Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

TRẦN VĂN NƠI

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI
CỦA CỌC THEO KẾT QUẢ
THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Ngầm
\ Mã số ngành : 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, NGÀY 09 THÁNG 6 NĂM 2016


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
----  ---Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
.......................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

................................................................................................................

.......................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

................................................................................................................

.......................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. .........................................................................
2. .........................................................................
3. .........................................................................
4. .........................................................................
5. .........................................................................

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

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : TRẦN VĂN NƠI

MSHV

: 15 70 122

Ngày sinh

: 1986

Nơi sinh

: Đồng Tháp

Chuyên ngành

: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Ngầm

Mã số : 60580204

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tổng hợp các phương pháp đánh giá khả năng chịu tải bằng thí nghiệm kiểm tra.
- Tổng hợp các phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc.

- Áp dụng tính tốn theo dữ liệu nén tĩnh cọc thực tế để rút ra các nhận định nhằm đánh
giá chính xác giá trị tải trọng giới hạn của cọc ở địa phương.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 11/01/2016

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 17/6/2016
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

: PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
Tp. HCM, ngày 09 tháng 6 năm 2016

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

PGS.TS. LÊ BÁ VINH

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM


LỜI CẢM ƠN
Xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Bùi Trường Sơn, Thầy đã tận
tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong bộ mơn Địa cơ Nền móng Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM đã tận tình truyền đạt cho tơi
những kiến thức quý báu trong thời gian tôi học tập tại trường để phục vụ cho luận

văn và công việc sau này.
Xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp, lãnh đạo đơn vị nơi đang công tác,
những người đã động viên, chia sẻ những khó khăn trong cơng việc, hỗ trợ và tạo
điều kiện tốt cho tôi trong quá trình học tập.
Xin cảm ơn Gia đình và người thân, đã cho tôi nguồn động viên tinh thần to lớn
để hoàn thành luận văn này.
Học viên

Trần Văn Nơi


PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC
THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH

Tóm tắt
Căn cứ trên cơ sở dữ liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc thực tế, tải trọng giới hạn được
đánh giá theo các phương pháp khác nhau. Kết quả nghiên cứu cho thấy tải trọng thí
nghiệm theo hồ sơ thiết kế chỉ đủ gây biến dạng đàn hồi và chưa thể cho phép đánh giá
khả năng chịu tải tới hạn của cọc. Các phương pháp của Chin, Mazurkiewies, Decourt
và Davisson Offset Limit cho phép đánh giá tải trọng giới hạn của cọc hợp lý căn cứ
kết quả nén cọc đến phá hoại. Ngoài ra, các phương pháp này có thể sử dụng trong
trường hợp tải trọng thí nghiệm chưa đạt đến giá trị tới hạn.

ANALYSING AND EVALUATING PILE CAPACITY BASED
ON STATIC LOAD TESTING

Abstract
Based on the practical static loadingtest data, the pile capacity is evaluated
according to different methods. The research results show that testing load of design
document is enough to make elastic deformation and can not allow evaluating ultimate

pile capacity. The analyzing methods of Chin, Mazurkiewies, Decourt và Davisson
Offset Limit allow evaluating ultimate pile capacity reasonably based on the results of
loading to fail. Besides, these methods can be used even testing load still do not reach
to ultimate value.


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 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.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 6 năm 2013
Học Viên

Trần Văn Nơi


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở HIỆN TRƢỜNG VÀ THÍ
NGHIỆM KIỂM TRA ..............................................................................................4
1.1. Các phƣơng pháp tính toán đánh giá khả năng chịu tải ................................4
1.1.1. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu ........................................................4
1.1.2. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền ........................................................5
1.1.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền ........................5
1.1.4. Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền ........................11
1.1.5. Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền ........................12
1.2. Các phƣơng pháp thí nghiệm đánh giá khả năng chịu tải ...........................12

