Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh có xét đến sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

TRẦN THỊ KIM OANH

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT
QUẢ THÍ NGHIỆM XUN TĨNH CĨ XÉT ĐẾN SỰ
TIÊU TÁN ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG
Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2010


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. BÙI TRƯỜNG SƠN

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

Cán bộ chấm nhận xét 2: .........................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN THỊ KIM OANH

Phái: NỮ

Ngày, tháng, năm sinh: 22-10-1984

Nơi sinh: HÀ TĨNH

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã ngành: 60.58.60

MSHV: 00908549
1. TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM XUN TĨNH CĨ XÉT ĐẾN SỰ TIÊU TÁN ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG
2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

− Tổng hợp các phương pháp đánh giá khả năng chịu tải của cọc.
− Tổng hợp phân tích cơ sở lý thuyết về sự tiêu tán của áp lực nước lỗ rỗng trong
đất xung quanh cọc, sự thay đổi của trạng thái ứng suất của vùng đất xung

quanh cọc.
− Sử dụng các phương pháp tính tốn thực nghiệm và lý thuyết để tính sức chịu
tải tức thời và lâu dài của cọc từ đó đưa ra các nhận xét, so sánh.
− Phân tích đánh giá và kết luận, kiến nghị.
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 25-01-2010
4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02–07-2010
5. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN.
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)

TS. Bùi Trường Sơn

PGS.TS. Võ Phán


LỜI CẢM ƠN

Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ,
động viên tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn cũng như truyền cho tơi lịng
đam mê nghiên cứu khoa học: TS. Bùi Trường Sơn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng, những
người đã truyền cho tơi các kiến thức quý giá trong quá trình học tập tại trường cũng
như khi cơng tác ngồi xã hội.
Xin gửi lời cảm ơn đến các học viên trong lớp Địa Kỹ thuật Xây dựng khóa 2008,
đặc biệt là lớp trưởng Nguyễn Hiếu Nghị, người đã giúp đỡ tơi rất nhiều trong suốt
q trình thực hiện luận văn.

Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng như thời gian thực hiện, chắc chắn
luận văn sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ
q thầy cơ, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có đóng góp vào
thực tiễn.
Trân trọng!

Học viên

Trần Thị Kim Oanh



TÓM TẮT
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM XUN TĨNH CĨ XÉT ĐẾN SỰ TIÊU TÁN ÁP LỰC NƯỚC
LỖ RỖNG
Kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT, đặc biệt là CPTu mô phỏng gần đúng sự làm
việc của cọc. Do tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng và sự thay đổi trạng thái ứng suất của đất
nền xung quanh cọc, sức chịu tải của cọc ngắn hạn và lâu dài khi áp lực nước lỗ rỗng
thặng dư tiêu tán hoàn toàn khác biệt và bao trùm sức chịu tải ở thời điểm thử tải cọc.
Kết quả nghiên cứu có thể là tài liệu tham khảo giúp thiết kế cọc trong đất loại sét phù
hợp hơn. Trên cơ sở lý thuyết về sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng và sự thay đổi trạng
thái ứng suất của vùng đất xung quanh cọc cho thấy việc sử dụng số liệu từ kết quả thí
nghiệm xun tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu trong việc đánh giá khả năng chịu
tải của cọc sẽ cho kết quả hợp lý hơn.

ABSTRACT
EVALUATED THE BEARING CAPACITY OF PILE FROM THE
RESULT OF CONE PENETRATION TESTING CONSIDERED THE
DISSIPATION OF EXCESS PORE PRESSURE

