Dự đoán khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi bằng phương pháp phần tử hữu hạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------

PHẠM VĂN THANH

DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI
BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

CHUYÊN NGÀNH:
MÃ SỐ:

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM
60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. LÊ VĂN PHA

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. NGUYỄN SỸ LÂM

Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 15 tháng 01 năm 2015.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS.TS. TRẦN THỊ THANH ...................................... Chủ tịch Hội đồng
2. TS. BÙI TRƢỜNG SƠN ............................................ Thƣ ký
3. TS. LÊ VĂN PHA ...................................................... Ủy viên
4. TS. NGUYỄN SỸ LÂM ............................................. Ủy viên
5. TS. TRƢƠNG QUANG HÙNG ................................. Ủy viên
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

GS.TS. TRẦN THỊ THANH

TRƢỞNG KHOA XÂY DỰNG

TS. NGUYỄN MINH TÂM

Trang 2


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

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:
PHẠM VĂN THANH
MSHV:
13090098

Ngày, tháng, năm sinh:
01/07/1983
Nơi sinh:
Gia Lai
Chuyên ngành:
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM
Mã số:
60580204
I. TÊN ĐỀ TÀI:
DỰ ĐỐN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI BẰNG PHƢƠNG
PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
II. NHIỆM VỤ:
- Phân tích và tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi bằng các phƣơng pháp giải tích.
- Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng phân tích:
+ Ma sát lên cọc trong cùng một lớp đất có tăng theo chiều sâu không?
+ Sức chịu tải do ma sát hông xung quanh cọc.
+ Sức chịu tải ở mũi cọc.
- Kết hợp phân tích ngƣợc bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn qua đó dự đốn sức
chịu tải của cọc.
III. NỘI DUNG:
- Mở dầu
- Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ thi công cọc khoan nhồi.
- Chƣơng 2: Tổng quan các phƣơng pháp xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi
theo phƣơng pháp giải tích.
- Chƣơng 3: Mơ phỏng cọc khoan nhồi bằng phần mềm plaxis.
- Chƣơng 4: Phân tích và đánh giá kết quả.
- Kết luận và kiến nghị.
- Tài liệu tham khảo.
- Phụ lục.
IV. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/07/2014

V. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014
VI. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN
Tp. HCM, ngày 07 tháng 12 năm 2014.
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN

TS. LÊ BÁ VINH

TRƢỞNG KHOA XÂY DỰNG

TS. NGUYỄN MINH TÂM
Trang 3


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên, học viên xin chân thành cảm ơn q Thầy Cơ trong bộ mơn Địa cơ Nền
móng, q Thầy Cơ đã nhiệt tình, tận tâm truyền đạt cho học viên những kiến thức hết
sức quý báu và hữu ích trong suốt thời gian học viên tham gia khóa học. Hơm nay, với
những dịng chữ này, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn và tri ân sâu sắc đối với quý Thầy
Cô.
Học viên xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trƣờng, Phòng đào tạo Sau
Đại học trƣờng Đại học Bách khoa Tp.HCM đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho học viên trong suốt quá trình học tập tại nhà trƣờng.
Đề cƣơng Luận văn Thạc sĩ của học viên đƣợc hoàn thành đúng thời hạn theo quy
định là nhờ sự giúp đỡ tận tâm, tận tình và đầy nhiệt huyết của PGS.TS. Châu Ngọc Ẩn.
Học viên xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Châu Ngọc Ẩn, ngƣời Thầy đã tận tình hƣớng
dẫn và định hƣớng giúp học viên đƣa ra những hƣớng nghiên cứu cụ thể. Bên cạnh đó,

Thầy cũng cung cấp cho học viên nhiều tài liệu, truyền đạt những kiến thức quý báu
trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Học viên cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy TS. Lê Bá Vinh, TS. Nguyến
Minh Tâm, PGS.TS. Võ Phán, TS. Bùi Trường Sơn, GS.TS. Dương Nguyên Vũ, TS.
Trần Tuấn Anh, TS. Lê Trọng Nghĩa, TS. Đỗ Thanh Hải đã tạo điều kiện tốt nhất cho
học viên học tập và nghiên cứu khoa học trong hai học kỳ vừa qua. Các Thầy Cô đã luôn
tận tâm giảng dạy và cung cấp cho học viên nhiều tài liệu quý báu và những hƣớng
nghiên cứu cần thiết.
Bên cạnh đó, học viên xin trân trọng cảm ơn các anh chị làm việc trong dự án xây
dựng tuyến đƣờng sắt đơ thị TP. Hồ Chí Minh, tuyến Bến Thành – Suối Tiên (Tuyến số
1) đã giúp đỡ học viên trong việc thu thập các số liệu quan trắc quý báu cần thiết để hoàn
thành luận văn này.
Cuối cùng, học viên cũng xin bày tỏ lòng ghi ơn và tri ân sâu sắc đến gia đình, bạn
bè và các đồng nghiệp đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ học viên rất nhiều trong
suốt thời gian của khóa học cũng nhƣ trong khoảng thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ
này.
HỌC VIÊN

PHẠM VĂN THANH

Trang 4


TĨM TẮT
Trong luận văn này, tác giả sử dụng thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng có gắn các
thiết bị đo biến dạng dọc thân cọc để phân tích hai thành phần sức chịu tải của cọc khoan
nhồi trên địa bàn Q.2, Q.Thủ Đức – TP. Hồ Chí Minh. Hai thành phần sức chịu tải của
cọc bao gồm: ma sát hông và sức chịu mũi. Từ đó, bằng phần mềm Plaxis 2D sử dụng
mơ hình Mohr - Coulomb, tiến hành mơ phỏng các cọc khoan nhồi nói trên và xác định
sức chịu tải của các cọc. Công việc đƣợc thực hiện trên ba cọc khoan nhồi gồm: TPB-02

(đƣờng kính d = 1,5m, chiều dài L = 77m), TPB-03 (đƣờng kính d = 1,2m, chiều dài L =
75m), TPB-05 đƣờng kính d = 1,5m, chiều dài L = 55m).
Kết quả phân tích sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng và từ mô
phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D nhƣ sau: sức chịu tải của cọc chủ yếu đƣợc huy động
do thành phần ma sát hông, chiếm từ 80% đến 90% sức chịu tải tổng, thành phần sức
chịu mũi chỉ chiếm từ 10% đến 20%. Do đó, khi tính toán sức chịu tải của cọc khoan
nhồi ngƣời thiết kế có thêm cơ sở để lấy hệ số an tồn cho thành phần ma sát hông FSs =
2 và cho thành phần chịu mũi FSp = 3.
Thơng qua thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng ghi nhận đƣợc thành phần sức chịu tải
do ma sát hông giữa cọc và đất trong cùng một lớp đất thay đổi không đồng đều theo
chiều sâu. Cụ thể, sức chịu tải do thành phần ma sát hơng trong cùng một lớp đất khơng
tăng tuyến tính theo chiều sâu (dao động xung quanh giá trị trung bình khá bất thƣờng).
Khi có tải trọng tác động lên đầu cọc, thành phần sức chịu tải do ma sát hơng đƣợc huy
động rất nhanh.
Mơ phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng phần mềm Plaxis 2D sử dụng mơ hình
Mohr – Coulomb diễn tả khơng tốt q trình giảm tải. Vì vậy, với cùng một cấp tải trọng
tác động lên đầu cọc, quá trình giảm tải cho chuyển vị của cọc bằng với quá trình tăng
tải. Tuy nhiên, với mục đích xác định sức chịu tải của cọc bằng phƣơng pháp phần tử hữu
hạn thì vấn đề này khơng ảnh hƣởng nhiều đến kết quả của luận văn. Sau khi mô phỏng
cọc khoan nhồi bằng Plaxis 2D, tiến hành vẽ đồ thị quan hệ tải trọng và chuyển vị, áp
dụng phụ lục E của TCVN 9393 : 2012 [10] để xác định sức chịu tải của cọc.