1.2.1. Các phương pháp thí nghiệm tĩnh ...................................................................14
1.2.1.1. Thí nghiệm nén tĩnh dọc trục .......................................................................14
1.2.1.2. Thí nghiệm hộp tải trọng Osterberg .............................................................15
1.2.1.3. Thí nghiệm cọc có gắn thiết bị .....................................................................17
1.2.2. Các phương pháp thí nghiệm động .................................................................18
1.2.2.1. Thí nghiệm thử động và sử dụng các cơng thức động .................................18
1.2.2.2. Thí nghiệm thử động biến dạng lớn .............................................................21
1.2.2.3. Thí nghiệm rung trở kháng cơ học ...............................................................24
1.3. Nhận xét chƣơng ..............................................................................................26
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ THÍ NGHIỆM.............................27
2.1. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc bằng thí nghiệm nén tĩnh cọc .............27
2.1.1. Thiết bị thí nghiệm ..........................................................................................27
2.1.2. Thí nghiệm nén tĩnh cọc ..................................................................................28
2.2. Xử lý số liệu thí nghiệm ...................................................................................31
2.2.1. Khai thác kết quả thí nghiệm ..........................................................................31


2.3. Nhận xét chƣơng ..............................................................................................43
CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC
TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH KHU VỰC ĐỒNG THÁP .............45
3.1. Giới thiệu công trình, điều kiện địa chất cơng trình và kết quả thí nghiệm
nén tĩnh cọc ..............................................................................................................45
3.1.1. Giới thiệu cơng trình, điều kiện địa chất cơng trình .......................................45
3.1.2. Kết quả thí nghiệm nén tĩnh ............................................................................47
3.2. Phân tích đánh giá khả năng chịu tải từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh theo
các phƣơng pháp khác nhau của cọc Trục 9-K ....................................................52
3.3. Phân tích đánh giá khả năng chịu tải từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc
đến giá trị tải trọng giới hạn...................................................................................61
3.4. Kết luận chƣơng ...............................................................................................67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................68
Kết Luận ....................................................................................................................68
Kiến nghị ...................................................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................70


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất L ..................................................7
Hình 1.2. Biểu đồ xác định giá trị hệ số  ................................................................10
Hình 1.3. Hệ thống đối trọng là cọc neo ..................................................................14
Hình 1.4. Hệ thống đối trọng là dàn chất tải ............................................................14
Hình 1.5. Nguyên lý hộp tải trọng Osterberg ...........................................................16
Hình 1.6. Sơ đồ thí nghiệm cọc có gắn thiết bị ........................................................18
Hình 1.7. Sơ đồ ngun lý thí nghiệm thử động biến dạng lớn ...............................22
Hình 1.8. Giao diện kết quả thí nghiệm phân tích trên phần mềm CAWAP ..........23
Hình 1.9. Sơ đồ ngun lý thí nghiệm rung trở kháng cơ học .................................25
Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm đo tải tĩnh cọc (1: đối trọng; 2: hệ dầm phụ; 3: dầm
chính; 4: gối đỡ; 5: kích; 6: đồng hồ; 7: tấm thép đệm đầu cọc; 8: cọc; 9: đồng hồ đo
lún) ............................................................................................................................28
Hình 2.2. Hiện trường thí nghiệm thử tĩnh cọc ........................................................30
Hình 2.3. Bố trí đồng hồ đo lực và chuyển vị trong thí nghiệm thử tĩnh .................31
Hình 2.4. Phương pháp xác định Qu .........................................................................32
Hình 2.5. Phương pháp xác định Qult .......................................................................33
Hình 2.6. Phương pháp Davisson xác định Qult ......................................................34
Hình 2.7. Phương pháp Chin xác định Qult ...............................................................35
Hình 2.8. Phương pháp De Beer xác định Qult .........................................................36
Hình 2.9. Phương pháp 90% của Brinch Hansen xác định Qult................................36
Hình 2.10. Phương pháp 80% của Brinch Hansen xác định Qult..............................37
Hình 2.11. Phương pháp Mazurkiewicz xác định Qult .............................................38
Hình 2.12. Phương pháp Butler, Fuller và Hoy xác định Qult ..................................39

Hình 2.13. Phương pháp Vander Veen xác định Qult ...............................................40
Hình 3.1. Biểu đồ quan hệ độ lún – thời gian theo các cấp tải trọng của cọc Trục
16-D ...........................................................................................................................49


