4 6 xác định sức chịu tải của móng cọc đài thấp

4.6. Xác định sức chịu tải của móng cọc đài thấp
4.6.1. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu
4.6.1.1. Cọc bê tông cốt thép chịu nén
Với loại cọc này chúng ta có thể chia làm ba loại chủ yếu là cọc hình lăng trụ
tiết diện đặc chế tạo sẵn, cọc ống và cọc khoan nhồi.
a) Cọc hình lăng trụ tiết diện đặc chế tạo sẵn
Sức chịu tải cho phép của cọc theo vật liệu khi chịu nén:
(4.1)
Pv = ϕ(RbAb + Rsc.As)
Ab - diện tích tiết diện ngang của bê tông
Rb - cường độ chịu nén tính toán của bê tông
As - diện tích tiết diện ngang của cốt thép
Rsc - cường độ chịu nén tính toán của cốt thép
ϕ - hệ số uốn dọc
- Cọc xuyên qua than bùn, bùn cũng như cọc trong móng cọc đài cao thì sự
uốn dọc được kể đến trong phạm vi chiều dài tự do của cọc (được tính từ đế
đài đến bề mặt lớp đất có khả năng ngăn cản biến dạng uốn của cọc).
- Móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua than bùn, bùn thì ϕ = 1.
Bảng 4.2 Hệ số uốn dọc ϕ của cọc bê tông cốt thép
ltt/b
14
16
18
20
ltt/d
12,1
13,9
15,5
17,3
0,93
0,89

0,85
0,81
ϕ
ltt - chiều dài tính toán cọc
b - bề rộng của tiết diện ngang của cọc
d - đường kính cọc

22
19,1
0,77

24
20,8
0,73

26
22
0,66

28
24,3
0,64

30
26
0,59

Ví dụ 4.1
Xác định sức chịu tải cho phép theo vật liệu của cọc bê tông cốt thép C15-35 trong móng cọc
đài thấp, cọc có tiết diện 0,35x0,35 dài 15m bê tông B20, thép dọc chịu lực gồm 8 φ16 AII

trong hai trường hợp sau đây:
- Cọc không xuyên qua bùn, than bùn
- Đáy lớp bùn cách đáy đài 5,6m
Bê tông B20 có Rb = 11500 kPa
Thép chịu lực AII do đó Rsc = 280000 kPa,
Diện tích tiết diện cọc Ab = 0,35 x 0,35 = 0,1225 m2
Diện tích tiết diện cốt thép: As = 8 x 3,14 x 0,0162/ 4 = 16,08 x 10-4 m2
- Khi cọc không xuyên qua bùn hệ số uốn dọc ϕ = 1.
Pv = 1. (11500 . 0,1225 + 280000 . 16,08 x 10-4) = 1858,9 kN
- Khi cọc xuyên qua bùn lúc đó ta phải kể đến ảnh hưởng của uốn dọc ltt = 5,6m

1


l tt
5, 6
=
= 16
b 0, 35
Tra bảng 4.2 có hệ số uốn dọc ϕ = 0,89.
Pv = 0,89. (11500 . 0,1225 + 280000 . 16,08 x 10-4) = 1654,42 kN

b) Cọc ống
Khi ltt/d ≤ 12, Pv xác định theo công thức:
(4.2)
Pv = ϕ(RbAb + Rsc.As + 2,5 Rsx.Asx)
Ab - diện tích tiết diện ngang của lõi bê tông (phần bê tông nằm trong cốt đai)
Rsx - cường độ tính toán của cốt xoắn
Asx - diện tích quy đổi của cốt xoắn, Asx = πDnfx /tx
Dn - đường kính vòng xoắn

fx - diện tích tiết diện của cốt xoắn
tx - khoảng cách giữa các vòng xoắn
Khi ltt/d > 12 không cần kể tới ảnh hưởng của cốt xoắn:
(4.3)
Pv = ϕ(RbAb + Rs. As)
Ví dụ 4.2
Xác định sức chịu tải thẳng đứng theo vật liệu của cọc ống bê tông cốt thép có đường kính
ngoài 0,6m, đường kính trong 0,4m. Thép dọc gồm 16φ20 AII, cốt xoắn φ6 AI, vòng xoắn
đường kính D1 = 0,5m đặt cách nhau ở vùng giữa cọc là 0,1m. Bê tông B25.
Rb = 14500 kPa
fx = 3,14 . 0,0062 / 4 = 0,0000282 m2 ; tx = 0,1m, Dn = 0,52m
Asx = 3,14. 0,5. 0,0000282/ 0,1 = 0,000443 m2
As = 16. 3,14. 0,0202 / 4 = 5,024. 10-3 m2 ; Fb = 3,14. (0,62 - 0,42)/ 4 = 0,15708 m2
Sức chịu tải cho phép của cọc theo độ bền của vật liệu:
Pv = 1. (14500. 0,15708 + 280000. 5,024. 10-3 + 2,5. 180000. 0,000443)
Pv = 3883,7 kN

c) Cọc khoan nhồi
Đối với cọc khoan nhồi, sức chịu tải cho phép chịu nén của cọc theo độ bền của
vật liệu rõ ràng chịu ảnh hưởng sâu sắc của phương pháp thi công:
(4.4)
Pv = ϕ(m1m2 RbAb + Rsc. As)
m1 - hệ số điều kiện làm việc, cọc nhồi bê tông qua ống dịch chuyển thẳng đứng
m1 = 0,85
m2 - hệ số điều kiện làm việc kể tới ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc :
m2 = 1 khi thi công không cần ống chống vách, mực nước ngầm thấp hơn mũi
cọc;
m2 = 0,9 với loại đất khi thi công cần dùng ống chống vách và nước ngầm không
xuất hiện;
2

m2 = 0,7 cần dùng ống chống vách và đổ bê tông trong dung dịch sét;
Theo TCXD 195 : 1997:
- Cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi R u = m1m2Rb không lấy lớn hơn
6000kPa đối với cọc đổ bê tông dưới nước hoặc dung dịch sét, không lớn hơn
7000kPa đối với cọc đổ bê tông trong lỗ khô.
- Cường độ tính toán của cốt thép R S không lấy lớn hơn 220000kPa đối với
thép nhỏ hơn φ28mm, không lớn hơn 200000kPa đối với thép lớn hơn
φ28mm.
Ví dụ 4.3
Xác định sức chịu tải cho phép chịu nén theo vật liệu của cọc nhồi bằng bê tông đường kính
0,8 m bê tông B20, sử dụng ống dịch chuyển thẳng đứng đổ bê tông theo phương pháp vữa
dâng trong dung dịch sét. Cốt thép dọc nhóm CII 14φ16.
Đổ bê tông bằng ống dịch chuyển thẳng đứng trong dung dịch sét m1 = 0,85; m2 = 0,7
Thép nhóm CII có Rsc = 280000 kPa > 220000 kPa
Bê tông B20 có Rb = 11500 kPa
m1m2Rb = 0,85. 0,7 . 11500 = 6842,5 kPa > 6000 kPa

→

Pv = 1.(6000.

