Nghiên cứu tiêu chuẩn thiết kế eurocode áp dụng phân tích tính toán cọc khoan nhồi nhà cao tầng tại việt nam

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

LÂM VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ EUROCODE &
ÁP DỤNG PHÂN TÍCH – TÍNH TỐN CỌC KHOAN
NHỒI NHÀ CAO TẦNG TẠI VIỆT NAM
Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số
: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011


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: TS. Trần Tuấn Anh

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 Bộ môn quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
Bộ môn quản lý chuyên ngành


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

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

Tp. HCM, ngày 01 tháng 12 năm 2011

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

Giới tính : Nam

LÂM VĂN ĐỨC

Ngày, tháng, năm sinh: 22/06/1987

Nơi sinh: QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số : 60.58.60

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010
1. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ EUROCODE & ÁP DỤNG PHÂN
TÍCH - TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI NHÀ CAO TẦNG TẠI VIỆT NAM
2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN :
Chương I
: Tổng quan về Eurocode.
Chương II
: Tác động, tổ hợp tác động và độ bền thiết kế.
Chương III : Khảo sát địa chất và xử lý số liệu.
Chương IV : Kiểm tra theo cường độ - biến dạng.
Chương V
: Móng cọc khoan nhồi.
Chương VI : Ví dụ tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi.
Phần kết luận & kiến nghị.
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

01/7/2011

4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

01/12/2011

5. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

TS. TRẦN TUẤN ANH

CM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS VÕ PHÁN


LỜI CÁM ƠN

Qua thời gian học tập và nghiên cứu kết hợp với kiến thức thực tiễn, em thấy mình
trưởng thành hơn về hiểu biết các vấn đề trong ngành xây dựng, đặc biệt là các vấn đề
liên quan đến địa kỹ thuật. Đó là những vấn đề rất cần thiết cho sự phát triển chuyên
môn và nghề nghiệp.
Em xin gửi lời tri ân đến tồn bộ thầy cơ trong trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM,
các thầy cô trong Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng những lời tốt đẹp nhất. Những kiến thức
mà em có được ngày hơm nay, cũng nhờ vào sự tận tình chỉ bảo của các thầy cô trong
Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng.
Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến thầy TS. Trần Tuấn Anh và TS. Huỳnh Quốc
Vũ, là những người ảnh hưởng rất lớn đến nội dung và thành công của Luận Văn này.
Luận văn này là kết quả của một quá trình làm việc hợp tác giữa em, thầy TS. Trần
Tuấn Anh và TS Huỳnh Quốc Vũ. Toàn bộ nội dụng Luận Văn này là tâm huyết của
em sau nhiều tháng miệt mài tìm tịi, học hỏi và nghiên cứu từ tiêu chuẩn, sách vở, báo
chí và ý kiến góp ý của các thầy.
Qua đây, tôi xin gửi lời cám ơn đến cơng ty Cơng Chính A.C đã tạo điều kiện cho tôi
học tập trong suốt thời gian học Cao Học và thời gian làm Luận Văn này.
Xin gửi lời cám ơn đến gia đình và bạn bè đã ủng hộ, động viên và giúp đỡ tơi hồn

thành tốt Luận Văn Cao Học này.

Học viên

Lâm Văn Đức


TĨM TẮT LUẬN VĂN

Hiện nay, móng cọc được sử dụng rất phổ biến trong ngành xây dựng, đặc biệt là
móng cọc nhồi. Việc đưa ra một quy trình đánh giá chung về sức chịu tải cọc là một
yêu cầu cấp thiết, để có thể tạo ra một tiếng nói chung trong ngành xây dựng, tạo sự
thống nhất giữa thiết kế - thi cơng - thẩm tra cơng trình. Để tạo được mối tương quan
đó cũng như có một tiếng nói chung giữa các Quốc Gia, sử dụng tiêu chuẩn Eurocode
là giải pháp hữu hiệu nhất. Tiêu chuẩn Eurocode không những giải quyết được tất cả
các vấn đề liên quan đến nền móng, mà cịn các vấn đề liên quan đến kết cấu cơng
trình, cũng như loại vật liệu sử dụng trong ngành xây dựng.
Việc đánh giá sức chịu tải cọc còn mang nhiều quan niệm cá nhân, để hạn chế được
các sai sót có thể mắc phải thì Eurocode cho phép đánh giá được những sai lệch này
một cách hiệu quả và khách quan, có tính thuyết phục cao trong khoa học, cũng như dễ
dàng sử dụng khi áp dụng vào thiết kế thực tiễn.
Eurocode đưa ra 3 phương pháp thiết kế (DA 1, DA 2 và DA 3), mỗi phương pháp
thiết kế đều có những đặc điểm riêng và mức độ sử dụng phổ biến khác nhau ở Châu
Âu. Các phương pháp thiết kế này đều sử dụng độ tin cậy trong thiết kế thông qua giá
trị của các hệ số riêng.
Tiêu chuẩn Eurocode là tiêu chuẩn “mở”, cho phép người thiết kế có thể sử dụng các
giả thiết đánh giá sức chịu tải cọc khác nhau, nhưng sau đó phải sử dụng những qui tắc
và nguyên tắc riêng của Eurocode để đánh giá và kiểm tra lại tính xác thực của những
giả thiết này. Chính vì đặc điểm này, mà tiêu chuẩn Eurocode rất phù hợp để áp dụng
cho những giả thiết tính tốn sức chịu tải cọc hiện nay và trong tương lai.

Trong thiết kế móng cọc, Eurocode 7 luôn nhấn mạnh tầm quan trọng của thử tải tĩnh
cọc, là phương pháp hữu hiệu nhất để đánh giá và kiểm tra kết quả dự đoán sức chịu
tải cọc theo các giả thiết và phương pháp tính khác. Tuy nhiên, phương pháp này cịn
hạn chế là kinh phí thí nghiệm cao và thời gian thí nghiệm lâu. Nhưng kết quả lại phản
ánh rất chính xác về ứng xử làm việc của đất nền với cọc.
Luận văn này nhằm giới thiệu và hướng dẫn kết hợp với việc phân tích những đặc
điểm chính trong tiêu chuẩn Eurocode nói chung, Eurocode 7 nói riêng để áp dụng
chính xác trong thiết kế móng cọc khoan nhồi ở Việt Nam.


ABSTRACT

At present, pile foundation is used very popular in the building and civil engineering,
especially bored pile foundation. It is necessary to provide a general assessment of pile
load capacity, to create the same concept in the construction, to unify the designconstruction-verification work. To meet these requirements and have the same idea
with the Nation together, using Eurocode is the best choice. Eurocode not only solves
all the problems related to geotechnical property, but also all the problems related to
structures, as well as using materials in construction.
The evaluation of pile bearing capacity is personal concept, to limit these errors - using
Eurocode is effective and objective, easy-to-use for practical design.
Eurocode has three Design Approaches (DA 1, DA 2 and DA 3), each design method
has its own features and is used of different popular in Europe. The design methods
use the reliability through the value of the partial factors.
Eurocode is the "open" standard, it allows the designer to use the different assumptions
to predict the pile load capacity, but then must use the rules and principles of Eurocode
to evaluate and verify these assumptions. Because of these features, nowadays and in
the future, Eurocode is correspondent to apply to design assumptions of pile load
capacity.
The design of pile foundation, Eurocode 7 emphasizes the importance of static pile
load test, it is the most effective method to evaluate and test results of the pile load

capacity when the assumptions and calculation methods are used. However, this
method has the high cost and long duration experiment. But the results (pile resistance
and settlement) reflect very accurately the behavior of the ground with pile.
This thesis introduces, guides and analyses the main features of the general Eurocode
and Eurocode 7, it is applied to design bored pile foundation in Vietnam.


