Nghiên cứu đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi chung cư bến vân đồn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỂN THANH HUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN
NHỒI CHUNG CƯ BẾN VÂN ĐỒN

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM
Mã số
: 60.58.02.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2016


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. MAI DI TÁM

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
ngày 05, tháng 01 năm 2017.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS. TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ
2. PGS. TS. MAI DI TÁM
3. TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

4. TS. PHẠM VĂN HÙNG
5. PGS. TS. CHU CÔNG MINH
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

GS. TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ

TRƯỞNG KHOA

PGS. TS. NGUYỄN MINH TÂM


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 và tên học viên

:Nguyễn Thanh Huyền

MSHV

: 13091287

Ngày, tháng, năm sinh: 31/10/1986

Nơi sinh : Kiên Lương – Kiên Giang

Chuyên ngành : KTXD Công Trình Ngầm

Mã số

: 60.58.02.04

I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI
CHUNG CƯ BẾN VÂN ĐỒN
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1.

Nhiệm vụ :

Nghiên cứu đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi chung cư Bến Vân Đồn.
2.

Nội dung :

Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về sức chịu tải của cọc khoan nhồi ở Việt Nam và trên Thế Giới.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi.

Chương 3: Xác định góc ma sát giữa cọc khoan nhồi và đất.
Chương 4: Phân tích sức chịu tải cọc khoan nhồi chung cư Bến Vân Đồn.
Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: .../.../ 2016

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : .../.../ 2016
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM.
Tp.HCM, ngày ... tháng ... năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)
TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc Sĩ hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân tác giả và sự hướng
dẫn và truyền đạt kiến thức của Quý Thầy, Cô; những động viên khích lệ từ gia
đình, bạn bè trong suốt quá trình học tập và rèn luyện.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS. Nguyễn Minh
Tâm đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận
văn.
Xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tồn thể Q Thầy, Cơ Bộ mơn
Địa Cơ Nền Móng đã tham gia giảng dạy truyền đạt kiến thức, tạo mọi điều kiện tốt

nhất trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Niềm động viên tinh thần lớn nhất của tác giả chính là Bố Mẹ, Anh, Chị, những
người khơng ngại khó khăn ln động viên, khích lệ trong những lúc khó khăn nhất,
là sức mạnh tinh thần để tơi vững tin thực hiện được mục tiêu của mình. Luận Văn
Thạc Sĩ này là món q cao q nhất tơi muốn dành tặng cho gia đình.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến những người bạn luôn sẵn sàng giúp đỡ trong
suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Với những hiểu biết của bản thân chắc chắn không tránh khỏi những sai sót khi
thực hiện luận văn, kính mong Q Thầy, Cơ, bạn bè góp ý chân thành để tơi ngày
càng hồn thiện sự hiểu biết của mình.


TÓM TẮT
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI CHUNG
CƯ BẾN VÂN ĐỒN
Hiện nay, có rất nhiều cơng thức tính ước tính sức chịu tải cọc khoan nhồi.
Mỗi phương pháp cho ra kết quả khác nhau. Nên thí nghiệm nén tĩnh cọc được chọn
để làm tiêu chuẩn thiết kế sức chịu tải cọc. Sức chịu tải cọc khoan nhồi quyết định
do sức kháng dọc thân cọc và sức chịu tải ở mũi cọc, trong đó sức kháng dọc thân
cọc quyết định chính sức chịu tải cọc. Nên việc nghiên cứu góc ma sát giữa cọc
khoan nhồi và các loại đất cũng như việc mơ phỏng cọc để tìm hiểu rõ ứng xử của
đất xung quanh cọc và dưới mũi cọc để có thể tiên đốn trước sức chịu tải tĩnh của
cọc.


ABSTRACT
INVESTIGATION THE CAPACITY OF THE BORED PILE OF BEN VAN
DON APARTMENT
There are many calculation methods to estimate the capacity of the cast – in –
situ concrete pile. Each method produces different results. Therefore, standard test

method in situ for piles under axial compressive load is chosen to decide the
capacity of the cast – in – situ concrete pile. The capacity of the cast – in – situ
concrete pile includes the skin friction resistance of pile and the toe resistance of
pile. The skin friction resistance of pile is the main factor decided the capacity of
the cast – in – situ concrete pile. This thesis focuses on the angle of friction between
pile and soil. Simulation by Plaxis2D is carried out to find out the behavior of soil
around the pile and the toe of pile to predict the capacity of the cast – in – situ
concrete pile.


