Các dạng tính toán móng cọc

ch-ơng V
móng cọc
$1.Khái niệm chung:
Móng cọc đ-ợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng:
Khi tải trọng công trình t-ơng đối lớn,
Khi lớp đất tốt xuất hiện t-ơng đối sâu,
Khi có yêu cầu cao về hạn chế biến dạng công trình.
Móng cọc gồm 2 phần:
Cọc: là bộ phận chính nhiệm vụ truyền tải trọng CT vào đất thông qua ma
sát bên thành cọc và phản lực đầu mũi cọc.
Đài cọc: là cấu kiện dạng bản có nhiệm vụ:
Nhận tải trọng từ CT và
Phân phối lên các cọc.
Từ mặt đất đến đáy đài gọi là chiều
sâu chôn đài hđ
Nếu hđ đủ sâu để cho đất từ đáy
đài trở lên tiếp nhận đ-ợc tải trọng
ngang thì:
móng cọc gọi là MC đài thấp,
ng-ợc lại gọi là MC đài cao.

Cọc trong MC đài thấp chịu tải trọng
ngang không đáng kể mà chủ yếu chịu
tải đứng.
Cọc trong MC đài cao chịu tải trọng ngang của CT khá lớn nên đòi hỏi phải có độ cứng
chống uốn lớn.
Các công trình giao thông th-ờng áp dụng
loại móng này để giảm bớt khó khăn cho thi
công.
Cọc làm việc chia thành 2 loại:
Cọc chống: Nếu mũi cọc nằm trong lớp

đất có tính biến dạng lún rất thấp hoặc thực tế
coi là không biến dạng. Toàn bộ tải trọng
truyền xuống mũi cọc; ma sát xung quanh thân
cọc không đáng kể th-ờng là nền đá.
Tính toán cọc chống chủ yếu dựa vào khả
năng làm việc VL
81


Cọc treo ( cọc ma sát):
Tải trọng truyền xuống một phần ở mũi cọc, một phần ở xung quanh thân cọc.
Tính toán cọc treo chủ yếu dựa vào khả năng làm việc đất nền.
(Phần lớn các công trình của ta sử dụng cọc ma sát)
$2 Cấu tạo cọc:
Phân loại cọc:
Theo vật liệu: Gỗ, BTCT, thép
Theo công nghệ thi công cọc:
Cọc đúc sẵn:
đóng; ép; rung, xoắn..
Cọc đổ tại chỗ:
khoan nhồi, Ba rét
Phân loại theo mức độ thay thế đất:
Không thay thế: cọc đặc hoặc rỗng có bịt đầu đóng.
Thay cả: khoan nhồi
Thay một phần: khoan mồi + đóng hoặc ép
I.Loại cọc đúc sẵn hạ bằng búa th-ờng (cọc đóng)
1, Cọc gỗ: Dùng trong CT nhỏ hoặc tạm thời.
-u điểm: cọc gỗ nhẹ vận chuyển dễ dàng, chế tạo đơn giản, không cần thiết bị
đóng lớn, nếu cọc gỗ luôn nằm d-ới mực n-ớc ngầm thì thời gian sử dụng rất lâu
Nh-ợc:

Sức chịu tải nhỏ, hạn chế về chiều dài
Dễ bị xâm thực & dễ bị phá hoại khi đóng - cần ngâm tẩm
Creozot ở áp lực cao)
Khi dùng cọc gỗ y/c chú ý những điểm sau:
- Đ/k th-ờng chọn 20 ữ 30 cm, L= 5 ữ 8m, gỗ dùng cọc nên chọn loại gỗ cứng thẳng,
độ cong không nên quá 1/100 so với chiều dài.
- Đỉnh cọc đ-ợc bảo vệ bằng đai thép dày 8mm rộng 7ữ10cm, mũi vát nhọn, bịt thép để
dễ đóng, không bị dập nát.
- Do gỗ hiếm nên hiện nay ít dùng.
2.Cọc BTCT: Dùng phổ biến
-u điểm: - Điều kiện áp dụng rộng rãi hơn ( l-u ý ở n-ớc mặn) tiết diện, chiều
dài có thể theo ý muốn, c-ờng độ vật liệu cọc t-ơng đối lớn.
Nh-ợc điểm: - Trọng l-ợng quá lớn, gây khó khăn cho vận chuyển và hạ cọc.
Cần khối l-ợng thép lớn cho vận chuyển, cẩu lắp.
Thi công cọc hay bị nứt ( khắc phục bằng cách dùng BTCT ứng suất tr-ớc)
Tiết diện: tròn, tam giác, I, T, rỗng..
Với cọc BTCT thông th-ờng có cấu tạo nh- sau:
L = 4ữ25m có khi tới 100m. Các đoạn th-ờng 6ữ8 m nối lại với nhau trong khi hạ.
Đỉnh cọc tăng c-ờng l-ới thép a = 50mm
82


Mũi tăng c-ờng thêm thép dọc và đai thép đai ở hai đầu dày hơn a= 5ữ10cm thép
6ữ8mm
Thép dọc 4-8 thanh CT5; thép đai CT3, có thể dùng đai xoắn.
Thông th-ờng ng-ời ta bố trí cốt thép nh- sau: Cọc 20 20 dùng 414 ; Cọc 25 25 dùng
416 ; Cọc 30 30 dùng 418 ;
Mối nối cần đạt đ-ợc khả năng chịu tải ít nhất là t-ơng tự nh- các tiết diện khác của
cọc, tốt nhất là dùng liên kết bu lông chịu tốt tải trọng động khi thi công.
Bê tông cọc M 250 ( th-ờng dùng 300); Bê tông cho cọc khoan nhồi ngoài đ/k về

c-ờng độ bê ông phải có độ sụt lớn để đảm bảo tính liên tục của cọc (độ sụt khoảng
7,5cm đến >15 cm - phụ thộc đ/kiện sử dụng; tham khảo TCXD)
Thông th-ờng BTcọc khoan nhồi có hàm l-ợng xi măng không < 350kg/m3
Có móc để treo cọc và vận chuyển.
Lớp bê tông bảo vệ: a 3cm.
Tỷ lệ