3,14.0,82
14.3,14.16 2.10-6
+220000.
)= 3633,4 kN
4
4

4.6.1.2. Cọc bê tông cốt thép chịu kéo (nhổ)
Sức chịu tải trọng kéo (nhổ) đúng tâm của cọc bê tông cốt thép, xác định theo
công thức:
Pk = Rs As
(4.5)
Khi cọc chịu kéo không kể tới sự làm việc của bê tông vì cường độ chịu kéo của
bê tông rất nhỏ, bê tông dễ bị nứt khi chịu kéo.
Ví dụ 4.4
Xác định sức chịu kéo đúng tâm theo vật liệu của cọc C6-25 dài 6m, tiết diện 25x25 cm, thép
dọc 4φ14 AI bê tông B20.
Rs = 225000 kPa, As = 4. 3,14 .0,0142/ 4 = 6,15. 10-4 m2
→

Pk = 225000. 6,15. 10-4 = 138,38 kN

4.6.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của đất nền
4.6.2.1. Theo kết quả thí nghiệm trong phòng
a) Cọc chống
Đây là loại cọc có mũi hạ vào đá hoặc đất có môđun biến dạng E ≥ 50MPa. Cọc
hầu như không lún, tải trọng từ cọc truyền toàn bộ xuống nền đất dưới mũi cọc,
không kể tới ma sát xung quanh cọc.
3


Sức chịu tải cho phép của cọc chống chịu nén xác định theo công thức:
Pđ = mRAp
(4.6)
m - hệ số điều kiện làm việc của cọc, lấy m = 1
Ap - diện tích tiết diện ngang của chân cọc
R - Cường độ tính toán của đá ở chân cọc chống.

- Cọc tỳ lên đá cứng, cuội sỏi, dăm, sạn lẫn cát, sét cứng R = 20000 kPa
- Đối với cọc nhồi, cọc ống có đổ bê tông lòng ống, ngàm vào đá cứng không
nhỏ hơn 0,5m có thể xác định theo công thức:
R=


Rn  hn
 + 1,5 
kđ  dn


(4.7)

Rn- trị số tiêu chuẩn của cường độ chịu nén tạm thời theo một trục của mẫu đá
khi nén trong
điều kiện bão hòa nước.
kđ - hệ số an toàn đối với đất lấy kđ = 1,4
hn- độ sâu tính toán ngàm cọc vào đá
dn- đường kính ngoài của phần cọc ngàm vào đá
- Đối với cọc ống tỳ lên mặt đá cứng mà mặt đá được phủ một lớp đất không xói
lở có chiều dày không nhỏ hơn 3 đường kính cọc ống thì xác định theo công
thức:
R
(4.8)
R= n
k®

Ví dụ 4.5
Xác định sức chịu tải cho phép theo đất nền của cọc nhồi bằng bê tông có đường kính 0,4m.
Cọc ngàm vào đá hn = 0,6m. Đá có cường độ chịu nén tức thời theo một trục Rn = 20000 kPa.

Cường độ tính toán của đá ở chân cọc:
R=

 20000  0,6
Rn  hn

 + 1,5  =
+ 1,5  = 42857,1 kPa

kđ  dn
1,4  0,4



Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:

P = R.3,14.

0, 4 2
= 5382,8 kN
4

b) Cọc ma sát
Tải trọng từ cọc ma sát không chỉ truyền xuống nền đất dưới mũi cọc mà còn
truyền vào nền đất xung quanh cọc thông qua ma sát.
Sức chịu tải trọng nén cực hạn của cọc:
Pu ,n = m( m R RA + U ∑ m fi fsi l i )
(4.9)
m - hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất. m = 0,8 cho cọc nhồi, cọc ống
đường kính d > 0,8m mũi cọc hạ vào đất sét có độ bão hòa G < 0,85. m = 1 cho

các trường hợp khác.
4


mR, mfi - hệ số điều kiện làm việc của đất kể tới phương pháp thi công cọc:
Cọc đóng mR, mf tra Bảng 4.5
Cọc nhồi mf tra theo bảng 4.6, còn mR = 1 trong mọi trường hợp, riêng khi mở
rộng chân đế bằng nổ mìn, mR lấy giá trị là 1,3; khi thi công cọc có mở rộng đáy
bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước thì lấy mR = 0,9.
li - chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc
fsi - cường độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh
cọc, tra Bảng 4.4
R- sức chống của đất ở mũi cọc
Cọc đóng và cọc ống không nhồi bê tông R tra Bảng 4.3.
Cọc khoan nhồi, cọc trụ và cọc ống hạ có lấy đất ra khỏi ruột ống sau đó đổ bê
tông xác định R như sau:
- Mũi cọc hạ vào đất hòn lớn có chất độn là cát và đất cát trong trường hợp cọc
nhồi có và không mở rộng đáy, cọc ống hạ có lấy hết nhân đất và cọc trụ - tính
theo công thức (4.10), còn trong trường hợp cọc ống hạ có giữ nhân đất nguyên
dạng ở chiều cao ≥ 0,5m - tính theo công thức (4.11):
(4.10)
R = 0,75 β (γ’IdpA0k + α.γI. L. Bok)
(4.11)
R = β (γ’ddpA0k + α.γI. L. Bok)
0
o
β, A k , α , B k - các hệ số không thứ nguyên theo bảng 4.7
γI - trị tính toán trung bình của trọng lượng thể tích đất nằm trên mũi cọc kN/m 3
L - chiều dài cọc, m
dp - đường kính cọc hoặc đáy cọc, m

- Mũi cọc hạ vào đất sét, trong trường hợp cọc nhồi có và không mở rộng đáy,
cọc ống có lấy lõi đất ra (lấy một phần hoặc lấy hết) rồi nhồi bê tông vào ruột
ống và cọc trụ R tra Bảng 4.8
Sức chịu tải trọng nhổ cực hạn của cọc:
Pu ,nh = mU ∑ m fsi fsi l i
(4.12)
m - hệ số điều kiện làm việc, khi cọc hạ vào đất nền < 4m lấy m = 0,6 , trường
hợp còn lại lấy m = 0,8
Sức chịu tải trọng nén, nhổ cho phép của cọc:
Pđ,n =

Pu ,n
1,4

;

Pđ,nh =

Pu ,nh
1,4

;

Bảng 4.3 Sức chống của đất R ở mũi cọc đóng và cọc ống không đổ bê tông lòng ống
(Bảng A1 TCXD 205 : 1998)
Độ sâu hạ
mũi cọc (m)

3
4

Sức chống của đất ở mũi cọc đóng và cọc ống không nhồi bê tông (kPa)
Cát có độ chặt trung bình
Cát sỏi
Cát thô
Cát vừa Cát nhỏ Cát bụi
Đất loại sét có độ sệt IL
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
6600
3100
2000
7500
3000
1100
600
4000
2000
1200
6800
3200
2100
8300
3800
1250

700
5100
2500
1600
5


5

8800

7

9700

10

10500

15

11700

20
25
30
35

12600
13400

14200
15000

7000
6200
7300
6900
7700
6900
8200
7500
8500
9000
9500
10000

4000
4300
5000
5600
6200
6800
7400
8000

3400
2800
3700
3300
4000

3500
4400
4000
4800
5200
5600
6000

2200
2000
2400
2200
2600
2400

1300

800

1400

850

1500

900

2900

1650

1000

3200
3500
3800
4100

1800
1950
2100
2250

1100
1200
1300
1400

Bng 4.4 Ma sỏt bờn fs (Bng A2 TCXD 205 : 1998)
sõu
ca lp
t (m)

1
2
3
4
5
6
8

10
15
20
25
30
35

Ma sỏt bờn cc, fs (kPa)
Ca t cỏt, cht va
Cỏt thụ,
cỏt va
0,2
35
42
48
53
56
58
62
65
72
79
86
93
100

Cỏt
nh

Cỏt

bi

0,3
23
30
35
38
40
42
44
46
51
56
61
66
70

Ca t loi sột khi IL
0,4
0,5
0,6
15
12
5
21
17
12
25
20
14

27
22
16
29
24
17
31
25
18
33
26
19
34
27
19
38
28
20
41
30
20
44
32
20
47
34
21
50
36
22

