Phân tích kết quả thí nghiệm osterberg cho khu vực thành phố hà nội (luận văn thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
---------------------------------------

TRƯƠNG CÔNG ĐIỆP

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM OSTERBERG
CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

TRƯƠNG CÔNG ĐIỆP
KHÓA: 2017-2019

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM OSTERBERG
CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. VƯƠNG VĂN THÀNH

XÁC NHẬN
CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN
PGS. TS. TRẦN THƯỢNG BÌNH

Hà Nội – 2019
.


LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy, cô
trong khoa Sau đại học – Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội vì những chỉ dẫn và
giúp đỡ trong quá trình học tập cũng như tiến hành làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Địa Kỹ thuật đã
có những ý kiến đóng góp quý báu cho bản thảo luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Vương Văn Thành – Trường đại học
Kiến trúc Hà Nội, Bộ Xây dựng đã tận tình giúp đỡ, huớng dẫn, cũng như tạo điều
kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tôi trong quá trình hoàn thành luận
văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè và anh chị em đồng nghiệp đã
có những đóng góp giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn đọc.
Hà Nội, ngày ….. tháng ….. năm 2019
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trương Công Điệp


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học
độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực
và có nguồn gốc rõ ràng.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trương Công Điệp


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .............................................................................................. 1
MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................... 1
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................... 2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................................. 2
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ......................................... 2
CẤU TRÚC LUẬN VĂN .......................................................................................... 2
NỘI DUNG LUẬN VĂN .......................................................................................... 4
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC
CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI, CỌC BARRETTE THEO LÝ THUYẾT VÀ
CÁC THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG ................................................................... 4

1.1 Một số phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo lý thuyết .................... 4
1.1.1 Xác định sức chịu tải cọc vật liệu làm cọc.................................................. 4
1.1.2 Xác định sức chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm SPT ............................. 7
1.1.3 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền ......................... 10
1.1.4 Tính toán bằng phương pháp số ................................................................ 12
1.2 Một số phương pháp thí nghiệm hiện trường............................................. 13
1.2.1 Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh ............................................................. 13
1.2.2 Phương pháp thí nghiệm động biến dạng lớn PDA .................................. 24
1.2.3 Phương pháp thử tải tĩnh động (Statnamic) .............................................. 27
1.2.4 Phương pháp thí nghiệm Osterberg .......................................................... 28
1.3 Ứng dụng phương pháp thí nghiệm Osterberg trên thế giới và Việt Nam
............................................................................................................................... 30
1.4 Cấu trúc địa tầng khu vực thành phố Hà Nội ............................................ 32
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
OSTERBERG CHO CỌC KHOAN NHỒI, CỌC BARRETTE........................ 35
2.1 Nguyên lý thí nghiệm .................................................................................... 35


2.1.1 Lý thuyết cơ sở.......................................................................................... 35
2.1.2 Mô hình thí nghiệm ................................................................................... 40
2.1.3 Thiết bị và trình tự thí nghiệm .................................................................. 42
2.2 Xử lý kết quả và báo cáo ............................................................................... 48
2.2.1 Xử lý kết quả thí nghiệm .......................................................................... 48
2.2.2 Báo cáo...................................................................................................... 53
2.3 So sánh phương pháp Osterberg và các phương pháp khác .................... 54
CHƯƠNG 3. VÍ DỤ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM CỌC
OSTERBERG ......................................................................................................... 56
3.1 Giới thiệu công trình ..................................................................................... 56
3.2 Thiết bị và trình tự thí nghiệm ..................................................................... 64
3.3 Xử lý kết quả thí nghiệm Osterberg ............................................................ 72

3.3.1 Xử lý kết quả thí nghiệm .......................................................................... 72
3.3.2 So sánh kết quả thí nghiệm ....................................................................... 73
3.4 Nhận xét, đánh giá kết quả phân tích .......................................................... 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Số liệu bảng, biểu

