Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang pmt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

TẠ QUANG HIỆP

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI
CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN NGANG PMT

Chuyên ngành

: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM

Mã ngành

: 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS. PHẠM VĂN HÙNG ,
PGS. TS BÙI TRƯỜNG SƠN

...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
Cán bộ chấm xét 1: .................................................................................................

...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
Cán bộ chấm xét 2: ..................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG
TP.HCM ngày

tháng 12 năm 2015.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm:
1........................................................................................................
2........................................................................................................
3........................................................................................................
4........................................................................................................
5........................................................................................................

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

BỘ MƠN QUẢN LÝ CHUN NGÀNH


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:
Ngày, tháng, năm sinh:
Chuyên ngành:
Mã số:
I.

TẠ QUANG HIỆP
MSHV:
13090079
23/10/1988
Nơi sinh:
Bến Tre
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM
60580204

TÊN ĐỀ TÀI:
Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén ngang PMT

II. NHIỆM VỤ:
-

Phân tích và đánh giá khả năng chịu tải của cọc dựa vào kết quả thí nghiệm nén
ngang PMT.
Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén ngang tại hiện trường phân tích:
+ Khả năng chịu tải của cọc
+ So sánh với kết quả thí nghiệm tại hiện trường đưa ra phân tích đánh giá
khả năng chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm này.

III. NỘI DUNG:
- Mở dầu
- Chương 1: Các phương pháp đánh giá khả năng chịu tải của cọc
- Chương 2: Cơ sở tính khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm PMT
- Chương 3: Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm PMT .
- Kết luận và kiến nghị.
IV. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
19/01/2015
V. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
04/12/2015
VI. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHẠM VĂN HÙNG, PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN.
Tp.HCM, Ngày 04 tháng 12 năm 2015
CÁN BỘ HD1

TS. PHẠM VĂN HÙNG

CÁN BỘ HD2

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN

PGS.TS LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên là tôi xin cảm ơn gia đình đã ln ln ở bên tơi, chia sẻ nhưng
khó khăn, động viên tinh thần và ủng hộ vật chất để tơi có thể tiếp tục con đường học
tập và phát triển.
Lời tiếp theo tôi xin cám ơn các anh, các chị, các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ chia
sẽ những khó khăn và hỗ trợ tơi trong khoảng thời gian làm tiểu luận cũng như đồ án.
Và đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy Cơ Bộ mơn Địa Cơ Nền móng
– Khoa Kỹ thuật Xây dựng - Trường Đại học Bách Khoa vì sự thân thiện, nhiệt tình,
quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi trong suốt q trình học tập
vừa qua.
Và cuối cùng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Phạm Văn Hùng
và thầy PGS.TS Bùi Trường Sơn, hai người thầy đã gợi ý, giúp tơi có những định
hướng thực hiện đề tài khoa học và ý nghĩa nhất. Với sự nhiệt tình, tận tụy, hai thầy đã
truyền dạy và củng cố cho tôi rất nhiều kiến thức không chỉ trong phạm vi luận văn
này mà cả trong phương pháp nghiên cứu, cách sống và làm việc.
Kính chúc Q Thầy Cơ thật nhiều sức khỏe.
Trân trọng kính chào./.
Học viên

Tạ Quang Hiệp


TÓM TẮT
“Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang
PMT”
Thí nghiệm nén ngang trong hố khoan cho phép xác định các đặc trưng cơ lý
của đất nền ở điều kiện thế nằm tự nhiên. Đặc biệt, thí nghiệm này cho phép thực
hiện ở các độ sâu lớn. Sử dụng kết quả thí nghiệm này cho phép đánh giá khả năng
chịu tải của cọc khá phù hợp với kết quả thí nghiệm kiểm tra sức chịu tải ở ngoài
hiện trường.

ABSTRACT
“Evaluating pile capacity based on testing results of PMT”
Pressuremeter test allows determining the mechanical characteristics of soil
in natural condition. Especially, this text can be carried out to evaluate deformation
and strength of soils in great depth. Using testing allows evaluating pile capacity,
which is resonable in comparison with the results of PDA test in-situ.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, được
thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phạm Văn Hùng và PGS.TS Bùi
Trường Sơn.
Tất cả số liệu, kết quả tính tốn, phân tích trong luận văn là hồn tồn trung
thực. Tơi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình.