-1-

MỤC LỤC
MỤC LỤC HÌNH:....................................................................................................... 3
MỤC LỤC BẢNG: ..................................................................................................... 7
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 10
I. Tính cấp thiết của đề tài: .......................................................................... 10
II. Mục tiêu nghiên cứu:................................................................................. 11
III. Phương pháp nghiên cứu: ......................................................................... 11
IV. Nội dung nghiên cứu: ................................................................................ 11
V. Tính thực tiễn và tính khoa học của đề tài: ............................................... 12
VI. Dự kiến, kết luận và kiến nghị: .................................................................12
CHƢƠNG 1:.... TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI Ở VIỆT
NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI .................................................................................. 13
1.1. Tổng quát về cọc: ................................................................................... 13
1.2. Định nghĩa cọc: ...................................................................................... 13
1.3. Phân loại cọc: ......................................................................................... 14
1.4. Tổng quan về sức chịu tải cọc khoan nhồi trên thế giới: ....................... 16
1.5. Tổng quan về sức chịu tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam: ........................ 17
CHƢƠNG 2:.... CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN

NHỒI
19
2.1. Tổng quan về tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi:............................. 19
2.2. Các phƣơng pháp xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo lý thuyết: 22
2.3. Các phƣơng pháp xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo thí nghiệm
hiện trƣờng: ................................................................................................... 42
2.4. Xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo phần mềm Plaxis 2D: ......... 56
CHƢƠNG 3:....XÁC ĐỊNH GÓC MA SÁT GIỮA CỌC KHOAN NHỒI VÀ ĐẤT
62
3.1. Sức chống cắt của đất:............................................................................ 62
3.2. Các phƣơng pháp xác định sức chống cắt của đất: ................................ 64
3.3. Thí nghiệm cắt trực tiếp: ........................................................................ 64
CHƢƠNG 4:..... PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI CHUNG CƢ
BẾN VÂN ĐỒN .................................................................................................... 74
4.1. Giới thiệu chung: .................................................................................... 74
4.2. Điều kiện địa chất cơng trình: ................................................................ 76
4.3. Sức chịu tải cọc theo lý thuyết: .............................................................. 78
4.4. Sức chịu tải cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn: ................................... 91
4.5. Sức chịu tải cọc theo kết quả thử tải tĩnh: .............................................. 98


-2-

4.6. Sức chịu tải cọc theo phần mềm Plaxis 2D: ......................................... 107
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 128
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 132


-3-

MỤC LỤC HÌNH:
Hình 1 - 1. Cọc tre..................................................................................................... 14
Hình 1 - 2. Cọc gỗ ..................................................................................................... 15
Hình 1 - 3. Cọc BTCT tiết diện vng đúc sẵn ......................................................... 15
Hình 1 - 4. Cọc BTCT ly tâm đúc sẵn ....................................................................... 16

Hình 2- 1. Khả năng chịu lực của cọc ...................................................................... 22
Hình 2- 2. Biểu đồ xác định hệ số  ........................................................................ 41
Hình 2- 3. Biểu đồ xác định hệ số  p ....................................................................... 44
Hình 2- 4. Biểu đồ xác định hệ số f L ........................................................................ 45
Hình 2- 5. Sơ đồ bố trí hệ kích thủy lực và hệ đo đạc trong thí nghiệm nén tĩnh ..... 47
Hình 2- 6. Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đối trọng làm phản lực
................................................................................................................................... 48
Hình 2- 7. Gia tải bằng kích thủy lực, dùng cọc neo làm phản lực .......................... 49
Hình 2- 8. Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đối trọng kết hợp cọc
neo làm phản lực ....................................................................................................... 49
Hình 2- 9. Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị và tải trọng ........................................... 53
Hình 2- 10. Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị và thời gian ........................................ 53
Hình 2- 11. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng – thời gian – chuyển vị ........................ 53
Hình 2- 12. Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn .................................................. 54
Hình 2- 13. Sự làm việc đàn hồi và dẻo tuyệt đối ..................................................... 59
Hình 2- 14. Đường bao phá hoại trong mơ hình Mohr – Coulomb .......................... 59
Hình 2- 15. Mặt bao phá hoại Mohr – Coulomb trong không gian ứng suất........... 60


-4-

Hình 3- 1. Các dạng mặt trượt thường gặp: (a) trượt ở đáy móng, (b) trượt ở tường
chắn, (c) trượt ở chống hố đào, (d) trượt ở hố đào sâu, (e) trượt mái dốc, (f) trượt ở
bến tàu hay đập đất ................................................................................................... 62

Hình 3- 2. Biểu đồ quan chống cắt của đất dính và đất rời...................................... 64
Hình 3- 3. Máy cắt trực tiếp ...................................................................................... 65
Hình 3- 4. Dao vịng ..................................................................................................65
Hình 3- 5 . Mẫu đất dính ........................................................................................... 66
Hình 3- 6 . Mẫu đất rời ............................................................................................. 66
Hình 3- 7. Mẫu bê tơng đúc sẵn (đường kính 6.3cm, chiều cao 1cm) ...................... 66
Hình 3- 8. Biểu đồ quan hệ giữa lực cắt và áp lực trong thí nghiệm cắt trực tiếp ... 68
Hình 3- 9. Kết quả tỷ số góc ma sát giữa đất – cọc khoan nhồi và đất – đất của sét
chảy nhão .................................................................................................................. 69
Hình 3- 10. Kết quả tỷ số góc ma sát giữa đất – cọc khoan nhồi và đất – đất của sét
dẻo cứng .................................................................................................................... 70
Hình 3- 11. Kết quả tỷ số góc ma sát giữa đất – cọc khoan nhồi và đất – đất của cát
hạt mịn trung ............................................................................................................. 71
Hình 3- 12. Kết quả tỷ số góc ma sát giữa đất – cọc khoan nhồi và đất – đất của cát
hạt mịn thơ................................................................................................................. 72
Hình 3- 13. Mẫu bị phá hoại cho đất dính ................................................................ 72
Hình 3- 14. Mẫu bị phá hoại cho đất rời ..................................................................73

