Quảng Hải 2Quảng Bình/2003-2009

81 cọc có hiện tượng bê
1,0;-1,5;
tông không đồng nhất hoặc
1.339
50~57
2,0
thiếu bê tông ở chiều dài 15m đoạn mũi cọc.
Sạt lở thành lỗ khoan, Bê
>216
2,0
53
tông mũi cọc bị xốp ở Trụ
25

4.480m

662 1,5; 2,0

3.900 m

950

1,5

38~42

336m

280

1,0

27~42

1,14km

>504 1,5; 2,0

50

40

195m

>108 1,5; 2,0 60-75

2,5km

544 1,0; 1,5 38-53

285m

Ghi Chú

2.815

1,0; 1,2;
1,5

64

20

1,2

49-50

sự cố sụt lún cọc khi đổ bê
tông (do hạng ngầm karst)