Tp.HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015
Học Viên

Tạ Quang Hiệp


-i-

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................1
2. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................1
3. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................2

CHƯƠNG 1. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI
CỦA CỌC ...................................................................................................................3
1.1. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU..................................................3
1.2. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN ..................................................6
1.2.1. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền .......................................6
1.2.1.1. Phương pháp đánh giá sức kháng mũi cọc Qp ...............................................6
1.2.1.2. Phương pháp đánh giá sức kháng bên của cọc Qs .......................................12
1.2.2. Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền - phương pháp thống kê18
1.2.2.1. Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống .........................................................18
1.2.2.2. Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát ( cọc treo) .......................................20
1.2.2.3. Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc nhồi ............................................................23
1.2.3. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền ................................25
1.2.3.1. Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính.................................................26
1.2.3.2. Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất rời ...................................................27
1.2.4. Sức chịu tải của cọc theo hiện trường .............................................................28
1.2.4.1. Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất rời ...................................................28
1.2.4.2. Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên .................................................32
1.2.4.3. Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm PDA ...................................................34
1.2.4.4. Sức chịu tải theo thí nghiệm nén tĩnh dọc trục ............................................46
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ
CỦA THÍ NGHIỆM NÉN NGANG PMT ................................................................49
2.1. THÍ NGHIỆM NÉN NGANG (PMT) ...............................................................49


- ii -

2.1.1. Thiết bị thí nghiệm nén ngang (PMT) ............................................................49
2.1.1.1. Hộp điều khiển .............................................................................................50
2.1.1.2. Đầu dò (buồng nén) ......................................................................................50
2.1.1.3. Ống nối từ bộ phận điều khiển tới đầu dò ....................................................51

2.1.2. Trình tự thí nghiệm .........................................................................................52
2.2. TÍNH TỐN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN NGANG ..................................52
2.2.1. Vẽ biểu đồ .......................................................................................................52
2.2.2. Tính toán các đặc trưng cơ lý ..........................................................................53
2.2.2.1. Xác định áp lực giới hạn thí nghiệm ............................................................54
2.2.2.2. Xác định áp lực giới hạn thực tế ..................................................................54
2.3. TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ THÍ NGHIỆM PMT ...............55
2.3.1. Phương pháp đánh giá sức kháng mũi ............................................................57
2.3.1.1. Phương pháp Menard 1963 ..........................................................................58
2.3.1.2. Phương pháp Baguelin 1978 ........................................................................59
2.3.1.3. Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1981 .............................................59
2.3.1.4. Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1982 .............................................59
2.3.1.5. Phương pháp LCPC - SETRA 1985 ............................................................60
2.3.2. Phương pháp đánh giá sức kháng hông fL .......................................................60
2.3.2.1. Phương pháp Menard 1963 ..........................................................................61
2.3.2.2 Phương pháp Beguelin 1978 .........................................................................61
2.3.2.3 Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1981 .............................................61
2.3.2.4 Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1982 ..............................................62
2.3.2.5 Phương pháp LCPC - SETRA 1985 .............................................................62
2.3.3. Tính tốn khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang theo
phương pháp LCPC - SETRA (1985) .......................................................................63
2.3.3.1. Công thức tính áp lực tới hạn mũi................................................................63
2.3.3.2. Tính tốn áp lực tới hạn tương đương ..........................................................63
2.3.3.3. Xác định hệ số k trong thí nghiệm nén ngang PMT ....................................65
2.3.3.4. Tính tốn sức kháng mũi ..............................................................................66
2.3.3.5. Xác định sức kháng hông đơn vị , fL ............................................................66