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu
trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả của luận văn chưa
từng được cơng bố trong bất cứ cơng trình khoa học nào. Tác giả hồn tồn chịu
trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn.

Học viên

Lâm Văn Đức


i

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... viii
Chƣơng I ......................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN VỀ EUROCODE ..................................................................................1
I.1.
KẾT CẤU EUROCODE ................................................................................1
I.2.
NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO EUROCODE............................................1
I.3.

NHỮNG YÊU CẦU THIẾT KẾ THEO EUROCODE .................................3
I.4.
CÁC TÌNH HUỐNG THIẾT KẾ THEO EUROCODE ................................ 4
I.5.
CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THIẾT KẾ THEO EUROCODE ..............5
I.5.1. Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) .............................................................5
I.5.2. Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) ..............................................................6
I.6.
CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ NỀN MÓNG THEO EUROCODE .......8
I.5.1. Phƣơng pháp thiết kế 1................................................................................9
I.5.1.1. Tổ hợp 1: ..............................................................................................9
I.5.1.2. Tổ hợp 2: ..............................................................................................9
I.5.2. Phƣơng pháp thiết kế 2..............................................................................10
I.5.3. Phƣơng pháp thiết kế 3..............................................................................11
I.7.
NHẬN XÉT ..................................................................................................11
Chƣơng II .....................................................................................................................12
TÁC ĐỘNG, TỔ HỢP TÁC ĐỘNG VÀ ĐỘ BỀN THIẾT KẾ .............................. 12
II.1.
TÁC ĐỘNG ..................................................................................................12
II.1.1.
Tổng quan về tác động ...........................................................................12
II.1.2.
Tác động thuộc về đất nền .....................................................................14
II.1.3.
Phân biệt giữa tác động có lợi với tác động bất lợi ...............................16
II.1.4.
Tác động đặc trƣng ................................................................................16
II.1.5.
Hoạt tải đại diện .....................................................................................18

II.1.6.
Tác động thiết kế....................................................................................20
II.1.7.
Hệ quả tác động thiết kế ........................................................................20
II.2.
TỔ HỢP TÁC ĐỘNG ..................................................................................23
II.2.1.
Trạng thái giới hạn cực hạn ULS ...........................................................24
II.2.1.1. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế lâu dài và tạm thời (tổ hợp
cơ bản): 25
II.2.1.2. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế đặc biệt: ............................27
II.2.1.3. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế động đất: ...........................28
II.2.2.
Trạng thái giới hạn sử dụng SLS ...........................................................29
II.2.2.1. Tổ hợp đặc trƣng: ..............................................................................29
II.2.2.2. Tổ hợp thƣờng xuyên: .......................................................................30
II.2.2.3. Tổ hợp tựa tĩnh: .................................................................................31


ii
II.3.
ĐỘ BỀN THIẾT KẾ.....................................................................................32
II.4.
NHẬN XÉT ..................................................................................................34
Chƣơng III....................................................................................................................35
KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU........................................................ 35
III.1. KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT ..............................................................................35
III.1.1. Tổng quan ..............................................................................................35
III.1.2. Khoảng cách điểm khảo sát ...................................................................36
III.1.3. Độ sâu điểm khảo sát .............................................................................37

III.2. XỬ LÝ SỐ LIỆU .......................................................................................... 37
III.2.1. Qui trình đánh giá các thơng số địa kỹ thuật .........................................37
III.2.2. Giá trị đặc trƣng .....................................................................................38
III.2.3. Thống kê số liệu địa chất .......................................................................39
III.2.3.1. Thống kê đất nền theo phƣơng ngang: .............................................40
III.2.3.2. Thống kê đất nền theo phƣơng đứng: ..............................................44
III.2.4. Giá trị thiết kế của các đại lƣợng địa kỹ thuật .......................................45
III.3. NHẬN XÉT ..................................................................................................45
Chƣơng IV ....................................................................................................................46
KIỂM TRA THEO CƢỜNG ĐỘ - BIẾN DẠNG .....................................................46
IV.1. KIỂM TRA THEO CƢỜNG ĐỘ .................................................................46
IV.1.1. Cơ sở thiết kế .........................................................................................46
IV.1.2. Hệ quả tác động .....................................................................................46
IV.1.3. Độ bền ....................................................................................................47
IV.1.4. Đƣa độ tin cậy vào trong thiết kế ...........................................................48
IV.1.4.1. Tác động và hệ quả tác động ...........................................................49
IV.1.4.2. Cƣờng độ vật liệu và độ bền ............................................................50
IV.1.4.3. Kích thƣớc hình học.........................................................................51
IV.1.4.4. Kiểm tra ...........................................................................................51
IV.1.5. Gía trị các hệ số riêng ............................................................................52
IV.1.6. Các phƣơng pháp thiết kế ......................................................................52
IV.1.6.1. Phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) ........................................................57
IV.1.6.2. Phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) ........................................................60
IV.1.6.3. Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) ........................................................61
IV.1.6.4. Lựa chọn phƣơng pháp thiết kế theo từng Quốc Gia.......................62
IV.2. KIỂM TRA THEO BIẾN DẠNG ................................................................ 64
IV.2.1. Cơ sở thiết kế .........................................................................................64
IV.2.2. Hệ quả tác động .....................................................................................65
IV.2.3. Tiêu chuẩn giới hạn sử dụng..................................................................66
IV.2.4. Đƣa độ tin cậy vào trong thiết kế (kiểm tra biến dạng) .........................67

IV.2.5. Kiểm tra biến dạng bằng phƣơng pháp dơn giản (phƣơng pháp khác) .69
IV.3. NHẬN XÉT ..................................................................................................71


iii
Chƣơng V .....................................................................................................................72
MĨNG CỌC KHOAN NHỒI.....................................................................................72
V.1.
CÁC PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CỌC ...............................................72
V.2.
THÍ NGHIỆM THỬ TẢI TĨNH CỌC.......................................................... 74
V.3.
THÍ NGHIỆM TẢI TRỌNG ĐỘNG CỌC ..................................................75
V.4.
BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỌC ................................................75
V.5.
CỌC CHỊU TẢI DỌC TRỤC ......................................................................76
V.5.1. Tổng quát ...............................................................................................76
V.5.2. Đƣa độ tin cậy vào trong thiết kế cọc ....................................................76
V.5.2.1. Phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) .........................................................78
V.5.2.2. Phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) .........................................................81
V.5.2.3. Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) .........................................................83
V.5.2.4. So sánh các phƣơng pháp thiết kế (DA) dùng tính tốn sức chịu tải
cọc
85
V.5.3. Độ bền chịu nén của đất nền (ULS).......................................................86
V.5.3.1. Tổng quan ..........................................................................................86
V.5.3.2. Độ bền chịu nén cực hạn từ thí nghiệm thử tải tĩnh cọc ...................87
V.5.3.3. Độ bền chịu nén cực hạn từ thí nghiệm đất ......................................89
V.5.3.4. Độ bền chịu nén cực hạn từ kết quả thử tải động..............................95