-

-

bng
0,7
4
7
8
9
10
10
10
10
11
12
12
12
13

-

-

-

0,8
4
5

7
8
8
8
8
8
8
8
8
9
9

0,9
3
4
6
7
7
7
7
7
7
7
7
8
8

1
2
4

5
5
6
6
6
6
6
6
6
7
7

Chú thích của bảng 4.3 và 4.4:
1) Trong những trờng hợp khi mà ở bảng 4.3 các giá trị số của R trình bày ở dạng phân số,
thì tử số là của cát còn ở mẫu số là của sét.
2) Trong bảng 4.3 và 4.4, độ sâu của mũi cọc là độ sâu trung bình của lớp đất khi san nền
bằng phơng pháp gọt bỏ hoặc đắp dày đến 3m, nên lấy từ mức địa hình tự nhiên, còn khi gọt
bỏ và đắp thêm dày từ 3ữ10m thì lấy từ cốt quy ớc nằm cao hơn phần bị gọt 3m hoặc thấp hơn
mứcđắp 3m.
Độ sâu hạ cọc trong các lớp đất ở vùng có dòng chảy của nớc nên lấy có lu ý đến khả năng
chúng bị xói trôi ở mức lũ tính toán.
Khi thiết kế cọc cho các đờng vợt qua hào rãnh thì chiều sâu của mũi cọc nêu ở bảng 4.3 nên
lấy từ cốt địa hình tự nhiên ở vị trí móng công trình.
3) Đối với các giá trị trung gian của độ sâu và chỉ số sệt I L thì xác định R và fs từ bảng 4.3
và 4.4 bằng phơng pháp nội suy.
6


4) Cho phép sử dụng các giá trị sức chống tính toán, R theo bảng 4.3 với điều kiện độ chôn
sâu của cọc trong đất không bị xói trôi hoặc gọt bỏ không nhỏ hơn:

- Đối với công trình thuỷ lợi: 4m;
- Đối với nhà và các công trình khác: 3m.
5) Khi xác định ma sát bên fs theo bảng 4.4, đất nền đợc chia thành các lớp nhỏ đồng nhất
có chiều dày không quá 2m
6) Ma sát bên tính toán fs của đất cát chặt nên tăng thêm 30% so với giá trị trình bày trong
bảng 4.4.
Bng 4.5 Cỏc h s mR v mf (Bng A3- TCXD 205 : 1998)

Phng phỏp h cc

1. H cc c v cc rng cú bt mi cc bng bỳa hi
(treo), bỳa mỏy v bỳa diezel
2. H cc bng cỏch úng vo l khoan mi vi sõu
mi cc khụng nh hn 1m di ỏy h khoan, khi
ng kinh khoan mi:
a. Bng cnh cc vuụng
b. Nh hn cnh cc vuụng 5cm
c. Nh hn cnh cc vuụng hoc ng kớnh cc trũn
(i vi tr ng dõy ti in) 15cm.
3. H cc cú xúi nc trong t cỏt vi iu kin úng
tip cc một cui cựng khụng xúi nc
4. Rung v ộp cc vo:
a. Cỏt cht va
- Cỏt thụ v cỏt trung
- Cỏt nh
- Cỏt bi
b. t sột cú st IL = 0.5
- Cỏt pha
- Sột pha
- Sột

c. t sột vi st IL 0
5. Cc rng h mi h bng loi bỳa bt kỡ
a. Khi ng kớnh l rng ca cc 40 cm
b. Khi ng kớnh l rng ca cc > 40 cm
6. Cc trũn rng, bt mi h bng phng phỏp bt kỡ, ti
sõu 10m, sau ú cú m rng mi cc bng cỏch n
mỡn trong t cỏt cht va v trong t loi sột cú st
IL 0,5 khi ng kớnh m rng bng:
a. 1,0m khụng ph thuc vo loi t núi trờn
b. 1,5m trong t cỏt v cỏt pha
c. 1,5m trong t sột pha v sột
Chỳ thớch:

H s iu kin lm vic ca t
c k n mt cỏch c lp vi
nhau khi tớnh toỏn sc chu ti ca
cc
Di mi cc
mt bờn cc
mR
mF
1,0

1,0

1,0
1,0

0,5
0,6

1,0

1,0

1,0

0,9

1,2
1,1
1,0

1,0
1,0
1,0

0,9
0,8
0,7
1,0

0,9
0,9
0,9
1,0

1,0
0,7

1,0
1,0

0,9
0,8
0,7

1,0
1,0
1,0
7


Hệ số mR và mf ở điểm 4 Bảng 4.5 đối với đất sét có độ sệt 0,5 > I L > 0 được xác định bằng
cách nội suy
Bảng 4.6 Hệ số điều kiện làm việc của đất mf ( Bảng A5 - TCXD 205 : 1998)
Loại cọc và phương pháp thi công cọc

Hệ số điều kiện làm việc mf
Cát

Cát pha

Sét pha

Sét

1. Cọc chế tạo bằng cách đóng ống thép có bịt kín mũi
rồi rút dần ống thép khi đổ bê tông

0,8

0,8

0,8

0,7

2. Cọc nhồi rung ép

0,9

0,9

0,9

0,9

a. Khi không có nước trong lỗ khoan (phương pháp khô
hoặc dùng ống chống)

0,7

0,7

0,7

0,6

b. Dưới nước hoặc dung dịch sét

0,6

0,6

0,6

0,6

c. Hỗn hợp bê tông cứng đổ vào cọc có đầm

0,8

0,8

0,8

0,7

4. Cọc ống hạ bằng rung có lấy đất ra

1,0

0,9

0,7

0,6

5. Cọc trụ

0,7

0,7

0,7

0,6

0,8

0,8

0,8

0,7

0,9

0,8

0,8

0,8

3. Cọc khoan nhồi có kể cả mở rộng đáy, đổ bê tông

6. Cọc khoan nhồi, cọc có lỗ tròn ở giữa, không có
nước trong lỗ khoan bằng cách dùng lõi rung
7. Cọc khoan phun chế tạo ống chống hoặc bơm hỗn

hợp bê tông với áp lực 2 - 4 atm

Bảng 4.7 Các hệ số Aok, Bok, α và β (Bảng A6 - TCXD 205 : 1998)
Kí hiệu các hệ số
Aok
Bok

α khi
L/dp =

β khi dp

4
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
25
≤0,8m
<4m

Các hệ số Aok, Bok, α và β khi các trị tính toán góc ma sát trong của đất
ϕ1 , độ
23
25
27

29
31
33
35
37
39
9,5
12,8
17,3
24,4
34,6
48,6
71,3
108
163
18,6
24,8
32,8
45,5
64
87,6
127
185
260
0,78
0,79
0,8
0,82
0,84
0,85

0,85
0,86
0,87
0,75
0,76
0,77
0,79
0,81
0,82
0,83
0,84
0,85
0,68
0,7
0,7
0,74
0,76
0,78
0,8
0,82
0,84
0,62
0,67
0,67
0,7
0,73
0,75
0,77
0,79
0,81

0,58
0,63
0,63
0,67
0,7
0,73
0,75
0,7
0,80
0,55
0,61
0,61
0,65
0,68
0,71
0,73
0,76
0,79
0,51
0,58
0,58
0,62
0,66
0,69
0,72
0,75
0,78
0,49
0,57
0,57

0,61
0,65
0,68
0,72
0,75
0,78
0,46
0,55
0,55
0,6
0,64
0,67
0,71
0,74
0,77
0,44
0,54
0,54
0,59
0,63
0,67
0,7
0,74
0,77
0,31
0,31
0,29
0,27
0,26
0,25

0,24
0,28
0,28
0,25
0,21
0,23
0,22
0,21
0,20
0,19
0,18
0,17

Bảng 4.8 Sức chống của đất ở mũi cọc R (Bảng A7 - TCXD 205 : 1998)
Chiều sâu
đặt mũi cọc