A
1,2 1,3 Ví dụ cọc:
D

tiết diện 20 20 cm ( A=25cm)
tiết diện 25 25cm ( A=32cm)
tiết diện 30 30cm ( A=34cm)
tiết diện 35 35cm ( A=40cm)...
L-u ý: Với cọc có yêu cầu kỹ thuật cao( địa chất phức tạp, tải lớn, điều kiện thi công khó
khăn...) cần chế tạo cọc có lỗ rỗng với đ/kính không < 30mm để kiểm tra độ thẳng đứng
của cọc sau khi thi công.

Đóng cọc

Cọc tiết diện nhỏ

83


Mèi nèi cäc

§o¹n nèi

§o¹n nèi

L ®1

§o¹n mòi cäc

L ®2

L ®3

Lc

b

Mãc cÈu

a

(thÐp AI)

ThÐp däc

a

L®
Mòi cäc

§Çu cäc

b

b

31
40

a

7

a

2

290
20
8

30
70
86

350

30

D

30

100 100 100
A

D

50 50 50 50 50

=D

350

20
8

30

290

30

350

1

A-a

1

B-B

84


3, Cọc thép: Th-ờng dùng ở những CT vĩnh cửu hoặc những CT chịu tải trọng ngang lớn
cũng có tr-ờng hợp dùng làm CT tạm thời nh- các vòng vây để thi công móng. Trong
tr-ờng hợp đặc biệt mới dùng cọc thép.
*Tóm lại: Loại cọc chế tạo tr-ớc đ-a đến vị trí rồi hạ cọc bằng ph-ơng pháp đóng
-u điểm: Chất l-ợng bản thân cọc có thể kiểm soát đ-ợc và đễ dàng loại bỏ khi phát
hiện thấy không đảm bảo, tốc độ thi công nhanh và thuận lợi.
Nh-ợc điểm: Với cọc đóng là tiếng ồn và rung động.
II.Loại cọc hạ bằng ph-ơng pháp xoắn ( cọc xoắn)
Phạm vi: công trình:
Cầu, cảng, thuỷ lợi, cột điện cao thế, cọc neo khi thí nghiệm nén tĩnh.
Cấu tao:
Thân: BTCT, Thép
Đế: có dạng mũi khoan; thép, gang, hoặc trong BT ngoài
bọc thép.
Cách hạ: nhờ thiết bị tạo mô men xoắn.
-u điểm: hạ cọc êm thuận.
phù hợp xây chen
Chịu nhổ tốt
do mũi mở rộng
III.Loại cọc hạ bằng ph-ơng pháp xói n-ớc.
Cấu tạo: t-ơng tự nh- cọc đóng
Khác: ở giữa hoặc xung quanh có gắn thêm các ống để dẫn n-ớc.
Cách hạ: chỉ xói n-ớc để trọng l-ợng bản thân cọc làm cho nó hạ gần đến chiều sâu
thiết kế khi còn cách độ sâu thiết kế 1 1,5m dùng búa đóng
Vừa xói n-ớc, vừa dùng búa đóng.
IV.Loại cọc hạ bằng ph-ơng pháp rung ( móng cọc ống)
Cấu tạo:

Cọc ống là kết cấu vỏ mỏng bằng thép hoặc BTCT có dạng hình ống.
Cách hạ: Do tác dụng rung của máy chấn động.
-u điểm: Có thể công nghiệp hoá, dùng hiệu quả trong loại đất
không dính hoặc đất dạng hạt
Tốn ít vật liệu
Tận dụng cao khả năng làm việc của vật liệu móng
Có thể đ-a móng xuống sâu mà không cần đến móng giếng chìm (là loại
móng có hại cho sức khoẻ)
Có thể thi công quanh năm và toàn bộ công tác trên mặt n-ớc
85


cải thiện đ/kiện lao động
Việt nam: cọc cầu Hàm rồng đ/k = 1,55m
N-ớc ngoài: đ/k đến 6m.
V.Loại cọc đổ tại chỗ ( Cọc nhồi)
Cọc sẽ đ-ợc chế tạo ngay tại chỗ mà cọc sẽ làm việc sau khi xây dựng CT
Nguyên tắc: Khoan tạo lỗ, có ống vách hoặc không ống vách, hình dạng có thể tròn
hoặc chữ nhật (Cọc Baret)
Đổ BT; BT có độ sụt cao, đổ qua ống dẫn.
Cầu Mỹ thuận:
cọc đ/k = 2,5m; L 100m
C/trình 27 Láng hạ: cọc Barét = 1m 2,8m đến 1,5m 2,8m.
-u điểm: Sức chịu tải lớn
Không phải vận chuyển nên l-ợng cốt thép trong cọc ít hơn so với cọc đóng,
Thi công êm thuận nên ít gây chấn động cho CT lân cận nh- ph-ơng pháp đóng
Nh-ợc điểm:
Việc kiểm tra hình dáng cũng nh- chất l-ợng cọc rất bị hạn chế, đặc biệt là khi thi công
không có ống vách.

Chiều dài toàn cọc

2000 - 3000

Thiết bị thi công
cồng kềnh.
Nếu cọc bị hỏng
khó thay thế.

