Về tính toán dự báo sức chịu tải của cọc

VỀ TÍNH TỐN DỰ BÁO SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
TRẦN THƢƠNG BÌNH*

On the prediction of pile bearing capacity
Abstract: The foundation soil is always characterized by the components,
physical and mechanical properties collectively called the information of
the ground. According to the method of information acquisition, it can be
divided into forms: information from laboratory tests and from field tests.
When using the soil information forms for the load capacity of the pile,
different results usually received. Matter is how to do for the rational
selection of calculated results. Based on calculation examples, the paper
will clarify the factors affecting the differences between the calculated
results. In that, the calculation are performed on Excel to limit errors
calculation of results and at the same time have many results for
comparative analysis. Especially in the article refer to the static
penetration test (CPT) and standard penetration test (SPT).
Key words: pile bearing capacity calculated by CPT and SPT results
1. ĐĂT VẤN ĐỀ*
Sức chịu tải của cọc Pc thường được chọn là
giá trị nhỏ nhất giữa hai giá trị: sức chịu tải theo
đất nền (Pđn) và theo vật liệu (Pvl). Sức chịu tải
của cọc Pđn có thiết diện khơng đổi và đất nền
đồng nhất trong suốt chiêu dài coc được tính
tốn bằng biểu thức:
Pđn= Ap.fm+U.ft.L
(1)
Trong đó Ap: Diện tích mặt cắt ngang
của cọc;
fm: Sức kháng mũi đơn vị của đát dưới
mũi cọc;
U- Chu vi mặt cắt ngang cọc;

L- Chiều dài đoạn cọc nằm trong nền dưới
đài cọc;
ft- Sức kháng thành đơn vị của đất mà cọc
xuyên qua.
Trong bài báo này, đề cập đến trường hợp
sức chịu tải của cọc theo vật liệu lớn hơn theo
đất nền và:
Pc = Pđn = AP.fm + U.ft.L
(2)
*

Đại học Kiến trúc Hà Nội
Km10 Nguyễn Trãi, P. Văn Quán, Hà Đông, Hà Nội
Email:

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020

Trong biểu thức (2), các thông số Ap, U, L là
các giá trị thuộc về kích thước, hình dạng cọc và
các thơng số fm, ft là thuộc về các chỉ tiêu đất
nền. Nếu kích thước và hình dạng cọc có thể
được xác định tuyệt đối thì chỉ tiêu đất nền chỉ
là kết quả của đánh giá tương đối phụ thuộc vào
các phương pháp xác định thơng tin đất nền. Do
đó Pc, phụ thuộc vào sự đánh giá các thông số
fm, ft, theo đó mỗi phương pháp cho những kết
quả khơng giống nhau. Trong khi thiết kế chỉ
chấp nhận kết quả của một phương pháp tính, đã
đặt ra yêu cầu lựa chọn.
2. CƠ SỞ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH

TỐN DỰ BÁO SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
2.1. Khái quát về các phƣơng pháp tính
sức chịu tải của cọc
Cơ sở của việc đánh giá các thông số fm, ft là
bản chất ứng xử của đất nền với tác dụng của
cọc và quy luật phân bố theo không gian và thời
gian các đặc trưng của nền đất như thành phần
cấu trúc và tính chất cơ lý. Có nhiều phương
pháp tính tốn khác nhau phụ thuộc vào các đặc
trưng của đất nền sử dụng trong tính tốn dự
báo và thường cho các kết quả không giống