- iii -

2.3.3.6. Xác định sức kháng hông tới hạn .................................................................68
2.3.3.7. Xác định sức chịu tải cực hạn ......................................................................68
2.3.3.8. Xác định tải an toàn và tải lâu dài ................................................................69
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG......................................................................................71
CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
NÉN NGANG PMT .................................................................................................72
3.1. TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC CƠNG TRÌNH NHÀ MÁY
ĐIỆN CÀ MAU ........................................................................................................72
3.1.1. Khái qt về cơng trình ...................................................................................72
3.1.2. Tính tốn sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén ngang PMT .......................76
3.1.2.1. Các bước tính tốn sức chịu tải cọc đơn từ thí nghiệm PMT ......................76
3.1.2.2. Thơng số tính tốn của cọc...........................................................................77
3.1.2.3. Số liệu tính tốn của thí nghiệm nén ngang PMT ........................................78
3.1.2.4. Tính tốn sức chịu tải của cọc ......................................................................79
3.1.3. Tính tốn sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm CPTu ........................................81
3.1.3.1. Số liệu thí nghiệm CPTu khu vực cọc thi công ...........................................81
3.1.3.2. Sức kháng bên ..............................................................................................82
3.1.3.3. Sức kháng mũi..............................................................................................82
3.1.3.4. Sức chịu tải cực hạn .....................................................................................83
3.1.4. So sánh kết quả tính tốn khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm PMT với
kết quả thí nghiệm PDA ............................................................................................83
3.2. TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC CƠNG TRÌNH CẦU CÁ
TRÊ QUẬN 2 - TP.HCM..........................................................................................85
3.2.1. Điều kiện địa chất khu vực xây dựng cơng trình ............................................85
3.2.2. Tính tốn khả năng chịu tải của cọc theo thí nghiệm PMT ............................88
3.2.2.1. Số liệu tính tốn của thí nghiệm PMT .........................................................88
3.2.2.2. Tính tốn sức chịu tải của cọc ......................................................................93
3.2.3. Tính tốn khả năng chịu tải của cọc theo thí nghiệm CPTu ...........................95
3.2.3.1. Số liệu tính tốn của thí nghiệm CPTu ........................................................95
3.2.3.2. Sức kháng bên ..............................................................................................95

- iv -

3.2.3.3. Sức kháng mũi..............................................................................................96
3.2.3.4. Sức chịu tải cực hạn .....................................................................................96
3.2.4. So sánh kết quả tính tốn khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm PMT với
kết quả tính tốn theo thí nghiệm PDA .....................................................................96
3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG......................................................................................98
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................99
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................101


-v-

MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1 Hệ số v phụ thuộc liên kết ............................................................................4
Hình 1.2 Mặt trượt giả thuyết của Terzaghi ................................................................7
Hình 1.3 Biểu đồ quan hệ giá trị φo - Kpγ và φo - Nγ ..............................................8
Hình 1.4 Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất Lb ..................................................9
Hình 1.5 Biểu đồ xác định các hệ số sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc ..................10
Hình 1.6 Biểu đồ xác định hệ số λ ............................................................................16
Hình 1.7 Biểu đồ xác định giá trị lực ma sát đơn vị fs theo Coyle – Castillo ...........17
Hình 1.8 Quan hệ α - cu .............................................................................................27
Hình 1.9 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số Nq và φo..........................................................28
Hình 1.10 Mơ hình cọc của Smith và mơ hình cọc CAPWAP ................................35
Hình 1.11 Mơ hình sức kháng của đất theo Smith ....................................................36
Hình 1.12 Sức kháng tĩnh thân cọc ...........................................................................39
Hình 1.13 Sức kháng tĩnh mũi cọc ............................................................................40

Hình 1.14 Mơ hình sức kháng đất thành bên và mũi Smith mở rộng .......................43
Hình 1.15 Phân tích tín hiệu sóng phù hợp ...............................................................45
Hình 1.16 Hệ thống đối trọng và cọc treo .................................................................46
Hình 1.17 Hệ thống đối trọng là dàn chất tải ............................................................47
Hình 2.1 Sơ đồ và các thiết bị thí nghiệm nén ngang ...............................................49
Hình 2.2 Đầu dị thiết bị nén ngang ..........................................................................50
Hình 2.3 Các đặc trưng cơ lý của một thí nghiệm nén ngang ..................................53
Hình 2.4 Các thơng số tính tốn của thí nghiệm nén ngang .....................................55
Hình 2.5 Mơ hình tính tốn sức chịu tải cực hạn của cọc .........................................56
Hình 2.6 Vùng ảnh hưởng dưới mũi cọc đến giá trị qL .............................................58
Hình 2.7 Biểu đồ xác định hệ số k từ quan hệ k - He/R ............................................58
Hình 2.8 Biểu đồ xác định hệ số k từ quan hệ k - (pL-p0) .........................................60
Hình 2.9 Đường cong quan hệ fL - pL theo đề nghị của Menard ..............................61
Hình 2.10 Đường cong quan hệ fL - pL theo đề nghị của LPC 1985.........................62
Hình 2.11 Thơng số xác định áp lực tới hạn tương đương dưới mũi cọc .................64