Results of the cone penetration testing (CPT), particularly with the piezocone test
(CPTu) approximate simulate the activities of pile. For the dissipation of excess pore
pressure and the change of stress state of soils which surround the pile, the short-term
and long-term pile capacity is absolutely different and covered the capacity of pile at
the load test time when the complete dissipation of excess pore pressure. The research
results can become reference materials to design pile in clay soils more suitable. The
theory of the dissipation of excess pore pressure and the change of stress state of soils
which surround the pile shows the using datas from the result of CPTu in the evaluated
pile capacity is more reasonable.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................. 01
CHƯƠNG 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI
CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUN TĨNH ............................... 03
1.1. Cơ sở tính tốn sức chịu tải của cọc.................................................................. 03
1.2. Các phương pháp tính tốn khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm
xuyên tĩnh .......................................................................................................... 05
1.3. Nhận xét và phương hướng của đề tài .............................................................. 28
CHƯƠNG 2. CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA
CỌC VÀ SỰ GIA TĂNG CỦA CHÚNG THEO THỜI GIAN ........................ 29
2.1. Các nghiên cứu về sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh ....... 29
2.2. Cơ chế thay đổi khả năng chịu tải theo thời gian của cọc................................. 32
2.3. Kết luận chương ................................................................................................ 41
CHƯƠNG 3. KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM XUN TĨNH CĨ XÉT ĐẾN SỰ TIÊU TÁN ÁP LỰC NƯỚC LỖ
RỖNG .................................................................................................................... 43
3.1. Giới thiệu về cơng trình và điều kiện địa chất cơng trình................................. 43
3.2. Khả năng chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh ........................ 47
3.3. Khả năng chịu tải của cọc xác định trực tiếp theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh

CPTu .................................................................................................................. 62
3.4. Kết luận chương ................................................................................................ 67
KẾT LUẬN............................................................................................................. 68
KIẾN NGHỊ............................................................................................................ 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 70


PHỤ LỤC A : KẾT QUẢ XUYÊN TĨNH CPTu
PHỤ LỤC B : THÍ NGHIỆM ĐO TIÊU TÁN ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG
PHỤ LỤC C : KẾT QUẢ THỦ TẢI PDA
PHỤ LỤC D : SỨC CHỊU TẢI CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUYÊN
TĨNH CPTu KHI XEM ÁP LỰC THỦY TĨNH TRONG CÁC
LỚP SÉT BẰNG KHÔNG
PHỤ LỤC E : SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
XUYÊN TĨNH CPTu VỚI THÀNH PHẦN MA SÁT TÍNH
THEO FR
PHỤ LỤC F : SỨC CHỊU TẢI CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CPT
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG


-1-

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài: trong những khu vực
đất yếu hay các công trình chịu tải trọng lớn thì móng cọc ln là giải pháp
móng hợp lý được lựa chọn thiết kế. Do đó, việc đánh giá đúng khả năng chịu
tải của cọc có ảnh hưởng lớn đến tiến độ, biện pháp kiểm tra cũng như sự an
tồn của cơng trình.
Thơng thường, việc đánh giá khả năng chịu tải của cọcthông qua các đặc

trưng cơ lý từ kết quả thí nghiệm trong phịng. Tuy nhiên kết quả thí nghiệm
trong phịng với các mẫu được lấy từ hiện trường có trạng thái ứng suất có thể
khác biệt đáng kể so với điều kiện thế nằm tự nhiên nên có thể làm khác biệt
kết quả tính tốn nếu các yếu tố này khơng được xét đến. Sử dụng kết quả thí
nghiệm hiện trường trong phân tích khả năng chịu tải của cọc có thể cho phép
thu nhận được giá trị hợp lý hơn. Để đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết
quả thí nghiệm hiện trường và mô tả chân thực ứng xử của đất nền theo điều
kiện thế nằm tự nhiên thì thí nghiệm xuyên tĩnh được xem là hợp lý nhất.
Hiện nay thí nghiệm xuyên tĩnh thường được thực hiện với các thiết bị có
đo và khơng đo áp lực nước lỗ rỗng nên kết quả thu nhận được từ thí nghiệm
trên hai thiết bị này có thể có sự khác biệt nhau và kết quả tính tốn tương ứng
cũng khác biệt. Ngồi ra, q trình xun tĩnh được thực hiện liên tục khi tiến
hành thí nghiệm, sức kháng của đất được ghi nhận trong điều kiện áp lực nước
lỗ rỗng thặng dư chưa kịp tiêu tán hoàn toàn dẫn đến các sai khác trong kết
quả tính tốn. Do đó, mục đích của đề tài nhằm đánh giá khả năng chịu tải
của cọc thơng qua việc phân tích sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng kéo theo sự
biến đổi trạng thái ứng suất và độ bền theo thời gian của vùng đất xung quanh
cọc dẫn đến sự gia tăng khả năng chịu tải của cọc.