Hình 4 - 1. Bản đồ vị trí cơng trình chung cư Bến Vân Đồn .................................... 74
Hình 4 - 2. Phối cảnh 3D của cơng trình chung cư Bến Vân Đồn ........................... 75
Hình 4 - 3. Mặt bằng cọc .......................................................................................... 99
Hình 4 - 4. Hình ảnh thi cơng cọc PT01 và dàn cọc neo ngồi cơng trường ......... 101
Hình 4 - 5. Hình ảnh dàn đối trọng ngồi cơng trường .......................................... 101
Hình 4 - 6. Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún của cọc PT01 ................................ 105


-5-

Hình 4 - 7. Biểu đồ quan hệ độ lún – thời gian của cọc PT01................................ 105
Hình 4 - 8. Biểu đồ quan hệ tải trọng – thời gian của cọc PT01 ............................ 106

Hình 4 - 9. Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún – thời gian của cọc PT01 .............. 106
Hình 4 - 10. Định nghĩa về E0 và E50 ...................................................................... 108
Hình 4 - 11. Hộp thoại Project trong khai báo chung bài toán đối xứng trục ....... 115
Hình 4 - 12. Hộp thoại Dimensions trong khai báo chung bài tốn đối xứng trục 115
Hình 4 - 13. Mơ phỏng bài tốn ban đầu ................................................................ 116
Hình 4 - 14. Hộp thoại General trong khai báo lớp đất ......................................... 117
Hình 4 - 15. Hộp thoại Parameters trong khai báo lớp đất.................................... 117
Hình 4 - 16. Hộp thoại Intrefaces trong khai báo lớp đất ...................................... 118
Hình 4 - 17. Hộp thoại General trong khai báo bê tơng ......................................... 118
Hình 4 - 18. Hộp thoại Parameter trong khai báo bê tơng ..................................... 119
Hình 4 - 19. Hộp thoại Distributed load trong khai báo tải trọng đầu cọc ............ 119
Hình 4 - 20. Hộp thoại Mesh generation setup trong khai báo chia lưới phần tử . 119
Hình 4 - 21. Hộp thoại Water pressure generation trong khai báo điều kiện nước
ngầm ban đầu .......................................................................................................... 120
Hình 4 - 22. Hộp thoại K0-procedure trong khai báo điều kiện áp lực đất ban đầu
................................................................................................................................. 120
Hình 4 - 23. Hộp thoại General trong khai báo Phase 1 ........................................ 121
Hình 4 - 24. Hộp thoại Parameters trong khai báo Phase 1 .................................. 121
Hình 4 - 25. Phần cọc đã được thay thế bằng bê tông và Interface được kích hoạt
................................................................................................................................. 122
Hình 4 - 26. Hộp thoại General trong khai báo Phase 2 ........................................ 122
Hình 4 - 27. Hộp thoại Parameters trong khai báo Phase 2 .................................. 123
Hình 4 - 28. Tải trọng phân bố đã được kích hoạt ................................................. 123
Hình 4 - 29. Hộp thoại General trong khai báo Phase 3 ........................................ 124


-6-

Hình 4 - 30. Hộp thoại Parameter trong khai báo Phase 3 .................................... 124
Hình 4 - 31. Hộp thoại Multiplers trong khai báo Phase 3 .................................... 125

Hình 4 - 32. Điểm xem chuyển vị và nội lực được kích hoạt .................................. 125
Hình 4 - 33. Đường quan hệ chuyển vị Uy và Sum-MloadA................................... 126
Hình 4 - 34. Biểu đồ ma sát xung quanh cọc trong Phase 3 ................................... 126
Hình 4 - 35. Biểu đồ ứng suất tổng mũi cọc trong Phase 3 .................................... 127
Hình 4 - 36. Biểu đồ ứng suất tổng mũi cọc trong Initial Phase ............................ 127
Hình 4 - 37. Biểu đồ so sánh sức chịu tải cho phép của cọc theo TCXD 205:1998 và
TCVN 10304:2014 .................................................................................................. 128
Hình 4 - 38. Biểu đồ so sánh sức chịu tải cho phép của cọc bằng các phương pháp
khác nhau. ............................................................................................................... 129
Hình 4 - 39. Biểu đồ thể hiện thành phần sức chịu tải cực hạn của cọc bằng các
phương pháp khác nhau. ......................................................................................... 129