Tên bảng, biểu

Trang

Bảng 1.1

Bảng tra hệ số uốn dọc ϕ

6

Bảng 1.2

Bảng tra hệ số uốn dọc ϕ

6

Bảng 1.3

Hệ số điều kiện làm việc trong đất

10

Bảng 1.4

Quy trình gia tải thí nghiệm

18

Bảng 1.5

Một số công trình sử dụng phương pháp
Osterberg trên thế giới

18

Bảng 2.1

Các số liệu thí nghiệm

46

Bảng 2.2

53

Bảng 3.1

So sánh phương pháp nén tĩnh và PDA
So sánh phương pháp Osterberg với các phương
pháp thử tải khác

Bảng tóm tắt chi tiết cọc thử và thiết bị quan trắc

Bảng 3.2

Quy trình gia tải

68

Bảng 3.3

Quy trình gia tải
Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc theo thí
nghiệm SPT
Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc theo cơ đất
lý thuyết
Kết quả tính toán sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ
lý của đất nền
Cấp tải trọng thí nghiệm nén tĩnh cọc

69

Bảng 2.3

Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6
Bảng 3.7
Bảng 3.8
Bảng 3.9
Bảng 3.10

Bảng 3.11
Bảng 3.12
Bảng 3.13
Bảng 3.14
Bảng 3.15

54
63

74
75
77
79

Cấp tải trọng thí nghiệm nén tĩnh cọc
Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc theo thí
nghiệm SPT
Kết quả tính toán sức chịu tải cọc theo cơ đất lý
thuyết
Kết quả tính toán sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ
lý của đất nền
Cấp tải trọng thí nghiệm nén tĩnh cọc

79

Bảng tổng hợp kết quả nén tĩnh
So sánh kết quả thí nghiệm Osterberg với kết quả
tính toán lý thuyết
So sánh kết quả thí nghiệm Osterberg với kết quả
tính toán lý thuyết

87

82
83
85
87

89
90


DANH MỤC HÌNH MINH HỌA
Số liệu bảng, biểu

Tên bảng, biểu

Trang

Hình 1.1

Sức kháng cắt áp lực hiệu quả thẳng đứng

8

Hình 1.2

Sức kháng cắt áp lực hiệu quả thẳng đứng

8

Hình.1.3

Biểu đồ quan hệ P-S

14

Hình 1.4

Biều đồ quan hệ P-S

14

Hình 1.5

Biều đồ quan hệ P-S

14

Hình 1.6

Thí nghiệm nén tĩnh cọc

15

Hình 1.7

Mô hình thí nghiệm nén tĩnh cọc

20

Hình 1.8.

Sơ đồ nguyên lý thử tải theo phương pháp biến dạng

21

lớn PDA
Hình 2.1

Minh họa cách bố trí hộp O-cell (1)

38

Hình 2.2

Minh họa cách bố trí hộp O-cell (2)