-2-

Phương pháp nghiên cứu
-

Tổng hợp các phương pháp đánh giá và kết quả nghiên cứu về khả năng
chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tĩnh.

-

Tổng hợp phân tích cơ sở lý thuyết về sự tiêu tán của áp lực nước lỗ
rỗng trong đất xung quanh cọc, sự thay đổi của trạng thái ứng suất của
vùng đất xung quanh cọc.

-

Sử dụng các phương pháp tính tốn thực nghiệm và lý thuyết để tính
khả năng chịu tải tức thời và lâu dài của cọc, từ đó đưa ra các nhận xét,
so sánh.
Hạn chế của đề tài

-

Số liệu về CPTu và nén tĩnh hiện trường còn hạn chế, chưa đủ nhiều để
đưa ra những kết luận khách quan.

-

Chưa tiến hành trên nhiều loại đất khác nhau, số liệu chủ yếu ở vùng
Đồng Bằng Sơng Cửu Long.

-

Chỉ tính tốn trên cọc bê tơng cốt thép, chưa thực hiện được trên cọc
khoan nhồi và một số loại cọc khác nhau.

-

Còn hạn chế về việc phân tích ảnh hưởng của q trình cố kết thấm.

-

Việc phân tích được thực hiện trên cơ sở đánh giá khả năng chịu tải cực
hạn của cọc.


-3-

CHƯƠNG 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU
TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH
1.1 Cơ sở tính tốn sức chịu tải của cọc
Khả năng chịu tải của cọc hay khả năng chịu tải cực hạn của cọc Qu bao
gồm 2 thành phần: sức kháng cực hạn của đất ở mũi cọc Qp và sức kháng ma sát
cực hạn giữa đất và vật liệu làm cọc Qs [18].
Qu = Qp + Qs = Ap .q p + u ∑ f si .li

(1.1)

Trong đó:
Ap- diện tích mặt cắt ngang phần mũi cọc.
q p - sức kháng mũi đơn vị.

u- chu vi tiết diện ngang thân cọc.
fsi- lực ma sát bên đơn vị tại giữa lớp đất thứ i.
li- chiều dài cọc đi qua lớp thứ i.
Khả năng chịu tải cho phép của cọc được xác định có xét đến hệ số an toàn:
Qa =

Q
Q

Qu
= p + s
FS FS p FS s

(1.2)

Trong đó:
FSs- hệ số an tồn cho thành phần ma sát bên.
FSp- hệ số an toàn cho thành phần dưới mũi cọc.
Theo Poulos, 1989, các phương pháp tính khả năng chịu tải của cọc có thể
chia thành 3 nhóm chính và được tổng hợp như ở bảng 1.1 [18]:


-4-

Bảng 1.1 Phân loại các phương pháp tính tốn sức chịu tải của cọc theo Poulos
Loại

Mô Tả
Các phương
pháp thực
nghiệm

Phương pháp

2

Các phương
pháp lý
thuyết

-Dựa trên ứng suất hữu hiệu.
-Dựa trên sự phát triển của vùng biến dạng
dẻo dưới mũi cọc.