V.5.4. Độ bền chịu kéo của đất nền ..................................................................97
V.5.4.1. Những yêu cầu chung........................................................................97
V.5.4.2. Độ bền chịu kéo của cọc đơn ............................................................97
V.5.5. Phá hoại khối của nhóm cọc ..................................................................98
V.5.6. Kiểm tra chuyển vị móng cọc ................................................................99
V.6.
CỌC CHỊU TẢI NGANG ............................................................................99
V.6.1. Tổng quan ..............................................................................................99
V.6.2. Độ bền tải ngang từ thí nghiệm thử tải tĩnh .........................................100
V.6.3. Độ bền tải ngang từ kết quả thí nghiệm đất nền và các thông số cƣờng
độ cọc 100
V.6.4. Chuyển vị ngang ..................................................................................101
V.7.
CỌC LÀM VIỆC TRONG NHÓM ............................................................101
V.8.
THIẾT KẾ KẾT CẤU CỌC .......................................................................104
V.9.
NHẬN XÉT ................................................................................................104
Chƣơng VI ..................................................................................................................105
VÍ DỤ TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI ...............................105
VI.1. LÝ TUYẾT TÍNH TỐN ..........................................................................105
VI.1.1. Đánh giá sức chịu tải cọc từ thí nghiệm nén tĩnh ................................105
VI.1.1.1. Cách xác định sức chịu tải cực hạn cọc từ thí nghiệm nén tĩnh ....105
VI.1.1.2. Cách xác định sức chịu tải thiết kế cọc từ thí nghiệm nén tĩnh .....110
VI.1.2. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SPT ..........................113


iv
VI.1.2.1. Theo eurocode 7.............................................................................113
VI.1.2.2. Theo Meyerhof (1956): [12] & [19] ..............................................120

VI.1.2.3. Theo Nhật Bản: [12] & [13] ..........................................................120
VI.1.2.4. Theo TCXD 195:1997 ...................................................................121
VI.2. KẾT QUẢ ÁP DỤNG ................................................................................121
VI.2.1. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc .............122
VI.2.1.1. Sức chịu tải cực hạn cọc ................................................................124
VI.2.1.2. Sức chịu tải thiết kế cọc .................................................................124
VI.2.2. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SPT ..........................125
BẢNG TRA HỆ SỐ ...................................................................................................128
KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ .....................................................................................139
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................141
PHỤ LỤC ...................................................................................................................143

DANH MỤC HÌNH
Hình II. 1: Xác định giá trị đặc trƣng cận dƣới (Xk,inf) và cận trên (Xk,sup) dựa trên phân
bố chuẩn [6] ...................................................................................................................17

Hình III. 1: Móng cọc ....................................................................................................37
Hình III. 2: Biểu đồ phân bố chuẩn dạng Gause [4]......................................................40
Hình III. 3: Hệ số Student t đối với mức độ tin cậy 90%, 95% và 99% [4].................42

Hình IV. 1: Qui trình kiểm tra cƣờng độ [4] .................................................................49
Hình IV. 2: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 1 [4] ...................58
Hình IV. 3: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 [4] ...................59
Hình IV. 4: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 2 [4] ..................................60
Hình IV. 5: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 3 [4] ..................................61
Hình IV. 6: Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế cho mái dốc [4] .................63
Hình IV. 7: Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế cho các kết cấu địa kỹ thuật
khác (ngoại trừ mái dốc) [4] .......................................................................................... 64
Hình IV. 8: Hình minh họa độ lún (s), lún lệch (δs), góc xoay (θ) và biến dạng góc (α)
.......................................................................................................................................65

Hình IV. 9: Hình minh họa độ võng tƣơng đối (Δ) và tỷ số độ võng (Δ/L)..................66
Hình IV. 10: Hình minh họa góc nghiêng (ω) và góc xoay tƣơng đối (β) ....................66
Hình IV. 11: Qui trình kiểm tra khả năng sử dụng [4] ..................................................68


v
Hình IV. 12: Qui trình kiểm tra khả năng sử dụng (Phƣơng pháp khác) [4] ................70

Hình VI. 1: Phƣơng pháp xác định Qu theo cơng thức (VI.1) .....................................106
Hình VI. 2: Phƣơng pháp xác định Qu theo cơng thức (VI.3) .....................................106
Hình VI. 3: Ví dụ cách xác định tải cực hạn cọc Qu theo phƣơng pháp Davisson [16]
.....................................................................................................................................108
Hình VI. 4: Ví dụ xác định tải cực hạn cọc Qu theo phƣơng pháp De Beer [16] ........109
Hình VI. 5: Sơ đồ đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thử tải tĩnh theo Eurocode 7 .111
Hình VI. 6: Biểu đồ tải trọng - chuyển vị theo DIN 4014 ...........................................117
Hình VI. 7: Sơ đồ đánh giá độ bền cọc từ kết quả thí nghiệm SPT theo Eurocode 7 .119

DANH MỤC BẢNG
Bảng II. 1: Áp dụng hệ số ψ cho hoạt tải đầu tiên và hoạt tải tiếp theo của trạng thái
giới hạn cực hạn và trạng thái giới hạn sử dụng [6] ......................................................19

Bảng III. 1: Khoảng cách điểm khảo sát theo EN 1997-2 .............................................36
Bảng III. 2: Hệ số biến động δX (COV) của các vật liệu địa kỹ thuật và vật liệu nhân
tạo [4] ............................................................................................................................. 41

Bảng IV. 1: Bảng giá trị hệ số riêng đƣợc đề nghị bởi Brinch Hansen [4] ...................53
Bảng IV. 2: Bảng giá trị hệ số riêng đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp LRFD [4] ......54
Bảng IV. 3: Bảng giá trị hệ số riêng đƣợc sử dụng trong DA 2 ....................................54
Bảng IV. 4: Bảng tổ hợp cho từng phƣơng pháp thiết kế (DA) [4] .............................. 56
Bảng IV. 5: Bảng tổng hợp thành phần chính đƣợc nhân hệ số trong phƣơng pháp thiết

kế theo Eurocode 7 [4] ..................................................................................................57
Bảng IV. 6: Giá trị chuyển vị cho phép theo phụ lục H của EN 1997-1 ....................... 67

Bảng VI. 2: Độ bền mũi cọc trong đất rời theo độ bền mũi xuyên CPT .....................113
Bảng VI. 3: Độ bền thân cọc trong đất rời theo độ bền mũi xuyên CPT ....................114
Bảng VI. 4: Độ bền mũi cọc trong đất dính theo cƣờng độ kháng cắt khơng thốt nƣớc
cu ..................................................................................................................................114


vi
Bảng VI. 5: Độ bền thân cọc trong đất dính theo cƣờng độ kháng cắt khơng thốt nƣớc
cu ..................................................................................................................................115
Bảng VI. 6: Hệ số qui đổi giữa chỉ số SPT với độ bền xuyên mũi CPT .....................115
Bảng VI. 7: Quan hệ giữa chỉ số SPT với cƣờng độ kháng cắt không thốt nƣớc cu .116

Giải thích một số định nghĩa đƣợc sử dụng trong Eurocode và đƣợc đƣa vào
trong Luận Văn này nhƣ sau:
Tình huống thiết kế: là điều kiện (tình huống) giả định nhƣ là điều kiện thật xảy ra
trong một khoảng thời gian trong tuổi thọ cơng trình, điều kiện này phải đƣợc kiểm tra
không đƣợt vƣợt qua trạng thái giới hạn tƣơng ứng.
Tình huống thiết kế tạm thời: là tình huống xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn
hơn tuổi thọ cơng trình và xảy ra với xác suất lớn.
Tình huống thiết kế lâu dài: là tình huống xảy ra thƣờng xun trong suốt tuổi thọ của
cơng trình.
Tình huống thiết kế đặc biệt: là tình huống liên quan đến những điều kiện không mong
muốn xảy ra trong kết cấu, nhƣ: cháy, nổ, va chạm hoặc phá hoại cục bộ.
Tình huống thiết kế động đất: là tình huống liên quan đến những điều kiện không
mong muốn của kết cấu khi chịu tác động động đất.
Tuổi thọ cơng trình: là một khoản thời gian giả định cho kết cấu hoặc phần tử kết cấu
đƣợc sử dụng mà không cần thiết sửa chữa lớn.