21


nhau. Có thể liệt kê một vài phương pháp tính
khác nhau như sau:
- Phương pháp tính tốn theo kết quả thí
nghiệm trong phịng;
- Phương pháp tính tốn theo kết quả
của CPT;
- Phương pháp tính tốn theo kết quả
của SPT.
Các phương pháp này cũng được thể hiện
trong các tiêu chuẩn của Việt Nam như TCVN
10304-2014.
Như vậy, một cọc nhất định được thả vào đất
nền bằng một phương pháp, có thể có nhiều kết
quả tính tốn khả năng chịu tải của cọc đó bằng
các phương pháp khác nhau. Sự khác biệt giữa

các phương pháp không chỉ được phân biệt bằng
thử nghiệm trong phịng thí nghiệm và SPT,
CPT mà cịn bởi độ tin cậy của kết quả thông
qua các hệ số của phép tính. Trong bài báo này
chỉ phân tích các vấn đề của tính tốn sức chịu
tải của cọc trong tiêu chuẩn TCVN:10304-2014
làm cơ sở lựa chọn hợp lý kết quả tính cho thiết
kế nền móng.
2.2. Dự báo sức chịu tải của cọc bằng
Excel
a) Phương pháp tính theo kết quả thí nghiệm
trong phòng
Sức chịu tải của cọc Rc,u theo các kết quả thí
nghiệm trong phịng
Rc,u = gc(gcqqbAb + u∑gcf fi li)
(3)
trong đó:
gc là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong
đất, gc =1;
qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi
cọc, lấy theo bảng phụ thuộc vào thành phần hạt
và trạng thái của đất dưới mũi cọc;
fi là cường độ sức kháng trung bình của
lớp đất thứ “i” trên thân cọc, lấy theo bảng
phụ thuộc vào thành phần hạt và trạng thái
của đất;
gcq và gcf tương ứng là các hệ số điều kiện
làm việc của đất dưới mũi và trên thân cọc có
xét đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc lấy
22

theo bảng phụ thuộc vào hinh dạng cọc, phương
pháp thi công và loại đất mà cọc đi qua.
Như vậy, các kết quả thí nghiệm trong
phịng được sử dụng là thành phần hạt và độ
chặt đối với đất rời và chỉ số dẻo, độ sệt dối với
đất dính.
Để có thể tính tốn nhanh chóng và chính
xác, các giá trị bảng của cường độ ma sát bên và
lực cản mũi qp đã được xây dựng thành các hàm
có điều kiện của tên đất và chỉ số dẻo. Dữ liệu
được nhập và kết quả được hiển thị trong bảng
tính excel (bảng 1) Vì vậy, thao tác hồn tồn tự
động bởi các tính năng của Excel.
Bảng 1: Bảng tính excel cho sức chịu tải cực
hạn của cọc ép theo thí nghiệm trong phịng

Trong bảng tính (1), dịng thứ nhất là tên
theo phần hạt cho đất rời, dòng thứ 2 chỉ số dẻo.
Các thao tác tính tốn gồm đắt tên cho các lớp,
nhập số liệu vào các ô tương ứng. Sau khi nhập
xong kết quả sẽ tự động hiện ra và chuyển vào
vị trí yêu cầu.
b) Phương pháp tinh theo kết quả CPT
Sức chịu tải của cọc có thể xác định
cơng thức
Rcu=qbAc+u∑fili
(4)
trong đó: qb là cường độ sức kháng của đất
dưới mũi cọc xác định theo công thức:

qb = kc qc
qc là cường độ sức kháng mũi xuyên trung
bình của đất trong khoảng 3d phía trên và 3d
phía dưới mũi cọc, d là đường kính cọc;
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020


kc là hệ số chuyển đổi sức kháng mũi xuyên
thành sức kháng mũi cọc, xác định theo bảng
phụ thuộc vào thành phần trạng thái của và
phương pháp thi công;
fi là cường độ sức kháng trung bình trên
thân cọc trong lớp đất thứ ”i”, xác định theo
công thức:
qitb
fi 
i
(5)

Trong biểu thức (5) qtbi là cường độ sức
kháng mũi xuyên trung bình trong lớp đất thứ
„‟i”; αi là hệ số chuyển đổi từ sức kháng mũi
xuyên sang sức kháng trên thân cọc, xác định
theo bảng tra phụ thuộc vào loại đất mà cọc
xun qua
Để có thể tính tốn nhanh chóng và chính
xác, mọi phép tính đều tự động thực hiện bằng
cơng cụ bảng tính excel (Bảng 2).