Trang 5


ABSTRACT
The aim of this thesis is to be investigated and analyzed the bearing (loading)
capacities of bored-pile by in-situ Static Load Testing (Pile Load Test) with measuring
instruments of longitudinal deformation (strain gage) at 2nd District and Thu Duc District
in Ho Chi Minh City. The strain components of bored-pile are included: 1) wall friction

and 2) toe resistance. The bored-piles are imitated and specify its bearing (loading)
capacities by Plaxis 2D software with Morh – Coulomb Model. Three (03) bored-piles
were chosen to analysis: TPB-02 (Diameter = 1.5 m, Length = 77.0 m); TPB-03
(Diameter = 1.5 m, Length = 75.0 m) and TPB-05 (Diameter = 1.5 m, Length = 55.0 m).
The results of bearing (loading) capacities of bored-piles were analyzed and
recorded as following: 1) the wall friction occupied 80% to 90% and 2) toe resistance
occupied 10% to 20%. Therefore based on the results, when the designer calculates the
bearing, it is added a factor of safe (FS) where wall friction FSs = 2 and toe resistance FSp
= 3.
According to the in-situ testing results, we recorded that the bearing capacity caused
by wall fiction between pile and surrounded soil (in same soil layer) is not varied
homogeneous by depth. That means the bearing capacity caused by wall fiction in same
layer of soil is not increased linear by depth (the bearing is varied around its average
value fairly extraordinary). If having the loading at top of bored-pile, the bearing capacity
caused by wall fiction is occurred very fast.
The bored-piles are imitated and specify its bearing (loading) capacities by Plaxis
2D software with Morh – Coulomb Model. But this method do not describe clear the
unloading cycle. Thus, within the same load-level, the displacement of pile by unloading
cycle is equal load increment. However, if the aim is determination of pile bearing
capacities by Finite Element Method (FEM), it will not influence the analysis of thesis.
Finally, the author carried out the load-displacement curve based on the Appendix E,
Vietnamese Standard 9393:2012 [10] to determine the bearing (loading) capacities of
bored-piles.

Trang 6


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các kết quả nêu ra trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố

trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 12 năm 2014.
Tác giả

PHẠM VĂN THANH

Trang 7


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................. 4
TÓM TẮT ................................................................................................................................... 5
ABSTRACT ................................................................................................................................ 6
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................................... 7
PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 12
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.

ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................................... 12
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ................................................................................................. 13
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 13
PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................................................................... 14

CHƢƠNG 1 ............................................................................................................................... 15
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI ................................ 15
1.1. THIẾT BỊ THI CÔNG ......................................................................................................... 15
1.1.1. Thiết bị khoan ........................................................................................................... 15

1.1.2. Thiết bị trộn và xử lý cát lẫn trong dung dịch bentonite ......................................... 16
1.1.3. Các thiết bị khác ........................................................................................................ 17
1.2. Q TRÌNH THI CƠNG [9] ............................................................................................... 17
1.2.1. Công tác chuẩn bị ..................................................................................................... 17
1.2.2. Dung dịch khoan ....................................................................................................... 17
1.2.3. Công tác khoan tạo lỗ ............................................................................................... 18
1.2.4. Công tác gia công và hạ lồng thép ........................................................................... 20
1.2.5. Xử lý cặn lắng đáy hố khoan trước khi đổ bê tông ................................................. 21
1.2.6. Đổ bê tông.................................................................................................................. 21
1.2.7. Rút ống vách và vệ sinh đầu cọc .............................................................................. 22
1.3. NHẬN XÉT CHƢƠNG 1 ..................................................................................................... 22
CHƢƠNG 2 ............................................................................................................................... 23
TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN
NHỒI THEO PHƢƠNG PHÁP GIẢI TÍCH ......................................................................... 23
2.1. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU ........................................................................ 23
2.2. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO CHỈ TIÊU CƢỜNG ĐỘ CỦA ĐẤT NỀN ................................ 23
2.3. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT) ........ 24
2.3.1. Tính theo cơng thức Meyerhof ................................................................................. 24
2.3.2. Tính theo cơng thức của Nhật Bản .......................................................................... 25
2.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH (CPT) .................... 25
2.5. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO THIẾT BỊ ĐO BIẾN DẠNG DỌC THÂN CỌC (STRAIN GAGES)
26
2.6. NHẬN XÉT CHƢƠNG 2 ..................................................................................................... 29
CHƢƠNG 3 ............................................................................................................................... 37
MÔ PHỎNG CỌC KHOAN NHỒI BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS .................................... 37
3.1. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO LÝ THUYẾT TỪ CÁC CÔNG THỨC KHÁC NHAU37
3.2. MÔ PHỎNG CỌC KHOAN NHỒI BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 2D ......................................... 37

Trang 8

3.2.1. Tổng quan về Plaxis mơ hình Mohr – Coulomb ..................................................... 37
3.2.2. Thống kê các thông số địa chất ................................................................................ 42
3.2.3. Mơ hình cọc TPB-02 từ Plaxis 2D ........................................................................... 50
3.2.4. Mơ hình cọc TPB-03 từ Plaxis 2D ........................................................................... 51
3.2.5. Mơ hình cọc TPB-05 từ Plaxis 2D ........................................................................... 52
CHƢƠNG 4 ............................................................................................................................... 53
PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .............................................................................. 53
4.1. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU ........................................................................................................ 53
4.1.1. Sức chịu tải dọc thân cọc .......................................................................................... 53
4.1.2. Thành phần ma sát hông .......................................................................................... 55
4.1.3. Chuyển vị của cọc ..................................................................................................... 57
4.2. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ PLAXIS 2D ......................................................... 61
4.2.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................... 61
4.2.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................... 61
4.2.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................... 62
4.3. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ........................................................................................................ 63
4.4. ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................................... 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 65
KẾT LUẬN ............................................................................................................................... 65
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................................. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................ 67
PHỤ LỤC .................................................................................................................................. 68
5.1. BẢNG SỐ LIỆU ĐỒNG HỒ ĐO CHUYỂN VỊ NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG................................. 68
5.1.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................... 68
5.1.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................... 80
5.1.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................... 92
5.2. BẢNG SỐ LIỆU ĐO BIẾN DẠNG CO LẠI CỦA CỌC ........................................................... 104
5.1.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 104
5.1.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 105

5.1.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 106
5.3. BẢNG SỐ LIỆU STRAIN GAUGES NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG............................................ 107
5.3.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 107
5.3.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 117
5.3.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 127
5.4. BẢNG SỐ LIỆU TÍNH LỰC DỌC THÂN CỌC TỪ NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG ....................... 137
5.4.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 137
5.4.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 141
5.4.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 145
5.5. BẢNG SỐ LIỆU MA SÁT HÔNG TỪ NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG .......................................... 149
5.5.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 149
5.5.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 151
5.5.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 153
5.6. BẢNG SỐ LIỆU TÍNH LỰC DỌC THÂN CỌC TỪ MƠ HÌNH PLAXIS ................................... 155

Trang 9


5.6.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 155
5.6.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 159
5.6.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 163
5.7. BẢNG SỐ LIỆU CHUYỂN VỊ ĐẦU CỌC TỪ MƠ HÌNH PLAXIS ........................................... 167
5.7.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 167
5.7.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 167
5.7.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 167
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ....................................................................................... 168
Q TRÌNH ĐÀO TẠO........................................................................................................ 168
Q TRÌNH CƠNG TÁC ..................................................................................................... 168