1

1
D

1-1
1

2000 - 3000

1

D

2-2

D

86

VI.Loại cọc hạ bằng ph-ơng pháp ép tĩnh:
Có tên cọc Mêga thời kỳ đầu dùng sửa chữa CT nghiêng lún là chính

Nguyên lý:
Cọc chế tạo thành đoạn ngắn.
Dùng kích thuỷ lực ép từng đoạn xuống đất.
Dùng ngay trọng l-ợng bản thân CT làm đối trọng
ép xong đoạn này đặt đoạn khác lên
Liên kết: bằng hàn hoặc chốt
Sau khi ép xuống độ sâu th/kế liên kết cọc với móng cũ.
Hiện nay công nghệ này rất phát triển ở Việt nam, dùng trong cả sửa chữa và xây mới.
Thiết bị ép lên đến trên 300 tấn
Tải trọng làm việc của cọc trên 100 tấn
Chia thành 2 loại:
Ph-ơng pháp ép tr-ớc: cọc đ-ợc ép tr-ớc khi xây dựng CT lúc đó đối trọng để neo
kích là đối trọng hoặc cọc neo
Ph-ơng pháp ép sau: lỗ hạ cọc đ-ợc chừa sẵn ở đài
Khi xây xong 1 phần CT thì ép cọc
Sau đó liên kết cọc với đài.

87


ép "tr-ớ
c"
tr-ớc

ép "sau"
sau"

$3. Cấu tạo đài cọc:
Vật liệu:
BT; BTCT
Đài có thể:
toàn khối hay lắp ghép.
Dạng: đỉnh đài phụ thuộc đáy CT
đáy đài phụ thuộc bố trí cọc Có thể: Đơn, Băng , Bè
Chiều dày đài tính toán.
Đài có thể: liên tục hoặc thành bậc

ho

hđ

Cấu tạo chung đài cọc nh- sau:

>2D và >1,2 m

>=100

Thép tăng cừơng

>=100
>=

+ Với cọc đóng hoặc ép: để có thể đ-a cọc đến độ sâu thiết kế khoảng cách các cọc là
3Dc khi khoảng cách cọc 6Dc thì sự làm việc của cọc đơn và của 1 cọc trong nhóm là
nh- nhau.
88

+ Với cọc khoan nhồi khoảng cách cọc có thể 2,5D c
Liên kết cọc với đài phổ biến hơn cả là liên kết ngàm.
Nếu đầu cọc không thể đập để lấy thép chủ liên kết vào đài (tr-ờng hợp thi công
d-ới n-ớc nh- trụ cầu chẳng hạn) chiều dài cọc trong đài phải không ít hơn 2D c hoặc
1,2m nếu Dc > 600
Tr-ờng hợp đập đầu cọc neo thép vào đài:

20 đối với thép gai.

40 đối với thép trơn.
đoạn cọc trong đài chỉ yêu cầu đến 100 là đủ.
Tr-ờng hợp đặc biệt cọc có thể không liên kết trực tiếp với đài mà thông qua
tầng giảm chấn đ-ợc áp dụng trong các vùng có động đất, lớp đệm trung gian bằng
vật liệu rời ( đá dăm, sỏi, cát thô và cát trung)
Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép đài phụ thuộc vào sai số cho phép
khi đóng cọc, tức là phụ thuộc vào đ-ờng kính cọc, đồng thời không < 100mm
Với MC đài cao: Nên tăng c-ờng cốt thép cho đài bằng các l-ới 20 ữ 25 đặt cách nhau
10 ữ 20 cm Đỉnh cọc nên đặt các l-ới cốt thép 12 cách nhau 10 ữ 20cm
Cọc ở mép phải đ-ợc tăng c-ờng bằng các thanh cốt thép uốn móc câu.
BT yêu cầu M 200
$4.Sự làm việc giữa cọc đơn và nhóm cọc:
Sự làm việc của 1 cọc đơn và của 1 cọc trong móng cọc khác nhau rất nhiều:
+ Các cọc đ-ợc đóng thành nhóm với khoảng cách giữa các cọc từ 3 đến 4 lần đ-ờng
kính hoặc cạnh của cọc. Nếu các cọc là cọc ma sát thì ứng xử của các cọc trong nhóm
hoàn toàn khác với ứng xử của các cọc đơn. Với cọc chống thì có thể không thấy có dấu
hiệu khác biệt nhau nh- thế.
+ Tuy rằng trong các ph-ơng pháp tính hiện nay đều coi Sức chịu tải (SCT) trong 2
tr-ờng hợp đó là nh- nhau cần phải nghiên cứu thêm để hoàn chỉnh nhất là với
cọc ma sát.

+ Khi cùng trị số tải trọng lên cọc đơn và lên mỗi cọc trong nhóm. áp dụng lời giải
của Mindlin ta thấy ứng suất z tại điểm trên trục cọc do cả nhóm gây ra lớn gấp vài lần
so với ứng suất d-ới cọc đơn, chiều rộng hiệu quả của nhóm cũng gấp một số lần so với
cọc đơn. do đó độ lún của nhóm sẽ lớn hơn cọc đơn.
Ng-ời ta gọi đó là hiệu ứng nhóm:
có thể viết: P u nhóm = n P u đơn
Trong đó: = hệ số nhóm.
n = số l-ợng cọc trong nhóm.
P u đơn = sức chịu tải của một cọc đơn.
(cần nghiên cứu cách thi công và các loại đất khác nhau để rút ra trị số )
Khi khoảng cách 6d ( d = đ/kính cọc thì không có ảnh h-ởng này)
89