Bảng 2: Bảng tính excel cho sức chịu tải cực hạn của cọc ép bằng CPT

Trong bảng 2, tên của lớp đất được số hóa
như sau; Số 1 là tên của lớp đất rời (đất không
kết dính), số 2 là lớp đất, số 3 là đất nhân tạo.
Việc chuẩn bị bao gồm: tính trung bình của qc
và fs của các lớp đất, đặt tên cho các lớp. Khi
nhập dữ liệu, sẽ nhập các ô trắng, không sửa ô
màu. Sau khi nhập kết quả, kết quả sẽ tự động
xuất hiện và di chuyển đến vị trí yêu cầu
c) Phương pháp tinh theo kết quả SPT
Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản
Rcu = qbAb + u (fc,ilci + fs,i ls,i)
(6)
trong đó: qb là cường độ sức kháng đơn vị
của đất dưới mũi cọc, với đất rời xác định bằng
biểu thức qb = 300 Np cho cọc ép và qb = 150
Np cho cọc đóng .( NP là chỉ số SPT trung bình
trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc), với
mũi cọc nằm trong đất dính q b = 9 cu cho cọc
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020

đóng và qb = 6 cu cho cọc khoan nhồi
fs,i là cường độ sức kháng đơn vị của đất
thành cọc trong đất rời ở lớp thứ i xác định bởi
biểu thức (8)
10 N si
fsi 
3
(8)
fc,i là cường độ sức kháng đơn vị của đất

thành cọc trong đất dính ở lớp thứ i xác
định bởi biểu thức (9)
fc,i = pfLCu,i
(9)
Trong biểu thức (9): fL- hệ số điều chỉnh theo
độ mảnh của cọc (L/D);
Cu,i – lực dính đơn vị của đất ở lớp thứ i, xác
theo nén 1 trục hoăc theo N: Cu= 6.25 kPa
p hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc
vào tỷ lệ giữa sức kháng cắt khơng thốt nước
của đất với trị số trung bình của ứng suất pháp
23


hiệu quả thẳng đứng, xác định theo biểu đồ .
Trong cả ba biểu thức tính tốn sức chịu tải
của cọc:
li - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất
thứ “i”;
Ab- diện tích cọc tựa lên đất, lấy bằng diện
tích tiết diện ngang mũi cọc
U- chu vi tiết diện ngang thân cọc;

Như vậy, nếu tính tốn khả năng chịu lực của
cọc theo kết quả SPT theo hướng dẫn của tiêu
chuẩn số 10302, thì ngồi giá trị SPT, cần có
các tính chất của vật lý cơ học đất, như: khối
lượng thể tích, thành phần hạt…
Để có thể tính tốn nhanh chóng và chính
xác, việc tính tốn được thực hiện bởi cơng cụ

bảng tính excel (Bảng 3).

Bảng 3: Bảng tính excel cho sức chịu tải cực hạn của cọc ép bằng SPT

Trong bảng 3, tên lớp được số hóa như sau;
Số 1 là tên của lớp đất rời (đất khơng kết dính)
Số 2 là đất dính, số 3 là đất nhân tạo. Các hoạt
động chuẩn bị bao gồm: tính giá trị trung bình
của N cho các lớp và đặt tên cho các lớp. Sau
khi nhập các số liệu đầu vào, kết quả sẽ tự động
xuất hiện và di chuyển đến vị trí cần thiết.
3. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TỐN
SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
3.1. Kết quả tính của các ví dụ thực tế
Áp dụng bảng tính excel, tính tốn theo kết
quả theo phịng thí nghiệm, CPT và SPT cho
một số ví dụ thực tế. Trong các ví dụ này, thiết
bị CPT là thiết bị Gouda- Geo của Hà Lan. Ví
dụ là trong số 26 SPT trong 26 lỗ khoan và 26
CPT trên khu vực của một dự án. Trong mỗi ví
dụ, điểm SPT và CPT cách nhau 1m và CPT
tiến hành trước, SPT tiến hành ngay sau khi kết
thúc CPT.
24