- vi -

Hình 2.12 Cách tính diện tích và chu vi một số loại cọc ..........................................64
Hình 2.13 Biểu đồ xác định ma sát hơng fL của cọc theo pL.....................................68
Hình 3.1 Hình ảnh Nhà Máy Điện Cà Mau ..............................................................72
Hình 3.2 Vị trí xây dựng Nhà Máy Điện Cà Mau.....................................................73
Hình 3.3 Mặt cắt địa chất tại hố khoan BH1 và BH2 ...............................................73
Hình 3.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm hố khoan P3 ................................................78
Hình 3.5 Tổng hợp tính tốn áp lực tới hạn và áp lực tới hạn thuần ........................80
Hình 3.6 Kết quả thí nghiệm xun tĩnh CPTu tại vị trí CPT1 ...............................81
Hình 3.7 Dữ liệu thử cọc bằng phương pháp PDA ...................................................83
Hình 3.8 Mặt cắt địa chất cơng trình khu vục cầu Cá Trê Lớn, hố khoan CTL-W-2
và CTL-W-3. .............................................................................................................86

Hình 3.9 Mặt cắt địa chất cơng trình khu vục cầu Cá Trê Lớn, hố khoan CTL-E-2 và
CTL-E-3. ...................................................................................................................87
Hình 3.10 Hình ảnh Cầu Cá Trê Lớn thuộc Dự án Đại Lộ Đông Tây ......................87
Hình 3.11 Tương quan áp lực giới hạn (pL) theo độ sâu của sét mềm bão hòa nước
khu vực TPHCM và lân cận ......................................................................................88
Hình 3.12 Tương quan áp lực giới hạn ròng p*L và độ sâu của sét mềm bão hịa
nước khu vực TPHCM và lân cận .............................................................................89
Hình 3.13 Tương quan pL theo độ sâu của đất rời khu vực TPHCM và lân cận ......89
Hình 3.14 Tương quan p*L theo độ sâu của đất rời khu vực TPHCM và lân cận ...90
Hình 3.15 Tương quan pL theo độ sâu của sét dẻo cứng đến cứng khu vực TPHCM
và lân cận ...................................................................................................................90
Hình 3.16 Tương quan p*L theo độ sâu của đất sét dẻo cứng đến cứng khu vực
TPHCM và lân cận ....................................................................................................91
Hình 3.17 Tương quan pL theo độ sâu của sét pha khu vực TPHCM và lân cận .....91
Hình 3.18 Tương quan p*L theo độ sâu của đất sét pha khu vực TPHCM và lân cận
...................................................................................................................................92
Hình 3.19 Kết quả thí nghiệm CPTu khu vục cầu Cá Trê Lớn tại hố khoan CPTu4.
...................................................................................................................................95
Hình 3.20 Kết quả thí nghiệm PDA cọc A1E cầu Cá Trê lớn. .................................97


- vii -

MỤC LỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1 Hệ số độ mảnh φ ..........................................................................................4
Bảng 1.2 Hệ số φ theo Jacobson .................................................................................5
Bảng 1.3 Các giá trị Ir ...............................................................................................11
Bảng 1.4 Các giá trị N*c...........................................................................................11
Bảng 1.5 Các giá trị N*q ...........................................................................................12