SCT của cọc gồm hai thành phần:
Lực kháng bên quanh cọc tạo nên bởi ma sát và lực dính của đất
và các mặt bên cọc.
Lực chống mũi cọc.
T-ơng quan hai thành phần này phụ thuộc vào chuyển vị của cọc, loại cọc và nền đất:
Khi chuyển vị của cọc còn nhỏ thì thành phần kháng bên là chủ yếu.
Khi tải lớn, chuyển vị cọc phát triển thì kháng bên giảm và lực chống mũi t-ơng
ứng tăng lên.
Để huy động hết có kết luận: Giá trị lún cực hạn này với đất sét nói chung khoảng 0,25
D, đất sét cứng khoảng 0,1 D, đất cát khoảng (0,08 ữ 0,1)D, D là đ-ờng kính cọc. Thí
nghiệm cọc - TQ

$5. Xác định sức chịu tải của cọc:
Cọc trong móng có thể bị phá hoại do 1 trong 2 nguyên nhân sau:
Vật liệu cọc bị phá hoại Pvl
Pmin (Pvl; Pđn) [P] thiết kế

Do đất nền bị phá hoại Pđn

Một số định nghĩa:
90


Sức chịu tải cực hạn (Pu): là tải trọng mà tại đó vật liệu hoặc đất nền bị phá hoại.
Sức chịu tải cho phép P : là tải trọng mà tại đó cọc làm việc an toàn (với một hệ số an
toàn Fs th-ờng lớn hơn 2)
Xác định SCT theo ph-ơng dọc trục:
I.Theo Vật liệu:
1. Cọc gỗ:
P = k.m.F.Rg
P = sức chịu tải tính toán của cọc:
k = hệ số đồng nhất vật liệu k = 0,6
m = hệ số đ/kiện l/việc theo bảng.
F = diện tích tiết diện cọc.
Rg = c-ờng độ chịu nén giới hạn khi nén dọc thớ gỗ.

2 Cọc BTCT:
P = m.( RbtFbt + Rct Fct)
Rbt = c-ờng độ chịu nén giới hạn của BT.
Rct = c-ờng độ chịu kéo giới hạn của cốt thép.
Fbt = diện tích tiết diện phần BT.
Fct = diện tích tiết diện phần cốt thép.
II. Theo đất nền:
1. Ph-ơng pháp thí nghiệm nén tĩnh:

91

Việt nam Ta đã có các quy phạm nh- sau: 88-82; 189-190; 269:2002
TCVN: 269: 2002 Cọc Ph-ơng pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục:
Thời gian nghỉ của cọc: Thời gian tối thiểu: 21 ngày cọc khoan nhồi
7 ngày với cọc khác
Quy trình gia tải tiêu chuẩn: (Có thể gia tải theo chu kỳ)
Gia tải từng cấp đến tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến. Mỗi cấp 25% tải thiết kế.
Cấp mới chỉ đ-ợc tăng khi tốc độ lún đầu cọc đạt ổn định quy -ớc nh-ng không quá 2h.
Giữ cấp tải lớn nhất cho đến khi độ lún đầu cọc đạt ổn định quy -ớc hoặc 24 giờ, lấy thời
gian nào lớn hơn.
Sau khi kết thúc gia tải, nếu cọc không bị phá hoại thì giảm tải về 0, mỗi cấp giảm tải
bằng 2 lần cấp gia tải, thời gian mỗi cấp 30 phút, riêng cấp 0 có thể lâu hơn nh-ng không
quá 6 giờ.
ổn định lún quy -ớc:
92


Không quá 0,25mm/h đối với cọc chống vào lớp đất hòn lớn,
đất cát, đất sét từ dẻo cứng đến cứng
Không quá 0,1mm/h đối với cọc ma sát trong đất sét dẻo mềm đến dẻo chảy.
Đối với cọc thăm dò: thí nghiệm đến 250% ữ300% tải thiết kế
Đối với cọc kiểm tra: thí nghiệm đến 150% đến 200% tải thiết kế.
Trình bày kết quả:
Vẽ Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị( P-S)
Vẽ Biểu đồ quan hệ chuyển vị thời gian( S t)
Dựa vào đó xác định Sức chịu tải giới hạn Dựa vào đồ thị P S
Tr-ờng hợp đ-ờng cong biến đổi nhanh, thể hiện rõ điểm có độ dốc thay đổi đột
ngột ( điểm uốn), sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng t-ơng ứng với điểm đ-ờng cong bắt
đầu thay đổi độ dốc.
Nếu đ-ờng cong biến đổi chậm, khó hoặc không thể xác định chính xác điểm uốn

thì căn cứ vào cách gia tải và quy trình thí nghiệm để chọn ph-ơng pháp xác định sức
chịu tải giới hạn ( xem phụ lục sau)
Với quy trình 88-82: Sức chịu tải của cọc đ-ợc lấy nh- sau:
Pgh đ-ợc xác định dựa trên trên biểu đồ tải trọng - độ lún ứng với trị số độ lún
bằng:
S* = .Sgh
Trong đó: Sgh = độ lún giới hạn cho phép của công trình
= hệ số chuyển đổi kể đến sự khác nhau giữa thời gian tác dụng của tải trọng khi
thí nghiệm và của tải trọng thực tế. Quy phạm Việt nam cho phép lấy = 0,2
Pgh
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

P(t)
5
10
S*
15
20
25
30
35
40
45

S(mm)

Tải trọng cho phép đ-ợc lấy:

P

Pgh
Fs

;

(Fs = 1,25)

Ghi chú: Giá trị sức chịu tải giới hạn xác định theo ph-ơng pháp khác nhau có thể khác
nhau
93

* Sức chịu tải cho phép:

P

Pgh
Fs

; Fs thông th-ờng lấy = 2. Tuy nhiên hệ số an toàn có thể cao hơn hoặc thấp

hơn tuỳ thuộc mức độ quan trọng của CT, điều kiện đất nền, đặc điểm cọc và ph-ơng
pháp thí nghiệm. (Tham khảo Phụ lục E TCXDVN 269: 2002)
Theo quy phạm ASTM D-1443 thì có 7 cách gia tải khác nhau. Tuy nhiên quy trình
gia tải nhanh ( QL Quick Load) th-ờng đ-ợc sử dụng nhất. Quy trình này nh- sau:
Dự tính tải nén tối đa Pmax. Thông th-ờng Pmax= 2 ữ3 [P]; [P] là sức chịu tải thiết kế.
Mỗi cấp sẽ là 1/20 Pmax ( nh- vậy sẽ có 20 cấp tải)
Mỗi cấp chỉ giữ 2,5 đến 5 phút.
Sau đó giảm tải.
Nhận xét:
- đ-ợc coi là ph-ơng pháp tin cậy nhất.
- lâu, cồng kềnh, tốn kém.
Bài 1
Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc BTCT tiết diện (30 30) cm2 cho trong bảng sau. Hãy
xác định tải trọng giới hạn lên cọc và tải trọng cho phép của cọc theo TCVN. Biết rằng
độ lún cho phép của công trình [ S] = 6cm
P(tấn)
S(mm)

5
2

10
3,5

15
5,1

20
6,9

25
8,8

30
12,6

35
17,2

40
24,3

42
30,4

44
35,2

Bài làm:

94

28T
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

P(t)
5
12mm

10
15
20

25
30
35
40
45

S(mm)

Tr-ớc hết dựa vào kết quả thí nghiệm ta xây dựng đồ thị quan hệ S=f(P) nh- hình trên,
ứng với độ lún quy -ớc S* = 0,2[S] = 12mm ta xác định tải trọng t-ơng ứng.
Từ đồ thị ta có:

Pgh = 28T
và P

Pgh
Fs



28
22,4T
1,25

chọn [P] = 22 T

L

* Nguyên lý:
Sau khi hạ cọc đến độ sâu thiết kế, để cọc nghỉ, tiến hành đóng thử với

búa trọng l-ợng Q, độ cao rơi búa H, đo độ lún 1 nhát búa gây ra là
e - độ chối của cọc - độ xuyên sâu bình quân của cọc do 1 nhát búa.
(Đóng cọc thử phải tiến hành từ 3 đến 5 nhát búa. Độ cao rơi búa phải
đồng đều cho tất cả các nhát, và lấy giá trị trung bình.)

H

2.Ph-ơng pháp động:

Pgh 1/e
Thiết bị:

Búa đóng cọc: Q; H
Dụng cụ đo lún.

Diễn dịch kết quả:
Theo Gerxêvanov:
2

2
nF
nF Q k1 q nF
Pgh

QH

2
Q Q eTN
2

F = diện tích tiết diện ngang của cọc.
Q = trọng l-ợng phần búa rơi
q = trọng l-ợng cọc bao gồm cả mũ cọc, đệm cọc và cọc dẫn nếu có.
95


H= chiều cao rơi búa tính toán.
k1= hệ số phục hồi khi va chạm; khi thép với gang va chạm với gỗ thì lấy k 1 = 0,2
n = hệ số kinh nghiệm, phụ thuộc vật liệu làm cọc và cách đóng cọc.
theo bảng.
Hệ số n
Loại cọc và đệm cọc
Cọc gỗ: - có đệm
- không đệm
Cọc bê tông cốt thép có cọc dẫn
Cọc thép: - có đệm gỗ
- có đệm thép và cọc dẫn
- có cọc dẫn, không đệm

n(kG/cm2)
8
10
15
20
30
50

Tải trọng tính toán đ-ợc xác định nh- sau:
P

Pgh
ktc

ktc = lấy theo phụ lục A TCXD 205 ( =1,25 hoặc 1,4)

TCXD 205: 1998 ( Quy phạm mới của VN) có kiến nghị 2 công thức tính P gh ứng với
tr-ờng hợp e 0,002m và e< 0,002m.
Khi độ chối đo đ-ợc eTN 0,002 m
Pgh

nFM
2


4 E wn 2 wc w1
1
1
nFeè wn wc w1



Trong đó:
n = hệ số lấy bằng 150t/m2 đối với cọc BTCT có mũ cọc.
F= diện tích cọc.
M = hệ số kiểu búa, lấy bằng 1 khi đóng cọc bằng búa tác dụng va đập còn khi hạ
cọc bằng búa rung thì lấy theo bảng.
E = năng l-ợng tính toán của 1 va đập búa theo bảng.
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.
e = độ chối đàn hồi của cọc xác định bằng máy đo độ chối.

w = trọng l-ợng của phần va đập của búa, T.
wc = trọng l-ợng của cọc và mũ cọc, T.
w1 = trọng l-ợng của cọc dẫn ( khi hạ cọc bằng rung w1=0),T.
wn = trọng l-ợng của búa hoặc của máy rung,T.
= hệ số phục hồi va đập, khi đóng cọc ống bê tông cốt thép bằng búa tác động va
đập có dùng mũ đệm gỗ lấy 2 = 0,2 hạ bằng rung lấy 2 =0
Khi độ chối đo đ-ợc eTN 0,002 m nên chọn búa sao cho thoả mãn đ/kiện trên nếu không
có thể đổi đ-ợc thiết bị đóng thì tham khảo công thức trong TCXD 205.
96