Ví dụ 1: Kết quả khảo sát và thí nghiệm SPT
ở HK2 và CPT Khoan khảo sát và SPT và CPT
trên nền 5 lớp, thành phần của lơp, chiều sâu
mặt lớp thể hiện ở bảng 4. Kết quả tính cho cọc
ép BTCT, vng dài 15 m, mũi cọc đặt vào lớp

cát số 5, đỉnh cọc cách mặt đất 1 mét.
Bảng 4. Số liệu thí nghiệm SPT trong HK2
và CPT liền kề với HK2
Chiề
TT Lớp đất

u
dày,
m

1

Đ ất lấp

1,7

2

Sét pha 1,8

Khố i
lƣợn

CPT MPa
SPT
(qc)

fs

18

3,07

0,039

19,5

1,28

0,06

g

(N)

9

nâu
hồ ng

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020


Chiề
TT Lớp đất

u
dày,
m

3

CPT MPa

Khố i
lƣợn
g

SPT
(qc)

fs

TT
1

Đ ất lấp
lẫn

cúng

chất cát

Sét pha 6,7

16,7

0,948

0,033

5.5

cơ

CPT

lƣợ

(qc)

ng

2,3

18

SPT
(N)

fs

0,584 0,006

3,8

19,5 1,365

0,06

9,5

11,1

16,7

0,031

6,6

4,8

20.1 3,066

0,07

19

dẻo
cứng

Cát mịn 2,0
kẹp

Khố i

tạp

2 Sét pha

chảy

5

dày

(N)

dẻo

hữu
4

Lớp đất Chiều

17,9

0,942

0,015

5

3 Sét pha

sét

hữu

cơ

pha

chảy

chảy

4 Cát mịn

Cát mịn 9,5

20,1

5,961 0,0627 19,8

chặt vừa

Sử dụng dữ liệu trong bảng 4 và nhập dữ liệu
vào bảng tính excel thu được kết quả hiển thị
trong bảng 5

chặt vừa

Sử dụng dữ liệu trong bảng 6 và nhập dữ liệu
vào bảng tính excel thu được kết quả hiển thị
trong bảng 7.
Bảng 7: Kết quả tính sức chịu tải cho ví dụ 2

Bảng 5: Kết quả tính sức chịu tải cho ví dụ 1
In laboratory

Ma
Mũi
sát
406
297
689

CPT
Ma
Mũi
sát
343
179
622

SPT
Ma
Mũi
sát
323
366
689

Ví dụ 2: Kết quả khảo sát và thí nghiệm
SPT ở HK26 và CPT. Khoan khảo sát và SPT
và CPT trên nền 4 lớp, thành phần của lơp,
chiều sâu mặt lớp thể hiện ở bảng 6. Kết quả
tính cho cọc ép, vng BTCT, dài 17 m, mũi
cọc đặt vào lớp cát số 5, đỉnh cọc cách mặt đất
1 mét.

Bảng 6. Kết quả khảo sát và thí nghiệm SPT
ở HK26 và CPT

In laboratory
Ma
sát

Mũi

537

218

CPT
Ma
sát
681

1088

SPT

Mũi

Mũi

Ma
sát

356

537

125

721

1250

Ví dụ 3: Kết quả khảo sát và thí nghiệm SPT
ở HK15 và CPT. Khoan khảo sát và SPT và
CPT trên nền 4 lớp, thành phần của lơp, chiều
sâu mặt lớp thể hiện ở bảng 8. Kết quả tính cho
cọc ép, vng BTCT, dài 20 m, mũi cọc đặt vào
lớp cát số 4, đỉnh cọc cách mặt đất 1 mét.
Bảng 8: Kết quả khảo sát và thí nghiệm
SPT ở HK15 và CPT
TT
1