Hình 3.2. Biểu đồ chu kỳ gia tải và chuyển vị đầu cọc của cọc Trục 16-D .............50
Hình 3.3. Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún của cọc Trục 16-D ............................50
Hình 3.4. Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún của cọc Trục 9-K ..............................51
Hình 3.5. Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún của cọc Trục 2-K ..............................51
Hình 3.6. Quan hệ giữa tải trọng và độ lún ..............................................................53
Hình 3.7. Quan hệ giữa độ lún thuần, độ lún và tải trọng cọc Trục 9-K . ................54
Hình 3.8. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Davisson (1973) cọc trục 9- K
...................................................................................................................................55
Hình 3.9. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Davisson Offset Limit cọc trục
9- K ............................................................................................................................55
Hình 3.10. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Davisson Offset Limit “nội
suy” của cọc trục 9- K ...............................................................................................56
Hình 3.11. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp De Beer cọc trục 9- K ............57
Hình 3.12. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Chin cọc trục 9- K với Qult =
122 Tấn (=1/0,0018)..................................................................................................57
Hình 3.13. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Decourt cọc trục 9- K với Qult
xấp xỉ 100 Tấn. ..........................................................................................................58
Hình 3.14. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp 80% Brinch Hansen cọc trục 9K (khơng xác định được) ..........................................................................................58
Hình 3.15. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Mazurkiewicz cọc trục 9- K với
Qult = 68 Tấn. ............................................................................................................59
Hình 3.16. Tổng hợp tải trọng giới hạn của cọc Trục 9-K theo các phương pháp...60
Hình 3.17. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Davisson (1972) cọc A1P2 ..62
Hình 3.18. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Davisson Offset Limit cọc
A1P2 ..........................................................................................................................63
Hình 3.19. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp De Beer cọc A1P2 ..................63

Hình 3.20. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Chin với Qult = 270 Tấn
(=1/0,0037) cọc A1P2 ...............................................................................................64


Hình 3.21. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Decourt của cọc A1P2............64
Hình 3.22. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp 80% Brinch Hansen cọc A1P2
(186 Tấn) ...................................................................................................................65
Hình 3.23. Biểu đồ xác định Qult theo phương pháp Mazurkiewicz cọc A1P2 với
Qult = 260 Tấn. ..........................................................................................................65
Hình 3.24. Tổng hợp tải trọng giới hạn của cọc theo các phương pháp cọc A1P2. .66


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Giá trị Ir ......................................................................................................8
Bảng 2.1. Tải trọng phá hoại tính theo các phương pháp khác nhau theo thí nghiệm
Sharma và các cộng sự (1984) ..................................................................................42
Bảng 3.1. Đặc điểm các cọc thí nghiệm nén tĩnh ở cơng trình Trường Mầm non thị
xã Hồng Ngự .............................................................................................................47
Bảng 3.2. Kết quả thử tĩnh cọc .................................................................................52
Bảng 3.3. Tải trọng giới hạn theo các phương pháp khác nhau từ kết quả thí nghiệm
nén tĩnh cọc Trục 9-K ...............................................................................................59
Bảng 3.4. Tải trọng giới hạn theo các phương pháp khác nhau từ kết quả thí nghiệm
nén tĩnh cọc A1P2 .....................................................................................................66


-1MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Do cấu tạo địa chất có các lớp đất yếu trên bề mặt nên các cơng trình có tải
trọng vừa và lớn thường được thiết kế với biện pháp móng cọc ở khu vực Đồng