Bảng 1.6 Giá trị Ks theo B.J. Das ..............................................................................12
Bảng 1.7 Giá trị Ks theo trường Cầu đường Paris (ENPC) .......................................13
Bảng 1.8 Giá trị α theo Viện dầu hỏa Hoa Kỳ (API) ................................................13
Bảng 1.9 Giá trị α theo Tomlinson ............................................................................13
Bảng 1.10 Giá trị α theo Peck, 1974 .........................................................................14
Bảng 1.11 Giá trị tỷ số φa/φ và K/K0 ........................................................................18
Bảng 1.12 Hệ số giảm cường độ Ks trong nền đá .....................................................19
Bảng 1.13 Hệ số mR và mf ........................................................................................21
Bảng 1.14 Sức chịu tải đơn vị diện tích của đất ở mũi cọc qp ..................................21
Bảng 1.15 Lực ma sát bên của cọc fs ........................................................................22
Bảng 1.16 Hệ số điều kiện làm việc m .....................................................................23
Bảng 1.17 Hệ số điều kiện làm việc đất ở mũi cọc mR .............................................23
Bảng 1.18 Hệ số điều kiện làm việc đất mặt bên của cọc mf ....................................23
Bảng 1.19 Các hệ số α, β, Aok, Bok ............................................................................24
Bảng 1.20 Giá trị sức chịu mũi qp ............................................................................25
Bảng 1.21 Ma sát và lực dính giữa đất và cọc ..........................................................26
Bảng 1.22 Hệ số áp lực ngang Kstgφa .......................................................................27
Bảng 1.23 Giá trị hệ số M .........................................................................................31
Bảng 1.24 Giá trị Kc ,α và [fs] ...................................................................................33
Bảng 1.25 Các thơng số đầu vào trong mơ hình CAPWAP .....................................44
Bảng 2.1 Giá trị Vc theo các kiểu đầu dò ..................................................................51
Bảng 2.2 Giá trị k cho cọc theo tóm tắt LCPC - SETRA, 1985 ...............................65
Bảng 2.3 Chọn loại đường cong để xác định giá trị fL..............................................66


- viii -

Bảng 3.1 Thơng số tính tốn của cọc ........................................................................77
Bảng 3.2 Giá trị tính tốn sức kháng hơng...............................................................80
Bảng 3.3 So sánh sức chịu tải cực hạn của cọc theo PMT và PDA ..........................84

Bảng 3.4 Đặc trưng cơ lý nén ngang của đất khu vực cầu Cá Trê............................92
Bảng 3.5 Thông số cọc ..............................................................................................93
Bảng 3.6 Giá trị tính tốn sức kháng hông cọc 30x30cm khu vực cầu Cá Trê ........94
Bảng 3.7 So sánh kết quả tính tốn khả năng chịu tải của cọc theo thời gian và kết
quả thí nghiệm PDA ở thời điểm 23 ngày kể từ ngày đóng cọc. ..............................97


-1-

MỞ ĐẦU
1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trong thực tế ở nước ta hiện nay, khả năng chịu tải của cọc thường được đánh
giá thông qua giá trị đặc trưng cơ lý của đất từ kết quả thí nghiệm trong phịng.
Theo một số kết quả thực tế, khả năng chịu tải chịu tải của cọc được kiểm tra lại
sau khi thi cơng thường có giá trị lớn hơn đáng kể so với kết quả tính tốn trước đó
dựa theo hồ sơ thiết kế. Một số tổ chức đề nghị đánh giá và thi công cọc với tải
trọng nhỏ hơn đáng kể so với giá trị cực hạn [11]. Ngoài ra, đặc trưng cơ lý của đất từ
thí nghiệm hiện thường cho đến kết quả đáng tin cậy do được xác định ở điều kiện
thế nằm tự nhiên và được xác định trực tiếp nên việc sử dụng đặc trưng cơ lý từ thí
nghiệm hiện trường cho kết quả đáng tin cậy.
Đề tài " Đánh giá sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang
PMT " thực hiện nhằm mục tiêu phân tích và đánh giá khả năng chịu tải của cọc và
so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường, góp phần bổ sung và hoàn thiện phương
pháp đánh giá khả năng chịu tải của cọc, là loại móng phổ biến ở khu vực có nhiều
đất yếu như ở khu vực Tp.HCM và các tỉnh phía nam.
2. Phương pháp nghiên cứu
- Tổng hợp phương pháp đánh giá khả năng chịu tải từ kết quả thí nghiệm nén
ngang PMT.
- Tính tốn cho cơng trình thực tế trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén ngang ở
khu vực Cà Mau và Tp.HCM.

- Phân tích so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường để kiểm tra.
- Việc tính tốn áp dụng theo điều kiện thực tế và so sánh với kết quả thí
nghiệm kiểm tra được thực hiện nhằm mục đích đánh giá mực độ chính xác và tin
cậy của phương pháp. Đánh giá khả năng chịu tải của cọc sử dụng kết quả thí
nghiệm nén trong hố khoan.


-2-

3. Phạm vi nghiên cứu
Số liệu thu thập sử dụng cho việc tính tốn được lấy ở khu vực Tp. Hồ Chí
Minh và Cà Mau. Do hạn chế về số liệu nên việc tính tốn chỉ giới hạn trong điều
kiện địa chất cơng trình đã nêu.