39

Hình 2.3

Thiết bị thí nghiệm

40

Hình 2.4

Sơ đồ thí nghiệm

40

Hình 2.5

Đầu đo chuyển vị LVDT và LVVWDT

41

Hình 2.6

Các thanh truyền

42

Hình 2.7

Lắp đặt hộp thử tải vào cọc barrette

43

Hình 2.8

Hạ lồng thép đã lắp đặt hộp thử tải

43

Hình 2.9

Cảm biến lắp đặt ở đầu cọc

44

Hình 2.10

Đồng hồ đo chuyển vị

44

Hình 2.11

Xử lý kết quả trong phòng máy

45

Hình 2.12

Các số liệu ghi nhận trong quá trình thí nghiệm

45

Hình 2.13

Biểu đồ quan hệ chuyển vị - tải trọng độc lập cho ma

46

sát thân cọc và sức kháng mũi
Hình 2.14

Biểu đồ quan hệ Chuyển vị - tải trọng trong thí

47

nghiệm tải trọng đỉnh tương đương
Hình 2.15

Biểu đồ quan hệ chuyển vị - tải trọng tổng từ thí

48


nghiệm
Hình 2.16

Biểu đồ quan hệ chuyển vị - thời gian từ thí nghiệm

48

Hình 2.17

Biểu đồ quan hệ tải trọng tổng – thời gian từ thí

49

nghiệm
Hình 2.18

Biểu đồ ma sát hông – chuyển vị hướng lên

49

Hình 2.19

Biểu đồ ma sát hông – chuyển vị hướng xuống

50

Hình 2.20

Biểu đồ sức kháng mũi – chuyển vị hướng xuống

50

Hình 2.21

Biểu đồ chuyển vị - tải trọng trong thí nghiệm tải

52

trọng đỉnh tương đương
Hình 3.1

Hình trụ hố khoan địa chất

57

Hình 3.2

Hình trụ hố khoan địa chất

62

Hình 3.3

Sơ đồ lắp đặt hộp O-cell trong cọc

65

Hình 3.4

Sơ đồ bố trí hộp O-cell trong cọc thử

69

Hình 3.5

Biểu đồ quan hệ chuyển vị - tải trọng tổng từ thí

71

nghiệm Osterberg
Hình 3.6

Biểu đồ quan hệ chuyển vị - tải trọng thí nghiệm

72

Osterberg
Hình 3.7

Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc D1500

80

Hình 3.8

Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc D2000

80

Hình 3.9

Chuyển vị cọc theo phân tích của Plaxis 3D

80

Foundation
Hình 3.10

Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc D1500

88

Hình 3.11

Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc D2000

88

Hình 3.12

Chuyển vị cọc theo phân tích của Plaxis 3D

88

Foundation


1

MỞ ĐẦU
* Lý do chọn đề tài
Trong thời gian qua, tốc độ phát triển đô thị hoá ở Việt Nam nói chung
và Thành phố Hà Nội nói riêng diễn ra rất nhanh, các công trình xây dựng
quy mô lớn ngày càng nhiều. Việc sử dụng cọc khoan nhồi đường kính lớn,
cọc barrette sức chịu tải lớn trở nên phổ biến.
Cùng với tình hình sử dụng phổ biến cọc đường kính lớn, sức chịu tải
lớn là yêu cầu đánh giá sức chịu tải cọc thông qua các thí nghiệm hiện trường.
Với các thí nghiệm truyền thống gặp nhiều khó khăn trong đánh giá cọc có
sức chịu tải lớn.
Phương pháp thí nghiệm cọc Osterberg ra đời với nhiều ưu điểm có thể
giải quyết được những tồn tại, khó khăn của các thí nghiệm nén tĩnh bằng đối
trọng thông thường.
Với những đặc tính hiệu quả, đặc biệt là khả năng thử tải cho những
cọc đường kính lớn, sức chịu tải rất lớn, phương pháp Osterberg đã và đang
được ứng dụng nhiều ở các công trình xây tại Việt Nam và Hà Nội. Đi cũng
với các thí nghiệm sức chịu tải khác cho cọc sẽ giúp kỹ sư xây dựng có nhiều
lựa chọn để đáp ứng về kỹ thuật, kinh tế, môi trường.
* Mục đích và nội dung nghiên cứu
Các mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài này như sau:

- Phân tích, đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi đường kính lớn, cọc
barrette.
- Đánh giá kết quả phân tích thí nghiệm Osterberg so với các thí nghiệm
truyền thống và kết quả tính toán lý thuyết.


2

- Nâng cao tính chính xác, tin cậy của kết quả thí nghiệm.
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Kết quả thí nghiệm cọc bằng phương pháp
Osterberg, Phương pháp nén tĩnh.
- Phạm vi nghiên cứu: Các công trình xây dựng có thi công cọc khoan
nhồi, cọc barrette trên địa bàn Thành phố Hà Nội.
- Thời gian nghiên cứu: Đến năm 1995 đến nay.
* Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập; kế thừa tài liệu, kết quả đã nghiên cứu;
- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, xử lý thông tin;
- Phương pháp phân tích tổng hợp, so sánh, tiếp cận hệ thống;
- Phương pháp chuyên gia, đúc rút kinh nghiệm, đề xuất giải pháp mới.
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Hoàn chỉnh các phương pháp xác định sức chịu tải
cọc khoan nhồi, cọc barrette thông qua kết quả thí nghiệm Osterberg.
Ý nghĩa thực tiễn: Đánh giá kết quả, nâng cao tính chính xác của thí
nghiệm.
* Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương, tài liệu tham khảo và các phụ lục.
Trong đó, nội dung các chương như sau:

3

Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác định sức chịu tải cọc khoan
nhồi, cọc barrette theo lý thuyết và các thí nghiệm hiện trường
- Trình bày một số phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo lý thuyết
và thí nghiệm hiện trường.
- Ứng dụng phương pháp thí nghiệm Osterberg trên thế giới và Việt Nam.
- Trình bày cấu trúc địa tầng khu vực thành phố Hà Nội.
Chương 2: Phương pháp phân tích kết quả thí nghiệm Osterberg cho cọc
khoan nhồi và cọc barrette
- Nguyên lý thí nghiệm.
- Xử lý kết quả và báo cáo.
- So sánh phương pháp Osterberg và các phương pháp khác.
Chương 3: Ví dụ kết quả phân tích thí nghiệm Osterberg
- Giới thiệu công trình.
- Thiết bị và trình tự thí nghiệm.
- Xử lý kết quả thí nghiệm Osterberg.
- Nhận xét, đánh giá kết quả phân tích.
Kết luận và kiến nghị


4

NỘI DUNG LUẬNVĂN
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC
CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI, CỌC BARRETTE THEO LÝ
THUYẾT VÀ CÁC THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG
1.1 Một số phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo lý thuyết
Trong giai đoạn thiết kế, căn cứ vào cường độ vật liệu làm cọc và số liệu
địa chất công trình được đơn vị khảo sát cung cấp, cần tính toán và dự báo

đầy đủ các loại sức chịu tải sau đây:
- Sức chịu tải theo cường độ vật liệu làm cọc - Rv
- Sức chịu tải theo đất nền bao gồm:
+ Theo kết quả thí nghiệm trong phòng: theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền
(tính toán theo mục 7.2 – TCVN 10304:2014); theo chỉ tiêu cường độ của đất
nền (tính toán theo phụ lục G – TCVN 10304:2014).
+ Theo kết quả thí nghiệm hiện trường: theo kết quả thí nghiệm xuyên
tĩnh (tính toán theo mục 7.3.4 – TCVN 10304:2014); theo kết quả thí nghiệm
xuyên tiêu chuẩn (tính toán theo phụ lục G – TCVN 10304:2014).
Trong trường hợp không tiến hành thí nghiệm hiện trường, người thiết kế
phải tính toán đầy đủ 3 loại sức chịu tải: theo vật liệu làm cọc; theo chỉ tiêu cơ
lý và theo chỉ tiêu cường độ đất nền.
Chọn giá trị sức chịu tải thiết kế bằng giá trị nhỏ nhất trong các loại sức
chịu tải nhỏ nhất theo đất nền, theo vật liệu.
1.1.1 Xác định sức chịu tải cọc vật liệu làm cọc
- Tính toán cọc theo cường độ vật liệu cần tuân theo các yêu cầu của tiêu
chuẩn về kết cấu bê tông, bê tông cốt thép.


5

- Sức chịu tải theo cường độ vật liệu với cọc khoan nhồi được xác định
theo công thức:
Rv = ϕ (γ cb .γ cb' .Rb . Ab + Rs . As )

Trong đó:
γ cb : hệ số kết đến việc đổ bê tông trong khoảng không gian chật hẹp của

ốn đổ và ống vách;

γ cb' : Hệ số kể đến phương pháp thi công cọc như sau:
+ Trong nền đất dính, nếu có thể khoan và đổ bê tông khô, không phải gia
cố thành, khi mực nước ngầm trong giai đoạn thi công thấp hơn mũi cọc thì

γ cb' = 1,0
+ Trong các loại đất, việc khoan và đổ bê tông trong điều kiện khô, có
'
dùng tới ống vách chuyên dụng, hoặc guồng xoắn rỗng ruột, γ cb = 0,9

+ Trong các nền, việc khoan và đổ bê tông vào lòng hố khoan dưới nước
'
có dùng ống vách giữ thành, γ cb = 0,8

+ Trong các nền, việc khoan và đổ bê tông vào lòng hố khoan dưới dung
'
dịch khoan hoặc dưới nước chịu áp lực dư (không dùng ống vách), γ cb = 0,7

2

Ab - Diện tích tiết diện ngang của cọc (m );
R b - Cường độ tính toán của bê tông làm cọc (kPa);
2

A s - Diện tích tiết diện ngang cốt thép (m );
R s - Cường độ tính toán của cốt thép (kPa);
ϕ - Hệ số uốn dọc của cọc, tính theo hai cách như sau:

Cách 1:
+ Khi móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua bùn, than bùn thì ϕ = 1;

6

+ Khi móng cọc đài cao, cọc xuyên qua đất yếu như bùn, than bùn sét yếu
thì ϕ xác định theo tính toán. Khi đó, sự uốn dọc được kể đến trong phạm vi
từ đáy đài đến bề mặt lớp đất có khả năng đảm bảo độ cứng của nền hoặc đến
đáy lớp đất yếu. Trị số của ϕ lấy theo bảng dưới đây:
Bảng 1.1 – Bảng tra hệ số uốn dọc ϕ
ly/b

14

16

18

20

22

24

26

28

30

ly/d

12,1

13,9

15,6

17,3

19,1

20,8

22,0

24,3

26,0

ϕ

0,93

0,89

0,85

0,81

0,77

0,73

0,66

0,64

0,59

Trong đó:
ly – Khoảng cách từ đáy đài đến lớp đất yếu trong nền mà cọc đi qua (chỉ
số độ sệt IL> 1) (m);
b – Chiều rộng tiết diện ngang cọc (m);
d – đường kính cọc (m).
Cách 2:
ϕ = 1, 028 − 0, 0000288 λ 2 − 0, 0016 λ

Hoặc ϕ = 1,028 − 0,00003456 λd2 − 0,00554 λd
Trong đó:
λ - độ mảnh của cọc: λ = ly/r (r – bán kính cọc tiết diện tròn hoặc cạnh
cọc tiết diện hình vuông) và λ d = ly/b (b – chiều rộng cọc tiết diện chữ nhật).
ly – chiều dài tính toán của cọc, xác định như sau:
l y = ν .l ; l – chiều dài cọc; ν - hệ số kể đến liên kết hai đầu của cọc:

ν = 0,5 khi đỉnh cọc ngàm vào đài và mũi cọc ngàm vào đá, đất cứng; ν = 0,7
khi đỉnh cọc ngàm vào đài và mũi cọc treo trong đất hoặc tựa lên đá và đất
cứng.
Hệ số uốn dọc ϕ có thể tra theo bảng:


7

Bảng 1.2 – Bảng tra hệ số uốn dọc ϕ

λ=

ly

λ=

ly

r <14

21

28

35

42

48

55

62

69

76

83

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

b <4

ϕ

1,0

0,98 0,96 0,93

0,90

0,87 0,84 0,81 0,78 0,74 0,70

1.1.2Xác định sức chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm SPT
Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) là thí nghiệm xuyên động thực
hiện trong hố khoan, dùng để phân chia các lớp đất đá, xác định độ chặt đất
loại cát, trạng thái của đất sét.[3]
+ Công thức cơ đất lý thuyết:

QL = Ap .qp + U .∑( ∆L.fs )
Trong đó:
Với đất dính:

qp = 1,3Cu.Nc*

fs = b.Cu

Với đất rời:

qp = q’0N*q

fs = ασ’0(z)

+ Công thức Meyerhof:
Đối với trường hợp nền đất rời Meyerhof (1976) kiến nghị công thức
xác định cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb và cường độ sức kháng
của nền đất ở thân cọc fi trực tiếp từ kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn như
sau[13]:

qb = k1.Np
fi= k2.Ns,i
Trong đó:
k1 – hệ số, lấy k1 = 40h/d < 400 đối với cọc đóng và k1 = 120 đối với
cọc khoan nhồi;


8

Np – chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên
mũi cọc;
k2 – hệ số lấy bằng 2,0 cho cọc đóng và 1,0 cho cho cọc khoan nhồi;
u – chu vi tiết diện ngang cọc (m);
h – chiều sâu hạ cọc (m);
Ns,i - là chỉ số SPT trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc.
+ Công thức của Viện Kiến trúc Nhật Bản (1988):
Sức chịu tải cực hạn của cọc:

Rc,u = qb Ab + u∑( fc,ilc,i + f s,ils ,i )
Trong đó:
qb – cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc;
Khi mũi nằm trong đất rời qb = 300Np, cho cọc đóng (ép) và qb =
150Np cho cọc khoan nhồi. Khi mũi cọc nằm trong đất dính qb = 9cu cho cọc
đóng và qb = 6cu cho cọc khoan nhồi.
Đối với cọc đóng, cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm
trong lớp đất rời thứ “i”

f s ,i =

10 N s ,i

3

Và cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”:
f s ,i = α p f L cu ,i