3

Các phương
pháp số

Các phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
và phần tử biên (BEM)

1

-Dựa trên kết quả thí nghiệm hiện trường.
-Dựa trên kết quả thí nghiệm trong phịng

Ví dụ
- Phương pháp
CPT, SPT, PMT…
- Phương pháp α
- Phương pháp β…
- Phương pháp tính
sức chịu mũi của
Terzaghi, Vesic…

Phương pháp thực nghiệm để tính tốn khả năng chịu tải của cọc từ các kết quả
của thí nghiệm xuyên tĩnh CPT và CPTu được phân thành hai nhóm chính gồm:
Phương pháp gián tiếp: đây là phương pháp sử dụng các thơng số của đất

như góc ma sát trong φ hay sức kháng cắt khơng thốt nước Su được tính
tốn thơng qua các biểu đồ thực nghiệm từ mối tương quan giữa kết quả thí
nghiệm xuyên tĩnh và các thơng số của đất để tính tốn khả năng chịu tải của
cọc. Phương pháp này không xét đến ứng suất theo phương ngang, khả năng
chịu nén và tính biến dạng của đất nền.
Phương pháp trực tiếp: sử dụng trực tiếp các số liệu xun tĩnh để tính tốn
khả năng chịu tải của cọc thông qua mối quan hệ tương quan từ thực nghiệm.
Các giá trị sức kháng được sử dụng để tính tốn đã được hiệu chỉnh để tính
tốn do sự khác nhau về kích thước của cọc và mũi xuyên.
Các phương pháp ở đây được giới thiệu bao gồm:
-

Phương pháp của Schmertmann và Nottingham

-

Phương pháp của DeRuiter và Beringen

-

Phương pháp của Bustamante và Gianselli (LCPC)


-5-

-

Phương pháp của Meyerhof (thích hợp cho đất cát)

-

Phương pháp của Tumay và Fakhroo (thích hợp cho đất sét)

-

Phương pháp Aoki và De Alencar

-

Phương pháp Price và Wardle

-

Phương pháp Philipponnat

-

Phương pháp Penpile

-

Phương pháp của Eslami và Fellenius.

Trong đó, chín phương pháp đầu sử dụng kết quả từ thí nghiệm CPT đo bằng
cơ hoặc bằng điện, riêng phương pháp của Fellenius sử dụng kết quả từ thí nghiệm
xun có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu.
Thông thường, các dữ liệu từ thí nghiệm CPT hay CPTu đều là các giá trị
được phân bố ngẫu nhiên đặc trưng cho tính chất của từng lớp đất mà nó đi qua, do
đó, biểu đồ biểu diễn các giá trị qc, fs là những đường cong với các điểm lồi lõm,
điều này ảnh hưởng không đáng kể đến kết quả tính tốn sức kháng bên nhưng lại

tác động lớn đến giá trị sức kháng mũi. Do đó, khi tính tốn giá trị qc cần thiết hiệu
chỉnh bằng cách loại bỏ dữ liệu theo phương pháp “đường nhỏ nhất” nhằm giảm sai
số khi tính tốn [12].
1.2 Các phương pháp tính tốn khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí
nghiệm xuyên tĩnh
1.2.1 Phương pháp của Schmertmann và Nottingham [26]
Đây là phương pháp được rút ra trên cơ sở tiến hành thí nghiệm nhiều loại
cọc với chiều dài và đường kính khác nhau bởi Nottingham (1975) và Schmertmann
(1978). Các giá trị sức kháng mũi và sức kháng bên của cọc lần lượt được tính tốn
như sau:
Sức kháng mũi đơn vị


-6-

Sức kháng mũi đơn vị của cọc được tính bằng giá trị trung bình của sức
kháng mũi đo được từ thí nghiệm CPT trong vùng giới hạn 8D phía trên mũi cọc
đến 0.7D ÷ 4D phía dưới mũi cọc (với D là đường kính cọc).
qp =

qc1 + qc 2
2

(1.3)

Trong đó:
•

qc1 - giá trị nhỏ nhất trong các giá trị qcx với qcx là giá trị trung bình của qc

trong đoạn từ (0,7÷4)D dưới mũi cọc theo đường giá trị thực (đoạn a-b-c-d) và từ
(0,7÷4)D lên mũi cọc theo giá trị qc nhỏ nhất.
•

qc 2 - giá trị trung bình của qc trong đoạn 8D bên trên mũi cọc theo đường

giá trị nhỏ nhất (đoạn e-f-g-h-i).
Trong mọi trường hợp, giá trị q p phải nhỏ hơn giá trị q pL giới hạn như sau :
•

q pL = 15000 kPa với đất rời chặt, rất chặt.