DANH MỤC HÌNH ẢNH

HÌNH 1.1: MÁY KHOAN........................................................................................................ 15
HÌNH 1.2: MÁY TRỘN VÀ XỬ LÝ CÁT CHO DUNG DỊCH BENTONITE .................. 16
HÌNH 1.3: THIẾT BỊ THU HỒI, XỬ LÝ VÀ CHỨA ĐỰNG DUNG DỊCH BENTONITE
ĐANG SỬ DỤNG ..................................................................................................................... 16
HÌNH 2.1: ĐỒ THỊ TRA HỆ SỐ NQ ...................................................................................... 24
HÌNH 2.2: THIẾT BỊ CẢM BIẾN ĐO SỨC CHỊU TẢI DỌC THÂN CỌC (GEOKON
4200) ........................................................................................................................................... 27
HÌNH 2.3: THIẾT BỊ CẢM BIẾN ĐO BIẾN DẠNG CỦA CỌC (GEOKON A-9) ........... 27
HÌNH 2.4: LẮP ĐẶT THIẾT BỊ CẢM BIẾN VÀO LỒNG THÉP ..................................... 28
HÌNH 2.5: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ QUAN SÁT SỐ LIỆU ĐO ........................... 28
HÌNH 2.6: THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA STRAIN GAGES GEOKON 4200 ................. 31
HÌNH 2.7: THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA STRAIN GAGES A-9 ...................................... 33
HÌNH 2.8: SƠ ĐỒ VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ CẢM BIẾN DỌC THÂN CỌC TPB02 ................................................................................................................................................ 34
HÌNH 2.9: SƠ ĐỒ VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ CẢM BIẾN DỌC THÂN CỌC TPB03 ................................................................................................................................................ 35
HÌNH 2.10: SƠ ĐỒ VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ CẢM BIẾN DỌC THÂN CỌC
TPB-05 ....................................................................................................................................... 36
HÌNH 3.1: QUAN HỆ ĐÀN HỒI TUYẾN TÍNH TRONG MƠ HÌNH MOHR - COULOMB
.................................................................................................................................................... 38
HÌNH 3.2: ĐỒ THỊ QUAN HỆ ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG ........................................... 38
HÌNH 3.3: VỊNG TRỊN ỨNG SUẤT TIẾP XÚC VỚI ĐƢỜNG BAO COULOMB TẠI
ĐIỂM DẺO................................................................................................................................ 40
HÌNH 3.4: QUY ĐỔI TẢI TRỌNG LÊN ĐẦU CỌC TRONG PLAXIS ............................ 41
HÌNH 3.5: MƠ HÌNH CỌC TPB-02 TRONG PLAXIS ....................................................... 50

Trang 10


HÌNH 3.6: MƠ HÌNH CỌC TPB-03 TRONG PLAXIS ....................................................... 51
HÌNH 3.7: MƠ HÌNH CỌC TPB-05 TRONG PLAXIS ....................................................... 52
HÌNH 4.1: TẢI TRỌNG DỌC THÂN CỌC TPB-02 ............................................................ 54

HÌNH 4.2: TẢI TRỌNG DỌC THÂN CỌC TPB-03 ............................................................ 54
HÌNH 4.3: TẢI TRỌNG DỌC THÂN CỌC TPB-05 ............................................................ 54
HÌNH 4.4: SỰ HUY ĐỘNG MA SÁT HƠNG CỦA CỌC TPB-02 TỪ THÍ NGHIỆM NÉN
TĨNH HIỆN TRƢỜNG ............................................................................................................ 55
HÌNH 4.5: SỰ HUY ĐỘNG MA SÁT HƠNG CỦA CỌC TPB-03 TỪ THÍ NGHIỆM NÉN
TĨNH HIỆN TRƢỜNG ............................................................................................................ 56
HÌNH 4.6: SỰ HUY ĐỘNG MA SÁT HƠNG CỦA CỌC TPB-05 TỪ THÍ NGHIỆM NÉN
TĨNH HIỆN TRƢỜNG ............................................................................................................ 56
HÌNH 4.7: BIỂU ĐỒ QUAN HỆ TẢI TRỌNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CỌC TPB-02 ..... 57
HÌNH 4.8: BIỂU ĐỒ QUAN HỆ TẢI TRỌNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CỌC TPB-03 ..... 58
HÌNH 4.9: BIỂU ĐỒ QUAN HỆ TẢI TRỌNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CỌC TPB-05 ..... 59
HÌNH 4.10: PHƢƠNG PHÁP DE BEER ............................................................................... 60
HÌNH 4.11: PHƢƠNG PHÁP DAVISSION .......................................................................... 60
HÌNH 4.12: XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TPB-02 TỪ KẾT QUẢ PLAXIS ... 61
HÌNH 4.13: XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TPB-03 TỪ KẾT QUẢ PLAXIS ... 62
HÌNH 4.14: XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TPB-05 TỪ KẾT QUẢ PLAXIS ... 62

DANH MỤC BẢNG BIỂU
BẢNG 1.1: CHỈ TIÊU TÍNH NĂNG BAN ĐẦU CỦA DUNG DỊCH BENTONITE ........ 18
BẢNG 1.2 - SAI SỐ CHO PHÉP VỀ LỖ KHOAN CỌC ..................................................... 19
BẢNG 1.3 - SAI SỐ CHO PHÉP CHẾ TẠO LỒNG THÉP................................................. 21
BẢNG 2.1: HỆ SỐ KC VÀ  ................................................................................................. 26
BẢNG 3.1: SỨC CHỊU TẢI CỦA CÁC CỌC THEO MỘT SỐ CƠNG THỨC GIẢI TÍCH
.................................................................................................................................................... 37
BẢNG 3.2: TỔNG HỢP CÁC THƠNG SỐ ĐỊA CHẤT NHẬP VÀO MƠ HÌNH PLAXIS
(CỌC TPB-02) .......................................................................................................................... 42
BẢNG 3.3: TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ ĐỊA CHẤT NHẬP VÀO MƠ HÌNH PLAXIS
(CỌC TPB-03) .......................................................................................................................... 43
BẢNG 3.4: TỔNG HỢP CÁC THƠNG SỐ ĐỊA CHẤT NHẬP VÀO MƠ HÌNH PLAXIS
(CỌC TPB-05) .......................................................................................................................... 43

BẢNG 4.1: SO SÁNH SỨC CHỊU TẢI MŨI VÀ MA SÁT HÔNG .................................... 63
BẢNG 4.2: SO SÁNH CÁC LOẠI CHUYỂN VỊ CỦA CỌC............................................... 63

Trang 11


PHẦN MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề

Theo số liệu thống kê của Tổng cục thống kê, với tốc độ gia tăng dân số hiện nay
của cả nƣớc nói chung và Tp.HCM nói riêng diễn ra rất nhanh, dẫn đến nhu cầu xây dựng
các cơng trình nhà ở, giao thơng… ngày một nhiều. Đặc biệt là các cơng trình nhƣ: chung
cƣ, cao ốc văn phòng, trung tâm thƣơng mại, cầu, cảng, tầu điện ngầm… Các loại cơng
trình này có tải trọng rất lớn nên hầu hết các cơng trình nói trên có khuynh hƣớng sử
dụng các loại móng sâu nhƣ móng cọc ép, cọc đóng, cọc khoan nhồi hay là cọc barret.
Trong hơn mƣời năm qua, công nghệ cọc khoan nhồi đã đƣợc áp dụng mạnh mẽ
trong xây dựng cơng trình ở nƣớc ta. Theo [16], hiện nay ƣớc tính hàng năm ở nƣớc ta
thực hiện khoảng 50, 70 nghìn mét dài cọc khoan nhồi có đƣờng kính 0,8 đến 2,5m, với
chi phí khoảng 300, 400 tỷ đồng. Vì vậy việc tìm ra các biện pháp kinh tế - kỹ thuật để sử
dụng móng cọc khoan nhồi có hiệu quả hơn là một vấn đề cần thiết không những chỉ đối
với các nhà nghiên cứu mà còn đối với cả các nhà thiết kế, nhà thầu, tƣ vấn giám sát.
Đối với móng cọc, tải trọng cơng trình thơng qua cọc đƣợc truyền xuống các lớp đất
bên dƣới bởi hai thành phần: thành phần do ma sát hông giữa cọc và đất, thành phần sức
chịu mũi của cọc. Vấn đề đƣợc đặt ra ở đây là xét trong một khu vực địa chất cụ thể nào
đó, trong q trình tham gia chịu tải của cọc, thành phần ma sát bên và thành phần sức
chịu mũi chiếm một tỷ lệ bao nhiêu so với sức chịu tải tổng của cọc theo thiết kế? Thiết
kế hiện nay có khai thác đƣợc tối đa khả năng chịu tải của cọc hay chƣa?
Hiện nay, khi tính tốn sức chịu tải của cọc, ngƣời thiết kế chủ yếu dựa vào số liệu