Sức chống của đất R(kPa) ở mũi cọc nhồi có và không mở rộng đáy, cọc trụ
và cọc ống hạ có lấy đất và nhồi bê tông vào ruột ống, đất sét có khi đất dính
8


h, m
0
850
1000
1150
1350
1550
1800

2100
2300
2300
4500

0,1
750
850
1000
1200
1400
1650
1900
2400
3000
4000

có chỉ số độ sệt IL bằng
0,2
0,3
0,4
650
500
100
150
650
500
850
750
600

1050
950
800
1250
1100
950
1500
1300
1000
1700
1500
1300
1900
1650
1450
2600
2300
2000
3500
3000
2500

0,5
300
400
500
700
800
1000
1150

1250
-

0,6
250
250
450
600
700
800
950
1050
-

3
5
7
10
12
15
18
20
30
40
Chú thích:
Đối với móng của mố cầu, các giá trị R , trình bày ở bảng A.7 nên:
- Tăng lên (Khi mố cầu nằm trong vùng nước) một đại lượng bằng 1,5 (γhhn) trong đó:
γn - trọng lượng riêng của nước, 10 kN/m3;
hn - chiều cao của cột nước, m, kể từ mức nước mùa khô đến mức bào xói ở cơn lũ tính
toán

- Giảm đi khi hệ số rỗng của đất e > 0,6; lúc này giá trị của R trong bảng A.7 phải nhân
với hệ số giảm thấp m xác định bằng nội suy giữa các giá trị m = 1 khi e = 0,6 và m = 0,6
khi e = 1,1
Ví dụ 4.6
Xác định sức chịu tải chịu nén cho phép theo đất nền của cọc C8-30 như trong hình dưới, cọc
được hạ bằng búa diesel. Lớp cát hạt trung chặt vừa chưa gặp đáy trong phạm vi lỗ khoan
18m kể từ mặt đất tự nhiên.
Để tính toán ma sát mặt bên cọc chia đất xung quang cọc thành các lớp dày nhỏ hơn 2m.
Loại đất

IL hoặc
độ chặt

sét
cát pha
sét pha
cát trung

IL = 0,9
IL = 0,8
IL = 0,7
chặt vừa

chiều dày
hi (m)

độ sâu
zi (m)

1,5

2,25
2
4
1,5
5,75
2
7,5
1
9
Tổng cộng : ∑ fsi l i (kN/m)

fsi
(kPa)

fsi.li
(kN/m)

4,5
8
10
61
63,5

6,75
16
15
122
63,5
223,25

Sức chống của đất ở mũi cọc với độ sâu H = 9,5m (kể từ cốt thiên nhiên đến chân cọc) tra
Bảng 4.3 đối với cát hạt trung chặt vừa, ta có R = 3950kPa.
Các hệ số m = 1 ; mR =1 ; mfs = 1
Theo công thức (4.9), sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền:
Pu = 1.(1. 3950.0,3.0,3+ 4.0,3.223,25) = 623,4 kN
Sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc theo đất nền: Pđ = 623,4/1,4 = 445,28 kN
9


2,0

4

sÐt pha
I L = 0,7

1,5

5

c¸t trung
chÆt võa

9,5

9,0

7,5

5,75

1,0

-10,1

1,5

-2,1

4,0

2,25

c¸t pha
I L = 0,8

1,0

3

3,0

-7,1

2

sÐt
I L = 0,9

2,0

-5,6

trång trät

2,0

-3,6

1

2,0

-1,6

1,5

-0,6

Hình 4.10 Xác định sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm trong phòng
Ví dụ 4.7
Xác định chịu tải trọng nén cho phép theo đất nền của cọc nhồi đường kính 0,8m. Cọc nhồi
được đổ bê tông trong hố khô. Tôn nền 0,45m so với cốt tự nhiên. Lớp sét phía dưới chưa kết
thúc trong phạm vi lỗ khoan.
Để tính toán ma sát mặt bên cọc chia đất xung quang cọc thành các lớp dày nhỏ hơn 2m.
Loại đất

IL hoặc chiều dày độ sâu
độ chặt
hi (m)

zi (m)

sét pha

IL = 0,6

2
2
2
2
2

fsi
(kPa)

2,6
13,2
4,6
16,6
IL = 0,2
6,6
59,2
8,6
62,9
10,6
65,8
Tổng cộng : ∑ m fi .f si .h i (kN/m)

mfsi

mfsi.fsi.li
(kN/m)

0,7

18,48
23,24
sét
0,6
71,04
75,48
78,96
267,2
Mũi cọc hạ vào sét có IL = 0,2 tra Bảng 4.3 với H = 11,6m có R = 5192 kPa.

πd 2 3,1416.0,82
Hệ số mR = 1, tiết diện cọc A =
=
= 0,5026 → m2
4
4
Chu vi tiết diện ngang cọc U =πd = 3,14x0,8 = 2,512m
Theo công thức (4.9), chịu tải trọng nén cực hạn của cọc theo đất nền:
Pu = 1. (1.5192. 0,5026 + 2,512.267,2)
Pu = 3280,71 kN.
Chịu tải trọng nén cho phép của cọc theo đất nền:
Pđ = 3280,71 /1,4 = 2343,35 kN
10

trång trät

-12,05

11,6

2,0
2,0

6,0

2,0

10,6

sÐt
I L = 0,2

8,6

3

-6,05

6,6

sÐt pha
I L = 0,6

2,0

2

2,0

5,1

-2,05

4,6

1

2,6

-0,95

0,5

-0,45

Hình 4.11 Xác định sức chịu tải theo đất nền của cọc khoan nhồi

c) Cọc Vít
Theo tiêu chuẩn 20TCN21-86 thì sức chịu tải cực hạn theo đất nền P u,đ của cọc
có đường kính cánh D ≤ 1,2m và có chiều dài L ≤ 10m, chịu lực nén hoặc nhổ
dọc trục được xác định theo công thức (4.13). Tuy nhiên khi đường kính cánh D
> 1,2m và có chiều dài L > 10m thì phải lấy kết quả theo thí nghiệm thử cọc vít
bằng tải trọng tĩnh.
Pu,đ = m.[(A.cI + B.γI.h)Ac + u.fs.(L-D)]

(4.13)

m - hệ số điều kiện làm việc tra Bảng 4.10
A,B - không thứ nguyên, tra Bảng 4.11 phụ thuộc vào trị tính toán của góc ma
sát trong tính toán của đất trong vùng làm việc ϕI (vùng làm việc là lớp đất có
chiều dày bằng D tiếp xúc với cánh cọc);
cI - lực dính đơn vị tính toán của đất sét hoặc thông số đường thẳng của đất cát
trong vùng làm việc ;
h - chiều sâu cánh cọc kể từ địa hình tự nhiên, còn khi lúc san nền đất bị gọt đi thì kể từ cốt san nền ;
11


γI.h - ứng suất đứng trong nền tại độ sâu mũi cọc
Ac - hình chiếu diện tích cánh cọc, tính theo đường kính ngoài, khi cọc vít chịu
tải trọng nén, còn khi cọt vít chịu tải trọng nhổ - Là hình chiếu diện tích làm việc
của cánh, tức đã trừ đi diện tích thân cọc ;
fs - trị tính toán của cường độ ma sát trung bình của đất theo mặt xung quanh
cọc, tra Bảng 4.4
u - chu vi thân cọc, L chiều dài thân cọc hạ vào đất, D đường kính cánh xoắn
của cọc
Bảng 4.9 Hệ số điều kiện làm việc của cọc vít
Loại đất