αp – hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa sức kháng
cắt không thoát nước của đất dính cu và trị số trung bình của ứng suất pháp
hiệu quả thẳng đứng, lấy theo hình biểu đồ 1.1. [4]


9

Hình 1.1. Sức kháng cắt áp lực hiệu quả thẳng đứng: cu /σ’v

Hình 1.2. Sức kháng cắt áp lực hiệu quả thẳng đứng: cu /σ’v
fL – hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng, xác định theo
hình biểu đồ 1.2; Biểu đồ xác định hệ số fL và αp trên hình biểu đồ 1.1 và 1.2
là do Semple và Rigden xác lập năm 1984;
Np – chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc;
cu - cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính, khi không
có số liệu sức kháng cắt không thoát nước cu xác định trên các thiết bị thí
nghiệm cắt đất trục tiếp hay thí nghiệm nén ba trục có thể xác định từ thí
nghiệm nén một trục nở ngang tự do (cu = qu/2), hoặc từ chỉ số SPT trong đất
dính: cu,i = 6,25Nc,i, tính bằng kPa, trong đó Nc,i là chỉ số SPT trong đất dính.
Ns,i - chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời “i”;


10

ls,i - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ “i”;

lc,i - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”;
u - chu vi tiết diện ngang của cọc;
d - đường kính tiết diện cọc tròn, hoặc tiết diện cọc vuông.
1.1.3 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền
Sức chịu tải trọng nén Rc,u của cọc khoan nhồi mở rộng hoặc không mở
rộng mũi được xác định theo công thức:

Rc,u = γ c (γ cq qb Ab + u∑γ cf fili )
Trong đó:
γc – hệ số điều kiện làm việc của cọc, khi cọc tựa trên nền đất dính với
độ bão hòa Sr < 0,9 và trên đất hoàng thổ lấy γc = 0,8; với các trường hợp
khác γc = 1;
γcq – hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, với trường hợp đổ
bê tông dưới nước lấy γcq = 0,9; đối với các trường hợp khác lấy γcq = 1;
qb – cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, lấy theo chị dẫn 7.2.3.2,
còn đối với cọc đóng (ép) nhồi thi công theo công nghệ ghi ở 6.4a, 6.4b; cọc
chế tạo sẵn thi công theo công nghệ ghi ở 6.5g có đóng vỗ đầu cọc và cọc
khoan nhồi có xử lý làm sạch mùn khoan và bơm phun vữa xi măng dưới mũi
cọc lấy theo Bảng 1.2;
Ab – diện tích tiết diện ngang mũi cọc, lấy như sau:
Đối với cọc đóng hoặc ép nhồi và cọc khoan nhồi:
- Không mở rộng mũi: lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc;
- Có mở rộng mũi: lấy bằng diện tích tiết diện ngang lớn nhất của phần
mở rộng;
u – chu vi tiết diện ngang thân cọc;


11

γcf – hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, phụ thuộc vào

phương pháp tạo lỗ và điều kiện đổ bê tông;
fi – cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc, lấy
theo Bảng 1.3;
li – chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ ”i”.
Bảng 1.3 – Hệ số điều kiện làm việc trong đất γcf[4]
Hệ số điều kiện làm việc γcf
trong đất
Cọc và phương pháp thi công cọc
cát
sét
cát
sét
pha
pha
1. Cọc đóng hoặc ép nhồi theo điểm 6.4a,
hạ ống vách có tấm đế, hoặc nút bê tông

0,8

0,8

0,8

0,7

2. Cọc nhồi dạng ép chấn động

0,9

0,9

0,9

0,9

a) Không có nước (phương pháp khô),
cũng như khi dùng ống vách chuyên dụng

0,7

0,7

0,7

0,7

b) Dưới nước hay trong vữa sét

0,6

0,6

0,6

0,6

c) Dùng vữa bê tông cứng (độ sụt nhỏ) kết
hợp dùng đầm sâu (phương pháp khô)