-7-

MỤC LỤC BẢNG:
Bảng 2- 1. Giới hạn chảy của các loại thép .............................................................. 23
Bảng 2- 2. Hệ số điều kiện làm việc của đất m f ....................................................... 25
Bảng 2- 3. Hệ số ma sát bên của đất f i .................................................................... 25
Bảng 2- 4. Hệ số ,  , Ak0, Bk0 .................................................................................. 26
Bảng 2- 5. Trị số qp ................................................................................................... 27
Bảng 2- 6. Hệ số Nc , Nq , N theo Terzaghi .............................................................. 29
Bảng 2- 7. Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất  cf ....................................... 33
Bảng 2- 8. Cường độ sức kháng trên thân cọc đóng hoặc ép f i .............................. 34
Bảng 2- 9. Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc đóng hoặc ép q p ................. 35
Bảng 2- 10. Các hệ số 1 ,  2 , 3 và  4 ..................................................................... 38
Bảng 2- 11. Cường độ sức kháng q p của đất dính dưới mũi cọc nhồi ..................... 39
Bảng 2- 12. Giá trị các hệ số k, Z L và N 'q cho cọc trong đất cát ............................. 41
Bảng 2- 13. Thời gian theo dõi độ lún và đọc số liệu ............................................... 52
Bảng 2- 14. Xác định chuyển vị giới hạn qui ước ..................................................... 55

Bảng 2- 15. Quá trình phát triển bộ phần mềm Plaxis của Plaxis BV Hà Lan
(R.Brinkgreve) ........................................................................................................... 57

Bảng 3 - 1. Kết quả tỷ số góc ma sát giữa đất – cọc khoan nhồi và đất – đất của sét
chảy nhão .................................................................................................................. 68
Bảng 3 - 2. Kết quả tỷ số góc ma sát giữa đất – cọc khoan nhồi và đất – đất của sét
dẻo cứng .................................................................................................................... 69
Bảng 3 - 3. Kết quả tỷ số góc ma sát giữa đất – cọc khoan nhồi và đất – đất của cát
hạt mịn trung ............................................................................................................. 70


-8-

Bảng 3 - 4. Kết quả tỷ số góc ma sát giữa đất – cọc khoan nhồi và đất – đất của cát
hạt mịn thô................................................................................................................. 71
Bảng 3 - 5. Kết quả tỷ số góc ma sát giữa đất – cọc khoan nhồi và đất – đất của các
loại đất....................................................................................................................... 73

Bảng 4 - 1. Bảng thông tin cọc khoan nhồi PT 01(D1200) ...................................... 75
Bảng 4 - 2. Bảng tổng hợp địa chất .......................................................................... 77
Bảng 4 - 3. Bảng tính tốn sức kháng bên của cọc theo chỉ tiêu cơ lý (TCXD
205:1998) .................................................................................................................. 79
Bảng 4 - 4. Bảng tính tốn sức kháng bên của cọc theo chỉ tiêu cường độ (TCXD
205:1998) .................................................................................................................. 83
Bảng 4 - 5. Bảng tính tốn sức kháng bên của cọc theo chỉ tiêu cơ lý (TCVN
10304:2014) .............................................................................................................. 86
Bảng 4 - 6. Bảng tính tốn sức kháng bên của cọc theo chỉ tiêu cường độ (TCVN
10304:2014) .............................................................................................................. 89
Bảng 4 - 7. Bảng so sánh sức chịu tải cho phép của cọc theo vật liệu ..................... 90
Bảng 4 - 8. Bảng so sánh sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền ..................... 90

Bảng 4 - 9. Bảng tính toán sức kháng bên của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn
(TCXD 205:1998)...................................................................................................... 91
Bảng 4 - 10. Bảng tính tốn sức kháng bên của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn
(TCVN 10304:2014) ..................................................................................................95
Bảng 4 - 11. Bảng so sánh sức chịu tải cho phép của cọc theo kết quả xuyên tiêu
chuẩn ......................................................................................................................... 97
Bảng 4 - 12. Chi tiết cọc thí nghiệm.......................................................................... 98
Bảng 4 - 13. Quy trình gia tải vả giảm tải của cọc PT01 (2640T) ......................... 102
Bảng 4 - 14. Tổng hợp kết quả thí nghiệm cọc PT01 .............................................. 104
Bảng 4 - 15. Bảng tra hệ số mô đun theo tên đất của GS. Das .............................. 108
Bảng 4 - 16. Bảng tra hệ số poisson của GS. Das .................................................. 110