Hệ số điều kiện làm việc của cọc vít khi tải trọng
Nén
Nhổ
Thay đổi dấu

1. Sét và sét pha

a- Cứng, nửa cứng và dẻo cứng
b- Dẻo mềm
c- Dẻo chảy
2. Cát và cát pha
a. Cát ít ẩm và cát pha cứng
b. Cát ẩm và cát pha dẻo
c. Cát bão hòa và cát chảy

0,8
0,8
0,7

0,7
0,7
0,6

0,7
0,6
0,4

0,8
0,7
0,6

0,7
0,6
0,5

0,5
0,4

0,3

Bảng 4.10 Bảng hệ số A và B
Trị tính toán thứ nhất của góc ma sát trong ϕ
(độ) của đất trong vùng làm việc
13
15
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34

Hệ số
A
7,8
8,4
9,4
10,1
12,0
15,0
18,0
23,1
29,5
38,0

48,4
64,9

B
2,8
3,3
3,8
4,5
5,5
7,0
9,2
12,3
16,5
22,5
31,0
44,4

Chú thích:
1. Khi xác định sức mang tải của cọc vít chịu lực ép, các đặc trưng của đất ở bảng 4.10 là
thuộc về đất nằm phía dưới cánh, còn khi cọc chịu tải trọng nhổ - tính theo đất ở phía trên
cánh cọc.

12


2. Chiều sâu của cánh so với cốt san nền không được bé hơn 5D ở đất sét và không bé hơn
6D ở đất cát (ở đây D - đường kính cánh cọc).
Ví dụ 4.8
Xác định sức chịu tải trọng nén thẳng đứng theo đất nền của cọc vít như hình vẽ dưới, cọc có
đường kính thân 0,24m, đường kính cánh 0,9m.

Lớp cát pha có IL = 1,0, γ = 16,79 kN/m3
Lớp sét pha có IL = 0,5 ; ϕ = 18o, cI = 22 kPa, γ = 17,5 kN/m3
Để tính toán sức kháng ma sát mặt bên cọc chia đất xung quang cọc thành các lớp có bề dày
nhỏ hơn 2m.
Loại đất

IL hoặc chiều dày độ sâu
độ chặt
hi (m)
zi (m)

fsi
(kPa)

fsi.hi
(kN/m)

cát pha

IL = 1,0

sét pha

IL = 0,5

2
5
5,5
24,6

4
10
5,5
29,52

1,0

γ=16,79 kN/m3

D=0,9m 1,2

sÐt pha

I L = 0,5

γ=17,5 kN/m3

2

7,1

I L = 1,0

5,6

4,5

c¸t pha

2,0

1

49,02

3,0

∑ fsi .h i
2,0

fs(L-D) =

1
3
4,5
5,6

1,0

2
2
1
1,2

c I = 22 kPa
φ=18o

D=0,9m

Hình 4.12 Xác định sức chịu tải của cọc vít

Với sét pha dẻo mềm, tra Bảng 4.9 ta có m = 0,8
Với ϕ = 18o tra Bảng 4.10 ta có A = 10,1; B = 4,5
Diện tích của phần cánh :

πd 2 0,31416.0,9 2
Ac =
=
= 0, 63585 m2
4
4
13


Chu vi tiết diện ngang của thân cọc
u= πd = 3,14 . 0,24 = 0,7536m
Ứng suất đứng trong nền tại độ sâu mũi cọc
γ.h = 16,79.5 + 17,5.(1,2 + 0,9) = 120,7 kPa
Theo công thức (4.13), sức chịu tải trọng nén cực hạn của cọc theo đất nền:
Pu,đ = 0,8.[(10,1.22 + 4,5.120,7).0,63585 + 0,7536.49,02] = 418,87 kN
Sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc theo đất nền:
Pđ = 418,87/1,4 = 299,2 kN
Ví dụ 4.9
Xác định sức chịu tải trọng nhổ của cọc vít với các điều kiện như trong ví dụ 9.
Tra bảng ta có hệ số m = 0,7 (cọc cắm qua đất sét pha ở trạng thái dẻo mềm chịu lực nhổ).
Diện tích riêng phần cánh cọc (không kể diện tích tiết diện ngang thân cọc)

Ac =

3,14
πD 2 πd 2 π 2 2

(0,9 2 − 0, 24 2 ) = 0,590634cm2
= (D - d ) hay A c =
4
4
4
4

Theo công thức (4.13), sức chịu tải trọng nhổ cực hạn của cọc:
Punh = 0,7. [(10,1.62 + 4,5.120,7).0,590634 + 0,7536.49,02] = 509,32 kN
Sức chịu tải trọng nhổ cho phép của cọc:
P®nh = 509,32/1,4 = 363,8 kN

4.6.2.2. Xác định sức chịu tải từ các thí nghiệm hiện trường (CPT, SPT… )
a) Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT
Thí nghiệm SPT được thực hiện trong lỗ khoan bằng cách đóng ống đường
kính 5,1cm, dài 45cm, bằng búa nặng 64kG với chiều cao rơi tự do 76cm. Khi
thí nghiệm, đếm số búa để đóng cho từng đoạn 15cm ống lún trong đất, 15cm
đầu không tính, chỉ đếm số búa cho 30cm sau cùng kí hiệu là N30 được xem là số
búa tiêu chuẩn N. Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn được áp dụng khá phổ biến ở
các nước phương tây để xác định sức chịu tải của cọc. Quy trình ASSHTO của
Mỹ, JC của Nhật và một số nước khác đều trình bày việc dự tính sức chịu tải của
cọc theo kết quả của thí nghiệm SPT.
Theo TCXD 205:1998, sức chịu tải cho phép của cọc theo thí nghiệm SPT
có thể xác định theo công thức Nhật Bản:
PSPT =

m
 n

1


 (kN)
α
N
A
+
u
2
N
L
+
C
.
L
 p p
∑
∑
si
si
uj
cj


3 
j=1
 i =1


(4.14)

Ap - diện tích tiết diện ngang mũi cọc (m2)
Np - chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc

14


Nsi - chỉ số SPT trung bình của lớp đất rời i bên thân cọc
Lsi - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời i (m)
n - số lớp đất rời cọc xuyên qua
cuj - lực dính không thoát nước của lớp đất loại sét j (kPa)
Lcj - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất loại sét j (m)
m - số lớp đất loại sét mà cọc xuyên qua
u - chu vi cọc (m)
α - hệ số phụ thuộc phương pháp thi công cọc:
α = 300 cho cọc đóng, ép
α = 150 cho cọc nhồi, barret
Trường hợp cọc chỉ xuyên qua các loại đất rời, nên xác định sức chịu tải
cho phép của cọc theo công thức của Meyerhof (1956):
PSPT =

n
1 

 K1 N p A P + K 2 .u.∑ N si L si  (kN)
2,5 ÷ 3 
i =1


(4.15)

Ap - diện tích tiết diện ngang mũi cọc (m2)
Np - chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc
Nsi - chỉ số SPT trung bình của lớp đất rời i bên thân cọc
Lsi - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời i (m)
n - số lớp đất rời cọc xuyên qua
u - chu vi cọc (m)
K1, K2 - hệ số phụ thuộc phương pháp thi công cọc:
Cọc đóng, ép tĩnh: K1 = 400, K2 = 2
Cọc nhồi, barret: K1 = 200, K2 = 1

7,0

8,0

0,5

Ví dụ 4.10
Xác định sức chịu tải theo đất nền từ kết quả thí nghiệm SPT của cọc BTCT tiết diện 30x30
cm được hạ bằng phương pháp ép tĩnh. Cọc xuyên qua 7m đất sét pha có lực dính không thoát
nước trung bình Cu = 40 kPa, 9m đất cát nhỏ có N30 =15, 1m đất cát trung có N30 = 35.
Giải:
Sử dụng công thức Nhật Bản vì cọc xuyên qua cả đất dính và đất rời.
m
 n