từ các thí nghiệm trong phịng và kết quả tính tốn sức chịu tải của cọc cịn khác nhiều so
với thực tế. Các thí nghiệm trong phịng cịn tồn tại nhiều hạn chế do điều kiện lấy mẫu
hiện trƣờng, vận chuyển và bảo quản mẫu cũng nhƣ việc tiến hành các thí nghiệm trong
phịng khơng có độ chính xác cao, nguyên nhân có thể là do thiết bị, con ngƣời…
Sau khi tính tốn sức chịu tải của cọc theo các cơ sở lý thuyết khác nhau, dẫn đến
cho ra nhiều giá trị sức chịu tải khác nhau nên việc xác định sức chịu tải của cọc gần
đúng với thực tế là một vấn đề khó khăn hiện nay đối với ngƣời thiết kế. Trƣớc khi triển
khai thi công các cọc một cách đại trà, ngƣời thiết kế thƣờng thiết kế một số cọc thử và
sử dụng các phƣơng pháp thí nghiệm hiện trƣờng nhƣ: thí nghiệm nén tĩnh, thử động
PDA, thí nghiệm Osterberg để xác định sức chịu tải của cọc, từ đó tiến hành thiết kế và
thi công các cọc đại trà. Tuy nhiên, việc thực hiện các thí nghiệm nói trên là tƣơng đối
phức tạp và rất tốn kém, do vậy, cần có thêm nhiều phƣơng pháp tính tốn khác để xác
định sức chịu tải của cọc gần đúng với thực tế nhất. Nhằm giúp cho ngƣời thiết kế có
thêm nhiều cơ sở để xác định sức chịu tải của cọc.
Ở nƣớc ta tuy đã có các công nghệ: siêu âm để đánh giá chất lƣợng độ đồng nhất
của bê tông, thử động biến dạng nhỏ để đánh giá độ nguyên vẹn và thử động biến dạng
lớn để đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi. Nhƣng ngoài ra, việc thử tải bằng hộp
Osterberg và công nghệ bơm vữa sau post - grouting để nâng cao sức chịu tải cho cọc dài,
Trang 12


cơng nghệ siêu âm để quan trắc hình học lỗ khoan sau khi đào, cơng nghệ thử tải cọc có
gắn thiết bị đã đƣợc áp dụng, nhƣng còn do nhà thầu nƣớc ngoài thực hiện.
Việc đánh giá sức chịu tải của cọc ở nƣớc ta thƣờng dựa vào các chỉ dẫn thiết kế,
trong đó mặc định sức chịu mũi và ma sát hông đạt đến một tỷ lệ nhất định của giá trị
giới hạn mà không xét đến ảnh hƣởng của chiều dài thân cọc cũng nhƣ tính chất cơ lý của
lớp đất mang tải mũi cọc. Tỷ lệ thí nghiệm đánh giá sức chịu tải của cọc trên hiện trƣờng
đƣợc thực hiện rất thấp do bị hạn chế về kinh phí.
Để giải quyết vấn đề này, câu hỏi đặt ra ở đây là: có thể sử dụng phƣơng pháp phần
tử hữu hạn để phân tích và đánh giá đƣợc các thành phần sức chịu tải của cọc hay không?

Phƣơng pháp phần tử hữu hạn có thể xác định sức chịu tải của cọc khơng? Do đó, đề tài:
“Dự đốn khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi bằng phương pháp phần tử hữu
hạn” đƣợc tác giả lựa chọn để nghiên cứu và giải quyết vấn đề đƣợc đƣa ra.
1.2.

Mục đích nghiên cứu

Với nhu cầu sử dụng móng cọc trong thiết kế các cơng trình xây dựng ngày càng
tăng, việc thiết kế chính xác sức chịu tải của cọc là hết sức cần thiết đối với công tác thiết
kế. Tuy nhiên, hiện nay khi thiết kế sức chịu tải của cọc hầu hết đƣợc thiết kế với hệ số
an toàn rất cao, do đó chƣa khai thác hết khả năng chịu tải của cọc, gây lãng phí rất nhiều
cho các đơn vị Chủ đầu tƣ.
Phân tích và tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi bằng các phƣơng pháp giải tích.
Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng phân tích và xác định với những mục
đích chính nhƣ sau:
Ma sát bên giữa cọc và đất trong cùng một lớp đất thay đổi nhƣ thế nào theo chiều
sâu.
- Tổng lực ma sát hông của cọc, tổng lực ở mũi cọc, mỗi thành phần chiếm một tỷ
lệ bao nhiêu so với sức chịu tải tổng của cọc.
- Kết hợp phân tích ngƣợc theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn qua đó dự đốn sức
chịu tải của cọc.
Từ kết quả phân tích ngƣợc theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn, có thể mơ phỏng
cọc cho từng địa chất cụ thể khác nhau và dự đoán sức chịu tải của cọc khi thiết kế cọc ở
khu vực đó. Nghiên cứu này sẽ giúp cho các đơn vị Tƣ vấn thiết kế có thêm cơ sở để lựa
chọn sức chịu tải của cọc đƣợc tối ƣu hơn khi thiết kế móng cọc.
-

1.3.

Phƣơng pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm thơng qua thí nghiệm nén tĩnh hiện
trƣờng và phân tích ngƣợc về sức chịu tải của cọc thơng qua phần mềm Plaxis.
-

Trên cơ sở lý thuyết, tính tốn sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo một số công thức
giải tích của các tác giả khác nhau.

Trang 13


-

-

Từ kết quả thực nghiệm, tiến hành phân tích sự phân bố sức chịu tải của hai thành
phần sức chịu tải của cọc gồm: sức chịu tải do ma sát hơng, sức chịu tải mũi cọc trong
q trình tham gia chịu tải.
Tiến hành mô phỏng cọc khoan nhồi bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn theo phần
mềm Plaxis để tìm sức chịu tải của cọc.
So sánh sức chịu tải của cọc tính đƣợc từ phần mềm Plaxis với kết quả tính đƣợc từ
các cơng thức giải tích khác nhau và kết quả nén tĩnh hiện trƣờng, từ đó đƣa ra các
nhận xét, hệ số hiệu chỉnh và dự đoán sức chịu tải của cọc trong những trƣờng hợp
khác thông qua phần tử hữu hạn.

1.4.

Phạm vi nghiên cứu

Do tính chất phức tạp của đất nền cũng nhƣ giới hạn của tài liệu thu thập đƣợc của

đề tài, đề tài này chỉ giới hạn ở khu vực Quận 2, Quận Thủ Đức - Thành phố Hồ Chí
Minh.
Đề tài phân tích sức chịu tải của 03 cọc khoan nhồi bằng bê tông cốt thép gồm: một
cọc có đƣờng kính 1,2m, chiều dài 75m; hai cọc có đƣờng kính 1,5m, một cọc có chiều
dài 55m và một cọc dài 77m.
-

Địa điểm: Quận 2, Quận Thủ Đức – Tp.HCM (dọc theo xa lộ Hà Nội)

Trang 14


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI
1.1.