-9-

Bảng 4 - 17. Bảng tra hệ số Rint er ............................................................................ 112
Bảng 4 - 18. Bảng tra hệ số thấm của các loại đất khác nhau ............................... 112
Bảng 4 - 19. Bảng đặc trưng vật liệu ...................................................................... 113
Bảng 4 - 20. Kết quả tỷ số góc ma sát giữa đất – cọc khoan nhồi và đất – đất của
các loại đất .............................................................................................................. 130


-10-

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài:
Cùng hịa nhịp chính sách mở cửa hợp tác với các nƣớc trong khu vực và trên
toàn thế giới, nƣớc Việt Nam ta đã và đang làm cho các ngành kinh tế - kỹ thuật nói
chung và ngành xây dựng nói riêng có những thay đổi, phát triển không ngừng cả
về chất và lƣợng. Ở nhiều nơi trên đất nƣớc, đặc biệt là ở các thành phố lớn nhƣ Hà

Nội, Hồ Chí Minh…, số lƣợng nhà cao tầng ngày một tăng cao. Các cơng trình nhà
cao tầng đƣợc xây dựng khơng chỉ vì mục đích làm đẹp cho phố phƣờng hay làm
hài hồ cho kiến trúc tổng thể của thành phố mà còn đảm bảo cho mục đích tận
dụng đất đai trong thành phố vốn ngày càng chật hẹp do q trình đơ thị hóa ngày
một gia tăng.
Việc xây dựng những cơng trình quy mô lớn nhƣ nhà cao tầng, sân bay, bến
cảng, cầu cống …, móng cọc khoan nhồi ln là giải pháp thiết kế đƣợc ƣu tiên lựa
chọn do có nhiều ƣu điểm: sức chịu tải lớn, không gây chấn động mạnh, tiếng ồn
lớn, ít gây ảnh hƣởng cơng trình lân cận…
Trong q trình thiết kế móng cọc khoan nhồi, bài toán sức chịu tải dọc trục
của cọc là quan trọng nhất. Hiện nay để dự báo sức chịu tải của cọc nói chung và
cọc khoan nhồi nói riêng, có thể sử dụng nhiều công thức khác nhau tƣơng ứng với
việc áp dụng các tiêu chuẩn khác nhau nhƣ tiêu chuẩn thiết kế móng cọc của Việt
Nam (205:1998 hay 10304:2014), tiêu chuẩn thiết kế Austroad -1992 của Úc, tiêu
chuẩn AASHTO-LRFD-1998 của Mỹ và tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-01...
Việc áp dụng các công thức khác nhau để dự báo sức chịu tải của cọc nhồi trong
thiết kế cho các kết quả tƣơng đối khác nhau, nhiều khi có sai lệch khá lớn, nên việc
sử dụng các phƣơng pháp dự báo sức chịu tải cọc khoan nhồi sao cho hợp lý và sát
với sự làm việc thực tế của cọc và các dạng địa chất khác nhau là rất cần thiết.
Trong thực tế tính tốn thiết kế móng cọc đặc biệt sử dụng cọc khoan nhồi, các
công thức thƣờng đƣa ra hệ số an toàn rất lớn (thƣờng >2), nếu chúng ta có những
so sánh chính xác kết quả dự báo sức chịu tải cọc khoan nhồi với kết quả thí nghiệm
hiện trƣờng chúng ta có thể sử dụng hệ số an toàn thấp hơn, tăng hiệu quả kinh tế


-11-

của các dự án đầu tƣ xây dựng khi sử dụng cọc khoan nhồi, tránh gây lãng phí tài
nguyên trong điều kiện môi trƣờng xây dựng hiện đại.
Một nghiên cứu mang tính tổng hợp, đối chiếu giữa các phƣơng pháp tính lý

thuyết và so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trƣờng sức chịu tải của cọc khoan
nhồi trong các điều kiện địa chất khác nhau là một vấn đề cần thiết cho ngành xây
dựng nói chung.
II. Mục tiêu nghiên cứu:
-

Nghiên cứu các phƣơng pháp dự báo sức chịu tải cho cọc nhồi theo các tiêu

chuẩn khác nhau mà hiện nay đang đƣợc sử dụng ở Việt Nam.
-

Nghiên cứu tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi bằng phƣơng pháp phần tử

hữu hạn (cụ thể dùng phần mềm Plaxis 2D).
-

Nghiên cứu về góc ma sát giữa cọc khoan nhồi và đất cũng nhƣ ảnh hƣởng

của hệ số góc ma sát giữa cọc khoan nhồi và đất tới kết quả tính toán sức chịu tải
cọc khoan nhồi.
-

Thu thập các số liệu địa chất điển hình, các kết quả thí nghiệm hiện trƣờng

(thí nghiệm SPT và thí nghiệm thử tĩnh tải) làm cơ sở đánh giá tính phù hợp của các
phƣơng pháp tính tốn thiết kế với kết quả thí nghiệm sức chịu tải của cọc khoan
nhồi của Chung cƣ Bến Vân Đồn.
III.