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020

1,32

Lớp đất

Chiều Khố i
dày

Đ ất lấp

0,2

CPT

lƣợng (qc)

SPT
fs

(N)

18
25


lẫn tạp
chất cát
2

Sét

pha

2,2

19,5

3,367 0,021

7

pha 15,4

16,7

3,076 0,041 5,5

20,1

7,937 0,063 20

dẻo cứng
3

Sét
hữu

cơ

chảy
4

Cát

mịn

2,2

chặt vừa

Sử dụng dữ liệu trong bảng 8 và nhập dữ liệu
vào bảng tính excel thu được kết quả hiển thị
trong bảng 9.
Bảng 9: Kết quả tính sức chịu tải cho ví dụ 3
In laboratory

CPT

SPT

Ma
sát

Mũi

Ma
sát

Mũi

Ma
sát

Mũi

228

698

223

672

375

692

926
895
1067
Tổng hợp kết quả tính tốn sức chịu tải của
coc theo ba phương pháp cho 3 trường hợp
nhận thấy sự khác nhau giữa các kết quả tinh.
3.2. Đánh giá về sai số, tin cậy của các kết
quả tính
Để đánh giá sai số của kết quả tính tốn, tốt

nhất là sử dụng kết quả của thử nghiệm nén cọc,
trong đó cọc thử có cấu trúc và kích thước như
trong tính tốn. Trong trường hợp khơng có thử
nghiệm nén, có thể chấp nhận đánh giá sai số
của kết quả tính tốn dựa trên việc xem xét các
giải thích hệ số tính tốn và sai số của thơng tin
đất nền, do quá trình khảo sát địa kỹ thuật gây
ra. Hãy thử phân tích ảnh hưởng của các tham
số thí nghiệm đến kết quả tính tốn sức chịu tải.
-Chỉ số dẻo cũng như thành phần hạt, sai số
của kết quả thử nghiệm phụ thuộc chủ yếu vào
chất lượng của mẫu thử và nếu có, chúng chỉ

ảnh hưởng gián tiếp đến kết quả thông qua phân
loại đất và phân tầng đất.
- Khối lượng thể tích, theo quy trình thí
nghiệm [9] cho thấy sai số thí nghiệm của
khối lượng lớn nhất là 5%, chỉ thay đổi (0,51)% giá trị của kết quả tính toán khả năng
chịu lực của cọc.
- Giá trị SPT và CPT là các giá trị định lượng
được đánh giá khách quan.
Tham số cịn lại trong biểu thức, nhưng ít
quan tâm, là độ dày của các lớp đất.
Do đó, để phân tích các đặc điểm lỗi của kết
quả tính tốn có thể sử dụng dữ liệu trong bảng
10 với 5 kịch bản thay đổi độ dày các lớp đất,
sức kháng mũi (tip resistance) và ma sát bên
(skin friction).

Bảng 10: Các kịch bản thay đổi độ dày và giá trị sức kháng mũi, ma sát bên

26

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020


Từ kết quả thể hiện trên bảng 10 nhận thấy
có một số một số vấn đề sau:
-Trong các kết quả được tính theo ba loại dữ
liệu khác nhau, kết quả được tính bằng dữ liệu
CPT là nhỏ nhất. Vấn đề này tồn tại bởi vì các
hệ số b1 và b2 trong biểu thức được lấy từ bảng
phụ thuộc vào sức kháng mũi qc, theo đó qc