bằng sơng Cửu Long trong đó có Đồng Tháp. Tải trọng cơng trình thơng qua cọc
truyền xuống các lớp đất tốt bên dưới qua sức chịu tải đầu mũi và ma sát bên giữa
cọc và đất. Số liệu tính tốn thiết kế móng cọc chủ yếu là các đặc trưng cơ lý được
xác định từ thí nghiệm trong phịng hoặc các kết quả thí nghiệm hiện trường và giá
trị tải trọng phần bên trên cơng trình truyền xuống. Tuy nhiên, tính chính xác của
kết quả tính tốn thiết kế khơng chỉ phụ thuộc vào các thông số đất nền được cung
cấp mà cịn phụ thuộc vào cơng tác thi cơng cũng như các ứng xử phức tạp của đất
nền.
Để đánh giá chính xác khả năng chịu tải của cọc, sau khi thi cơng, các thí
nghiệm hiện trường được thực hiện kiểm tra. Các phương pháp này nhằm kiểm tra
độ chính xác của các giá trị thiết kế và chất lượng tồn bộ q trình thi cơng tại hiện
trường. Hiện nay, phổ biến có ba nhóm phương pháp được nghiên cứu và ứng dụng,
bao gồm thí nghiệm tĩnh, thí nghiệm động và thí nghiệm tĩnh động.
Ở Việt Nam, đặt biệt là khu vực tỉnh Đồng Tháp, trong nhóm thí nghiệm
tĩnh, phương pháp nén tĩnh là giải pháp truyền thống được tin cậy sử dụng rộng rãi
và là chủ yếu. Đề tài “Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo kết quả
thí nghiệm nén tĩnh” được lựa chọn cho luận văn nhằm tổng hợp các cơ sở đánh
giá khả năng chịu tải từ thí nghiệm nén tĩnh, tính tốn áp dụng và phân tích nhằm
lựa chọn phương pháp hợp lý cho điều kiện địa chất khu vực Đồng Tháp. Ngồi ra,
đây cũng là cơ sở để phân tích đánh giá mức độ chính xác giá trị sức chịu tải của hồ
sơ thiết kế.
Giá trị thực tiễn của đề tài
Thí nghiệm nén tĩnh kiểm tra sức chịu tải của cọc được thực hiện ở hiện
trường nhằm kiểm chứng kết quả khảo sát thiết kế và chất lượng thi công cọc của
cơng trình được tiến hành trước khi thi cơng cọc đại trà nhằm xác định các số liệu
cần thiết về cường độ, biến dạng và mối quan hệ tải trọng – chuyển vị của cọc làm
cơ sở cho thiết kế, chọn thiết bị và công nghệ thi công cọc phù hợp. Đây là công tác


-2trực tiếp quyết định chất lượng của móng cọc và của tồn bộ cơng trình xây dựng.

Vì vậy, cần lựa chọn có phân tích một phương pháp đánh giá, kiểm tra hiệu quả
nhất.
Hiện nay, phương pháp thì nghiệm nén tĩnh được áp dụng rộng rãi ở Việt
Nam. Do đó, yêu cầu cần phải phân tích chi tiết hơn về phương pháp này. Việc
phân tích kết quả thí nghiệm nén tĩnh nhằm rút ra các nhận xét để khắc phục các
nhược điểm của việc xử lý kết quả thí nghiệm, góp phần xây dựng phương pháp
kiểm tra sức chịu tải của cọc ở hiện trường để có độ tin cậy cao.
Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Đề tài đƣợc thực hiện với các mục đích chính nhƣ sau:
 Ứng dụng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh xác định sức chịu tải của cọc
tại một số cơng trình trong khu vực tỉnh Đồng Tháp.
 Tính tốn và đánh giá xác định sức chịu tải của cọc từ kết quả nén tĩnh.
 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp thí nghiệm tĩnh với điều kiện địa chất
ở địa phương theo kết quả nén tĩnh.
Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:
 Nghiên cứu tổng quan các phương pháp thí nghiệm xác định sức chịu tải
của cọc ở hiện trường.
 Nghiên cứu lý thuyết phương pháp đánh giá tải trọng giới hạn từ kết quả thí
nghiệm nén tĩnh.
 Tham gia cơng tác thí nghiệm và thu thập số liệu hiện trường xác định sức
chịu tải của cọc bằng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh tại cơng trình trong khu vực
tỉnh Đồng Tháp.
 Sử dụng phần mềm Excel xử lý kết quả tính tốn sức chịu tải của cọc theo
từng mơ hình của phương pháp nén tĩnh.
Kết quả dự kiến của đề tài:
Đánh giá độ tin cậy của phương pháp thí nghiệm nén tĩnh trong điều kiện địa
chất khu vực tỉnh Đồng Tháp và lân cận.
Phạm vi nghiên cứu của Luận văn

-3Tiến hành nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp thí nghiệm nén tĩnh và
việc áp dụng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh trong điều kiện địa chất khu vực tỉnh
Đồng Tháp.
Luận văn nghiên cứu phương pháp xác định sức chịu tải của cọc dựa trên các
kết quả thí nghiệm nén tĩnh, chưa tiến hành phân tích các phương pháp thiết kế hợp
lý để đánh giá khả năng chịu tải của cọc.


-4CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở HIỆN TRƢỜNG VÀ THÍ
NGHIỆM KIỂM TRA
1.1. Các phƣơng pháp tính tốn đánh giá khả năng chịu tải
Sức chịu tải của cọc theo các hồ sơ thiết kế được xác định chủ yếu theo
TCXD 205- 1998 và hiện nay là TCVN 10304-2014.
1.1.1. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu
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 sau:
Q vl  .A p .R vl

Ở đây: 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
 - 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 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 loãng. 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 cơng thức thanh chịu nén có xét đến uốn dọc. Sự uốn dọc được xét như tính cột
trong tính tốn bê tơng.
Qa   ( Rn . Ap  Ra . Aat )

Ở đây: Rat - sức chịu kéo hay nén cho phép của thép.
Rn - sức chịu nén cho phép của bê tông.

 - hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc độ mảnh và theo thực
nghiệm lấy theo [1], [7].
Ngoài ra, sức chịu tải của cọc theo vật liệu còn xác định theo kinh nghiệm
xây dựng ở một số quốc gia:
Qvl = k  m  Rgh


-5Ở đây: 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 tơng cốt thép thì dùng cơng thức:
Qvl = k  m  (RaFa + RnFb)
Khi cọc làm việc chịu nhổ thì sức chịu kéo căng của cọc bê tông cốt thép
theo vật liệu:
Qnh, VL= k  m  RaFa
1.1.2. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền
Sức chịu tải cực hạn của cọc Qu bao gồm sức kháng bên Qs và sức kháng mũi
Qp.
Qu = Q s + Q p
hoặc Qu = Asfs + Apqp
Ở đây: 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 

Qp
Q
Qs
hoặc Q a  u

FS
FSs FSp

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 dự đốn theo các phương pháp
chính sau:
Theo chỉ tiêu cơ học của đất nền: chỉ tiêu chống cắt và trọng lượng riêng còn
gọi là phương pháp tĩnh.
- Theo chỉ tiêu cường độ của đất nền.
- Theo chỉ tiêu trạng thái còn gọi là phương pháp thống kê.
- Theo thí nghiệm cọc tại hiện trường.
1.1.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền
Sức kháng mũi của cọc Qp


-6Phương pháp cổ điển nhất ước lượng 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 mặt trượt của đất dưới mũi cọc tương tự
như sơ đồ trượt của đất dưới móng nơng.

Qp  R p2 (1,3cNc  Df Nq  0,6R p N  ) cho cọc trịn bán kính Rp
Qp  Bp 2 (1,3cNc  Df Nq  0, 4Bp N  ) cho cọc vuông cạnh Bp

Terzaghi đề nghị sử dụng ngay các hệ số sức chịu tải Nc, Nq, N, được thiết
lập cho móng nơng tiết diện trịn hoặc vng có dạng:



 e 2(3/4/2) tg

N c  cot g 
 1
 2cos 2      



 4 2  
Nq 


1  Kp
e 23/4/2 tg
 1 tg
; N  
2
2  cos  
 
2cos 2   
 4 2

Ở đây: Kp - hệ số áp lực bị động của đất tác động lên mặt nghiêng của nêm
nén chặt dưới đáy móng.
Sức chịu tải của nền đất dưới mũi cọc phương pháp Meyerhof sẽ lớn hơn
cách tính của Terzaghi xem như là móng nơng do ảnh hưởng của độ sâu đặt móng.
Có rất nhiều tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng này và điều chỉnh các hệ số sức chịu
tải của nền Nc, Nq, N.
Đối với phần đất nằm dưới đáy các móng sâu và móng cọc, cơng thức có xét
đến hình dạng và chiều sâu chơn móng thường được diễn tả dưới dạng:

q u  q p  cNc'  q' Nq'
Sức chịu tải cực hạn đất nền ở mũi cọc có thể viết dưới dạng:

Qp  Apq p  Ap (cNc'  q' Nq' )
Phương pháp Meyerhof xác định các hệ số N 'c , N 'q , 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

Lb  Lb 
  .
D  D  cr


-7-

ĐẤT YẾU

L

D

L = Lb

D

Lb

Hình 1.1. Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất L
Ở đây: Lb - chiều sâu cọc cắm trong đất tốt và D là cạnh cọc ở độ sâu mũi cọc.
Trong cách tính sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc theo Meyerhof, các thông
số chống cắt c và  tương ứng với trạng thái ứng suất hữu hiệu và qp xác định theo
công thức:
q p  cNc'  q ' N'q với N 'c , N 'q .

Vesic đề nghị một phương pháp xác định sức chịu tải của đất nền ở mũi cọc


1  2K 0 
* 
Qp  A p q p  A p  cN*c  
q
'
N

 3 


K 0  1  sin  - hệ số áp lực ngang

Như vậy N 

*


3N*q
1  2K 0

Mặt khác ta có quan hệ: N*c   N*q  1 cot g
Theo Vesic Nq  f  Irr 
Trong đó

I rr 

Ir
- chỉ số độ cứng suy giảm
1  Ir 

Với chỉ số độ cứng Ir 

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

 - biến dạng thể tích trung bình trong vùng biến dạng dẻo bên dưới mũi cọc

Như vậy, đối với những điều kiện khơng có sự thay đổi thể tích, ta có:
  0 và Ir = Irr

Vesic giải và thiết lập bảng giá trị N *c , N * phụ thuộc vào Irr và góc ma sát  .

-8Với   0 , tương ứng với điều kiện khơng thốt nước.

N*c 

4

 ln Irr  1   1
3
2

Giá trị Ir có thể ước lượng từ kết quả thí nghiệm nén 3 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 1.1. Giá trị Ir
Loại đất

Ir

Cát

70 - 150

Bột và Sét (khơng thốt nước)

50 - 100

Sét (có thốt nước)

100- 200

Sức kháng bên của cọc Qs
Thành phần Qs có thể xác định bằng cách tính tích phân lực ma sát đơn vị
giữa lớp đất và cọc fs, cọc trên toàn bộ mặt tiếp xúc của cọc và đất, lực chống cắt
này cho bởi biểu thức quen thuộc của Coulomb:

fs  ca  'h  tga  ca  Ks  'v  tga
Ở đây:
ca - lực bám dính giữa cọc và đất.
a - góc ma sát giữa cọc và đất.

 'h - ứng suất pháp tuyến hữu hiệu tại mặt bên của cọc, tính theo công thức
sau: 'h  Ks  'v  Ks   'z
Trong đó: Ks - hệ số áp lực ngang .
Ngồi ra có thể kể đến các phương pháp sau:
Tomlinson đề nghị thêm vào thành phần lực dính một hệ số , trong công
thức xác định lực ma sát xung quanh giữa cọc và đất.
fs    ca  'h tga    ca  Ks  'v tga

Hệ số hiệu chỉnh .
Phương pháp β được Burland gợi ra từ năm 1973 trên các giả thuyết sau:
- Lực dính của đất giảm đến 0, trong q trình đóng cọc, do đất bị phá vỡ kết
cấu.