0,8

0,8

0,8

0,7

4. Cọc barrette theo mục 6.5c [4]

0,5

0,5

0,5

0,5

5. Cọc ống hạ bằng phương pháp rung, kết
hợp đào moi đất

1,0

0,9

0,7

0,6

6. Cọc – trụ

0,7

0,7

0,7

0,6

7. Cọc khoan phun nhồi dùng ống vách
hoặc dùng vữa bê tông chịu áp lực ép từ
200 kPa đến 400 kPa (từ 2atm đến 4atm)
hoặc phun vữa bê tông qua cần khoan
guồng xoắn rỗng lòng

0,9

0,8

0,8

0,8

3. Cọc khoan nhồi trong đó có mở rộng
mũi, đổ bê tông trong trường hợp:


12

Chú thích: Đối với cọc khoan nhồi đường kính lớn và barrette sức chịu tải
của cọc phụ thuộc nhiều vào loại đất, chất lượng thi công. Hệ số điều kiện

làm việc γcf trong Bảng 1.1 có thể không phù hợp cho mọi trường hợp. Khi
có đủ cơ sở kinh nghiệm thực tế có thể tăng hệ số này lên 0,8 đến 1,0. Giá
trị sức chịu tải của cọc phải được kiểm chứng bằng thí nghiệm thử tải tĩnh
cọc tại hiện trường.
1.1.4 Tính toán bằng phương pháp số
Phần mềm Plaxis 3D Foundation là phần mềm chuyên dùng trong phân
tích biến dạng của kết cấu móng dạng 3D. Quá trình phân tích kể đến sự
tương tác giữa phần kết cấu bên trên và nền đất. Đặc biệt với móng cọc có sự
ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc, cọc và đất nền thì phân tích biến dạng sử
dụng Plaxis 3D Foundation rất hiệu quả.
Nhận xét:
Tính toán sức chịu tải theo các chỉ tiêu cơ lý của đất nền là phương
pháp tính toán theo lý thuyết dựa vào các số liệu thực nghiệm và bảng tra từ
các số liệu thực nghiệm của Nga. Việc tính toán cần sử dụng nhiều thông số
của đất nền nên tính chính xác của số liệu đầu vào ảnh hưởng lớn tới kết quả
dự báo sức chịu tải cọc, do đó kết quả của phương pháp này còn nhiều sai số.
Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
có ưu điểm là không cần quá nhiều thông số đầu vào, nên chỉ cần phân loại
đất và xác định chỉ số SPT. Phương pháp này phù hợp với công trình có chiều
sâu hạ cọc lớn, không có nhiều kết quả thí nghiệm đất nền.
Các phương pháp tính toán theo lý thuyết chủ yếu mang tính chất dự
báo, để lựa chọn được sức chịu tải của cọc vẫn phải dựa vào kết quả của thí
nghiệm hiện trường.


13

1.2Một số phương pháp thí nghiệm hiện trường
Sức chịu tải cho phép của cọc Rc theo kết quả thử tải trọng tĩnh, thử tải
động xác định theo công thức:

Rutc
Rc = m
kd

Trong đó:
m – hệ số điều kiện làm việc, trong trường hợp cọc chịu tải trọng nén m
= 1, còn trong trường hợp cọc chịu tải trọng nhổ khi độ sâu hạ cọc vào đất <
4m, lấy m = 0,8 và khi độ sâu hạ cọc < 4m, lấy m = 0,6 đối với tất cả loại nhà
và công trình trừ trụ đường dây tải điện lộ thiên;
Rutc - trị tiêu chuẩn sức chịu tải cực hạn của cọc;

kd – 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 06 cọc, thì Rutc lấy bằng sức chống giới hạn bé nhất và kd =
1. Trong trường hợp nếu số cọc được thử ở những điều kiện đất đai giống
nhau, bằng hoặc lớn hơn 06 cọc, thì Rutc và kd nên xác định trên cơ sở kết quả
xử lý thống kê.
Sức chịu tải cực hạn: là giá trị sức chịu tải lớn nhất của cọc trước thời
điểm xảy ra phá hoại, xác định bằng tính toán hoặc thực nghiệm.
Sức chịu tải cho phép: là giá trị tải trọng mà cọc có khả năng mang được,
xác định bằng cách chi sức chịu tải cực hạn cho hệ số an toàn theo quy định.
1.2.1 Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh
Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh hiện nay được coi là phương
pháp tin cậy nhất để xác định sức chịu tải của cọc do mô phỏng được gấn nhất
sự làm việc của cọc trong công trình.