Hiện t-ợng chối giả khi đóng cọc:
Độ chối đo đ-ợc ngay sau khi vừa đóng cọc xong khác với độ chối thực.
Với đất cát độ chối đo đ-ợc ngay sau khi đóng cọc < độ chối thực.
Với đất sét thì ng-ợc lại.
Lí do:
Khi đóng cọc do rung đất dồn chặt lại làm ma sát tăng lên độ chối nhỏ đi. Sau
một thời gian các tính chất của đất đ-ợc phục hồi độ chối đo đ-ợc lớn hơn.
Với đất sét khi đóng đất bị ép chặt nên n-ớc bị thoát ra, nh-ng mới chỉ thoát nhiều
ra phía xung quanh cọc làm ma sát giảm đi nên độ chối tăng lên, để một thời gian đất
hồi phụcđộ chối giảm đi.
Với:
đất cát sau: 2ữ3 ngày thí nghiệm
đất sét 15ữ30 ngày hoặc lâu hơn.
Theo tiêu chuẩn của Hà lan:
Pgh

Q2 H
Q q e

P

Pgh
57

; Hệ số an toàn th-ờng lấy bằng = 6 ( Bổ túc kỹ s-)

Bài 2:
Kết quả đóng thử cọc bằng búa diêzen kiểu ống có:
Trọng l-ợng quả búa:
Q= 12,5kN.
Trọng l-ợng toàn phần của búa:
Qn = 26kN
Chiều cao rơi tối đa của quả búa:
H= 3m
Cọc bê tông cốt thép có tiết diện (3030) cm2, trọng l-ợng cọc: q= 20,5kN
Cọc có đệm lót bằng gỗ.
Trọng l-ợng đệm gỗ và thớt thép của máy trên đầu cọc: q1= 2KN
Kết quả thử cho độ chối của cọc là:
e = 0,008m
Hãy xác định sức chịu tải của cọc.
Bài làm:
Khi thử động cọc đóng, nếu độ chối thực tế đo đ-ợc ef 0,002m; Qu xác định theo công
thức:
Qu

4 p Wn 2 (Wc W1 )
nFM
[ 1
.

1]
2
nFe f
Wn Wc W1

Nếu độ chối đo đ-ợc < 0,002m thì nên đổi thiết bị có năng l-ợng lớn hơn hạ cọc. Nếu
không đổi đ-ợc thì dùng công thức trong 205: 1998
n = hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vật liệu làm cọc và cách đóng cọc tra bảng:
Cọc BTCT có đệm lót bằng gỗ:
n =1500kpa
97


F = diện tích cọc
M = hệ số lấy bằng 1 khi đóng, còn khi rung tra bảng loại đất d-ới mũi cọc.
p = năng l-ợng tính toán của một va đập của búa tra bảng loại búa.
ef = độ chối thực tế bằng độ lún của cọc do một va đập của búa.
W = trọng l-ợng phần va đập của búa.
Wc = trọng l-ợng của cọc và mũ cọc.
W1 = trọng l-ợng của cọc dẫn.
Wn = trọng l-ợng của búa.
= hệ số phục hồi va đập khi đóng cọc và cọc ống BTCT bằng búa có dùng mũ đệm gỗ
lấy 2 = 0,2
Thay số:
Qu

1500.0,09.1
4.0,9.12,5.3 26 0,2.(20,5 2)
[ 1
.

1]
2
1500.0,09.0.008
26 20,5 2

Qu 67,5.[ 1

135 30,5
.
1] 67,5.[ 1 125.0,6289 1] 67,5.(8,9226 1) 534,7744KN
1,08 48,5

Sức chịu tải cho phép của cọc:
Qa

Qtc
Q
; ktc = 1,4 hệ số an toàn; Qtc u ; kđ = 1 hệ số an toàn theo đất
ktc
kd
534,7744KN
Vậy Qa
382KN 38T
1,4

3. Ph-ơng pháp thử động biến dạng lớn: ( PDA- Pile Driving Analyzer)
Là ph-ơng pháp của giáo s- G.C. Goble, Học viện công trình Case của Mỹ đo động
xác định gần đúng sức chịu tải của cọc đơn và phán đoán chất l-ợng thân cọc, gọi là
ph-ơng pháp Case.
Ph-ơng pháp Case là ph-ơng pháp đo động và phân tích dùng lý thuyết truyền sóng

làm cơ sở. Đồng thời nghiên cứu chế tạo thiết bị phân tích đóng cọc PDA có thể ở
ngay hiện tr-ờng thu đ-ợc các tham số nh- sức chịu tải của cọc, chất l-ợng thân cọc,
ứng suất đóng cọc, năng l-ợng đóng búa và tính năng lớp đệm.
Thiết bị thí nghiệm gồm 2 bộ phận:
+ Thiết bị đóng: Phải làm cho giữa cọc và đất có chuyển vị t-ơng đối, năng l-ợng tác
động lên đầu cọc phải t-ơng đối lớn, vì vậy phải dùng búa nặng đóng lên đầu cọc. Trọng
l-ợng búa th-ờng lấy bằng 1% sức chịu tải của cọc.
+ Máy đo: Có nhiều: Mỹ, Hà lan, Thuỵ Điển, Trung quốc.
Hiện nay có phần mềm CAPWAP vẫn sử dụng kết quả đo đ-ợc trong thí nghiệm PDA
quá trình phân tích của CAPWAP chặt chẽ hơn, chính xác hơn và đ-a lại nhiều kết quả
hơn so với ph-ơng pháp Case ở trên.
98