•

q pL = 10000 kPa với các loại đất khác.

Hình 1.1. Xác định sức kháng mũi cọc theo Schmertmann


-7-

Sức kháng bên đơn vị
Sức kháng bên đơn vị được xác định như sau :
-

Đối với đất cát:
f s = α s f si

(1.4)

Trong đó:
•

α si - hệ số hiệu chỉnh trong đất cát, phụ thuộc vào tỷ số giữa chiều dài cọc

và đường kính cọc L/D. Tra theo biểu đồ hình 1.2
• Hệ số α si biến thiên từ 0 đến 2,5 trong vùng có L / D ≤ 20 , ngồi tỷ số này
thì lấy α si = 0,9.
•

f si - ma sát bên đơn vị từ thí nghiệm CPT.

Hình 1.2. Hệ số α si xác định sức kháng mũi cọc theo Schmertmann trong đất cát
Mặt khác, ma sát bên đơn vị cịn được xác định thơng qua sức kháng mũi qc
như sau:


-8-

f s = kc qc

(1.5)

Trong đó:
kc - là hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào loại cọc:

+ Cọc thép, cọc : kc = 0,008
+ Cọc ống: kc = 0,018
+ cọc bê tông: kc = 0,012
-

Đối với đất sét:

Hệ số α si biến thiên từ 0,2 đến 1,25, phụ thuộc vào giá trị ma sát bên đơn vị và
vật liệu làm cọc, được tra theo hình 1.3

Hình 1.3. Hệ số α si xác định sức kháng mũi cọc theo Schmertmann trong đất sét
Theo đề nghị của Schmertmann thì giá trị giới hạn của sức kháng bên đơn vị
tính tốn là 120 kPa.
1.2.2 Phương pháp của De Ruiter và Beringen [15]
Sức kháng mũi đơn vị


-9-

-

Trong đất cát: tương tự như phương pháp của Schmertmann và Nottingham
đã trình bày

-

Trong đất sét: sức kháng mũi được xác định theo công thức sau:
q p = N c Su

(1.6)

qc
Nk

(1.7)

với Su =
Trong đó:
•

Su - sức kháng cắt khơng thốt nước.

• Hệ số N c có thể chọn bằng 9 (theo Skempton).
• Hệ số N k thay đổi từ 15 đến 20, trong đất sét yếu bão hòa nước, đối
với đất cố kết thường, giá trị N k là tuyến tính, đối với sét q cố kết
thì giá trị này là phi tuyến.
Theo đề nghị của De Ruiter và Beringen thì giá trị giới hạn của sức kháng
mũi đơn vị tính tốn là 15 Mpa.
Trong một lớp đất, sức kháng cắt khơng thốt nước Su cịn phụ thuộc vào
trạng thái ứng suất nên thay đổi theo độ sâu, ngoài ra còn phụ thuộc vào đặc điểm
biến dạng và lịch sử ứng suất. Có nhiều phương pháp xác định giá trị này và việc sử
dụng kết quả từ CPT và CPTu để ước tính sức kháng cắt khơng thốt nước có độ tin
cậy khá cao và được chia thành hai khuynh hướng chính: từ lý thuyết tính tốn và từ
các tương quan kinh nghiệm.
Từ lý thuyết tính tốn có thể chia thành năm nhóm chính sau:
• Phương pháp sức chịu tải cổ điển
• Lý thuyết hố giãn nở.
• Định luật bảo tồn năng lượng kết hợp lý thuyết hố giãn nở.
• Phương pháp số và phương pháp lý thuyết sử dụng quan hệ ứng suất –
biến dạng tuyến tính và phi tuyến.