Phƣơng pháp nghiên cứu:

-

Phƣơng pháp thống kê, tổng hợp lý thuyết.

-

Phƣơng pháp phần tử hữu hạn.

-

Phƣơng pháp thực nghiệm.

IV. Nội dung nghiên cứu:
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Chƣơng 1: Tổng quan về sức chịu tải cọc khoan nhồi trên Thế Giới và Việt
Nam.
- Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi.
- Chƣơng 3: Xác định góc ma sát giữa cọc khoan nhồi và đất.
- Chƣơng 4: Phân tích sức chịu tải cọc khoan nhồi chung cƣ Bến Vân Đồn.


-12-

V. Tính thực tiễn và tính khoa học của đề tài:
Đề tài nghiên cứu các phƣơng pháp tính tốn lý thuyết sức chịu tải cọc khoan
nhồi, so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trƣờng của một cơng trình thực tế. Từ đó
rút ra đƣợc cách tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi mang lại giá trị tính tốn sát
với thực tế nhất, tránh lãng phí cũng nhƣ những sự cố khi thi công cọc khoan nhồi
nhƣ là sức chịu tải cọc khoan nhồi không đạt đƣợc giá trị thiết kế.

VI. Dự kiến, kết luận và kiến nghị:
-

Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi cho

một cơng trình cụ thể và so sánh kết quả thí nghiệm hiện trƣờng.
-

Nghiên cứu góc ma sát giữa cọc khoan nhồi và đất cũng nhƣ ảnh hƣởng của

hệ số góc ma sát giữa cọc khoan nhồi và đất tới kết quả tính tốn sức chịu tải cọc
khoan nhồi.
-

Hạn chế và hƣớng phát triển của đề tài là nghiên cứu nhiều cơng trình thực tế

để đƣa ra cách tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi cho từng khu vực địa chất cụ
thể.


-13-

CHƢƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI Ở
VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.1. Tổng quát về cọc:
Từ rất xa xƣa, con ngƣời đã biết sử dụng cọc gỗ đóng xuống sâu để gánh đỡ
cơng trình có tải trọng lớn hoặc các lớp đất bên trên mặt không đủ khả năng chịu tải

trực tiếp. Thời tiền sử, cọc đã đƣợc sử dụng để gánh đỡ các nhà trong vùng hồ
Lucerne và những cơng trình tƣơng tự cũng tồn tại trong vùng Tân-Guine. Mặt
khác, ngƣời ta cũng ghi nhận đƣợc khi tháp Campanile sụp đổ năm 1902, những cọc
gỗ gánh đỡ nó nằm dƣới mực nƣớc ngầm đƣợc tìm thấy vẫn còn trạng thái tốt và
đƣợc sử dụng lại cho cơng trình tái tạo trên nền cũ. Thời xa xƣa ấy, con ngƣời đã
đóng cọc bằng những chày vồ lớn, những chày vồ kéo tay, những bánh xe nƣớc
đóng cọc,…
Các máy búa hơi nƣớc dùng để đóng cọc đƣợc phát minh bởi Nasmyth năm
1845. Cho đến nay, đã có rất nhiều phƣơng tiện hạ cọc nhƣ búa rơi, búa hơi đơn
động, búa hơi song động, búa diesel kiểu cột và kiểu ống, búa thủy lực, búa rung
hoặc các biện pháp hạ cọc bằng xói nƣớc…
Q trình phát triển các loại cọc cũng chính là sự phát triển các phƣơng pháp
hạ cọc, ngay những năm gần kề trƣớc chiến tranh thế giới lần hai, 1936, kỹ sƣ
Franki, ngƣời Ý, đã phát minh ra phƣơng pháp cấu tạo cọc nhồi bê tông vào những
lỗ trống trong nền đất. Cho đến ngày nay, rất nhiều phƣơng pháp tạo cọc nhồi bê
tông tại chỗ, tiết diện tròn, chữ nhật, chữ I, chữ H,… bằng các lƣỡi khoan hay là gầu
đào,… có ống vách, hoặc giữ ổn định thành vách bằng dung dịch huyền phù. Đến
cuối thế kỷ XX, kỷ lục về chiều sâu cọc nhồi là 125m dƣới tịa tháp đơi ở thủ đơ
Kuala Lumpur, Malaysia.
1.2. Định nghĩa cọc:
Cọc thuộc loại móng sâu là loại móng có sức chịu tải theo đất nền bao gồm
thành phần ma sát xung quanh móng với đất và có chiều sâu chơn móng khá lớn so
với bề rộng móng.
Móng cọc bao gồm ba bộ phận: cọc, đài cọc và đất bao quanh cọc. Cọc là bộ
phận chính có tác dụng truyền tải trọng cơng trình lên đất ở mũi cọc và lớp đất xung