Hình 2. Bố trí thí nghiệm PDA

Hình 3. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm PDA

4.Xác định SCT theo ph-ơng pháp thống kê:
Dựa vào k/quả chỉnh lý nhiều số liệu thực tế về thí nghiệm thử tĩnh cọc hạ trong các loại
đất khác nhau tìm t-ơng quan giữa ma sát và phản lực đất ở mũi cọc với một số chỉ
tiêu cơ lý.
Với cọc chịu nén: P

n


m 1u i li 2 FRi
tt

ktc
i 1



1

99


Với cọc chịu kéo: P

n
1
m

u
ili

1
ktctt
i 1

li/2

li

li/2

hi

P = sức chịu tải tính toán.
m = hệ số đ/k làm việc theo bảng.
1 = hệ số kể đến ảnh h-ởng của ph-ơng pháp hạ cọc đến ma
sát giữa đất và cọc theo bảng.
2 = hệ số kể đến ảnh h-ởng của ph-ơng pháp hạ cọc đến sức
chịu tải của đất d-ới mũi cọc theo bảng
u = chu vi tiết diện.
n = số lớp đất trong phạm vi chiều dài cọc.
i = lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình của mỗi lớp đất, phụ
thuộc loại đất.
tính chất của đất và chiều sâu trung bình của mỗi lớp đất
theo bảng.
l = chiều dày của mỗi lớp đất mà cọc đi qua.
F = diện tích tiết diện cọc.
Ri = c-ờng độ giới hạn đơn vị trung bình của lớp đất ở mũi cọc phụ thuộc loại đất, và
chiều sâu mũi cọc theo bảng
ktc = hệ số an toàn: về nén lấy =1,4;
về kéo lấy = 2,5.
Bảng: Giá trị i (kPa) theo (XNiP 2.02.03-85)
Chiều
sâu
bình
quân
lớp đất
(m)
1
2
3
4

5
6
8
10
15
20
25
30
35

hạt thô

hạt nhỏ

0,2

0,3

35
42
48
53
56
58
62
65
72
79
86
93

100

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

Cát chặt vừa
cát bột
Đất loại sét ứng với chỉ số độ sệt Ilbằng:
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
15
21
25
27
29
31

33
34
38
41
44
47
50

12
17
20
22
24
25
26
27
28
30
32
34
36

8
12
14
16
17
18
19
19

20
20
20
21
22

4
7
8
9
10
10
10
10
11
12
12
12
13

4
5
7
8
8
8
8
8
8
8

8
9
9

0,9

1,0

3
4
6
7
7
7
7
7
7
7
7
8
8

2
4
5
6
6
6
6
6

6
6
6
7
7

TCXD 205: 1998 ma sát bên cả cát chặt nên tăng thêm 30% so với bảng trên.

100


Bảng: C-ờng độ tính toán của đất d-ới mũi cọc, Rn (kPa)
Chiều sâu
Đất loại rời chặt vừa
hạ cọc
sỏi
Cát to
Cát vừa
Cát nhỏ
(m)
Đất sét có chỉ số sệt Il bằng
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
5
8800
7000
4000

3400
2200
6200
2800
2000
7
9700
7300
4300
3700
2400
6900
3300
2200
10
10500
7700
5000
4000
2600
7300
3500
2400
15
11700
8200
5600
4400
2900
7500

4000
20
12600
8500
6200
4800
3200
4500
23
13400
9000
6800
5200
3500
35
15000
10000
8000
6000
4100

Cát bột
0,5
1300

0,6
800

1400

850

1500

900

1650

1000

1800

1100

1950
2250

1200
1400

Số trên cho đất cát, số d-ới cho đất sét.
Bảng: Các hệ số 1 và 2 dùng trong công thức thống kê
Ph-ơng pháp hạ cọc

1.Hạ cọc đặc, cọc rỗng bịt mũi bằng búa
2.Cọc đóng vào lỗ khoan mồi, vào trong đất ch-a
khoan tối thiểu 1m, với đ-ờng kính lỗ khoan
Bằng cạnh cọc vuông
Nhỏ hơn cạnh cọc vuông 5cm
Nhỏ hơn cạnh cọc vuông hoặc đ-ờng kính cọc

tròn 15cm
3.Hạ cọc trong đất cát có xói n-ớc nh-ng đóng
tiếp ở m cuối cùng không xói n-ớc

Hệ số điều kiện làm việc của đất đ-ợc kể
đến một cách độc lập với nhau khi tính
toán sức chịu tải của cọc
D-ới mũi cọc, 2
ở mặt bên cọc, 1
1
1

1
1
1

0,5
0,6
1

1

0,9

Bài 3
Hãy dự báo sức chịu tải của cọc BTCT tiết diện vuông (25 25) cm2, dài 12m đ-ợc đóng
vào nền đất có địa tầng gồm 3 lớp (theo thứ tự trên xuống) nh- sau:
Cát pha dẻo dày 6m có độ sệt Il = 0,6
Cát bột chặt vừa dày 4m
Sét dẻo cứng Il = 0,3

(ch-a khảo sát hết chiều dày trong độ sâu hố khoan 18m)
Biết rằng đỉnh cọc ở cách mặt đất 0,5m; đáy đài cách mặt đất 1,0m
101


Bài làm:
1, Đối với cọc chịu nén:
Chu vi tiết diện cọc
u = 0,25m 4 = 1,0m
Tiết diện ngang cọc
Fc = 0,25 0,25 = 0,0625m2
Chiều dài làm việc của cọc
lc = 11,5m;
Mũi cọc ở độ sâu 12,5m kể từ mặt đất.
Sơ đồ làm việc của cọc nh- trên hình vẽ.
Dựa vào sơ đồ làm việc ta thấy:
Các phân lớp 1;2;3 thuộc lớp đất cát pha dẻo;
Các phân lớp 4;5 thuộc lớp đất cát bột chặt vừa;
Phân lớp 6 thuộc lớp đất sét dẻo cứng.