càng lớn thì b1 và b2 càng nhỏ, khi qc> 30 Mpa
b1 = 0,2 và b2 = 0,4. do đó sức cản của mũi và
lực ma sát của cọc bị giảm, trong đó sức cản của
mũi giảm nhiều hơn.
-Khi thay đổi chiều dày lớp đất yếu thì sức
chịu tải của cọc tính theo chỉ tiêu cơ học vât lý
sẽ tăng giảm theo sự tăng giảm của chiều dày,
có thể có một phần biến thiên tuyến tính. Ngược
lại, khi thay đổi chiều dày lớp đất yếu sức kháng
mũi của cọc tính bằng số liệu CPT khơng thay
đổi và tính bằng số liệu SPT thì biến đổi khơng
rõ ràng . Đó là do: đối với kết quả tính bằng chỉ
tiêu cơ lý, ngồi chỉ tiêu phân loại để phân chia
các lớp đất, giá trị duy nhất trong biểu thức
chính là chiều dày nên thay đổi chiều dày lớp
đất yếu cũng là thay đổi giá trị các tham số
trong biểu thức tinh toán. Ngược lại đối với kết
quả tính bằng số liệu SPT và CPT sự thay đổi về
chiều dày hoàn toàn độc lập với các giá trị của
CPT và SPT .Do đó, kết quả tinh sức chịu tải
khơng bị thay đổi. Sự khơng đổi của kêt quả
tính tốn bằng số liệu của CPT và CPT sẽ khơng
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020

nhận ra theo cách tính thơng thường nhưng có
thể thấy rõ trên bảng tính excel. Bởi vì, bảng
tính excel khi xây dựng đã cài đặt hàm tính giá
trị trung bình vào biểu thức tính sức kháng
xuyên mũi và ma sát của CPT theo các lớp.
4. KẾT LUẬN

Trong ba dạng thí nghiệm, mỗi dạng đều có
những ảnh hưởng khác nhau đến kết quả tính
tóan dự báo và khả năng sử dụng. Do đó, việc
lựa chọn sử dụng kết quả tính tốn sức chịu tải
của cọc trong thiết kế cần được xem xét ở nhiều
khía cạnh, trong đó nên xem xét mức độ chính
xác của kết quả tính bằng SPT là cao nhất, bằng
chỉ tiêu cơ lý là thấp nhất;
Trong thiết kế móng cọc, khi xác định sức
chịu tải cho phép của cọc từ sức chịu tải cực hạn
của nó bằng một hệ số. Khi chọn hệ số đó, cần
có sự phân biệt với nhau giữa kết quả tính tốn
bằng bằng dữ liệu của CPT và SPT và các chỉ
tiêu cơ học .
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Standard TCVN:10304-2014
[2]BOGUMIŁ WRANA Studia Geotechnica
et Mechanica, Vol. 37, No. 4, 2015 DOI:
10.1515/sgem-2015-0048
[3]NIAZI F.S., MAYNE P.W., Cone
Penetration Test Based Direct Methods for

27


Evaluating Static Axial Capacity of Single Piles,
Geotechnical and Geological Engineering,
2013, (31), 979–1009.
[4] KARLSRUD K., CLAUSEN C.J.F., AAS
P.M., Bearing Capacity of Driven Piles in Clay,

the NGI Approach, Proc. Int. Symp. on
Frontiers in Offshore Geotechnics, 1. Perth
2005, 775–782
[5] Liu Zheng-yu,Su Shou-bao,Yang
Yang,Yu Shu-hao.N-S Flowchart Analysis and
Applications in Algorithm Description. Joumal

of Jinggangshan University(Natural Science)
2010; 31(6):70-81.
[6] JANBU N., (ed.), Static bearing
capacity of friction piles, Proceedings of the
6th European Conference on Soil Mechanics
and Foundation Engineering, 1976, Vol. 1.2,
479-488.
[7] WHITE D.J., BOLTON M.D.,
Comparing CPT and pile base resistance in
sand, Proc. Inst. Civil Eng. Geotech. Eng., 2005,
158(GE1), 3–14.

Người phản biện: PGS,TS. NGUYỄN ĐỨC NGUÔN

28

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020