-3-

CHƯƠNG 1. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ
NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC
1.1. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU
Sức chịu tải ở đây được hiểu là sức chịu tải dọc trục của cọc. Cọc làm việc
như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo (khi cọc bị nhổ) và sức
chịu tải của cọc theo vật liệu có thể được tính theo cơng thức:
Qvl   A p Rvl

Trong đó :

(1.1)

Qvl

: Sức chịu tải của cọc theo vật liệu.

Ap

: Diện tích tiết diện ngang của cọc.

Rvl

: Cường độ chịu nén tính tốn của vật liệu làm cọc.

φ

: Hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọc.

Cọc làm việc trong nền đất chịu tác động của áp lực nén của đất xung quanh,
nên thông thường ta không xét đến ảnh hưởng của uốn dọc, ngoại trừ các trường
hợp đặc biệt như cọc quá mảnh hoặc do tác động của sự rung động gây ra sự triệt
tiêu áp lực xung quanh hay cọc đi qua lớp đất bùn nhão. Ảnh hưởng của độ mảnh
phải được xét đến trong sức chịu tải của cọc theo vật liệu.
Với cọc bê tông cốt thép, sức chịu tải cực hạn của cọc theo vật liệu xác định
theo công thức thanh chịu nén có xét đến uốn dọc. Sự uốn dọc được xét như tính cột
trong tính tốn bê tơng.
Qa    Rn An  Ra Aa 

Trong đó:

Ra

(1.2)

: Sức chịu kéo hay nén cho phép của thép.

Aa

: Diện tích cốt thép

Rn

: Sức chịu nén cho phép của bê tơng.

An

: Diện tích bê tông

φ

: Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc độ mảnh và
theo thực nghiệm lấy như sau:


-4-

và

  1, 028  0, 0000288 2  0, 0016 

(1.3)

  1,028  0,0003456d2  0,00554d

(1.4)

Có thể xác định φ bằng cách tra bảng 1.1
Bảng 1.1 Hệ số độ mảnh φ
λ = l0 / r
λd = l0 / d
φ
λ = l0 / r
λd = l0 / d
φ

Trong đó:

< 14
<4
1
< 14
<4
1

21
6
0,98
69
20
0,78

28
8

0,96
76
22
0,74

35
10
0,93
83
24
0,70

42
12
0,90
90
26
0,65

48
14
0,87
97
28
0,60

55
16
0,84
104

30
0,55

62
18
0,81

r - Bán kính của cọc trịn hoặc cạnh cọc vuông.
d - Bề rộng của tiết diện chữ nhật.
l0 - Chiều dài tính tốn của cọc
l0   l

(1.5)

Với : l – chiều dài thực của đoạn cọc khi bắt đầu đóng cọc vào đất tính từ đầu
cọc đến điểm ngàm trong đất hoặc l được chọn là chiều dày lớp đất yếu có cọc đi
ngang qua. v - hệ số phụ thuộc liên kết của hai đầu cọc lấy theo hình 1.1.

Hình 1.1 Hệ số v phụ thuộc liên kết
Nếu xét đến sự hiện diện của đất bùn nhão xung quanh cọc, M. Jacobson đề
nghị ảnh hưởng uốn dọc theo bảng sau:


-5-

Bảng 1.2 Hệ số φ theo Jacobson
λ= L / r
φ

50

1

70
0,8

85
0,588

105
0,41

120
0,31

Với L – Chiều dài cọc; r – Bán kính hoặc cạnh cọc.
Ngoài ra, sức chịu tải của cọc theo vật liệu cịn tính theo kinh nghiệm xây
dựng ở một số quốc gia được giới thiệu trong Quy phạm Xây dựng Việt Nam 21-86
như sau:
Qvl  kmR gh

Trong đó:

(1.6)

k = 0,7– Hệ số đồng nhất.
m = 1 – Hệ số điều kiện làm việc.
Rgh

– sức chịu tải giới hạn của vật liệu làm cọc.