Thiết bị thi công

1.1.1. Thiết bị khoan
Với kỹ thuật phát triển hiện nay, có rất nhiều loại thiết bị khoan, với các công suất
và chiều sâu khoan khác nhau. Tùy vào từng loại cơng trình, từng khu vực địa chất, theo
từng yêu cầu cụ thể của thiết kế… mà chúng ta chọn thiết bị khoan cho phù hợp.

a) Máy khoan cần

b) Máy khoan tuần hồn
Hình 1.1: Máy khoan

Hiện nay, các nhà thầu ở nƣớc ta đủ khả năng thi công cọc khoan nhồi đạt đến độ
sâu khoan 100m và đƣờng kính khoan 2,5m. Đây cũng là phạm vi tối đa xét về tính kinh

tế của cọc khoan nhồi. Các nhà thầu có đủ phƣơng tiện để hạ ống vách đƣờng kính 2,5m
có chiều dài đến 40, 50m vào trong nền đất sét có độ chặt trung bình. Cơng nghệ khoan
khơ hay trong dung dịch cắt qua các tầng đất khác nhau đã trở thành bình thƣờng đối với
các nhà thầu. Độ sâu cần thiết chôn mũi cọc vào đá đƣợc thực hiện khơng có gì khó khăn.
Tạo lỗ theo phƣơng pháp khoan tuần hoàn là phƣơng pháp tạo lỗ đặc biệt, khác với
kiểu thông thƣờng vốn lấy đất lên trực tiếp bằng thiết bị khoan hay đào và tuần tự sau
mỗi lần khoan đào. Ở phƣơng pháp khoan tuần hoàn việc tách đất hố đào ra khỏi nền đất,
và việc lấy đất từ dƣới hố lên đƣợc thực hiện đồng thời nhƣng do hai bộ phận thiết bị
khác nhau thực hiện: việc tách đất nền và làm tơi nhỏ đất mùm khoan thành bùn có thể
thực hiện bằng các phƣơng pháp sói rửa, khoan hay đào, cịn việc lấy đất mùn khoan
đƣợc thực hiện bằng hệ thống bơm hút công suất lớn. Hệ thống bơm này hút toàn bộ đất
mùm khoan đã đƣợc hòa với dung dịch bentonite (dung dịch giữ thành hố đào) thành bùn
lỏng, theo đƣờng ống (trong phƣơng pháp khoan, hệ đƣờng ống này chính là cần khoan)
đƣa lên mặt đất trên miệng hố đào. Trong phƣơng pháp này dung dịch bentonite chứa
Trang 15


đựng trong lịng nó một lƣợng đất rất lớn lấy từ hố đào lên, nên không thể dùng lại đƣợc
nhiều nhƣ kiểu tạo lỗ thông thƣờng. Ở kiểu thông thƣờng dung dịch bentonite ra khỏi hố
đào chỉ chứa lƣợng đất cát ít hơn rất nhiều, do phần lớn đất đã đƣợc vét lên riêng rẽ rồi,
nên đƣợc thu hồi lại, rồi đƣợc xử lý lọc cát sạn, sau đó lại đƣợc bơm trở lại hố đào để tiếp
tục dùng lại vài lần, tạo ra một vịng tuần hồn dung dịch bentonite.
1.1.2. Thiết bị trộn và xử lý cát lẫn trong dung dịch bentonite
Dung dịch bentonite là một trong những yếu tố quan trọng trong q trình thi cơng
cọc khoan nhồi. Dung dịch bentonite có tác dụng giữ ổn định và chống sạt lở thành hố
khoan. Trong q trình thi cơng, dung dịch bentonite đang sử dụng đƣợc thu hồi về một
khu vực chứa đựng để xử lý cát, cặn bẩn đồng thời trộn lẫn với dung dịch bentonite mới
để tái sử dụng.

a) Thiết bị trộn bentonite

b) Thiết bị sàng cát lẫn trong bentonite
Hình 1.2: Máy trộn và xử lý cát cho dung dịch bentonite

Hình 1.3: Thiết bị thu hồi, xử lý và chứa đựng dung dịch bentonite đang sử dụng
Trang 16


1.1.3. Các thiết bị khác
Ngoài các thiết bị ở trên cịn có các thiết bị phụ trợ kèm theo nhƣ: máy cẩu phục vụ,
máy bơm, máy hàn, máy cắt thép, máy uốn thép, máy phát điện, thùng chứa đất…
1.2.

Quá trình thi công [9]

1.2.1. Công tác chuẩn bị
Hiểu biết rõ điều kiện địa chất cơng trình và địa chất thuỷ văn, chiều dày, thế nằm
và đặc trƣng cơ lý của các lớp đất, kết quả quan trắc mực nƣớc ngầm; áp lực nƣớc lỗ
rỗng, tốc độ dòng chảy của nƣớc trong đất, khí độc hoặc khí dễ gây cháy nổ…
Tìm hiểu khả năng có các chƣớng ngại dƣới đất để có biện pháp loại bỏ chúng; đề
xuất phƣơng án phòng ngừa ảnh hƣởng xấu đến cơng trình lân cận và cơng trình ngầm;
nếu chƣa có hồ sơ hiện trạng các cơng trình lân cận và cơng trình ngầm Nhà thầu phải
u cầu Chủ đầu tƣ tiến hành công tác khảo sát, đo vẽ lập hồ sơ; biên bản lập với các chủ
sở hữu các cơng trình liền kề phải đƣợc các cơ quan có đủ thẩm quyền bảo lãnh.
Kiểm tra vật liệu chính (thép, xi măng, vữa sét, phụ gia, cát, đá, nƣớc sạch...),
chứng chỉ chất lƣợng của nhà sản xuất, và kết quả thí nghiệm kiểm định chất lƣợng.
Thi cơng lƣới trắc đạc định vị các trục móng và toạ độ các cọc cần thi công. Hệ
thống mốc chuẩn và mốc định vị trục móng phải đáp ứng điều kiện độ chính xác về toạ
độ và cao độ theo yêu cầu kỹ thuật của cơng trình. Nhà thầu có trách nhiệm nhận và bảo
quản hệ thống mốc chuẩn trong suốt q trình thi cơng cọc
Thi cơng các cơng trình phụ trợ, đƣờng cấp điện, cấp thoát nƣớc, hố rửa xe; hệ

thống tuần hoàn vữa sét (kho chứa, trạm trộn, bể lắng, đƣờng ống, máy bơm, máy tách
cát...)
San ủi mặt bằng và làm đƣờng phục vụ thi công, đủ để chịu tải trọng của thiết bị thi
công lớn nhất, lập phƣơng án vận chuyển đất thải, tránh gây ô nhiễm môi trƣờng.
Tập kết vật tƣ kỹ thuật và thiết bị, kiểm tra tình trạng máy móc, thiết bị trong tình
trạng sẵn sàng hoạt động tốt, dụng cụ và thiết bị kiểm tra chất lƣợng phải qua kiểm chuẩn
của cơ quan Nhà nƣớc.
Chuẩn bị dung dịch khoan, cốt thép cọc, ống siêu âm, ống đặt sẵn để khoan lấy lõi
bê tông (nếu cần), thùng chứa đất khoan, các thiết bị phụ trợ (cần cẩu, máy bơm, máy
trộn dung dịch, máy lọc cát, máy nén khí, máy hàn, tổ hợp ống đổ, sàn công tác phục vụ
đổ bê tông, xe chở đất khoan) cùng các thiết bị để kiểm tra dung dịch khoan, lỗ khoan,
dụng cụ kiểm tra độ sụt bê tông, hộp lấy mẫu bê tông, dƣỡng định vị lỗ cọc...
1.2.2. Dung dịch khoan
Tuỳ theo điều kiện địa chất, thuỷ văn, nƣớc ngầm, thiết bị khoan để chọn phƣơng
pháp giữ thành hố khoan và dung dịch khoan thích hợp. Dung dịch khoan đƣợc chọn dựa
Trang 17