- 10 -

• Lý thuyết lộ trình biến dạng
Từ lý các phương pháp thực nghiệm có thể chia thành các nhóm chính sau:
• Tính tốn Su sử dụng sức kháng mũi “tổng” (thơng qua hệ số N k ).
• Tính tốn Su sử dụng sức kháng mũi “có hiệu” (thơng qua hệ số N kt ).
• Tính tốn Su sử dụng áp lực lỗ rỗng (thông qua hệ số N Δu ).
Tùy theo quan điểm tính tốn mà mỗi tác giả đưa ra các giá trị N k khác nhau
và có thể tham khảo theo bảng 1.2
Bảng 1.2. Một số giá trị N k để ước tính sức chống cắt khơng thốt nước Su
Mơ hình tính

Từ lý thuyết tính tốn

Từ áp lực nước lỗ
rỗng thặng dư

Tác giả
Meyerhof (1951)
De Beer (1977)
Gibson ( 1950 ) và Meyerhof (1951)
Skempton (1951)
Ladandi (1963)
Ladandi và Eden (1969)
De Borst (1982)
Baligh và các cộng sự (1981)

Lucasse và các cộng sự (1981)

Roy và các cộng sự (1982)
Kjektad và cộng sự (1978)
Lunn và Kleven (1981)

Aas và cộng sự (1986)
Từ sức kháng mũi tổng La Rochell (1988)
Rad và Lunn (1988)
Powell và Quaterman (1988)
Luke (1995)
Sennest và cộng sự (1982)
Từ sức kháng mũi có
Lunne và cộng sự (1985)
hiệu
Fellenius

Nk
9,30
9,90
8,5-9,7
7,5-9,4
7,4-9,3
8,2-9,2
10,2
8,2
11,1
16,9-17,9
6,6-9,3
5,9-6,2
5,4-5,9
7,4-9,5
17
11-19
8-16
11-18

8-29
10-20
8,5-12
9±3
1-13
3-30

Ghi chú

OCR = 6-6
OCR = 3-4
OCR = 1,1-1,3
OCR = 1,3
OCR = 1,5
OCR = 1,15
OCR = 2,1-2,3
sét quá cố kết
sét cố kết thường


- 11 -

Cũng cần lưu ý rằng những kết quả nghiên cứu tổng hợp trên đất sét mềm
của khu vực khi phân tích theo kết quả cắt cánh hiện trường và xuyên tĩnh điện
CPTu của khu vực cho thấy giá trị N kt có đặc điểm tuyến tính đối với đất nền cố kết
thường và phi tuyến khi đất nền quá cố kết ở khu vực gần bề mặt. Giá trị N kt được
tính từ thí nghiệm cắt cánh và CPTu của khu vực có sự khác biệt so với các kết quả
đã nêu ở bảng 1.2.
Sức kháng bên đơn vị
-

Trong đất cát: sức kháng bên đơn vị fs có giá trị tối thiểu trong 3 giá trị sau:
f1 = f s

(1.8)

f2 = 120 kPa
f3 = c.qc (side)

(1.9)

Ở đây:
+ Để tính sức chịu tải khi cọc chịu nén: c =1/300.
+ Để tính sức chịu tải khi cọc chịu kéo: c =1/400.
-

Trong đất sét: sức kháng bên đơn vị được xác định từ sức kháng cắt khơng

thốt nước Su theo cơng thức sau:
f s = α .Su ( side )

(1.10)

+ Đất sét có cố kết thường (NC) : α = 1,0
+ Đất sét quá cố kết (OC)

: α = 0,5

Theo De Ruiter và Beringen, giá trị giới hạn của sức kháng bên đơn vị tính
tốn là 12 kPa.

- 12 -

1.2.3 Phương pháp của Bustamante và Gianselli (LCPC) [13]
Phương pháp này được hai tác giả Bustamante và Gianeselli thuộc Phịng thí
nghiệm trung tâm Cầu Đường (Pháp) đề nghị và được sử dụng khá phổ biến. Đặc
điểm nổi bật của phương pháp này là sức kháng mũi và kháng bên của cọc đều
được tính dựa vào giá trị qc ; giá trị f s không được sử dụng trong phần tính tốn.
Phương pháp này được hai tác giả đề nghị dựa trên sự phân tích 197 thí
nghiệm nén tĩnh của rất nhiều loại cọc trong những điều kiện địa chất khác nhau.
Các thông số sức kháng lần lượt được xác định như sau:
Sức kháng bên đơn vị được tính tốn theo các bước như sau:
• Bước 1: Dựa vào bảng tra (bảng 1.3) để xác định ký hiệu của nhóm
cọc thiết kế.
• B ước 2: Tra bảng để tìm ký hiệu đường cong (bảng 1.4).
• Bước 3: Ma sát bên đơn vị f s của cọc được xác định theo các biểu đồ
thiết lập sẵn (hình 1.4, 1.5).