Với cọc bê tông cốt thép:
Qvl  km  Ra Fa  Rn Fb 

(1.7)

Khi cọc làm việc chịu nhổ thì sức chịu kéo căng của cọc bê tông cốt thép theo
vật liệu:
Qvl  kmRa Fa

(1.8)

Sức chịu tải theo vật liệu của cọc nhồi
Do cọc nhồi được thi công đổ bê tông tại chỗ vào các hố khoan, hố đào sẵn
sau khi đã đặt lượng cốt thép cần thiết vào hố khoan. Việc kiểm soát điều kiện chất
lượng bê tơng khó khăn nên sức chịu tải của cọc nhồi khơng thể tính như cọc chế
tạo sẵn mà có khuynh hướng giảm như công thức:
Qvl  Ru Ab  Ran Aa

Với: Ru - Cường độ tính tốn của bê tông cọc nhồi.
Khi đổ bê tông dưới nước hoặc dưới bùn Ru = R/4,5 < 6MPa
Khi đổ bê tông trong hố khoan khô Ru = R/4 < 7MPa
Ab - Diện tích tiết diện ngang của bê tơng trong cọc.
Aa - Diện tích tiết diện ngang của cốt thép trong cọc.

(1.9)


-6-

Ran- Cường độ tính tốn cho phép của cốt thép.

Φ < 28mm thì Ran = Rc/1,5  220MPa
1.2. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN
Sức chịu tải cực hạn của cọc Qu gồm tổng sức chống cắt cực hạn mặt bên giữa
đất và vật liệu cọc Qs cùng với sức gánh đỡ cực hạn của đất ở mũi cọc Qp.

Trong đó:

Qu  Qs  Q p

(1.10)

Qu  As f s  A p q p

(1.11)

As - Diện tích xung quanh cọc tiếp xúc với đất.
Ap - Diện tích tiết diện ngang mũi cọc.
fs - Ma sát hông đơn vị.
qp - Sức kháng mũi đơn vị.

Sức chịu tải cho phép của cọc:

Qa 

Q
Qs
Q
 p hoặc Qa  u
FSs FS p
FS

(1.12)

Với FS, FSp, FSs - lần lượt là hệ số an toàn cho mũi và thân cọc, thường được
chọn từ 2 đến 3, tùy theo loại tổ hợp tải trọng.
Sức chịu tải của cọc theo đất nền có thể được xác định theo các phương pháp
chính sau đây:
- Theo chỉ tiêu cơ học của đất nền: theo cường độ sức chống cắt và ứng suất
do trọng lượng bản thân còn gọi là phương pháp tĩnh.
- Theo chỉ tiêu trạng thái còn gọi là phương pháp thống kê.
- Theo chỉ tiêu cường độ của đất nền.
- Theo các thí nghiệm cọc tại hiện trường.
1.2.1. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền
1.2.1.1. Phương pháp đánh giá sức kháng mũi cọc Qp
a) Phương pháp Terzaghi


-7-

Phương pháp cổ điển đánh giá sức chịu mũi do Terzaghi và Peck đề nghị sử
dụng là các công thức bán thực nghiệm, được phát triển trên cơ sở các cơng thức
sức chịu tải của móng nơng với sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc tương tự như sơ đồ
trượt của đất dưới móng nơng.

Hình 1.2 Mặt trượt giả thuyết của Terzaghi
Cọc trịn bán kính Rp : Q p   R p2 (1,3cN c   D f N q  0, 6 R p N  )

(1.13)

Cọc vuông cạnh cọc Bp: Q p  B p2 (1,3cN c   D f N q  0, 4 B p N  )

(1.14)

Các hệ số sức chịu tải Nc, Nq, Nγ được Terzaghi đề nghị như sau:





 e2(3 /4 /2) tg

 N c  cot g 
 1

 2cos2      




 4 2  


e23 /4 /2tg
 Nq 
  

2cos 2   

 4 2


 N  1  K p  1 tg
  2  cos 2  



(1.15)


-8-

Với Kpγ : Hệ số áp lực bị động của đất lên mặt nghiêng của nên trượt. Hệ số
Kpγ, Nγ chỉ có thể xác định giá trị gần đúng bằng cách tra biểu đồ hình 1.3
1200
1000
800
600

Quan hệ φ - Kp
φ - Nγ

400
200
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Hình 1.3 Biểu đồ quan hệ giá trị φo - Kpγ và φo - Nγ
b) Phương pháp Meyerhof
Sức chịu tải của nền đất dưới mũi cọc theo Meyerhof thường sẽ lớn hơn cách
tính của Terzaghi khi xem như là móng nơng do ảnh hưởng của độ sâu đặt móng.
Có nhiều tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng này và điều chỉnh các hệ số sức chịu tải

của nền Nc, Nq, Nγ.
Đối với sức chịu tải đơn vị diện tích của phần đất nằm dưới đáy các móng sâu
và móng cọc, cơng thức có xét đến hình dạng và chiều sâu chơn móng được viết
dưới dạng:
qu  q p  cN c'  q ' N q'