trên tính tốn theo ngun lý cân bằng áp lực ngang giữa cột dung dịch trong hố khoan và
áp lực của đất nền và nƣớc quanh vách lỗ. Khi khoan trong địa tầng dễ sụt lở, áp lực cột
dung dịch phải luôn lớn hơn áp lực ngang của đất và nƣớc bên ngoài.
Khi áp lực ngang của đất và nƣớc bên ngoài lỗ khoan lớn (do tải trọng của thiết bị
thi cơng hay của các cơng trình lân cận sẵn có...) thì phải dùng ống vách để chống sụt lở,
chiều sâu ống vách tính theo nguyên lý cân bằng áp nêu trên. Khi khoan gần cơng trình
hiện hữu nếu có nguy cơ sập thành lỗ khoan thì phải dùng ống chống suốt chiều sâu lỗ
cọc.
Dung dịch bentonite dùng giữ thành hố khoan nơi địa tầng dễ sụt lở cho mọi loại
thiết bị khoan, giữ cho mùn khoan không lắng đọng dƣới đáy hố khoan và đƣa mùn
khoan ra ngoài phải đảm bảo đƣợc yêu cầu giữ ổn định vách hố khoan trong suốt q
trình thi cơng cọc. Khi mực nƣớc ngầm cao (lên đến mặt đất) cho phép tăng tỷ trọng dung

dịch bằng các chất có tỷ trọng cao nhƣ barit, cát magnetic...
Kiểm tra dung dịch bentonite từ khi chế bị cho tới khi kết thúc đổ bê tông từng cọc,
kể cả việc điều chỉnh để đảm bảo độ nhớt và tỷ trọng thích hợp nhằm tránh lắng đáy cọc
quá giới hạn cho phép cần tuân theo các quy định của tiêu chuẩn TCVN 9395:2012 [9]
và các yêu cầu đặc biệt (nếu có) của Thiết kế. Dung dịch có thể tái sử dụng trong thời
gian thi cơng cơng trình nếu đảm bảo đƣợc các chỉ tiêu thích hợp, nhƣng khơng quá 6
tháng. Khi dùng dung dịch polime hoặc các hoá phẩm khác ngoài các chức năng giữ ổn
định thành hố khoan phải kiểm tra ảnh hƣởng của nó đến mơi trƣờng đất -nƣớc (tại khu
vực cơng trình và nơi chơn lấp đất khoan).
Bảng 1.1: Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch bentonite
Tên chỉ tiêu
Chỉ tiêu tính năng
Phƣơng pháp kiểm tra
3
1. Trọng lƣợng riêng 1.05  1.15g/cm
Tỷ trọng kế hoặc Bomêkế
2. Độ nhớt
18  45giây
Phễu 500/700cc
3. Hàm lƣợng cát
< 6%
4. Tỷ lệ chất keo
> 95%
Đong cốc
5. Lƣợng mất nƣớc < 30ml/30phút
Dụng cụ đo lƣợng mất nƣớc
6. Độ dày áo sét
1  3mm/30phút
Dụng cụ đo lƣợng mất nƣớc

7. Lực cắt tĩnh
8. Tính ổn định
9. Độ pH

1phút: 20  30mg/cm2
10 phút 50  100mg/cm2
< 0.03g/cm2
79

Lực kế cắt tĩnh

Giấy thử pH

1.2.3. Công tác khoan tạo lỗ
Khoan gần cọc vừa mới đổ xong bê tơng: Khoan trong đất bão hồ nƣớc khi khoảng
cách mép các lỗ khoan nhỏ hơn 1.5m nên tiến hành cách quãng 1 lỗ, khoan các lỗ nằm
giữa hai cọc đã đổ bê tơng nên tiến hành sau ít nhất 24 giờ từ khi kết thúc đổ bê tông.
Trang 18


Thiết bị khoan tạo lỗ: Có nhiều thiết bị khoan tƣơng ứng với các kiểu lấy đất đá
trong lòng lỗ khoan nhƣ sau: choòng đập đá; gàu ngoạm; gàu xoay, thổi rửa để hút bùn
theo chu trình thuận, nghịch... Tuỳ theo đặc điểm địa chất cơng trình, vị trí cơng trình với
các cơng trình lân cận, khả năng của Nhà thầu, yêu cầu của thiết kế mà chọn lựa thiết bị
khoan thích hợp.
Ống chống tạm: Ống chống tạm (casing) dùng bảo vệ thành lỗ khoan ở phần đầu
cọc, tránh lở đất bề mặt đồng thời là ống dẫn hƣớng cho suốt q trình khoan tạo lỗ. Khi
hạ ống nên có dƣỡng định vị để đảm bảo sai số cho phép. Ống chống tạm đƣợc chế tạo
thƣờng từ 6  10m trong các xƣởng cơ khí chuyên dụng, chiều dày ống thƣờng từ 6 
16mm. Cao độ đỉnh ống cao hơn mặt đất hoặc nƣớc cao nhất tối thiểu 0.3 m. Cao độ

chân ống đảm bảo sao cho áp lực cột dung dịch lớn hơn áp lực chủ động của đất nền và
hoạt tải thi cơng phía bên ngồi. Ống chống tạm đƣợc hạ và rút chủ yếu bằng thiết bị thuỷ
lực hoặc thiết bị rung kèm theo máy khoan, khi khơng có thiết bị này có thể dùng búa
rung đóng kết hợp lấy đất bằng gầu hoặc hạ bằng kích ép thuỷ lực.
Cao độ dung dịch khoan: Cao độ dung dịch khoan trong lỗ phải luôn giữ sao cho áp
lực của dung dịch khoan luôn lớn hơn áp lực của đất và nƣớc ngầm phía ngồi lỗ khoan,
để tránh hiện tƣợng sập thành trƣớc khi đổ bê tông. Cao độ dung dịch khoan cần cao hơn
mực nƣớc ngầm ít nhất là 1.5 m. Khi có hiện tƣợng thất thốt dung dịch trong hố khoan
nhanh thì phải có biện pháp xử lý kịp thời.
Đo đạc trong khi khoan: Đo đạc trong khi khoan gồm kiểm tra tim cọc bằng máy
kinh vĩ và đo đạc độ sâu các lớp đất qua mùn khoan lấy ra và độ sâu hố khoan theo thiết
kế. Các lớp đất theo chiều sâu khoan phải đƣợc ghi chép trong nhật ký khoan và hồ sơ
nghiệm thu cọc, xem phụ lục C - TCVN 9395:2012 [9]. Cứ khoan đƣợc 2m thì lấy mẫu
đất một lần. Nếu phát hiện thấy địa tầng khác so với hồ sơ khảo sát địa chất thì báo ngay
cho thiết kế và chủ đầu tƣ để có biện pháp điều chỉnh, xử lý kịp thời. Sau khi khoan đến
chiều sâu thiết kế, dừng khoan 30 phút để đo độ lắng. Độ lắng đƣợc xác định bằng chênh
lệch chiều sâu giữa hai lần đo lúc khoan xong và sau 30 phút. Nếu độ lắng vƣợt quá giới
hạn cho phép thì tiến hành vét bằng gầu vét và xử lý cặn lắng cho tới khi đạt yêu cầu.
Bảng 1.2 - Sai số cho phép về lỗ khoan cọc