1
PSPT = αN p A p + u  2∑ N si L si + ∑ C uj .L cj 
3 
j=1
-0,9

 i =1

α = 300: cọc hạ bằng phương pháp ép tĩnh
1 trång trät
-1,4
Np = 35: mũi cọc hạ vào cát trung có N30 = 35
Ap = 0,3.0,3 = 0,09 m2
u = 4.0,3 = 1,2 m
-2,4
Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:
1
+ 40.7).1, 2 ] = 563 kPa
PSPT = [ 300.35.0, 09 + (2.(15.9 + 35.1)
2
3
sÐt pha
-9,4

Cu = 40 kPa

9,0

c¸t nhá
N30 = 15

9,0

3

c¸t trung

N30 = 35

1,0

-18,4
-19,4

15


Hình 4.13 Xác định sức chịu tải cọc theo SPT,
cọc xuyên qua cả đất dính và rời
Ví dụ 4.11
Đề bài tương tự Ví dụ 4.10 chỉ thay đổi điều kiện địa chất lớp 2 sét pha thay bằng cát bụi có
N30 = 12.
Giải:
-1,4

0,5

-0,9
1

trång trät

3

c¸t bôi
N30 = 12

7,0

8,0

2

9,0

-2,4

c¸t nhá
N30 = 15

9,0

-9,4

c¸t trung

1,0

-18,4
-19,4

N30 = 35

Hình 4.14 Xác định sức chịu tải cọc theo SPT, cọc xuyên qua đất rời
Sử dụng công thức của Meyerhof:
n
1 


PSPT =
 K1 N p A P + K 2 .u.∑ N si L si  (kN)
2,5 ÷ 3 
i =1

Cọc hạ bằng phương pháp ép tĩnh: K1 = 400, K2 = 2
Np = 35: mũi cọc hạ vào cát trung có N30 = 35
Ap = 0,3.0,3 = 0,09 m2
u = 4.0,3 = 1,2 m
16


Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:
1
PSPT =
[ 400.35.0,09 + 2.1,2.(7.12 + 19.9 + 35.1)] = 652 ÷ 978 kN
2,5 ÷ 3

b) Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT
Xuyên tĩnh là dùng kích ép một chiếc cọc tròn thu nhỏ bằng kim loại gồm
cần xuyên là ống kim loại thành dày và chùy xuyên với tốc độ không đổi khoảng
2cm/sec. Chùy xuyên gồm mũi hình nón (côn) có góc ở đỉnh thường là 60 o
đường kính 35,7mm có cơ cấu để đo lực cản mũi xuyên và có thể có măng xông
để đo ma sát cũng như có thể đo được áp lực nước lỗ rỗng trong đất.
Theo 20TCN 174-89:
Ptc = Pmũi + Pxq
Pmũi = qp.Ap - sức cản phá hoại mũi cọc
Pxq = u ∑ q si l i - tổng sức kháng ma sát của đất xung quanh thân cọc
qp - sức cản mũi xuyên của đất ở chân cọc: qp = k.qc

k - hệ số quy đổi sức cản mũi xuyên sang sức cản mũi cọc, tra Bảng 4.11
qsi = qci/αi qci - sức cản xuyên trung bình của lớp đất i;
αi - hệ số quy đổi sức kháng mũi xuyên sang sức kháng ma sát, tra Bảng 4.11.
Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền, theo 20TCN 174-89:
Px =

Pmui Pxq
+
2÷3 2

(4.16)

17


Bảng 4.11 Giá trị hệ số k và α theo M. Bustamante et L. Gianselli
Hệ số k
Loại đất

qc (***)
(kPa)

Đất loại sét chảy, bùn

Hệ số α
Cọc nhồi
Cọc đóng
Thành
Thành
Thành

Thành
bê
ống thép bê tông
ống thép
tông

Cọc
nhồi

Cọc
đóng

< 2000

0,4

0,5

30

30

30

30

Đất loại sét cứng, vừa

2000-5000

0,35

0,45

40

80

40

80

Đất loại sét cứng đến rất
cứng

> 5000

0,45

0,55

60

120

60

120

Cát ít chặt

0-2500

0,4

0,5

120

(60)
80

Cát chặt vừa

2500-10000

0,4

0,5

Cát chặt đến rất chặt

> 10000

0,3

0,4

150

Đá phấn, mềm

> 5000

0,2

03

100

(200)
180
(300)
200
120

100

(120)
60
(200)
250
(300)
200
120

Đá phong hóa, mảnh vụn

> 5000

0,2

0,4

60

80

60

80

(60)**
120
(100)
180

100
150

Giá trị cực đại qp (kPa)
Cọc nhồi
Cọc đóng
Thành
bê tông

Thành
ống thép

Thành

bê tông

Thành
ống thép

15

15

15

15

(80)
35
(80)
35

(80)
35
(80)
35

(80)
35
(80)
35

35

35

35

(120)
80
(150)
120
35
(150)
120

(80)
35
(120)
80
35
(120)
80

(120)
80
(150)
120
35
(150)
120

35
35

35
80
120
35
120

Ghi chú:
* Cần thận trọng khi lấy giá trị ma sát thành cọc của đất sét yếu mềm và bùn, vì dễ xảy ra ma sát âm ngay cả khi ta tác dụng một tải trọng nhỏ,
hoặc ngay cả tải trọng bản thân của đất
** Các giá trị trong ngoặc có thể sử dụng khi: Đối với cọc nhồi, vách hố được giữ tốt, khi thi công không gây phá hoại vách hố và nhồi bê tông
cọc đạt chất lượng cao
Đối với cọc đóng có tác dụng làm chặt đất khi hạ cọc
*** Giá trị sức cản mũi côn nêu trong bảng này là tương ứng với mũi côn đơn giản

18


Ví dụ 4.12
Dự tính sức chịu tải theo nền đất của cọc BTCT tiết diện 30x30, dài 16m, được ép tĩnh vào nền.
Cọc xuyên qua 4 lớp đất như hình vẽ:

2

3

trång trät
-2,15

sÐt pha
qc = 1800 kPa

3,0

3,9

1

5,0

-1,25

0,5

-0,75

-5,15

5,0

sÐt
qc = 600 kPa

qc = 2100 kPa

5,0

c¸t pha
4

c¸t trung

2,0

5,0

-10,15

-15,15
5

-17,15

qc = 4000 kPa

Hình 4.15 Xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm CPT
Loại đất

qc
(kPa)

sét pha
sét
cát pha
cát trung

1800
600
2100
4000

k

αι

qsi
(kPa)

30
60
30
20
40
52,5
0,5
100
40
Tổng cộng : ∑ q si .l i =

chiều dày
hi (m)

qsi.li
(kN/m)

3
5
5
2

180
100

262,5
80
622,5

Sức chịu tải cực hạn:
Pu = Pmũi + Pxq = k.qc.Ap + u ∑ q si .l i = 0,5 .4000 .0,3.0,3 + 4.0,3.622,5
= 180 + 747 = 927 kN
Sức chịu tải cho phép:

19


Px =

Pmui Pxq 180 747
+
=
= 433,5 kN
+
3
2
2÷3 2

4.6.2.3. Xác định sức chịu tải cọc kể đến ma sát âm
Khi tính toán sức chịu tải của cọc cần chú ý đến hiện tượng ma sát âm (ma sát
tác dụng cùng chiều với chiều tác dụng của tải trọng ngoài lên cọc) xuất hiện trong
phạm vi độ lún của đất xung quanh lớn hơn độ lún của cọc. Hiện tượng ma sát âm
làm giảm sức chịu tải của cọc theo đất nền đồng thời tăng tải trọng lên cọc (ma sát
âm trở thành tải trọng ngoài).
Cần xem xét khả năng xuất hiện của ma sát âm trong các trường hợp sau:

- Sự cố kết chưa kết thúc của trầm tích hiện đại và trầm tích kiến tạo;
- Sự tăng độ chặt của đất rời dưới tác dụng của động lực;
- Sự lún ướt của đất khi bị ngập nước;
- Tăng ứng suất hữu hiệu trong đất do mực nước ngầm bị hạ thấp;
- Tôn nền quy hoạch có chiều dày lớn hơn 1m;
- Phụ tải trên nền kho lớn hơn 20 kPa;
- Sự giảm thể tích đất do chất hưu cơ có trong đất bị phân huỷ.
20 TCN 21-86 quy định: nếu trong phạm vi chiều dài phần chịu ma sát âm
của cọc có lớp than bùn dày hơn 30 cm và có thể san nền bằng cách đắp thêm hoặc
tải trọng nào khác tương đương với phần đắp, thì sức kháng ma sát bên f s nằm phía
trên của đáy lớp thấp nhất (trong phạm vi chiều dài phần cọc chịu ma sát âm) của
than bùn, lấy như sau:
- Khi chiều cao phần đắp bé hơn 2m, đối với đất đắp và các lớp than bùn, f s = 0,
còn đối với đất khoáng không phải đắp có kết cấu tự nhiên, f s lấy bằng trị số trong
bảng 4.4 với dấu dương;
- Khi chiều cao đắp từ 2 đến 5m, đối với đất, bao gồm cả đất đắp, lấy f s = 0,4 trị số
trong bảng 4.4 với dấu âm, còn đối với than bùn lấy fs = -5kPa (ma sát âm).
- Khi chiều cao đắp hơn 5m, đối với đất, bao gồm cả đất đắp - lấy f s bằng trị số
trong bảng 4.4 với dấu âm, còn đối với than bùn lấy fs = -5kPa (ma sát âm).
- Trong trường hợp khi mà sự cố kết của đất gây ra bởi đắp đất hoặc bởi tải trọng
phụ trên mặt đất vào lúc xây dựng các phần bên trên mặt đất của nhà và công trình
(bao gồm cả đài cọc) đã kết thúc hoặc có thể đất quanh cọc có độ lún nào đó sau
một thời gian đã biết do cố kết dư không vượt quá một nửa độ lún giới hạn đối với
nhà công trình, thì sức kháng ma sát bên của cọc hoặc cọc ống cho phép lấy trị số
dương mà không phụ thuộc vào có hoặc không có các phụ lớp than bùn. Đối với
các phụ lớp than bùn nên lấy fs = -5kPa.
- Nếu biết được hệ số cố kết và môđun biến dạng của than bùn nằm trong phạm vi
chiều dài phần cọc chịu ma sát âm và có thể xác định độ lún của nền do tác dụng
cùng tải trọng phụ trên mặt đất đối với từng lớp đất thì khi xác định sức chịu tải
của cọc hoặc cọc ống cho phép kể đến sức kháng ma sát bên của cọc với dấu âm

20


(ma sát âm) không phải từ mức đáy lớp dưới của của than bùn mà bắt đầu từ mức
trên cùng của lớp đất mà độ lún thêm của lớp này do tải trọng trên mặt đất gây ra
(xác định kể từ lún bắt đầu truyền tải trọng tính toán lên cọc) chiếm một nửa độ lún
giới hạn đối với nhà và công trình được thiết kế.
Giải pháp để chống ma sát âm: khi cọc xuyên qua lớp đất có tính nén lún lớn,
tránh hoặc giảm tối thiểu việc gia tải trên mặt nền; quét bitum bề mặt cọc trong
phạm vi xảy ra ma sát âm; dùng tường cừ bằng ván thép hay tường bê tông cốt
thép ngăn ảnh hưởng của tải trọng lân cận đối với móng cọc công trình.

Ví dụ 4.13
Xác định sức chịu tải của cọc đóng C9- 30 theo cường độ của đất nền như trên hình dưới. Đất
đắp là cát nhỏ đầm đến chặt vừa.

0,7

8,0

7,0

2,0

-8,0

-10,0

5,5

c¸t trung
chÆt võa

4,0

4

1,0

sÐt pha
I L = 0,3

2,0

3

1,0

than bïn

1,0

2

-1,3

2,0

2,0
2,0

1,0

-5,0

sÐt pha
I L = 0,6

3,0

-4,0

1

2,0

-2,0

®Êt ®¾p
c¸t nhá
chÆt võa

1,65

±0,00

Hình 4.16 Sức chịu tải của cọc khi có ma sát âm
Chiều cao đắp 2m, đối với đất đắp và sét pha, lấy f s = 0,4 trị số trong bảng 4.4 với dấu âm, còn
đối với than bùn lấy fs = -5kPa.
21

Để tính toán sức kháng ma sát mặt bên cọc chia đất xung quang cọc thành các lớp có bề dày nhỏ
hơn 2m.
Loại đất
đất đắp
cát nhỏ
sét pha
than bùn
sét pha
cát trung

IL hoặc
độ chặt

độ sâu
zi (m)

fsi (kPa)

chặt vừa

1,65

-0,4.27,55 = -11,02

0,7

-7,71

IL = 0,6

1

IL = 0,3

4
5,5
7

-0,4.5= -2
-5
38
41
60

2
1
2
1
2

-4
-5
76
41
120

chặt vừa

Tổng cộng :

∑f

si

chiều dày
fsi.li
hi (m)
(kN/m)

.l i (kN/m)

220,29

Chiều cao đất đắp < 3m do đó sức kháng ma sát mặt bên cọc f s trong phạm vi đất tự nhiên tra
bảng theo chiều sâu kể từ mặt đất tự nhiên. Trong phạm vi đất đắp f s tra theo chiều sâu kể từ mặt
đất đắp.
Ứng với độ sâu H= 8m, tra Bảng 4.3 với cát hạt trung chặt vừa R = 3800 kPa
Sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền:
Pu = 1 (1.3800. 0,3.0,3 + 4.0,3. 220,29) = 606,35 kN
Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:
Pđ = 606,35/1,4 = 433,1 kN

4.6.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm thử tải cọc
4.6.3.1. Sức chịu tải cho phép của cọc
Theo 20 TCN 21-86, sức chịu tải cho phép của cọc P c theo kết quả thử tải trọng
tĩnh, thử tải trọng động xác định theo biểu thức:
Pc = m

Putc

kđ

(4.17)

m - hệ số điều kiện làm việc, trong trường hợp cọc chịu tải trọng nén m = 1, còn
trong trường hợp tải trọng nhổ khi độ sâu hạ cọc vào đất 4m và hơn, lấy m = 0,8 và
khi độ sâu hạ cọc bé hơn 4m, m = 0,6 đối với tất cả loại nhà và công trình trừ trụ
đường dây tải điện lộ thiên
Putc - trị tiêu chuẩn của sức chịu tải cực hạn của cọc
kđ - hệ số an toàn theo đất
Trong trường hợp nếu số cọc được thử ở những điều kiện đất đai như nhau, mà nhỏ
hơn 6 cọc, thì Putc lấy bằng sức chống giới hạn bé nhất và k đ = 1. Trong trường hợp

22


nếu số cọc được thử ở những điều kiện đất đai giống nhau, bằng hoặc lớn hơn 6
cọc, thì Putc và kđ nên xác định trên cơ sở kết quả xử lý thống kê.
4.6.3.2. Phương pháp thử tải động
Phương pháp này dựa trên nguyên lý sự va chạm tự do của hai vật thể đàn
tính, công sinh ra do sự rơi của quả búa được truyền vào cọc là làm cho cọc lún
nhất định vào đất. Mục đích chính là kiểm tra sức chịu tải của cọc và chọn loại búa
đóng cọc thích hợp.
Xác định sức chịu tải cực hạn của cọc theo công thức của Gersevanov:
Khi thử động cọc đóng, nếu độ chối thực tế (đo được) e f ≥ 0,002m nên xác định
theo công thức:
4 ∋ p Q n +ε 2 ( q + q 1 ) 
nAM 
P =
.