(1.16)

Sức chịu tải cực hạn đất nền ở mũi cọc có thể viết dưới dạng:
Q p  Ap q p  Ap (cN c'  q ' N q' )

(1.17)


-9-

Phương pháp Meyerhof xác định các hệ số N'c, N'q cho sức chịu tải ở mũi cọc
trong đất nền, đặc biệt là cát, gia tăng theo chiều sâu cọc chôn trong lớp cát chịu tải
và đạt cực hạn khi tỉ số
Với

Lb  Lb 
  .
D  D  cr

Lb

: Chiều sâu cọc cắm trong đất tốt.

D

: Cạnh cọc ở độ sâu mũi cọc.

Hình 1.4 Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất Lb
Trong cách tính sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc theo Meyerhof, các thông số
chống cắt c và φ tương ứng với trạng thái ứng suất hữu hiệu và qp xác định theo
công thức (1.16) với hệ số N'c, N'q được xác định theo biểu đồ hình 1.5.
Các bước tính tốn sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc the Meyerhof.
Bước 1: Từ φ suy ra (Lb/D)cr bởi biểu đồ hình 1.5
Bước 2: Tính Lb/D
Bước 3: Nếu Lb / D 

 Lb / D cr
2

thì chọn các giá trị tối đa N'c và N'q

tương ứng trong biểu đồ hình 1.5
Bước 4: Nếu Lb / D 

 Lb / D cr
2

các giá trị N'c và N'q được xác định như sau:


- 10 -




Lb / D
N 'c  N 'c L / D 0   N 'c max   N 'c L / D 0   

 0,5  Lb / D cr 

(1.18)



Lb / D
N 'q  N 'q L / D 0   N 'q max   N 'q L / D 0   

 0,5  Lb / D cr 

(1.19)

b

b

b

b

Hình 1.5 Biểuu đồ
đ xác định các hệ số sức chịu tải đất nềnn dư
dưới mũi cọc
c) Phương pháp Vesic
sic
Vesic đề nghị phương pháp xác định

đ
sức chịu tải của đấtt nnền ở mũi cọc:


1  2 K o 
* 
Qu  Ap q p  Ap  cN c*  
q
'
N


 3 


với :

(1.20)

K 0  1  sin   Hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ

q'

: Ứng
Ứ suất đứng có hiệu dưới mũi cọc
*

N 

3N q*

1  2Ko

N c*   N q*  1 cot g

(1.21)
(1.22)


- 11 -

Theo Vesic

N q  f  I rr 

Trong đó:

I rr 

Ir
- chỉ số độ cứng suy giảm
1  Ir

Với

Ir 

E
G

2 1    c  q ' tg   c  q ' tg 

(1.23)

Δ - Biến dạng thể tích trung bình trong vùng biến dạng dẻo bên dưới mũi cọc
Như vậy, những điều kiện khơng có sự thay đổi thể tích, ta có: Δ = 0 và Ir = Irr
Vesic giải và thiết lập bảng giá trị N*c, N*σ phụ thuộc vào Irr và góc ma sát φ.
Giá trị Ir có thể ước lượng từ kết quả thí nghiệm nén ba trục hoặc nén cố kết
tương ứng với những giá trị ứng suất nén khác nhau hoặc tham khảo các giá trị tổng
kết thực nghiệm.
Bảng 1.3 Các giá trị Ir
Loại đất

Ir

Cát

70 – 150

Bột và sét (khơng thốt nước)

50 – 100

Sét (có thốt nước)

100 – 200

Bảng 1.4 Các giá trị N*c
φ (độ)

Irr

10

50

100

200

500

0

6,97

9,12

10,04

10,97

12,19

5

8,99

12,82

14,69

16,69

19,59

10

11,55

17,99

21,46

25,43

31,59

20

18,83

34,53

44,44

56,97

78,78

30

30,03

63,21

86,64

118,53

178,98

35

37,65

84,00

118,22

166,15

260,15

40

47,04

110,48

159,13

228,97

370,04

45

53,66

144,11

211,79

311,04

516,60