Phƣơng pháp tạo lỗ cọc

Cọc giữ
thành bằng
dung dịch

Sai số vị trí cọc, cm
Sai số
độ thẳng Cọc đơn, cọc dƣới
Cọc dƣới móng băng

đứng móng băng theo trục theo trục dọc, cọc
ngang, cọc biên trong
%
phía trong nhóm cọc
nhóm cọc
D/6 nhƣng  10

D 1000mm

D/4 nhƣng  15

1
D>1000mm

Đóng hoặc D 500mm
rung ống
D>500mm

1

10 + 0.01H

15 + 0.01H

7

15

10

15

Trang 19


1.2.4. Công tác gia công và hạ lồng thép
Cốt thép đƣợc gia công theo bản vẽ thiết kế thi công và tiêu chuẩn TCXD 205:1998
[8]. Nhà thầu phải bố trí mặt bằng gia công, nắn cốt thép, đánh gỉ, uốn đai, cắt và buộc
lồng thép theo đúng quy định.
Cốt thép đƣợc chế tạo sẵn trong xƣởng hoặc tại công trƣờng, chế tạo thành từng
lồng, chiều dài lớn nhất của mỗi lồng phụ thuộc khả năng cẩu lắp và chiều dài xuất
xƣởng của thép chủ. Lồng thép phải có thép gia cƣờng ngồi cốt chủ và cốt đai theo tính
tốn để đảm bảo lồng thép không bị xoắn, méo . Lồng thép phải có móc treo bằng cốt
thép chuyên dùng làm móc cẩu, số lƣợng móc treo phải tính tốn đủ để treo cả lồng vào
thành ống chống tạm mà không bị tuột xuống đáy hố khoan, hoặc cấu tạo guốc cho đoạn
lồng dƣới cùng tránh lồng thép bị lún nghiêng cũng nhƣ để đảm bảo chiều dày lớp bê
tông bảo hộ dƣới đáy cọc.
Cốt gia cƣờng thƣờng dùng cùng đƣờng kính với cốt chủ, uốn thành vịng đặt phía
trong cốt chủ khoảng cách từ 2.5  3m, liên kết với cốt chủ bằng hàn đính và dây buộc
theo yêu cầu của thiết kế. Khi chuyên chở, cẩu lắp có thể dùng cách chống tạm bên trong
lồng thép để tránh hiện tƣợng biến hình.
Định tâm lồng thép bằng các con kê (tai định vị) bằng thép trơn hàn vào cốt chủ đối
xứng qua tâm, hoặc bằng các con kê tròn bằng xi măng, theo nguyên lý bánh xe trƣợt, cố
định vào giữa 2 thanh cốt chủ bằng thanh thép trục. Chiều rộng hoặc bán kính con kê phụ
thuộc vào chiều dày lớp bảo hộ, thông thƣờng là 5cm. Số lƣợng con kê cần buộc đủ để
hạ lồng thép chính tâm.
Nối các đoạn lồng thép chủ yếu bằng dây buộc, chiều dài nối theo quy định của
thiết kế. Khi cọc có chiều dài lớn, Nhà thầu cần có biện pháp nối bằng cóc, dập ép ống
đảm bảo đoạn lồng thép khơng bị tụt khi lắp hạ.
Ống siêu âm (thƣờng là ống thép đƣờng kính 60 mm) cần đƣợc buộc chặt vào cốt

thép chủ, đáy ống đƣợc bịt kín và hạ sát xuống đáy cọc, nối ống bằng hàn, có măng
xơng, đảm bảo kín, tránh rị rỉ nƣớc xi măng làm tắc ống, khi lắp đặt cần đảm bảo đồng
tâm. Chiều dài ống siêu âm theo chỉ định của thiết kế, thông thƣờng đƣợc đặt cao hơn
mặt đất san lấp xung quanh cọc 10  20cm. Sau khi đổ bê tông các ống đƣợc đổ đầy
nƣớc sạch và bịt kín, tránh vật lạ rơi vào làm tắc ống.
Chú thích: Số lượng ống siêu âm cho 1 cọc thường quy định như sau:
- 2 ống cho cọc có đường kính 60cm;
- 3 ống cho cọc có đường kính 60cm < D  100cm
- 4 ống cho cọc có đường kính , D > 100cm.

Trang 20


Bảng 1.3 - Sai số cho phép chế tạo lồng thép.
Hạng mục
1. Cự ly giữa các cốt chủ
2. Cự ly cốt đai hoặc cốt lị so
3. Đƣờng kính lồng thép
4. Độ dài lồng thép

Sai số cho phép,mm
 10
 20
 10
 50

1.2.5. Xử lý cặn lắng đáy hố khoan trƣớc khi đổ bê tông
Sau khi hạ xong cốt thép mà cặn lắng vẫn quá quy định phải dùng biện pháp khí
nâng (air lift) hoặc bơm hút bằng máy bơm hút bùn để làm sạch đáy. Trong quá trình xử
lý cặn lắng phải bổ sung dung dịch đảm bảo cao độ dung dịch theo quy định, tránh lở

thành lỗ khoan.
Cơng nghệ khí nâng đƣợc dùng để làm sạch hố khoan. Khí nén đƣợc đƣa xuống gần
đáy hố khoan qua ống thép đƣờng kính khoảng 60 mm, dày 34 mm, cách đáy khoảng 50
 60 cm. Khí nén trộn với bùn nặng tạo thành loại bùn nhẹ dâng lên theo ống đổ bê tơng
(ống tremi) ra ngồi; bùn nặng dƣới đáy ống tremi lại đƣợc trộn với khí nén thành bùn
nhẹ; dung dịch khoan tƣơi đƣợc bổ sung liên tục bù cho bùn nặng đã trào ra; quá trình
thổi rửa tiến hành cho tới khi các chỉ tiêu của dung dịch khoan và độ lắng đạt yêu cầu quy
định.
-

Bề dày lớp cặn lắng đáy cọc không quá trị số sau:
Cọc chống  5 cm; Cọc ma sát + chống  10 cm
1.2.6. Đổ bê tông

Bê tông dùng thi công cọc khoan nhồi phải đƣợc thiết kế thành phần hỗn hợp và
điều chỉnh bằng thí nghiệm, các loại vật liệu cấu thành hỗn hợp bê tông phải đƣợc kiểm
định chất lƣợng theo quy định hiện hành. Có thể dùng phụ gia bê tơng để tăng độ sụt của
bê tông và kéo dài thời gian ninh kết của bê tơng. Ngồi việc đảm bảo u cầu của thiết
kế về cƣờng độ, hỗn hợp bê tông có độ sụt là 18  20 cm.
Ống đổ bê tông (ống tremi) đƣợc chế bị trong nhà máy thƣờng có đƣờng kính 219 
273mm theo tổ hợp 0.5, 1, 2, 3 và 6m, ống dƣới cùng đƣợc tạo vát hai bên để làm cửa xả,
nối ống bằng ren hình thang hoặc khớp nối dây rút đặc biệt, đảm bảo kín khít, khơng lọt
dung dịch khoan vào trong. Đáy ống đổ bê tông phải luôn ngập trong bê tông không ít
hơn 1.5 m.
Dùng nút dịch chuyển tạm thời (dùng phao bằng bọt biển hoặc nút cao su, nút nhựa
có vát côn), đảm bảo cho mẻ vữa bê tông đầu tiên không tiếp xúc trực tiếp với dung dịch
khoan trong ống đổ bê tông và loại trừ khoảng chân không khi đổ bê tông.
Bê tông đƣợc đổ không đƣợc gián đoạn trong thời gian dung dịch khoan có thể giữ
thành hố khoan (thông thƣờng là 4 giờ). Các xe bê tông đều đƣợc kiểm tra độ sụt đúng
Trang 21