Trạng thái giới hạn: là trạng thái mà nếu vƣợt qua thì kết cấu khơng cịn thỏa mãn tiêu
chuẩn thiết kế liên quan.
Trạng thái giới hạn cực hạn: là những trạng thái xảy ra sụp đổ hoặc những dạng tƣơng
tự khác của phá hoại kết cấu. Là trạng thái tƣơng ứng với khả năng chịu tải lớn nhất
của kết cấu hoặc phần tử kết cấu.
Trạng thái giới hạn sử dụng: là những trạng thái tƣơng ứng với những điều kiện mà
nếu vƣợt qua thì những yêu cầu về công năng sử dụng cho kết cấu hoặc phần tử kết
cấu sẽ khơng cịn đáp ứng nữa.
Trạng thái giới hạn sử dụng không phục hồi: là trạng thái giới hạn sử dụng khi hệ quả
tác động vƣợt qua những yêu cầu cơng năng nhất định mà vẫn cịn tồn tại khi đã bỏ
những tác động đó.


vii
Trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi: là trạng thái giới hạn sử dụng khi hệ quả tác
động vƣợt qua những yêu cầu công năng nhất định sẽ không cịn tồn tại nữa khi đã bỏ
những tác động đó.
Độ bền: là khả năng chịu tác động của một phần tử hoặc một cấu kiện, hoặc tiết diện
của một phần tử hoặc của cấu kiện của một kết cấu mà không xảy ra cơ chế phá hoại.
Chẳng hạn, khả năng chịu uốn, khả năng chịu uốn dọc hay khả năng chịu kéo.
Tác động (F): tác động có thể là:
-

Lực (tải trọng) tác dụng lên kết cấu (tác động trực tiếp);
Biến dạng cƣỡng bức hoặc gia tốc (dao động) do sự thay đổi độ ẩm, lún lệch
hoặc động đất (tác động gián tiếp).

Hệ quả tác động (E): là những hệ quả của tác động trong phần tử kết cấu (chẳng hạn,
nội lực, moment, ứng suất, biến dạng) hoặc toàn bộ kết cấu (chẳng hạn, độ võng, góc
xoay).

Tác động địa kỹ thuật: là những tác động truyền lên kết cấu thông qua đất nền, đất đắp
hoặc nƣớc ngầm.
Tác động tĩnh: là những tác động không gây ra gia tốc đáng kể lên kết cấu hoặc phần
tử kết cấu.
Tác động động: là những tác động gây ra gia tốc đáng kể lên kết cấu hoặc phần tử kết
cấu.
Tác động tựa tĩnh: là tác động động đƣợc qui đổi thành tác động tĩnh tƣơng đƣơng
trong mơ hình tĩnh.


viii

MỞ ĐẦU
1. GIỚI THIỆU
Một trong những yếu tố để đánh giá sự phát triển của một khu vực hay một quốc gia là
đánh giá vào sự phát triển của cở sở hạ tầng. Sự phát triển kinh tế xã hội kéo theo sự
phát triển của ngành xây dựng cơ sở hạ tầng. Một quốc gia vững mạnh khi nền kinh tế
vững mạnh, đồng nghĩa với việc cơ sở hạ tầng cũng vững mạnh.
Trong những năm trở lại đây, sự phát triển về mật độ xây dựng rất nhanh, đƣợc ví nhƣ
“nấm mọc sau mƣa”, đặc biệt là các khu chung cƣ cao tầng, các cao ốc chọc trời, các
loại cầu dây văng nhịp lớn, các cơng trình thủy lợi, thủy điện qui mơ đồ sồ, các cơng
trình ngầm phát triển ngày càng phức tạp,…Các nƣớc trên thế giới nói chung, Việt
Nam nói riêng, ln địi hỏi cho việc phân tích và lựa chọn giải pháp móng cho các
cơng trình xây dựng vừa kinh tế và vừa bền vững. Một trong những giải pháp hữu hiệu
cho các cơng trình lớn là phƣơng án thiết kế móng cọc.
Trong thiết kế nền móng, có thể chia làm hai loại là móng nơng (shallow foundations)
và móng sâu (hay, móng cọc) (deep foundations hay pile foundations).
Móng nơng đƣợc sử dụng cho lớp đất gần mặt đất, nơi xuất hiện ứng suất tƣơng đối
lớn, đủ chịu đƣợc tác động của kết cấu bên trên mà không xảy ra ứng suất phá hoại
cho kết cấu do lún. Trƣờng hợp này, thƣờng chỉ sử dụng cho những công trình có tác

động tƣơng đối nhỏ. Đối với những cơng trình có tác động lớn (nhƣ nhà cao tầng, trụ
cầu,…) hay những vùng đất có lớp đất bên trên tƣơng đối yếu, thì phƣơng án móng
cọc là hữu hiệu, vì cần lớp đất “tốt” hơn để chịu tác động lớn.
Tác động của kết cấu bên trên truyền xuống lớp đất “tốt” sâu bên dƣới thông qua cọc.
Cọc là loại cột dài, độ mãnh lớn (long slender columns). Cọc có nhiều loại, tuy nhiên ở
Việt Nam thƣờng phổ biến những loại sau: cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi. Vật liệu
làm cọc có thể là: bê tơng, bê tơng cốt thép, thép, gỗ,…Với các hình thức thi cơng nhƣ:
đóng, ép, khoan nhồi,…
Cọc truyền tải vào đất thơng qua hai hình thức: tải phân bố dọc theo thân cọc (pile
shaft), hoặc trực tiếp truyền tải lên lớp đất bên dƣới thông qua mũi cọc (pile point). Tải
đứng phân bố dọc theo thân cọc là ma sát cọc (pile shaft resistance) và tải truyền thực
tiếp thông qua mũi cọc là sức chịu tải mũi cọc (pile base resistance).
Cọc chịu tác động đứng (ví dụ, phần lớn các cơng trình dân dụng nhƣ nhà cao tầng có
sử dựng cọc,…), hoặc tác động ngang (ví dụ, các cơng trình bến cảng, tải ngang là tác
động do nƣớc, sóng, tàu,…), hoặc kết hợp giữa tác động đứng với tác động ngang (ví
dụ, cọc dƣới chân trụ cầu, vừa chịu tải đứng do tác động giao thông bên trên, vừa chịu


ix
tác động ngang do nƣớc,…). Ngồi ra, cọc cịn đƣợc thiết kế để chống lật (chống nhổ)
cho nhà cao tầng, do xuất hiện lực xô ngang tác dụng lên công trình nhƣ gió, động đất.
Do nhu cầu phát triển của xã hội, trên một phạm vi diện tích nhất định mà có thể chịu
đƣợc tải trọng lớn của các kết cấu cơng trình bên trên, giải pháp móng cọc khoan nhồi
(bored pile) là hữu hiệu và đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Để tạo „một tiếng nói
chung‟ trong thiết kế, thẩm định và thi công các dự án sử dụng phƣơng án móng cọc
nói chung và móng cọc nhồi nói riêng giữa các Quốc Gia với nhau, bộ tiêu chuẩn
Eurocode cũng nhƣ Eurocode 7 - Thiết kế địa kỹ thuật sẽ giải quyết đƣợc vấn đề này.
Nhằm để hiểu rõ hơn về tiêu chuẩn Eurocode và việc áp dụng vào thiết kế móng, luận
văn này sẽ đƣợc trình bày “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng
Phân Tích - Tính Tốn Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao Tầng Tại Việt Nam”.