14

Thí nghiệm nén tĩnh cọc được thực hiện ở 2 giai đoạn: thăm dò thiết kế

và kiểm tra chất lượng công trình[1].
Trong thí nghiệm chất tải truyền thống, thí nghiệm được tiến hành bằng
phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc trục cọc theo một quy trình nhất định
sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc chuyển vị (lún sâu thêm) vào đất nền.
Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kính thủy lực với hệ phản
lực là dàn chất tải, neo hoặc phối hợp cả hai.
Từ kết quả thử tải tĩnh, xây dựng được biểu đồ S = f(P) và đồ thị độ lún
S = f(t).
Tải trọng thí nghiệm nén tĩnh lớn nhất do đơn vị thiết kế quy định: với
thí nghiệm thăm dò tải trọng thử bằng 250 – 300% tải trọng thiết kế, với thí
nghiệm kiểm tra tải trọng thử bằng 150 – 200% tải trọng thiết kế.
Quy trình thí nghiệm tuân theo yêu cầu TCVN 9393:2012 Cọc Phương pháp thử nghiệm tại hiện trường bằng tải ép tĩnh cọc trục.
Nếu tải trọng khi thử tải tĩnh cọc chịu nén đạt tới giá trị làm cho độ lún
“S” của cọc tăng lên liên tục mà tải không tăng lên thêm ( S ≤ 20mm) thì cọc
rơi vào trạng thái bị phá hoại và giá trị tải trọng cấp trước đó lấy làm trị riêng
của sức chịu tải Rc,u của cọc thử.
Trong tất cả các trường hợp còn lại trị riêng về sức chịu tải trọng nén
của cọc Rc,ulấy bằng tải trọng cọc thử ứng với độ lún S được xác định theo
công thức sau:
S = ξ S gh

Sgh – độ lún giới hạn trung bình của móng nhà hoặc công trình cần thiết
kế và được quy định trong TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế nhà và công
trình (Sgh = 0,1D), hoặc trong phụ lục E - TCVN 10304:2014.
ξ – hệ số chuyển tiếp từ độ lún giới hạn trung bình sang độ lún cọc thử
tải tĩnh với độ lún ổn định quy ước (lún tắt dần).


15

Hệ số ξ lấy bằng 0,2 khi thử cọc với độ lún ổn định quy ước theo quy
định trong TCVN 9393:2012.
Tốc độ chuyển vị đầu cọc đạt giá trị sau đây được xem là ổn định quy
ước:
- Không quá 0,25mm/h đối với cọc chống vào đất hòn lớn, đất cát, đất
sét từ dẻo đến cứng;
- Không quá 0,1mm/h đối với cọc ma sát trong đất sét dẻo mềm đến dẻo
chảy.
Nếu độ lún S lớn hơn 40mm thì trị riêng của sức chịu tải cọc Rc,u lấy bằng
tải trọng tương ứng với độ lún S = 40mm.

Hình 1.3. Biểu đồ quan hệ P-S

Hình 1.4. Biểu đồ quan hệ P-S


16

Hình 1.5. Biểu đồ quan hệ P-S
Nếu thử cọc với tải trọng tối đa bằng hoặc lớn hơn 1,5Rc,u, còn độ lún
cọc thấp hơn trị số xác định theo công thức S thì trị riêng sức chịu tải của cọc
Rc,u được lấy bằng giá trị tải trọng tối đa khi thử.

Hình 1.6. Thí nghiệm nén tĩnh cọc
Thiết bị thí nghiệm nén tĩnh cọc:
- Đối trọng: Sử dụng trong công tác thí nghiệm nén tĩnh cọc tại công
trình là những đối trọng bê tông đúc sẵn được xếp thành khối trên một
hệ dầm đỡ bằng thép;
- Tổng tải trọng lớn nhất : ≥ 120% tải trọng thí nghiệm lớn nhất;
- Hệ dầm đỡ: Là một hệ thống khung thép hình đã được gia cường, tính

toán và chế tạo đủ chịu tải lớn nhất thí nghiệm Pmax = 300 tấn. Dầm