-14-

quanh. Đài cọc có tác dụng là tạo liên kết giữa các cọc thành một khối liên kết và

phân bố tải trọng cơng trình lên các cọc. Đất bao quanh đƣợc lèn chặt tiếp thu tải
trọng cơng trình và phân bố đều hơn lên mũi cọc.
Ƣu điểm: giảm khối lƣợng làm đất, tận dụng đất nền cũ, giảm vật liệu xây
dựng làm móng, cơ giới hóa trong việc thi cơng, trong một số cơng trình phức tạp
thì cần phải dùng móng cọc cho tải trọng rất lớn, hoặc trên nền đất yếu thì giảm độ
lún.
1.3. Phân loại cọc:
1.3.1. Theo sự làm việc:
- Cọc chống: truyền tải trọng lên lớp đất đá có cƣờng độ lớn, lực ma sát xung
quanh thực tế không xuất hiện. Khả năng chịu tải của cọc chỉ phụ thuộc vào
khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc.
- Cọc treo: đất bao quanh cọc là đất chịu nén (đất yếu) và tải trọng đƣợc truyền
lên nền nhờ lực ma sát ở xung quanh cọc và cƣờng độ của đất đầu mũi cọc.
1.3.2. Theo vật liệu:
- Cọc gỗ: thƣờng đƣợc sử dụng là thông, tràm, tre… dƣới dạng cọc đơn, đôi
khi dạng tổ hợp các thanh đơn thành bó cọc hoặc phối hợp với các loại cọc
khác nhƣ gỗ – bê tông, thép – gỗ. Cọc gỗ phải đƣợc thƣờng xuyên nằm dƣới
mực nƣớc ngầm nhằm giữ cho phần thớ gỗ không bị tấn công bởi mốc, mục,
mối, mọt…

Hình 1 - 1. Cọc tre


-15-

Hình 1 - 2. Cọc gỗ
- Cọc bê tơng: có nhiều loại cọc bê tông nhƣ các loại cọc chế tạo sẵn đặc ruột
hoặc rỗng ruột và hạ bằng búa đóng, hoặc ép bằng các kích thủy lực, hay hạ
bằng xói nƣớc, đơi khi kết hợp khoan mồi và đóng. Mặt khác, ta cũng cịn
các loại cọc đúc bê tơng ngay trong các hố khoan (hoặc đào) tại chỗ, thƣờng

đƣợc gọi chung là cọc nhồi, loại này cũng có nhiều phƣơng pháp thực hiện:
khoan hoặc đào đơn giản trong sét có độ dẻo từ trung bình đến cao, hoặc
phải giữ ổn định thành vách bằng ống chống hay sử dụng dung dịch huyền
phù bentonite khi gặp đất rời…

Hình 1 - 3. Cọc BTCT tiết diện vuông đúc sẵn


-16-

Hình 1 - 4. Cọc BTCT ly tâm đúc sẵn
- Cọc thép
1.3.3. Theo phương của trục cọc:
- Cọc đứng (trục cọc thẳng đứng)
- Cọc xiên
1.3.4. Theo cách hạ cọc:
- Cọc đóng
- Cọc ép
- Cọc khoan nhồi
- Cọc khoan hạ
- …
1.3.5. Theo cách chế tạo cọc:
- Cọc đúc sẵn
- Cọc đổ tại chỗ
1.4. Tổng quan về sức chịu tải cọc khoan nhồi trên thế giới:
Trong những ngày đầu của nền văn minh, từ truyền thơng, quốc phịng, chiến
lƣợc điểm của các làng và thị trấn đều nằm gần các con sông và hồ. Vì vậy việc
tăng cƣờng sức chịu nền đất với một số hình thức đóng cọc rất quan trọng. Cọc gỗ
đã bị đẩy vào mặt đất bằng tay hoặc lỗ đã đào và đầy với cát và đá. Năm 1740

-17-

Christoffoer Polhem phát minh ra thiết bị đóng cọc mà tƣơng đồng để ngày đống cơ
chế lái xe. Cọc thép đã đƣợc sử dụng từ năm 1800 và cọc bê tông kể từ khoảng năm
1900.
Cuộc cách mạng công nghiệp đã mang về những thay đổi quan trọng trong
việc khoan hạ cọc thông qua việc phát minh ra máy hơi nƣớc và điều khiển diesel.
Gần đây hơn, nhu cầu ngày càng tăng về nhà ở và xây dựng đã buộc chính quyền và
các cơ quan phát triển để khai thác vùng đất với đặc điểm đất nghèo. Điều này đã
dẫn đến sự phát triển và cải thiện cọc và hệ thống khoan hạ cọc.
Móng cọc đã đƣợc sử dụng nhƣ là mang tải và hệ thống chuyển tải trong
nhiều năm. Trên thế giới, có rất nhiều cơng trình nghiên cứu các phƣơng pháp xác
định sức chịu tải cọc khoan nhồi. Có thể kể đến một số nghiên cứu nhƣ:
-

M. BUSTAMANTE , L. GIANESELLI – Pile bearing capacity prediction by

means of static penetrometer CPT. (Proceeding of the second Europeen Symposium
on Penetration Testing – Amsterdam, 1982)
-

P.J Hannigan, G.G Goble, G. Thendean, G.E Likins, F. Rausche – Design

and construction of Driven Pile Foundations. ( FHWA – USA, 1998)
-

Ir. Tan Yean Chin, Chow chee Meng - Design and construction of Bored Pile

Foundations. (Ipoh , 2003)

Đi đôi với những nghiên cứu về sức chịu tải cọc là các tiêu chuẩn thiết kế
sức chịu tải cọc của các nƣớc khác nhau: tiêu chuẩn thiết kế Austroad -1992 của Úc,
tiêu chuẩn AASHTO-LRFD-1998 của Mỹ…
1.5. Tổng quan về sức chịu tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam:
Sau chiến tranh, nhiều đô thị bị tàn phá và phải xây dựng lại hồn tồn. Nhiều
cơng trình lớn đã, đang và sẽ đƣợc xây dựng. Địa tầng ở các thành phố lớn ở đồng
bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long rất phức tạp, phía trên là lớp đất yếu
có chiều dày lớn, vì vậy móng cọc ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi.
Công nghệ và và thiết bị thi công móng cọc thời gian qua cũng đã đƣợc phát
triển. Các thiết bị thi công cọc nhồi, cọc barrette đã đƣợc nhập về. Máy ép cọc có
lực ép lớn cũng đã có mặt ở Việt Nam. Vật liệu chế tạo cọc thời gian qua cũng đã
đáp ứng cơ bản yêu cầu kỹ thuật. Và quan trọng hơn cả là kinh nghiệm về công tác


-18-

tƣ vấn, thi công của ngƣời Việt Nam đã đƣợc nâng cao, chất lƣợng thi công đã đƣợc
cải thiện đáng kể.
Ở Việt Nam, vấn đề sức chịu tải cọc khoan nhồi cũng là một đề tài rất đƣợc
quan tâm. Một vài tác giả và nhóm tác giả đã nghiên cứu sức chịu tải cọc khoan
nhồi nhƣ:
-

PGS.TS. Nguyễn Văn Ngọc, Khoa Cơng trình Thủy, trƣờng Đại học Hàng

Hải và ThS. Nguyễn Quang Tuấn, trƣờng Đại học Hải Phòng – Một số vấn đề về
xác định sức chịu tải của cọc trên nền đất yếu. (Tạp chí Khoa học Hàng Hải số 174/2009)
-

Đỗ Hữu Đạo, Trƣờng Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng – Nghiên cứu

thực nghiệm xác định sức chịu tải của cọc bằng thí nghiệm nén tĩnh và so sánh với
các quy trình hiện hành ở Việt Nam. (Tạp chí Khoa Học và Cơng nghệ - số
6(11).2010)
…


-19-

CHƢƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC
KHOAN NHỒI

2.1. Tổng quan về tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi:
Cho đến nay, mặc dù ngƣời ta đã biết sử dụng cọc để gánh đỡ cơng trình từ
rất lâu, nhiều tác giả đã đƣa ra một số phƣơng pháp tính tốn sức chịu tải của cọc
khoan nhồi đơn, kết quả tính tốn có thể tin cậy đƣợc nhƣng nhìn chung các phƣơng
pháp tính tốn đều dựa vào một trong hai xu hƣớng là: tính tốn sức chịu tải cọc
đơn dựa theo chỉ tiêu của đất nền và tính toán sức chịu tải của cọc đơn dựa vào kết
quả khảo sát bằng thiết bị thí nghiệm ở hiện trƣờng.
Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:
Trong tính tốn thực tế ngƣời ta phân chia sức chịu tải theo đất nền thành hai
thành phần: thành phần chịu mũi và thành phần ma sát xung quanh cọc.
Gọi Qu là sức chịu tải cực hạn của cọc gồm tổng sức chống cắt giữa đất và
vật liệu làm cọc ở mặt bên cọc Qs cùng với sức gánh đỡ của đất dƣới mũi cọc Q p
đƣợc tính theo H.G.POULOS và E.H.DAVIS – “Pile Foundation Analysis and
Design” nhƣ sau:
Qu  Qs  Qp  W

(2 - 1)

Trong đó:
L

Qs  c   a .dz và Qp  Ap .q p hoặc Qu  As . f s  Ap .q p  W
0

Qa 

Qu As . f s Ap . f p


FS
FS s
FS p

(2 - 2)

* Thành phần ma sát xung quanh cọc Qs :
Khả năng chịu tải do ma sát hông đảm nhiệm đƣợc thể hiện bởi lực cắt của
lớp đất tiếp xúc cọc và đất trên diện tích bề mặt của thân cọc đƣợc mô tả theo
Coulomb nhƣ sau:
 a   n .tgs  c 's

Trong đó:
 a : là lực cắt của lớp tiếp xúc cọc – đất

(2 - 3)