quy định để tránh tắc ống đổ do vữa bê tông quá khô. Dừng đổ bê tông khi cao độ bê tông
cọc cao hơn cao độ cắt cọc khoảng 1m (để loại trừ phần bê tông lẫn dung dịch khoan khi
thi công đài cọc).
Sau khi đổ xong mỗi xe, tiến hành đo độ dâng của bê tông trong lỗ cọc, ghi vào hồ
sơ để vẽ đƣờng đổ bê tông. Khối lƣợng bê tơng thực tế so với kích thƣớc lỗ cọc theo lý
thuyết không đƣợc vƣợt quá 20%. Khi tổn thất bê tông lớn phải kiểm tra lại biện pháp giữ
thành hố khoan.
1.2.7. Rút ống vách và vệ sinh đầu cọc
Sau khi kết thúc đổ bê tông 15  20 phút cần tiến hành rút ống chống tạm (casing)
bằng hệ thống day (rút + xoay) của máy khoan hoặc đầu rung theo phƣơng thẳng đứng,
đảm bảo ổn định đầu cọc và độ chính xác tâm cọc.
Sau khi rút ống vách 1  2 giờ cần tiến hành hoàn trả hố khoan bằng cách lấp đất
hoặc cát, cắm biển báo cọc đã thi công cấm mọi phƣơng tiện qua lại tránh hỏng đầu cọc
và ống siêu âm.
1.3.

Nhận xét chƣơng 1

Trong chƣơng này, tác giả thấy sức chịu tải của cọc khoan nhồi phụ thuộc vào các
yếu tố sau:
-

Phƣơng pháp thi công khoan tạo lỗ.

-

Kỹ thuật và thiết bị thi cơng.

-

Q trình làm sạch đáy hố khoan trƣớc khi đổ bê tông cọc.

-

Điều kiện của địa chất.

Trang 22


CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
KHOAN NHỒI THEO PHƢƠNG PHÁP GIẢI TÍCH
2.1.

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo vật liệu tính theo Châu Ngọc Ẩn - Nền móng,
Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP.HCM [1] nhƣ sau:
Qvl = RuAb + RanAa

(2.1.1)

Trong đó:
Ru: Cƣờng độ tính tốn của bê tơng cọc khoan nhồi; Ru = R/4,5 khi đổ bê tông dƣới
nƣớc hoặc dƣới bùn, nhƣng không lớn hơn 6 Mpa; Ru = R/4 khi đổ bê tông trong hố
khoan, nhƣng không lớn hơn 7Mpa.
R: Mác thiết kế của bê tơng
Ab: Diện tích tiết diện ngang của bê tơng trong cọc.

Aa: Diện tích tiết diện ngang của cốt thép trong cọc.
Ran: Cƣờng độ tính tốn cho phép của cốt thép.
Φ < 28mm, Ran = Rc/1,5 nhƣng không lớn hơn 220 Mpa.
2.2.

Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cƣờng độ của đất nền

Theo phụ lục B1, TCXD 205:1998 [8], sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cƣờng độ
của đất nền đƣợc tính nhƣ sau:
-

Sức chịu tải cực hạn của cọc tính theo cơng thức:
Qu  Qs  Qp  As f s  Ap q p

(2.2.1)

Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo cơng thức:
Qa 

Qp
Qs

FSs FS p

(2.2.2)

Trong đó:
As – Diện tích xung quanh cọc tiếp xúc với đất
Ap – Diện tích tiết diện ngang của mũi cọc
FSs – Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1,5-2,0

FSp – Hệ số an toàn cho sức chống dƣới mũi cọc, lấy bằng 2,0-3,0
- Cơng thức chung tính tốn ma sát bên tác dụng lên cọc là:

f s  ca   h' tan a

(2.2.3)

Trong đó :
ca - Lực dính giữa thân cọc và đất, T/m2 ; với cọc đóng bê tơng cốt thép, ca  c , với
cọc thép lấy ca  0,7c , trong đó c là lực dính của đất nền ;

 h' - ứng suất hữu hiệu trong đất theo phƣơng vng góc với mặt bên cọc, T/m2 ;
Trang 23


 h'  K0  vp'  (1  sin  ') h

(2.2.4)
 a - Góc ma sát giữa cọc và đất nền ; với cọc bê tông cốt thép hạ bằng phƣơng pháp
đóng lấy  a   , đối với cọc thép lấy  a  0,7 , trong đó  là góc ma sát trong của
-

đất nền.
Cƣờng độ chịu tải của đất dƣới mũi cọc tính theo công thức:
q p  cNc   vp' Nq   d p N

(2.2.5)

Trong đó :
c - Lực dính của đất, T/m2 ;

'
 vp
- Ứng suất hữu hiệu theo phƣơng thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lƣợng

bản thân đất, T/m2 ;
N c , N q , N  - Hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hình dạng mũi
cọc và phƣơng pháp thi cơng cọc; có thể tra bảng theo TCXD 205:1998 [8], hoặc theo
công thức:
 e tg
Nq  tg 2 (450 
); Nc  cot g ( N q  1); N  2( N q  1)tg
2
(2.2.6)

 - Trọng lƣợng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc, T/m3.

Hình 2.1: Đồ thị tra hệ số Nq
2.3.

Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

Theo phụ lục C2, TCXD 205:1998 [8], sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm
xuyên tiêu chuẩn (SPT) đƣợc tính nhƣ sau:
2.3.1. Tính theo cơng thức Meyerhof
-

Sức chịu tải cực hạn của cọc tính theo cơng thức Meyerhof (1956)

Qu  K1 NAp  K 2 N tb As

(2.3.1)

Trong đó:
N - Chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dƣới mũi cọc và 4d trên mũi cọc ;
A p - Diện tích tiết diện mũi cọc, m2;
Trang 24


N tb - Chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời;
As - Diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời, m2;

K1 - Hệ số, lấy bằng 400 cho cọc đóng và bằng 120 cho cọc khoan nhồi;
K 2 - Hệ số, lấy bằng 2,0 cho cọc đóng và bằng 1,0 cho cọc khoan nhồi.
Hệ số an tồn áp dụng khi tính toán sức chịu tải của cọc theo xuyên tiêu chuẩn lấy bằng
2,5 - 3,0.
2.3.2. Tính theo cơng thức của Nhật Bản
-

Sức chịu tải của cọc theo công thức của Nhật Bản:

Qa 



1
N a Ap  0,2 N s Ls  CLc d
3



(2.3.2)

Trong đó:
N a - Chỉ số SPT của đất dƣới mũi cọc;
N s - Chỉ số SPT của lớp đất cát bên thân cọc;

Ls - Chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát, m;
Lc - Chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét, m;

 - Hệ số, phụ thuộc vào phƣơng pháp thi công cọc:

- Cọc bê tông cốt thép thi cơng bằng phƣơng pháp đóng:  = 30;
- Cọc khoan nhồi:  = 15

2.4.

Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)

Theo phụ lục C1, TCXD 205:1998 [8], sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm
xuyên tĩnh (CPT) đƣợc tính nhƣ sau:
-

Sức chịu tải của cọc đƣợc tính trên cơ sở sức chống xuyên đầu mũi qc

-

Sức chống cực hạn ở mũi xác định theo công thức:

Q p  Ap .q p
-

(2.4.1)

Giá trị của q p đƣợc xác định theo công thức :
q p  K c qc

(2.4.2)

Trong đó :
K c - hệ số mang tải, lấy theo bảng 4.

qc - sức chống xun trung bình, lấy trong khoảng 3d phía trên mũi cọc.
-

Sức chống cực hạn ở mặt bên cọc, đƣợc xác định theo công thức:

Qs  u  hsi f si

(2.4.3)
Trang 25