-9- Ứng suất hữu hiệu của đất tác động lên mặt đứng của cọc sau khi áp lực
nước lỗ rỗng thặng dư phân tán hết ít nhất phải bằng ứng suất này ở trạng thái tĩnh,
áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xuất hiện do thể tích cọc lấn chiếm và đất xung quanh
bị nén, nhưng hệ số thấm của đất bé nên cần phải có thời gian để nước thoát đi.
- Ứng suất chống cắt của đất xung quanh cọc trong quá trình chịu tải chỉ liên

quan đến vùng đất mỏng xung quanh cọc, vùng này tùy thuộc dạng cọc và tính thốt
nước của đất giữa hai thời điểm đóng và chất tải lên cọc.
Cơng thức xác định ma sát đất và cọc có dạng:
fs  Ks  'v tga ; đặt   Ks  tga ; ta được fs   'v

Vì  v' là ứng suất do trọng lượng bản thân nên khi có ứng suất phụ thêm do
tải ngồi đặt trên mặt đất ta có thể hiệu chỉnh fs  ('v  s' ) .
Theo phương pháp này giá trị  dao động trong khoảng từ 0.25 đến 0.4 nếu
ta sử dụng Ks = Ko.
Một số nghiên cứu khác của Bhushan(1982) bổ sung cách xác định  như sau:

  K s tga  0,18  0,0065 D r hoặc Ks  0,5  0,008Dr
Ở đây: Dr - độ chặt tương đối của cát
Focht và Vijavergiya đề nghị một hệ số  để hiệu chỉnh lực ma sát xung
quanh giữa cọc và đất sét.
fs  ('v  2cu )

Ở đây:  - biến đổi theo chiều sâu đóng cọc, được suy ra từ biểu đồ sau:


- 10 -

Hình 1.2. Biểu đồ xác định giá trị hệ số 
Năm 1981, Coyle - Castillo đưa ra một cách xác định sức chịu tải của cọc
trong nền cát, sau hàng loạt phân tích các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và đóng cọc
thử tại hiện trường.
Qs = f s . A s
fs - là lực ma sát đơn vị giữa đất và cọc được tác giả thiết lập quan hệ thực
nghiệm với góc ma sát  và tỷ số z / B, với chiều sâu z tính đến giữa lớp cát và B
là bề rộng của cọc. Lưu ý rằng, phương pháp của Coyle - Castillo không xét đến

loại vật liệu làm cọc, ảnh hưởng việc hạ cọc và điều kiện ứng suất ban đầu.
Một phương pháp tổng quát của Kulhawy nhằm xác định lực ma sát fs đất cát
với mặt bên của cọc được Kulhawy đưa ra có dạng sau:

 K    a  
fs  'v K 0 
 tg    
K
 0     
Ở đây: K 0  1  sin  ' OCR sin '
 v' - ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại điểm tính fs

Các tỷ số a /  và K / K 0 được Kulhawy giới thiệu theo[1].


- 11 1.1.4. Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cƣờng độ của đất nền
Theo TCXDVN 205 - 1998 thì sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền
được tính với cơng thức sau:
Qu = Qs + Qp = Asfs + Apqp
n

Qu = u  f si li + Apqp
i 1

Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc qp:

q p  cNc  'vp Nq  d p N 
Ma sát bên tác dụng lên cọc fs:
fs  ca  'h tga  ca  Ks'v tga

Ở đây:
c - lực dính của đất

'vp - ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc
do trọng lượng bản thân đất
Nc, Nq, N  - hệ số sức chịu tải, phụ thuộc ma sát trong của đất, hình dạng
mũi cọc và phương pháp thi cơng cọc.
ca - lực dính bám giữa thân cọc và đất
 'h - ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vng góc với mặt bên cọc
a - góc ma sát giữa thân cọc và đất nền

Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính
Do góc ma sát của đất bằng khơng nên sức chịu tải sẽ có dạng
Qu  Ascu  Ap Nccu

Ở đây:
Nc - hệ số sức chịu tải lấy bằng 9 cho cọc đóng trong sét cố kết thường và
bằng 6 cho cọc nhồi
 - hệ số điều chỉnh lực bám dính giữa đất và cọc từ lực dính của thí nghiệm

khơng cố kết khơng thốt nước, với cọc đóng chọn theo [1]
Chú ý: trị số cu có giá trị giới hạn là 100 kPa
Sức chịu tải cực hạn trong đất rời
Với lực dính c = 0 nên sức chịu tải của cọc có dạng