−1
 1+
2 
nAe f Q n +q+q1

tc
u

(4.18)

Nếu độ chối thực tế (đo được) ef < 0,002m thì trong dự án móng cọc nên xét việc
dùng búa có năng lượng va đập lớn hơn để hạ cọc, ở năng lượng này độ chối e f ≥
0,002m, còn trong trường hợp không thể đổi được thiết bị đóng cọc và khi có máy
đo độ chối thì Putc nên xác định theo công thức:
Putc =


8 ∋ p ( c f +c ) Q
1 2e f +c 
⋅
.
θ
−
1
 1+

20 e f +c 
( 2c f +c ) 2 Q+q 

(4.19)

n - hệ số lấy bằng 1500 T/m2 đối với cọc bê tông cốt thép có mũ cọc ;
A - diện tích được giới hạn bằng chu vi ngoài của tiết diện ngang (cọc đặc hoặc
rỗng) của thân
cọc (không phụ thuộc vào việc có hay không có mũi cọc), m2 ;
M - hệ số lấy bằng M = 1 khi đóng cọc bằng búa tác dụng va đập còn khi hạ cọc
bằng rung thì lấy theo bảng 4.12 phụ thuộc vào loại đất dưới mũi cọc;
∋p - năng lượng tính toán của 1 va đập của búa, T.m; lấy theo bảng 4.13 hoặc năng
lượng tính toán của máy hạ bằng rung - lấy theo bảng 4.14;
ef - độ chối thực tế, 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;
Qn - toàn bộ trọng lượng của búa hoặc của máy rung, T ;
Q - trọng lượng phần va đập của búa, T ;
ε - hệ số hồi phục va đập, khi đóng cọc và cọc ống bê tông cốt thép bằng búa tác
động va đập có dùng mũ đệm gỗ, lấy ε2 = 0,2), khi hạ bằng rung, ε2 = 0;
q - trọng lượng của cọc và mũi cọc, T;
q1 trọng lượng của cọc đệm (khi hạ cọc bằng rung q1 = 0), T;
θ
hệ số 1/T, xác định theo công thức:

23


1 n n  Q
θ=  o + h 
2g( H−h )
4  A Ω  Q+q

(4.20)

no, nh - các hệ số chuyển từ sức chống động (gồm sức chống dẻo của đất) sang sức
chống tĩnh của đất, lấy lần lượt bằng: đối với đất dưới mũi cọc n o = 0,0025
s.m/T và đối với đất ở mặt hông cọc nh = 0,25s.m/T;
Ω - diện tích mặt hông cọc tiếp xúc với đất, m2;
g - gia tốc lực hút trái đất, lấy g = 9,81 m/s2
h - chiều cao nẩy đầu tiên của phần va đập của búa, đối với búa điêden lấy h =
0,5m còn đối với các loại búa khác h = 0;
H - chiều cao rơi thực tế phần va đập của búa, m.
Chú thích:
1. Các giá trị Qn, Q,, q và q1 dùng trong các công thức tính toán trên không có hệ
số vượt tải.
2. Trong trường hợp có sự chênh lệch hơn 1,4 lần, về sức chịu tải của cọc xác định
theo công thức (4.18), (4.19) với sức chịu tải xác định bằng tính toán dựa vào các
tính chất cơ lý của đất thì cần kiểm tra thêm bằng phương pháp nén tĩnh.
Bảng 4.12 Hệ số M
Loại đất dưới mũi cọc

Hệ số M

1. Sỏi sạn có chất lấp nhét cát
2. Cát thô vừa, chặt trung bình và cát pha
cứng
3. Cát mịn chặt trung bình

1,3
1.2

4. Cát bụi chặt trung bình

1,0

5. Cát pha dẻo, sét pha và sét cứng

0,9

6. Sét pha và sét nửa cứng

0,8

7. Á sét và sét khô dẻo

0,7

1,1

Chú thích:
Trong cát chặt, giá trị của hệ số M nói ở điểm 2,3,4 nên tăng lên 60% còn
khi có tài liệu xuyên tĩnh - tăng 100%.
Bảng 4.13 Năng lượng tính toán của va đập búa ∋ p
Kiểu búa

∋p, Tm

1. Búa treo hoặc tác dụng đơn động
2. Búa đi-e-zen ống

QH
0,9QH

3. Búa đi-ê-zen cần va đập đơn

0,4QH

24


4. Búa đi-ê-zen khi đóng kiểm tra lại bằng va
đập đơn

Q(H - h)

Chú thích:
Ở điểm 4,h - chiều cao nẩy đầu tiên phần va đập của búa diesel do đệm không
khí gây ra, xác định theo thước đo, m. Để tính toán sơ bộ cho phép lấy h = 0,6m
đối với búa kiểu cột và h = 0,4m đối với búa kiểu ống.

Bảng 4.14 Năng lượng tính toán ∋ p của búa rung
Lực kích thích của máy rung, T
Năng lượng tính toán tương đương
va đập của máy rung ∋p , Tm

10

20

30

40

50

60

70

80

4,5

9

13

17,5

22

26

34

35

Hiện tượng chối giả:
Nếu sau khi vừa đóng cọc xong mà tiến hành thí nghiệm ngay thì kết quả độ chối
đo được sẽ khác với độ chối thật.
- Đối với đất sét: Khi đóng cọc tải trọng truyền xuống đất sét, nước trong lỗ rỗng
thoát ra ngoài rất chậm do đất sét tính thấm kém, cột áp gây ra trong nước lỗ rỗng

khi chịu tải trọng động sẽ làm cho đất sét xung quanh cọc đóng một phạm vi nào
đó bị phá vỡ kết cấu, dưới tác dụng của áp lực, nước bị nén thoát ra và chảy dọc
theo thân cọc làm rửa trôi và nhão đất, lúc đó đất xung quanh cọc đóng vai trò bôi
trơn. Dưới chân cọc tạo thành túi đất bị vụn nát và chảy nhão. Sau một thời gian
nghỉ, đất ở xung quanh và mũi cọc trở về trạng thái ổn định, khả năng chịu tải của
cọc tăng lên, độ chối giảm.
- Đối với đất cát: độ chối giả bé hơn độ chối thật vì khi đóng, cát dưới chân và
xung quanh cọc bị lèn chặt cản trở sự hạ cọc. Sau một thời gian nghỉ, đất ở xung
quanh và mũi cọc trở về trạng thái ổn định, khả năng chịu tải của cọc giảm đi, độ
chối tăng lên.
Quy trình: với đất cát: nghỉ ít nhất 1 tuần, với đất sét: nghỉ ít nhất là hai tuần
Cách chọn búa đóng cọc:
Chọn búa hợp lý rất quan trọng: búa nhỏ thì phải nâng cao,đóng nhiều nhát gây
hỏng đầu cọc, búa lớn thì tốt nhưng không kinh tế và di chuyển cồng kềnh, phức
tạp.
- Chọn búa theo năng lượng xung kích: E ≥ 25 Pc
E - năng lượng xung kích búa
Pc - sức chịu tải cho phép của cọc
- Chọn búa theo công thức kinh nghiệm: K = (Q+q) /E
Với búa song động Madut: K ≤ 5
Búa hơi đơn động: K ≤ 3
Búa treo: K ≤ 2
25