200

0.000
1000

800

800

500

-1.000

300

Đoạn cọc đập đi neo trong đài
0.000

Cát pha dẻo

-3.000

Cọc tiết diện 25x25mm

6000

-1.500

-5.000

-6.000

Sức chịu tải của cọc
dự báo theo công thức sau:

-7.000

4000

6

Cát bột chặt vừa

i 1

-9.000

-10.000

-11.250

Sét dẻo cứng

-12.500

2500

Pgh u ili Fc R6

-12.500

102


Tra bảng:
Trong đó: li độ sâu trung bình của mỗi lớp đất chia.
Lớp đất

Loại đất

1

Cát pha dẻo
Il=0,6

2

Cát bột chặt vừa

3

Sét dẻo cứng
Il=0,3

hi
(m)
1
2
2
2
2
2,5

li
(m)
1,5
3,0
5,0
7,0
9,0

11,25

i
Kpa
10
14
17
32
33,5
47

R6=f(Il=0,3; L6=12,5m) tra bảng = 375 Kpa
Sức chịu tải giới hạn của cọc:
Pgh 1,0.{[1.10 2.14 2.17 2.32 2.33,5 2,5.47]

0.0625.375} 320,5 23,4 334Kpa 33,4T
P
P gh 33,4 24T ; Đổi đơn vị: 1 kPa = 0,1T/m2
k tc
1,4

2, Đối với cọc chịu kéo:
6

Pgh u i li Gc
i 1

6

u. .l

i

i

1,0.{[1.10 2.14 2.17 2.32 2.33,5 2,5.47] 320,5Kpa 32T

1

32
1,88T 12,8 1,88 14,68 15T
2,5

*.Một số công thức thực nghiệm để xác
định SCT của cọc:
Công thức tính SCT của cọc gồm 2 thành phần
+ Tổng lực kháng bên quanh cọc Qs
+ Lực kháng tại mũi cọc Qc

hd

P

l1

Gc 0,25 .0,25 .12 m.2,5T / m 3 1,88T ;

n

Pgh u li
1

qci

i

Fkc qc

l2

5.Dựa vào kết quả xuyên tĩnh: CPT

qci = sức kháng xuyên của lớp đất thứ i
q c = sức kháng xuyên của đất ở mũi cọc

kc = hệ số tra bảng.
103


Pd

pgh
Fs

theo TCVN 205: Fs = 23

Bảng: Hệ số chuyển đổi ki và i từ kết quả CPT đối với cọc BTCT
Loại đất

qc
(kPa)

Sét mềm
và bùn
Sét cứng
Trung
bình
Sét cứng
và
Rất cứng
Phù sa và
Cát chảy
Cát chặt
trung bình
Cát chặt
và
Rất chặt

0-2000

Hệ số ki
Cọc
Cọc đóng
khoan
0,4
0,5

Hệ số i
Cọc
Cọc đóng
khoan

30
30

Giá trị cực đại của i
Cọc
Cọc đóng
khoan
15
15

20005000

0,35

0,45

40

40

(80)
35

(80)
35

>5000

0,45

0,55

60

60

(80)
35

(80)
35

0-2500

0,4

0,5

35

0,4

0,5

(60)
80
100

35

250010000
>10000

0,3

0,4

960)
120
(100)
180
150

(120)
80
(150)
120

(120)
80
(150)
120

150

Các gía trị trong ngoặc có thể sử dụng khi:
Đối với cọc nhồi, thành hố đ-ợc giữ tốt, khi thi công không gây phá hoại thành hố và
bê tông cọc đạt chất l-ợng cao.
Đối với cọc đóng có tác dụng làm chặt đất khi đóng.
Bài 4:

Hãy dự báo sức chịu tải theo đất nền của cọc BTCT tiết diện (25 25) cm2, dài 15m
đ-ợc thi công theo ph-ơng pháp ép tr-ớc vào nền đất có địa tầng gồm 4 lớp nh- sau (kể
từ mặt đất xuống)
á sét dẻo dày 4m:
sức kháng xuyên qc = 15 kG/cm2
bùn sét dày 7m:
sức kháng xuyên qc = 4 kG/cm2
cát bụi rời dày 3m:
sức kháng xuyên qc = 12 kG/cm2
cát hạt trung chặt vừa: sức kháng xuyên qc = 45 kG/cm2
Biết rằng đỉnh cọc ở cách mặt đất 0,5m; đáy đài cách mặt đất 1,0m
Bài làm
Sơ đồ làm việc của cọc và địa tầng nh- hình vẽ:
104


1000

0.000

5000

-1.000

2500

4000

-6.000

-12.500

Theo kết quả xuyên tĩnh, ta xác định đ-ợc chiều dài cọc qua các lớp đất và các giá trị i
n

và Rn theo các bảng sau: Pgh u li
1

qci

i

FKc qc

; Kc phụ thuộc loại cọc và ph-ơng pháp hạ cọc: tra bảng
l1 = 5m;
1 = 30
l2 = 4m;
2 = 30
l3 = 2,5m; 3 = 100
k3 = 0,5
Sức chịu tải giới hạn của cọc:
Pgh 100.[500.

15
4
45
400. 250.
] 625.0,5.45
30

30
100

32 667,0+14 062,0 = 46729kg = 46,7T

P

p gh
2,5



46,7
18,7T 19T
2,5

6.Dựa vào kết quả xuyên tiêu chuẩn ( SPT)
Theo Mayerhof:
Pgh K1 N tbp F ulK 2 N tbs

N tbp ; N tbs = trị số SPT trung bình trong khoảng 1d d-ới mũi cọc và 4d trên mũi cọc, và của

các lớp đất dọc theo thân cọc.
K1 (kN/m2) = 400 cọc đóng; =120 cọc nhồi
K2(KN/m2) = 2 cọc đóng ; = 1 cọc nhồi

P

Pgh
Fs

Fs 2,5 3

( TCVN 205)
105