- 12 -

Qu  Qs  Qp  As Ks'v tga  Ap Nq'vp
Ở đây:

Ks - hệ số áp lực ngang trong đất ở trạng thái nghỉ

'v - ứng suất hữu hiệu trong đất tại độ sâu tính tốn ma sát bên tác dụng lên
cọc
1.1.5. Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền
Nhằm mục đích tính tốn sơ bộ sức chịu tải cọc theo các kết quả thống kê
các chỉ tiêu đặc trưng vật lí của đất nền cho các dự án tiền khả thi, có thể sử dụng
phương pháp rất đơn giản, ít chính xác và khơng cần nhiều thí nghiệm cơ học phức
tạp, đó là phương pháp thống kê, cịn có tên là phương pháp tính sức chịu tải cọc
theo chỉ tiêu vật lí của đất nền.
Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống
Khi nền đất có E0 > 50 Mpa = 500 kG/cm2 được xác định theo công thức sau:
Qtc = mAp  qp
Ở đây: m - hệ số điều kiện làm việc
qp - cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc.
Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát (cọc đóng có cạnh cọc từ 250mm đến
800 mm)
Sức chịu nén:
n

Qtc  mR  q p  A p  u  (mf  f si  li )
i 1

Trong đó:
mR, mf - các hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc và ở mặt bên của cọc
fs, qp - lực ma sát đơn vị giữa đất và mặt xung quanh cọc; sức chịu tải đơn vị
diện tích của đất ở mũi cọc.
Sức chịu nhổ của cọc
n

Q tc  mu  mf f si li
i 1

Ở đây:
m - hệ số điều kiện làm việc chịu nhổ.
1.2. Các phƣơng pháp thí nghiệm đánh giá khả năng chịu tải


- 13 Năm 1995, Middendorp công bố kết quả nghiên cứu chỉ số sóng ứng suất Nw:
Nw 

Với:

C.T
L

T- Thời gian tác dụng của tải trọng (giây).
L- Chiều dài cọc (m)
C- Vận tốc truyền sóng (m/giây).

Middendorp đề nghị phân loại các thí nghiệm xác định sức chịu tải của cọc tại
hiện trường dựa trên chỉ số Nw như sau:
Nw < 6:

Thí nghiệm được xem là thí nghiệm động.

Nw > 1000:

Thí nghiệm được xem là thí nghiệm tĩnh.

Nw > (1215):

Thí nghiệm được xem là thí nghiệm tĩnh – động.

Nw > (612):

Thí nghiệm được xem là thí nghiệm giả tĩnh –
động. Trường hợp này phải dùng các phương
pháp phân tích sóng ứng suất để xác định cụ thể.

Dựa trên kết quả nghiên cứu của Middendorp, thí nghiệm xác định sức chịu tải
của cọc tại hiện trường được phân chia thành ba nhóm như sau:
 Nhóm thí nghiệm tĩnh: Nén tĩnh, Hộp tải trọng Osterberg, Thí nghiệm cọc
có gắn thiết bị.
 Nhóm thí nghiệm động: Thử động và sử dụng các công thức động như
Gherxevanop, Hilay.., Thử động biến dạng lớn, Thử rung trở kháng cơ học.
 Thí nghiệm tĩnh động Statnamic.
Thí nghiệm động là dạng chịu tải trọng động của cọc, cọc dịch chuyển trong
đất nền với một gia tốc và sinh ra sóng ứng suất trong cọc, hình dạng của các sóng
ứng suất sẽ phản ánh ứng xử của cọc và đất nền. Thí nghiệm tĩnh có đặc điểm khác
biệt: với q trình tăng tải chậm, khơng phát sinh gia tốc và sóng ứng suất trong
cọc, hệ cọc-đất nền ứng xử ở trạng thái cân bằng tĩnh. Tuy nhiên, để có thể đánh giá
tính hiệu quả của các phương pháp, cần thiết xem xét và phân tích các ưu và khuyết
điểm cũng như nguyên lý vận hành của từng phương pháp thí nghiệm.