Việc thiết kế cọc vừa mang tính nghệ thuât (art) vừa mang tính khoa học (science).
Tính nghệ thuật đƣợc thể hiện thông qua việc lựa chọn loại cọc, phƣơng pháp thi công
cọc sao cho phù hợp nhất tƣơng ứng với điều kiện đất nền và tác động cơng trình. Tính
khoa học thể hiện ở ngƣời kỹ sƣ - đánh giá ứng xử của cọc khi cọc nằm trong đất và
đang làm việc. Phƣơng pháp thi công cọc ảnh hƣởng rất lớn đến ứng xử của cọc, các
ứng xử này thì khơng thể đƣợc đánh giá chính xác thơng qua những tính chất cơ lý của
cọc và của đất nền nguyên dạng. Cần hiểu biết rất rỏ về loại cọc và phƣơng pháp thi
cơng cọc để có thể đánh giá một cách khao học về ứng xử của cọc.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Hiện nay, việc dự đoán sức chịu tải cọc cịn mang tính chủ quan, do đó rất khó cho kỹ
sƣ thiết kế chƣa có kinh nghiệm nhiều trong lĩnh vực thiết kế cọc và cũng gây ra nhiều
tranh luận về quan niệm tính cọc khi thẩm định và phê duyệt đồ án.
Bộ tiêu chuẩn Eurocode nói chung, Eurocode 7 nói riêng đƣợc sử dụng rộng rãi ở các
nƣớc Châu Âu, đặc biệt là các quốc gia thuộc khối CEN (Anh, Pháp, Đức). Trong
tƣơng lai, Eurocode có thể đƣợc sử dụng chung cho cả thế giới để thể hiện tính thống
nhất hóa và tồn cầu hóa. Trong xu hƣớng mở cửa phát triển với thế giới , Việt Nam
đã - đang - và sẽ có rất nhiều đối tác Châu Âu sang kinh doanh và hợp tác kinh tế, thì
việc khuyến khích và đƣa tiêu chuẩn Eurocode vào trong tiêu chuẩn Việt Nam là rất
phù hợp, rất có lợi cho ta và có thể tạo đƣợc tiếng nói chung với thế giới.
Bởi nhận ra tầm quan trọng của nó, năm 2006 Bộ Xây Dựng ban hành bộ tiêu chuẩn
Thiết Kế Cơng Trình Chịu Động Đất - TCXDVN 375 : 2006, do Viện Khoa Học Công
Nghệ Xây Dựng biên soạn. Thực chất đƣợc chuyển ngữ từ Eurocode 8: Design of
Structures for Earthquake - Resistance và có bổ sung hoặc thay thế các phần mang
tính đặc thù Việt Nam.


x
Cũng kế thừa “tƣ tƣởng” đổi mới ấy, luận văn Thạc Sĩ “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn
Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng Phân Tích - Tính Tốn Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao
Tầng Tại Việt Nam” đƣợc ra đời. Với mục đích, giúp kỹ sƣ thiết kế hiểu rõ thêm về

tiêu chuẩn Eurocode và ứng dụng vào trong thiết kế móng cọc ở Việt Nam.
3. PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN
Nghiên cứu và phân tích tiêu chuẩn Eurocode và cụ thể là Eurocode 7 để sử dụng đánh
giá và dự đoán sức chịu tải (độ bền) cọc khoan nhồi theo các phƣơng pháp lý thuyết
(sử dụng các thông số đất nền nhƣ: c, υ, γ,...), phƣơng pháp bán thực nghiệm ngồi
hiện trƣờng (nhƣ: thí nghiệm SPT, CPT,...) kết hợp với thí nghiệm thử tải tĩnh cọc.
So sánh kết quả tính từ các phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam và đƣợc
đề cập trong TCXDVN với kết quả đánh giá từ Eurocode.
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Sử dụng tiêu chuẩn Eurocode để đánh giá sức chịu tải của các kết cấu nền móng nói
chung và móng cọc nhồi nói riêng.
Kết hợp và so sánh với các lý thuyết tính tốn khác.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC & GIÁ TRỊ THỰC TIỄN
Đề tài “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng Phân Tích - Tính
Tốn Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao Tầng Tại Việt Nam” mang ý nghĩa khoa học cao vì:
-

Mang tính thực dụng trong thiết kế.
Phù hợp với phƣơng châm „thống nhất hóa và tồn cầu hóa‟ trong thiết kế xây
dựng.
Có thể hạn chế bớt những sai sót trong q trình khảo sát địa chất và thiết kế nền
móng.


1

Chƣơng I
TỔNG QUAN VỀ EUROCODE
I.1.

KẾT CẤU EUROCODE

Bộ Eurocode gồm 10 tiêu chuẩn sử dụng thiết kế nhà và các công trình dân dụng khác.
Bộ tiêu chuẩn này đƣợc chia thành 58 phần và các phụ lục kèm theo của các quốc gia
sử dụng Eurocode. Nội dung tổng quan về bộ Eurocode có liên quan đến thiết kế móng
cọc nhồi bao gồm:
Eurocode – Cơ sở thiết kế kết cấu (EN 1990): bao gồm những nguyên tắc và những
yêu cầu về sự an toàn, khả năng sử dụng và tuổi thọ của kết cấu; cung cấp những yêu
cầu cơ bản để thiết kế và kiểm tra; đƣa ra những chỉ dẫn về độ tin cậy của cơng trình.
Eurocode 0 này là nền tảng cho toàn bộ Eurocode.
Eurocode 1 – Tác động lên kết cấu (EN 1991): tiêu chuẩn này hƣớng dẫn sử dụng tác
động trong thiết kế nhà và các cơng trình dân dụng khác, bao gồm những cơng trình
liên quan đến đất nền.
Eurocode 2 – Thiết kế kết cấu bê tông (EN 1992): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế
bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực cho cơng trình nhà và các cơng trình dân dụng
khác.
Eurocode 7 – Thiết kế địa kỹ thuật (EN 1997): bao gồm những yếu tố liên quan đến
đất nền khi thiết kế nhà và các cơng trình dân dụng.
Eurocode 8 – Thiết kế kết cấu chịu động đất (EN 1998): dùng để thiết kế và thi cơng
các cơng trình nhà và cơng trình dân dụng khác trong vùng có động đất. EN 1998 cung
cấp thêm những qui tắc thiết kế nhằm hỗ trợ thêm những tiêu chuẩn về độ bền cho bê
tông, thép, và các loại vật liệu khác.
I.2.

NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO EUROCODE

Ngun lý thiết kế nhà và các cơng trình dân dụng theo Eurocode là thiết kế theo trạng
thái giới hạn, là sự tách biệt giữa thiết kế theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) và
trạng thái giới hạn sử dụng (SLS). Quan niệm nền tảng của trạng thái giới hạn là xác
định hoặc là an toàn (mức độ đủ an tồn, cịn sử dụng đƣợc) hoặc là khơng an tồn

(phá hoại, khơng cịn sử dụng đƣợc). Sự tách biệt giữa trạng thái an tồn và khơng an
tồn của kết cấu đƣợc gọi là trạng thái giới hạn. Nói cách khác, trạng thái giới hạn là
sự lý tƣởng hóa các hiện tƣợng hoặc sự việc không mong muốn xảy ra. Nói chung,
trạng thái giới hạn là trạng thái mà kết cấu khơng cịn đủ độ an tồn theo tiêu chuẩn


2
thiết kế. Mỗi trạng thái sẽ đáp ứng riêng mỗi u cầu áp dụng cho từng kết cấu cơng
trình khác nhau. [4]
Trạng thái giới hạn cực hạn ULS liên quan đến sự an toàn của con ngƣời và kết cấu.
Theo Eurocode 7, trạng thái giới hạn cực hạn bao gồm sự mất cân bằng, biến dạng dƣ,
sự đứt gãy, mất ổn định và phá hoại do mỏi.
Trạng thái giới hạn sử dụng SLS liên quan đến công năng của kết cấu trong quá trình
sử dụng bình thƣờng và mức độ tiện nghi cho con ngƣời. Trạng thái giới hạn sử dụng
có thể là phục hồi đƣợc (chẳng hạn, độ võng) hoặc không phục hồi đƣợc (chẳng hạn,
khi kết cấu đạt đến giới hạn chảy của vật liệu).
Thiết kế theo trạng thái giới hạn là kiểm tra cả mức độ an tồn và khả năng sử dụng
của cơng trình theo hai trạng thái giới hạn trên. Có hai điểm khác biệt chính giữa thiết
kế theo trạng thái giới hạn cực hạn với trạng thái giới hạn sử dụng là: [5]
-

Nếu vi phạm trạng thái giới hạn cực hạn thì sẽ dẫn đến phá hoại kết cấu và phải dỡ
bỏ cơng trình hoặc sửa chữa kết cấu cơng trình; nếu vi phạm trạng thái giới hạn sử
dụng thì thƣờng khơng phải phá bỏ cơng trình, mà có thể tiếp tục sử dụng lại nếu
bỏ những tác động gây ra sự vi phạm này. Tuy nhiên, cũng cần phải xác định rõ
giữa trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi và không phục hồi.

-

Tiêu chuẩn trạng thái giới hạn cực hạn liên quan đến những thông số của kết cấu và

những tác động có liên quan; trong khi đó tiêu chuẩn trạng thái giới hạn sử dụng lại
phụ thuộc vào những yêu cầu của khách hàng và ngƣời sử dụng (có thể mang tính
chất chủ quan), cũng nhƣ những yêu cầu về thiết bị thi công hoặc những phần tử
phi kết cấu (nhƣ tƣờng bao che, bồn nƣớc mái, ống khói, hệ thống đƣờng ống
nƣớc,…).

Tuy nhiên, không phải bất kỳ hiện tƣợng hay sự kiện nào cũng dễ dàng phân loại theo
trạng thái giới hạn cực hạn hay trạng thái giới hạn sử dụng. Chẳng hạn, mức độ dao
động sàn nhà của nhà cao tầng khi chịu tác động gió: hiện tƣợng này rất dễ gây bất lợi
đến sức khỏe của con ngƣời khi đang làm việc trong tòa nhà và kể cả những vật dụng
trong nhà, nhƣng vần không gây ra phá hoại kết cấu cơng trình.
Ngồi ra, trong cùng một hiện tƣợng hay sự kiện xảy ra, ngƣời thiết kế phải kiểm tra
trạng thái giới hạn sử dụng cho cấu kiện này và cũng phải kiểm tra trạng thái giới hạn
cực hạn cho cấu kiện khác. Chẳng hạn, khi xảy ra hiện tƣợng lún móng cơng trình khi
vƣợt qua giới hạn cho phép, ngƣời thiết kế phải kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng
cho kết cấu móng và cũng phải kiểm tra lại trạng thái giới hạn cực hạn cho kết cấu bên
trên cũng nhƣ kết cấu móng bên dƣới, bởi vì khi lún rất dễ gây ra nứt của phần tử kết
cấu cơng trình.


3
Sự thay đổi về tác động (là tải trọng tác dụng nhƣ: trọng lƣợng bản thân kết cấu, hoạt
tải sử dụng, hoạt tải gió, tải động đất và các loại tải đặc biệt khác nhƣ cháy nổ, va
chạm,...), sự ảnh hƣởng của mơi trƣờng và tính chất của kết cấu xảy ra trong suốt q
trình tồn tại của cơng trình cũng phải đƣợc xem xét vào thiết kế bằng cách lựa chọn
tình huống thiết kế phù hợp (chẳng hạn nhƣ: tình huống lâu dài, tình huống tức thời,
tình huống đặc biệt và tình huống động đất), các tình huống này đại diện cho một
khoảng thời gian nhất định mà có thể xảy ra trong suốt tuổi thọ cơng trình. Nếu hai hay
nhiều tác động độc lập cùng xảy ra đồng thời, thì tổ hợp của chúng cần phải xem xét
trong quá trình thiết kế. Trong mỗi trƣờng hợp tổ hợp tác động, cần giả định mức độ

và trình tự ảnh hƣởng của từng tác động thông qua việc sắp xếp thứ tự tác động của
chúng, với mục đích thiết lập đƣờng bao hệ quả tác động (là kết quả của tác dụng tải
trọng nhƣ: lực dọc, lực cắt, moment, ứng suất, biến dạng) cần xem xét trong quá trình
thiết kế.
Nếu các trạng thái giới hạn (đƣợc xem xét trong thiết kế) phụ thuộc vào thời gian
(nhƣ: sự thay đổi của tác động và độ bền), thì khi kiểm tra kết cấu phải xét đến yếu tố
tuổi thọ cơng trình. Điều này nói lên rằng, hệ quả tác động (theo thời gian, nhƣ: trạng
thái mỏi của kết cấu) đƣợc xem nhƣ là một giá trị đặc trƣng, giá trị này đƣợc tích lũy
theo thời gian trong tuổi thọ cơng trình và cần đƣợc xem xét vào trong thiết kế.
Để tránh hoặc hạn chế xảy ra trạng thái giới hạn thì ngƣời thiết kế cần kiểm tra trạng
thái giới hạn theo một hoặc nhiều phƣơng pháp sau:
-

-

Sử dụng phƣơng pháp tính tốn;
Dựa vào kinh nghiệm thiết kế tƣơng ứng với loại tải trọng và điều kiện đất nền
tƣơng tự;
Thí nghiệm bằng mơ hình trong phịng thí nghiệm hoặc thí nghiệm thực ngồi công
trƣờng; phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng trong thiết kế cọc và thiết kế kết
cấu neo;
Phƣơng pháp quan sát.

I.3.

NHỮNG YÊU CẦU THIẾT KẾ THEO EUROCODE

Có 4 yêu cầu cơ bản khi thiết kế cơng trình theo tiêu chuẩn Eurocode nhƣ sau:
1. Một cơng trình khi đƣợc thiết kế và thi cơng để sử dụng trong tuổi thọ cơng trình
với một mức độ tin cậy nhất định và kinh tế, thì phải đáp ứng đƣợc 2 yêu cầu sau:

-

Phải chịu đƣợc tác động và những ảnh hƣởng của tác động trong suốt q trình sử
dụng và thi cơng (điều này liên quan đến những yêu cầu về thiết kế theo trạng thái
giới hạn cực hạn ULS);


4
-

Phải đáp ứng đƣợc những công năng sử dụng khi chịu tác động và những ảnh
hƣởng của tác động (điều này liên quan đến những yêu cầu về thiết kế theo trạng
thái giới hạn sử dụng SLS).

2. Thiết kế một cơng trình phải đảm bảo phù hợp với độ bền kết cấu (khả năng chịu
lực của kết cấu), công năng sử dụng và tuổi thọ cơng trình.
3. Trong trƣờng hợp cháy, độ bền kết cấu (khả năng chịu lực của kết cấu) phải đảm
bảo những yêu cầu trong một khoảng thời gian nhất định. Yêu cầu này nhằm đảm
bảo độ an toàn cho ngƣời sử dụng, kết cấu phải đảm bảo an toàn trong một khoảng
thời gian nhất định để con ngƣời có thể thốt ra khỏi cơng trình mà khơng ảnh
hƣởng đến sức khỏe.
4. Cơng trình sẽ đƣợc thiết kế và thi công nhằm đảm bảo không bị phá hoại khi chịu
tác động của nổ, va chạm và những ảnh hƣởng khác do con ngƣời, yêu cầu này liên
quan đến độ cứng của kết cấu.
Ngoài ra, khi thiết kế cơng trình phải tránh hoặc hạn chế những phá hoại tiềm ẩn cho
cơng trình thơng qua một trong những điều kiện sau:
-

-

Tránh, khử hoặc làm giảm đi những bất lợi cho kết cấu khi làm việc;
Lựa chọn loại kết cấu ít nhạy với những tác động bất lợi;
Lựa chọn loại kết cấu và cách thức thiết kế phù hợp để đảm bảo phần tử kết cấu sau
khi đã bỏ những tác động bất lợi thì vẫn làm việc bình thƣờng hoặc có thể bị phá
hoại cục bộ trong phạm vi chấp nhận đƣợc;
Không sử dụng những hệ thống kết cấu có thể bị sụp đổ mà khơng có cảnh báo
trƣớc khi chịu những tác động;
Cần kết nối các phần tử kết cấu lại với nhau, để có thể làm tăng độ cứng ổn định
tổng thể cho cơng trình.

Để đảm ứng đƣợc những yêu cầu trên thì cần phải:
-

Lựa chọn loại vật liệu phù hợp;
Thiết kế phù hợp;
Phải có qui trình kiểm sốt riêng biệt trong q trình thiết kế, sản xuất, thi công và
sử dụng cho một dự án nhất định.

I.4.

CÁC TÌNH HUỐNG THIẾT KẾ THEO EUROCODE

Trong thiết kế, các tác động, sự ảnh hƣởng của mơi trƣờng và tính chất của kết cấu sẽ
thay đổi theo thời gian trong suốt q trình tồn tại của cơng trình nên đƣợc xem xét


5
bằng cách lựa chọn các tình huống thiết kế đại diện cho một khoảng thời gian xảy ra
các hiện tƣợng bất lợi trên.
Theo Eurocode, có 4 tình huống thiết kế đƣợc phân loại nhƣ sau:

(1) Tình huống lâu dài. Tình huống này xảy ra trong điều kiện sử dụng thông thƣờng
của kết cấu. Tình huống này có liên quan đến tuổi thọ thiết kế của cơng trình. Tình
huống này bao gồm các tác động nhƣ: tĩnh tải, gió, hoạt tải sử dụng,...
(2) Tình huống tạm thời. Tình huống này xảy ra trong điều kiện tạm thời của kết cấu,
chẳng hạn nhƣ trong suốt q trình thi cơng và sửa chữa cơng trình. Trƣờng hợp
này, ngƣời thiết kế cần phải xác định giá trị tác động đại diện.
(3) Tình huống đặc biệt. Tình huống này xảy ra trong các trƣờng hợp không mong
muốn của kết cấu, chẳng hạn: cháy, nổ, va chạm đột ngột và phá hoại cục bộ. Tình
huống này xảy ra trong một khoảng thời gian tƣơng đối ngắn, nhƣng khơng phải là
khơng xác định đƣợc.
(4) Tình huống động đất. Tình huống này xảy ra khi cơng trình tồn tại trong khu vực
có xảy ra động đất. Những tác động do tình huống này đều gây rất bất lợi đến sự
làm việc của kết cấu cơng trình, có thể làm thay đổi ứng xử của các phần tử kết cấu
cơng trình.
Những tình huống thiết kế này nên đƣợc lựa chọn để bao gồm tất cả các trƣờng hợp,
các nguyên nhân có thể đốn trƣớc đƣợc, hoặc sẽ xảy ra trong suốt q trình thi cơng
và sử dụng kết cấu. Thơng thƣờng, tình huống thiết kế tạm thời sử dụng mức độ tin
cậy thấp hơn thông qua sử dụng giá trị hệ số riêng nhỏ hơn so với tình huống thiết kế
lâu dài.
Cần chú ý rằng, khi sửa chữa công trình ngƣời thiết kế cũng cần phải xét đến tất cả các
tình huống thiết kế có thể xảy ra.
I.5.

CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THIẾT KẾ THEO EUROCODE

Nhƣ là một nguyên lý thiết kế, Eurocode yêu cầu khi thiết kế một kết cấu cơng trình
nào đó thì phải kiểm tra cơng trình thỏa mãn hai trạng thái giới hạn thiết kế, bao gồm
trạng thái giới hạn cực hạn ULS và trạng thái giới hạn sử dụng SLS.
I.5.1.

Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS)

Trạng thái giới hạn cực hạn liên quan đến sự sụp đổ và những hình thức phá hoại kết
cấu tƣơng tự khác, trạng thái này cũng liên quan đến độ an toàn của con ngƣời và của
kết cấu.


6
Kiểm tra phá hoại trong đất (GEO) và trong kết cấu (STR):
Trạng thái giới hạn STR bao gồm phá hoại nội tại hay chuyển vị lớn của kết cấu hoặc
phần tử kết cấu, khi đó cƣờng độ của vật liệu kết cấu đóng vai trị quan trọng để chống
lại STR. Để trạng thái giới hạn STR khơng xảy ra thì hệ quả tác động thiết kế Ed phải
nhỏ hơn hoặc bằng độ bền thiết kế tƣơng ứng Rd:
Ed  Rd

(I.1)

Trái ngƣợc với thiết kế kết cấu, những tác động địa kỹ thuật và độ bền đất nền không
thể tách biệt đƣợc: thƣờng thì tác động địa kỹ thuật phụ thuộc vào độ bền đất nền,
chẳng hạn, áp lực đất chủ động, và cũng có khi độ bền đất nền lại phụ thuộc vào tác
động, chẳng hạn, khả năng chịu tải của móng nơng phụ thuộc vào tác động lên móng.
Có nhiều cách khác nhau để xét đến mối tƣơng quan giữa các tác động đất nền với độ
bền. Do đó, EN 1997-1 đề nghị 3 phƣơng pháp thiết kế (DA) để kiểm tra phá hoại
trong đất (GEO) và trong kết cấu (STR).
I.5.2.

Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS)

Trạng thái giới hạn sử dụng liên quan đến điều kiện sử dụng thơng thƣờng của cơng
trình. Đặc biệt, chúng liên quan đến cơng năng của cơng trình hoặc phần tử kết cấu,

mức độ tiện nghi cho ngƣời sử dụng và phƣơng thức thi cơng. Trạng thái này có xét
đến hệ quả tác động theo thời gian, do đó cần phải phân biệt giữa hai loại trạng thái
giới hạn sử dụng sau:
(1) Trạng thái giới hạn sử dụng không phục hồi, là những trạng thái giới hạn tồn tại
lâu dài ngay cả khi đã gỡ bỏ những tác động gây ra trạng thái đó, chẳng hạn: sự phá
hoại cục bộ lâu dài hoặc chuyển vị bất lợi lâu dài.
(2) Trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi, là những trạng thái giới hạn sẽ khơng cịn
tồn tại nữa khi những tác động gây ra chúng đƣợc gỡ bỏ, chẳng hạn: vết nứt trong
những cấu kiện dự ứng lực, độ võng tạm thời, hoặc độ dao động.
Những yêu cầu về khả năng sử dụng của kết cấu cần xét đến yếu tố mức độ vi phạm,
tần xuất vi phạm và khoảng thời gian xảy ra vi phạm trạng thái giới hạn. Nói chung, có
ba loại trạng thái giới hạn cần áp dụng là:
(1) Không chấp nhận xảy ra vi phạm;
(2) Chấp nhận vi phạm xảy ra trong một giai đoạn và tần xuất nhất định;
(3) Chấp nhận vi phạm xảy ra lâu dài.
Những tiêu chuẩn về khả năng sử dụng (SLS) cần kết hợp với những tác động tƣơng
ứng với giá trị tác động đặc trƣng, giá trị tác động thƣờng xuyên và giá trị tác động tựa


7
tĩnh. Khi kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng theo các tình huống thiết kế khác nhau,
thì ngƣời thiết kế cần phải kiểm tra ba loại tổ hợp tác động theo ba loại trạng thái giới
hạn bên trên nhƣ sau:
(1) Tổ hợp đặc trƣng, nếu nhƣ không chấp nhận vi phạm xảy ra;
(2) Tổ hợp thƣờng xuyên, nếu chấp nhận vi phạm xảy ra trong một giai đoạn và tần
xuất nhất định;
(3) Tổ hợp tựa tĩnh, nếu chấp nhận vi phạm xảy ra lâu dài.
Các trạng thái giới hạn sử dụng này ảnh hƣởng đến hình dạng hoặc hiệu quả sử dụng
cơng trình, do đó cần phải xem xét trong thiết kế, có thể tóm tắt nhƣ sau:
(1) Biến dạng lớn, chuyển vị, lún và nghiêng đều ảnh hƣởng đến hình dạng của cơng

trình, mức độ tiện nghi cho ngƣời sử dụng và cơng năng của cơng trình, và có thể
gây bất lợi cho các cấu kiện hồn thiện và các phần tử phi kết cấu;
(2) Dao động (bao gồm: gia tốc, biên độ và tần số) đều có thể gây ra bất tiện cho con
ngƣời và ảnh hƣởng đến cơng năng của cơng trình.
(3) Phá hoại (bao gồm: phá hoại cục bộ và nứt) ảnh hƣởng đến hình dạng, tuổi thọ
hoặc cơng năng cơng trình.
Khi thiết kế theo trạng thái giới hạn thì có nghĩa là sẽ cho phép xảy ra trạng thái giới
hạn sử dụng với giá trị đủ nhỏ. Khi đó, trạng thái giới hạn sử dụng có thể đƣợc kiểm
tra theo 2 cách nhƣ sau:
(1) Bằng cách tính tốn hệ số tác động thiết kế Ed (nhƣ: biến dạng, lún lệch, dao
động,…) và sau đó so sánh với các giá trị giới hạn Cd theo bất phƣơng trình sau:
Ed  Cd

(I.2)

(2) Bằng phƣơng pháp đơn giản, dựa trên kinh nghiệm tƣơng quan.
Các giá trị thiết kế của tác động và tính chất vật liệu thƣờng bằng với giá trị đặc trƣng
khi sử dụng để kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng SLS. Trong trƣờng hợp lún
lệch, phải sử dụng Module biến dạng đặc trƣng cận trên và cận dƣới để xem xét các
biến đổi cục bộ trong đất.
Về mặt lý thuyết, các giá trị biến dạng giới hạn sẽ đƣợc chỉ định nhƣ là các yêu cầu
thiết kế cho mỗi kết cấu móng và tiêu chuẩn sẽ liệt kê các thành phần liên quan khi
thiết lập các chuyển vị giới hạn. Các giá trị giới hạn cũng có thể đƣợc điều chỉnh để
phù hợp với thực tế và kinh tế hơn cho từng loại cơng trình.
Có thể thay thế việc kiểm tra khả năng sử dụng bằng tính tốn, ta có thể sử dụng một
phƣơng pháp đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo rằng cƣờng độ đất nền đƣợc huy động đủ


8
để kiểm soát đƣợc chuyển vị nằm trong giới hạn sử dụng cho phép. Phƣơng pháp đơn

giản này yêu cầu phải có kinh nghiệm so sánh với loại đất nền tƣơng tự và kết cấu
tƣơng tự. Phƣơng pháp này thƣờng áp dụng cho các loại cơng trình thơng thƣờng và
loại móng thơng thƣờng trong các điều kiện đất nền tƣơng đối ít phức tạp.
I.6.

CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ NỀN MĨNG THEO EUROCODE

Dựa vào các biểu thức:
 Hệ quả tác động:
Ed  E  F Frep ; X k /  M ; ad 

(I.3)

Ed   E E Frep ; X k /  M ; ad 

(I.4)

Rd  R  F Frep ; X k /  M ; ad 

(I.5)

Hoặc

Rd  R  F Frep ; X k ; ad  /  R

(I.6)

Hoặc

Rd  R  F Frep ; X k /  M ; ad  /  R

(I.7)

Hoặc
 Độ bền thiết kế:

Trong đó, Ed là hệ quả tác động thiết kế; Rd là độ bền thiết kế; Fref là tác động đại diện;
Xk là thông số đất nền đặc trƣng; ad là kích thƣớc hình học thiết kế của cấu kiện đang
xét; γF, γM và γR lần lƣợt là các hệ số riêng cho tác động, vật liệu và độ bền.
Các biểu thức trên khác nhau về cách phân phối hệ số riêng giữa tác động, tính chất
đất nền và độ bền. Từ đó, sẽ có các tổ hợp khác nhau theo biểu thức này, do đó cũng
có nhiều cách khác nhau để đƣa hệ số riêng vào hàm số E và R của bất phƣơng trình
Ed ≤ Rd, điều này dẫn đến thành lập 3 phƣơng pháp thiết kế (DA) đƣợc sử dụng trong
EN 1997-1. Việc lựa chọn phƣơng pháp thiết kế (DA) còn tùy thuộc vào từng Quốc
Gia. Các vấn đề thiết kế khác nhau sẽ đƣợc giải quyết bằng các phƣơng pháp thiết kế
khác nhau. Việc lựa chọn hệ số riêng theo từng phƣơng pháp thiết kế (DA) cũng tùy
thuộc vào từng Quốc Gia.
Cách kết hợp các hệ số riêng để rút ra hệ quả tác động thiết kế và độ bền theo bất
phƣơng trình Ed ≤ Rd sẽ đƣợc trình bày dƣới dạng ký hiệu, chẳng hạn, A1 „+‟ M1 „+‟
R1. Nghĩa là, hệ số riêng cho tác động γF hoặc hệ quả tác động γE đƣợc trình bày bởi
ký hiệu A và đƣợc chỉ định trong phụ lục A của EN 1997-1, ký hiệu „+‟ chỉ rằng
chúng đƣợc sử dụng tổ hợp với; hệ số riêng γM cho các thông số cƣờng độ (vật liệu)