- 13 -

Bảng 1.3. Phân loại nhóm cọc
Nhóm

Loại Cọc

1.FS

Cọc khoan nhồi không sử dụng dung dịch khoan. Chỉ phù hợp với nền sét

trên mực nước ngầm.

2.FB

Cọc khoan nhồi có sử dụng dung dịch khoan.

3.FT (FTU)

Cọc khoan nhồi sử dụng casing (ống đỡ thành vách) suốt chiều dài cọc
khoan nhồi. Việc rút ống casing đồng thời với việc đổ bê tông.

4.FTC

Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ sử dụng khoan guồng xoắn (Cọc khoan
nhồi augercast). Vữa bê tông độ sụt lớn được phun qua lỗ rỗng của cần
guồng xoắn, đồng thời guồng xoắn vừa xoáy vừa rút lên.

5.FPU

Cọc khoan nhồi vào lỗ hố đào thủ cơng

6.FIG-BIG

Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ (≤ 25 cm) có casing (micro pile loại I)

7.VMO

Cọc xoắn vào đất cát trên mực nước ngầm hoặc vào đất sét.

8.BE

Cọc thép đóng có phủ bề mặt bằng vữa xi măng.

9.BBA

Cọc bêtơng (có thể ứng lực trước) đóng hoặc rung và đóng.

10.BM

Cọc thép đóng khơng phủ bề mặt bằng vữa xi măng.

11.BPR

Cọc rỗng, trịn bằng bêtơng. Các đoạn cọc thường dài từ 1.5÷3.0 m, đường
kính ngồi 70 ÷ 90cm, đường kính trong 40 ÷ 60cm. Cọc nối với nhau
bằng ứng lực trước.

12.BFR

Cọc rỗng: Khi rút casing thì đổ vữa bê tơng độ sụt nhỏ vào và đầm chặt
lên đế bêtông ở đáy.

13.BMO

Cọc rỗng đổ vữa ximăng độ sụt vừa.

14.VBA

Cọc bêtông ép.

15.VME

Cọc thép ép.

16.FIP

Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ( ≤ 25cm) (micro pile loại II)

17.BIP

Cọc phun dưới áp suất lớn, đường kính cọc ≥ 25cm.


- 14 -

Bảng 1.4. Ký hiệu đường cong tương quan giữa qc và fs theo loại đất
ĐẤT SÉT VÀ / HOẶC BỤI
Đường
cong #
1

2

3
5

qc
(bar)

Nhóm cọc

<7,3

1 ÷ 17

>7,3

1, 2

>12,5

4, 5, 8 ÷11,
13 ÷ 15

>12,5

7

>12,5

1, 2

>12,5

3

12,5÷2
0,9
>20,9

Ghi chú
Đường cong 1 có ma sát bên thấp nhất, do đó thường dùng
cho những trường hợp xấu.
Với cọc thép (số 8, 10, 15), nếu đất có tính dính cao thì nên
dùng đường cong #1 cho an tồn.
Với cọc đóng bêtơng, nếu đất có tính dính thấp (đất lẫn nhiều
cát cuội) thì ma sát bên có thể cao hơn, có thể dùng đường
cong #3.
Nếu cọc nhồi được giám sát thi công chặt chẽ, thành hố
khoan được làm sạch và nhám, bêtơng đổ ngay, đất có qc >47
bar thì có thể dùng đường cong #3
Nếu thi cơng cọc nhồi dưới mực nước ngầm đòi hỏi bơm hút
nước liên tục, do đó phải di chuyển casing thì nên dùng
đường cong #1 cho an tồn.

12
16, 17

Dùng nếu chất lượng thi cơng tốt

ĐẤT CÁT – SỎI
1

<36,5

2÷4
6 ÷ 15

>36,5

6,7
9 ÷ 15

>52,2

2, 3

>52,2

4

>78,3

6, 7, 9, 10,
13 ữ15, 17

>78,3

2, 3

>78,3
>52,2

8, 12
16, 17

2

3
4

5

Vi cỏt mn :
ã Cọc thép: nên dùng đường kính cong #1 cho an tồn.
• Cọc bêtơng: nếu qc >78,3 bar thì dùng đường cong #2;
ngược lại dùng giá trị giữa #1 và #2.
Nếu cọc nhồi dài hơn 30m trong cát mịn thì dùng giá trị giữa
#1 và #2.
Thường là với cát sỏi. Nếu cọc bêtơng, có thể dùng giá trị lớn
hơn đường cong #3
Cho cọc nhồi ngắn hơn 30m
Nếu vào sỏi cuội có qc >42 bar, có thể dùng đường #4
Cho cát sỏi và cuội
Được sử dụng nếu chất lượng thi công tốt


- 15 -

Hình 1.4. Tương quan giữa sức kháng mũi qc và sức kháng bên đơn vị f s của cọc
trong đất sét và/hoặc bụi

Hình 1.5. Tương quan giữa sức kháng mũi qc và sức kháng bên đơn vị f s của cọc
trong đất cát và/hoặc sỏi sạn


- 16 -

Sức kháng mũi đơn vị

q p = kc .qeq (tip )

(1.11)

Trong đó:
• kc- hệ số thực nghiệm, quy đổi từ giá trị thí nghiệm CPT sang cọc, có giá trị
từ 0,15÷0,6. Tra bảng 1.5
Bảng 1.5. Hệ số kc để xác định sức kháng mũi của phương pháp LCPC
Loại đất

Sét – bụi

Cát – sỏi

Đá phấn

Cọc nhồi

0.375

0.150

0.200

Cọc đóng

0.600

0.375

0.400

• qep- sức kháng mũi trung bình tương đương đo được từ CPT, được xác định
như sau:
-

Bước 1: Tính giá trị trung bình qca của tất cả các giá trị qc nằm trong vùng
giới hạn từ 1,5D bên trên mũi cọc đến 1,5D bên dưới mũi cọc.

-

Bước 2: Loại bỏ các giá trị qc có giá trị nhỏ hơn 0,7qca và lớn hơn 1,3qca.

-

Bước 3: Tính giá trị trung bình tương đương qeq của các giá trị qc cịn lại.

Hình 1.6. Xác định sức kháng mũi của cọc theo phương pháp LCPC


- 17 -

1.2.4 Phương pháp của Meyerhof [21]
Sức kháng bên đơn vị được xác định bằng biểu thức
−

f s = K f f si

f s = K c .qc
Trong đó:
• Kf- - hệ số hiệu chỉnh sức kháng ma sát, lấy Kf = 1 cho cọc đóng và Kf = 0,3

cho cọc khoan nhồi.
• Kc - hệ số hiệu chỉnh sức kháng mũi, lấy Kc = 0,05 cho cọc đóng và Kc =
0,025 cho cọc khoan nhồi.
Sức kháng mũi đơn vị
Đối với sức kháng mũi đơn vị, ảnh hưởng của kích thước cọc so với mũi
xuyên trong lớp cát chặt được hiệu chỉnh bằng hai hệ số C1 và C2.
q p = C1.C2 .qca

Trong đó:
•

qca - giá trị trung bình của sức kháng mũi đo được trong đoạn 1D dưới mũi

cọc và 4D trên mũi cọc.
• C1- Hệ số thu nhỏ cọc, xác định bằng công thức:
n

⎡ D + 0.5 ⎤
(Khi D>0,5m, ta xem C1 = 1)
C1 = ⎢
⎣ 2 D ⎥⎦

Hệ số mũ n được xác định như sau: