Nghiên cứu ứng dụng phương pháp osterberg để đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính lơn khu vực hà nội, so sánh với phương pháp tính toán lý thuyết

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
_________________________________

TRẦN HUY BÌNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP OSTERBERG
ĐỂ ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI
ĐƯỜNG KÍNH LỚN Ở KHU VỰC HÀ NỘI. SO SÁNH VỚI
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LÝ THUYẾT
Chun ngành: Địa chất cơng trình
Mã số: 60.44.65

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Nguyễn Viết Tình

HÀ NỘI - 2010


2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp này là kết quả nghiên cứu của
bản thân. Các kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình.
Học viên

Trần Huy Bình


3

MỤC LỤC
Trang phụ bìa………………………………………………….………. 1
Lời cam đoan…………………………………………………….……. 2
Mục lục………………………………………………………….….…. 3
Danh mục các ký hiệu dùng trong luận văn……………...…..……..… 7
Danh mục các biểu bảng………………………………………………. 8
Mở đầu……………………………………………………………….... 11
Lời cám ơn……………………………………………………….….… 15
Chương 1. Tổng quan về các phương pháp xác định sức chịu tải
của cọc………………………………………………………………… 16
1.1. Một số phương pháp đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi
và cọc barrette……………………………………………….…. 16
1.1.1. Nhóm tính tốn lý thuyết…………………………….…. 16
1.1.1.1. Tính tốn sức chịu tải của cọc căn cứ vào các kết quả
thí nghiệm trong phịng…………………………………….……17
1.1.1.2. Tính tốn sức chịu tải của cọc dựa trên các kết quả thí
nghiệm kết hợp các giá trị kinh nghiệm……………….…….…. 18
1.1.1.3. Tính tốn sức chịu tải của cọc dựa trên các kết quả
thí nghiệm xuyên tĩnh tại hiện trường………………………...…18
1.1.1.4.Tính toán sức chịu tải của cọc dựa trên các kết quả
thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT……………………………….19
1.1.2. Phương pháp thử tải động……………………………….. 20
1.1.3. Phương pháp thử tải tĩnh động (Statnamic)……………… 21
1.1.4. Phương pháp thử tải tĩnh truyền thống………………….. 22

1.1.5. Phương pháp thử tải trọng tĩnh bằng hộp tải trọng
Osterberg……………………………………………………….. 23
1.1.5.1. Tổng quát về phương pháp…………………………….. 23
1.1.5.2. Nguyên lý của thí nghiệm………………………………24


4

1.1.5.3. Một số ưu điểm của phương pháp thí nghiệm bằng hộp
tải trọng Osterberg………………………………….…………... 25
1.1.5.4. Một số hạn chế của phương pháp thí nghiệm bằng hộp
tải trọng Osterberg………………………………………….…... 26
Chương 2: Nguyên lý của phương pháp Osterberg và vấn đề đánh
giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính lớn………………...…29
2.1 Nguyên lý ……………………………………………….…. 29
2.2. Các giả thiết sử dụng trong phương pháp thử……….…….. 30
2.3. Phương pháp luận giải thích kết quả thí nghiệm……….….. 33
2.4. Phương pháp xây dựng đường cong chuyển vị - tải trọng
đầu cọc tương đương ………………………………………….. 34
Chương 3: Cơng nghệ thi cơng và trình tự thí nghiệm tải trọng tĩnh
bằng phương pháp Osterberg………………………………..……….. 42
3.1. Các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm………………………42
3.1.1. Hộp tải trọng Osterberg…………………………………. 42
3.1.2. Các thiết bị chính khác…………………………….……. 42
3.2. Trình tự cơng nghệ thi cơng………………………………. 43
3.2.1. Tóm tắt các bước thực hiện………………………..……. 43
3.2.2. Chuẩn bị hộp kích và các thiết bị đo đạc………………… 43
3.2.2.1. Chuẩn bị hộp kích (O-cell)……………………………. 43
3.2.2.2. Các thiết bị chi tiết phục vụ đo đạc…………………… 44
3.2.3. Thi công cọc thử……………………………………….. 45

3.2.4. Lắp đặ hệ thống đo đạc và thu nhân số liệu…………….. 49
3.2.5. Gia tải…………………………………………………… 59
3.2.5.1. Phương pháp và tiêu chuẩn áp dụng…………………… 59
3.2.5.2. Cấp tải thí nghiệm…………………………………….. 59
3.2.6. Công tác bơm vữa sau khi thử…………………………... 59
3.2.6.1. Bơm vữa vào bên trong hộp Osterberg…………………60


5

3.2.6.2. Bơm vữa vào khoảng trống xung quanh hộp tải trọng
Osterberg………………………………………………………. 60
3.2.7. Báo cáo thí nghiệm………………………………………. 61
3.2.8. Quản lý chất lượng q trình thí ngiệm………………….. 61
Chương 4: So sánh sức chịu tải của cọc được tính tốn bằng phương
pháp Osterberg với phương pháp tính tốn lý thuyết…………..……... 63
4.1. Sơ lược đặc điểm địa chất cơng trình khu vực Hà Nội……. 63
4.1.1. Thống pleistoxen, hệ tầng Lệ Chi (aQ1lc)………………. 64
4.1.2. Thống Pleistoxen giữa – trên, hệ tầng Hà Nội (aQII-IIIhn).. 64
4.1.3. Thống Pleistoxen trên, hệ tầng Vĩnh Phúc (aQIII2vp)…… 64
4.1.4. Thống Holoxen dưới - giữa, hệ tầng Hải Hưng (QIV1-2hh). 64
4.1.5. Thống Holoxen trên, hệ tầng Thái Bình (aQIV3tb)………. 65
4.2. Các cơng trình thực tế - Ứng dụng phương pháp Osterberg
để tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi và cọc barette………….65
4.2.1. Cơng trình Rạp Kim Đồng 19 Hàng Bài, Hồn Kiếm,
Hà Nội………………………………………………………….. 65
4.2.1.1. Đặc điểm địa chất cơng trình khu vực nghiên cứu…….. 65
4.2.1.2. Đặc điểm cọc thí nghiệm……………...…….…………. 68
4.2.1.3. Kết quả thí nghiệm………………………….…………. 68
4.2.1.4. Kết luận…………………………………………………73

4.2.2. Cơng trình Khu đô thị mới Văn Khê, Hà Đông, Hà Nội
(U Silk City)…………………………………………..……….. 73
4.2.2.1. Đặc điểm địa chất cơng trình khu vực nghiên cứu…….. 73
4.2.2.2. Đặc điểm cọc thí nghiệm……………………………… 78
4.2.2.3. Kết quả thí nghiệm……………………………………. 78
4.3. Các cơng trình thực tế - Xác định sức chịu tải của cọc
Khoan nhồi bằng phương pháp tính tốn lý thuyết
(theo chỉ tiêu cơ lý đất nền)……………………..……………… 84


6

4.3.1. Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu
cơ lý đất nền tại cơng trình rạp Kim Đồng 19 Hàng Bài ,
Hoàn Kiếm, Hà Nội………………………….………………… 86
4.3.2. Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu cơ lý
đất nền tại cơng trình: Tồ nhà 104 - Khu đô thị mới Văn Khê –
Hà Đông, Hà Nội (U Silk City)………………………………… 89
4.4. So sánh sức chịu tả của cọc được xác định theo hai phương
pháp trên……………………………………………………….. 91
Kết luận và kiến nghị…………………………….…………………… 93
Tài liệu tham khảo…………………………………………………….. 95


7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN
Ru:

Sức chịu tải tới hạn của cọc.

Qs:

Sức chịu tải tới hạn do ma sát bên của cọc .

Qp:

Sức chống tại mũi cọc tới hạn.

Qa:

Sức chịu tải cho phép tính tốn theo đất nền của cọc đơn.

Qtc:

Sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền của cọc đơn.

Ktc:

Hệ số an toàn.

M:

Hệ số làm việc của đất.

mR:

Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc.

qp:

Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc.

Ap:

Diện tích mũi.

mf:

Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc.

fi:

ma sát bên của lớp đất thứ i ở mặt bên của thân cọc.

u:

Chu vi thân cọc.

l i:

Bề dày lớp đất thứ i.

β, Ako, α, Bko: Là các hệ số khơng thứ ngun phụ thuộc vào góc ma sát trong
của đất.
γ,1:

Giá trị tính tốn của trọng lượng thể tích đất ở phía dưới mũi cọc.

γ1:

Giá trị tính tốn của trọng lượng thể tích đất nằm phía trên mũi cọc

L:

Chiều dài cọc.

dp:

Đường kính cọc khoan nhồi (cọc barette).

D:

Đường kính cọc.

b:

Bề rộng cọc barrette.

φ:

Góc ma sát trong

C:

Lực dính kết của đất.

Is:

Độ sệt của đất.

E0:

Mođul tổng biến dạng của đất.

R0 :

Áp lực tính tốn của đất.


8

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG TRONG LUẬN VĂN
A. Danh mục ảnh
Ảnh 3.1: Lắp đặt các thiết bị vào khung thép cọc Barrette.
Ảnh 3.2: Lắp đặt các đầu đo điện tử
Ảnh 3.3: Số liệu được ghi lại tự động chuyển về máy tính
Ảnh 3.4: Thí nghiệm cọc khoan nhồi
Ảnh 3.5: Các tấm thép trên và dưới được gắn với HTT
Ảnh 3.6: Lắp tấm thép trên và dưới được gắn với HTT
Ảnh 3.7: Thi công phễu thép định vị để bơm bê tơng cho phần cọc phía
dưới HTT O-cell
Ảnh 3.8: Gắn kết HTT O-cell và các thanh truyền chuyển vị với lồng
thép
Ảnh 3.9: Hạ lồng thép gắn HTT O-cell xuống hố khoan
Ảnh 3.10: Hạ lồng thép cọc thí nghiệm thi cơng dưới nước
Ảnh 3.11: Bơm bê tơng thi cơng cọc thí nghiệm
Ảnh 3.12: Dầm (mốc cố định) được kê trên gối đỡ
Ảnh 3.13: Các đầu đo chuyển vị được gá cố định vào dầm (mốc cố định)
Ảnh 3.14: Lắp đặt các đầu đo chuyển vị vào thanh truyền và thép đầu

cọc
Ảnh 3.15: Máy thủy bình đo đạc chuyển vị của dầm (Mốc cố định)
Ảnh 3.16: Xử lý số liệu bằng phần mềm chuyên dụng
Ảnh 3.17: Bơm cao áp phục vụ thí nghiệm
B. Danh mục biểu bảng
Bảng 3.1: Các thông số HTT dùng cho cọc khoan nhồi
Bảng 4.1: Thơng số về cọc thí nghiệm khoan nhồi C18 và barrette K10
sau

Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm cọc C18 và K10 được thể hiện ở bảng
Bảng 4.3: Thơng số về cọc thí nghiệm TP1
Bảng 4.4: Thơng số đầu vào tính tốn về cọc khoan nhồi C18 và


9

barrette K10
Bảng 4.5: Thông số đầu vào về điều kiện đất nền cơng trình
Rạp Kim Đồng
Bảng 4.6: Thơng số đầu ra sau khi tín tốn sức chịu tải tính tốn Qa của
cọc khoan nhồi C18 theo đất nền
Bảng 4.7: Thông số đầu ra sau khi tín tốn sức chịu tải tính tốn Qa của
cọc barrette K10 theo đất nền
Bảng 4.8: Thơng số đầu vào tính tốn về cọc khoan nhồi TP1
Bảng 4.9: Thông số đầu vào về điều kiện đất nền cơng trình U silk City
Bảng 4.10: Thơng số đầu ra sau khi tính tốn sức chịu tải tính tốn Qa
của cọc khoan nhồi TP1 theo đất nền
Bảng 4.11: So sánh sức chịu tải của cọc
C. Danh mục hình vẽ, biểu đồ và đồ thị
Hình 2.1 : Nguyên lý của thí nghiệm

Hình 2.2 : So sánh sơ đồ đặt lực trong chất tải truyền thống và thử tải
bằng phương pháp Osterberg
Hình 2.3 : Đường cong chuyển vị - tải trọng từ kết quả thí nghiệm
Osterberg
Hình 2.4 : Đường cong chuyển vị - tải trọng đầu cọc tương đương
Hình 2.5 : Đường cong chuyển vị - tải trọng đầu cọc tương đương đã
hiệu chỉnh có kể đến độ nén đàn hồi bổ sung
Hình 2.6: Sơ đồ tính độ nén đàn hồi lý thuyết trong thí nghiệm chất tải
đầu cọc dựa theo sự phát triển ứng suất cắt thành bên
Hình 2.7: Sơ đồ tính độ nén đàn hồi lý thuyết trong thí nghiệm O-cell
dựa theo sự phát triển ứng suất cắt thành bên
Hình 3.1: Cách thức hạ lồng thép có gắn thiết bị thí nghiệm
xuống hố khoan


10

Hình 3.2: Cách thức bơm bê tơng thi cơng phần cọc phía dưới hộp tải
trọng O-cell
Hình 4.1: Quan hệ giữa Thời gian – Tải trọng
C18 - Rạp Kim Đồng – Hồn Kiếm, Hà Nội
Hình 4.2: Quan hệ giữa Chuyển vị – Tải trọng
C18 - Rạp Kim Đồng – Hoàn Kiếm, Hà Nội
Hình 4.3: Quan hệ giữa Tải trọng –Thời gian
K10 - Rạp Kim Đồng – Hồn Kiếm, Hà Nội
Hình 4.4: Quan hệ giữa Tải trọng – Chuyển vị
K10 - Rạp Kim Đồng – Hồn Kiếm, Hà Nội
Hình 4.5: Đường cong quan hệ giữa chuyển vị - tải trọng
TP1 - U Silk City - Hanoi, Vietnam
Hình 4.6: Đường cong quan hệ giữa thời gian - tải trọng

TP1 - U Silk City - Hanoi, Vietnam
Hình 4.7: Đường cong phân bố tải trọng ma sát nhận được từ các đầu
đo biến dạng
TP1 - U Silk City - Hanoi, Vietnam
Hình 4.8: Quan hệ giữa chuyển vị - tải trọng đầu cọc tương đương
TP1 - U Silk City - Hanoi, Vietnam
Hình 4.9: Đường cong phân bố tải trọng ma sát nhận được từ các đầu
đo biến dạng
TP1 - U Silk City - Hanoi, Vietnam


11

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay trên thế giới, việc đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi
đường kính lớn và cọc barrette bằng phương pháp Osterberg đã và đang được
sử dụng một cách rộng rãi từ những năm 70 của thế kỷ trước, qui trình áp
dụng phương pháp này đã được đưa vào tiêu chuẩn của nhiều nước phát triển.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể tiến hành thử tải trọng tĩnh với đối
trọng lên tới hàng nghìn tấn mà phương pháp giàn chất tải thơng thường khó
có thể đạt tới được với giá thành hợp lý, nó có thể được thực hiện ở những
không gian và mặt bằng chật hẹp, điều kiện địa hình và địa chất phức tạp kể
cả dưới nước. Tuy nhiên ở Việt Nam, việc ứng dụng phương pháp này mới
chỉ được tiến hành ở một số ít cơng trình liên doanh với nước ngồi. Ở nước
ta hiện nay, q trình đơ thị hóa phát triển ngày càng mạnh mẽ, những cơng
trình xây dựng với quy mơ lớn đang và sẽ được triển khai ở rất nhiều vùng
trên toàn quốc, đây là điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng phương pháp này
một cách rộng rãi nhằm xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính
lớn và cọc barrette. Vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng phương pháp

Osterberg để đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính lớn ở khu
vực Hà Nội; So sánh với phương pháp tính tốn lý thuyết” có ý nghĩa khoa
học và thực tiễn quan trọng.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp Osterberg để đánh giá sức chịu tải
của cọc khoan nhồi đường kính lớn ở khu vực Hà Nội.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi bằng cơng nghệ Osterberg
cho một số cơng trình cao tầng ở khu vực Hà Nội. Chiều sâu nghiên cứu trong
phạm vi đến độ sâu 50 đến 70 mét.


12

4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu các phương pháp xác định sức chịu tải của cọc, cơ sở lý
thuyết, phương pháp luận, phương pháp tính tốn và cơng nghệ thi cơng lắp
đặt đối với cọc khoan nhồi đường kính lớn và cọc barrette cho nhà cao tầng
với tải trọng thí nghiệm lớn. Đồng thời đánh giá, so sánh kết quả thí nghiệm
với phương pháp tính tốn lý thuyết. Trên cơ sở đó, đề xuất phạm vi ứng
dụng trong điều kiện Việt Nam đối với phương pháp này.
5. Nội dung nghiên cứu
- Các phương pháp đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi;
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và nguyên lý của phương pháp Osterberg,
đánh giá sức chịu tải của cọc trong thí nghiệm này;
- Áp dụng cơng nghệ thi công;
- Xây dựng đường cong chuyển vị - tải trọng tương đương từ kết quả
thí nghiệm Osterberg;
- Nhận xét về độ chính xác của kết quả thử tải theo phương pháp
Osterberg;

- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của công nghệ thi cơng đến kết quả
thí nghiệm Osterberg;
- So sánh kết quả thí nghiệm với phương pháp tính tốn lý thuyết.
6. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài đặt ra, các
phương pháp nghiên cứu bao gồm:
- Phương pháp tài liệu.
- Phương pháp chuyên gia.
- Phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp phân tích hệ thống.


13

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Công nghệ Osterberg mở ra hướng mới cho việc xác định sức chịu tải
của cọc khoan nhồi đường kính lớn một cách đơn giản và chính xác. Khắc
phục được những nhược điểm mà phương pháp truyền thống gặp phải trong
q trình thi cơng.
- Kết quả nghiên cứu của luận văn là cơ sở khoa học và là nguồn tài
liệu đáng tin cậy để tham khảo, ứng dụng công nghệ mới này cho việc thí
nghiệm cọc khoan nhồi đường kính lớn và cọc barrette đối với nhà cao tầng
trên địa bàn Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói chung.
8. Cơ sở tài liệu của luận văn
Đề tài được xây dựng trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, áp dụng cơng
nghệ mới được tích luỹ trong q trình sản xuất. Các tài liệu được sử dụng có
thể kể đến như sau:
- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng
Osterberg để đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi và cọc barrette cho các
công trình cao tầng ở Hà Nội. do Viện khoa học công nghệ và kinh tế xây

dựng Hà Nội - Sở xây dựng Hà Nội và cơ quan tham gia là Trung tâm tư vấn
thiết kế và chuyển giao công nghệ - Viện khoa học công nghệ Giao thông Vận
tải thực hiện năm 2003;
- Phương pháp Osterberg – Đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi –
Barrette của tác giả PGS.TS Nguyễn Hữu Đẩu thực hiện năm 2004;
- Một số tài liệu Báo cáo kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh cọc khoan nhồi
và cọc barrette cho nhà cao tầng bằng phương pháp Osterberg trên địa bàn Hà
Nội...
9. Cấu trúc của luận văn
Ngoài lời mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn được tác giả trình
bày trong 4 chương với bố cục được phân chia như sau:


14

Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác định sức chịu tải của
cọc;
Chương 2: Nguyên lý của phương pháp Osterberg và vấn đề đánh giá
sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính lớn;
Chương 3: Trình tự cơng nghệ thi cơng và thí nghiệm tải trọng tĩnh
bằng phương pháp Osterberg;
Chương 4: So sánh sức chịu tải của cọc được tính tốn bằng phương
pháp Osterberg với phương pháp tính tốn lý thuyết;


15

LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hồn thành tại bộ mơn Địa chất cơng trình Khoa Địa chất của Trường đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội dưới sự
hướng dẫn của TS. Nguyễn Viết Tình. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn

sâu sắc tới thầy giáo trực tiếp hướng dẫn đề tài, các thầy cô giáo trong
bộ môn Địa chất cơng trình cũng như các nhà khoa học, các nhà
chuyên gia và bạn bè đồng nghiệp đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và đóng
góp ý kiến xây dựng đề tài cho tơi trong suốt q trình thu thập tài liệu,
nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Một lần nữa, xin trân thành cảm ơn!


16

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH
SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
Hiện nay trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng, q trình đơ thị
hóa phát triển ngày càng mạnh mẽ, những cơng trình xây dựng với quy mô
lớn đã, đang và sẽ được triển khai ở rất nhiều vùng trên tồn quốc. Việc dùng
phương án móng cọc khoan nhồi đường kính lớn và cọc barrette được áp
dụng rộng rãi.
Đặc biệt ở khu vực Hà Nội, nơi tồn tại các tập vật liệu trầm tích hạt rời
thuộc hệ tầng Hà Nội, tuổi Đệ tứ (aQIV-hn).Thành phần hạt bao gồm cuội, sỏi,
dăm, sạn và cát. Tập vật liệu này có bền dày lớp rất lớn từ vái chục đến vài
trăm mét có bề mặt lớp phân bố ở độ sâu dao động từ 37 đến 52 mét, là lớp
đất đá có khả năng chịu tải trọng rất lớn. Tận dụng đặc điểm địa chất khu vực
và điều kiện địa chất cơng trình khu vực này, hầu hết các cơng trình nhà cao
tầng ở khu vực Hà Nội đều áp dụng phương án móng cọc khoan nhồi đường
kính lớn từ 1.2 - 2.0 mét hoặc cọc barette để truyền tải trọng cơng trình xuống
lớp đất này, mũi cọc đặt vào lớp cuội sỏi từ 2 - 5 mét. Đây được coi là một
giải pháp hữu hiệu để xây dựng móng của các cơng trình nhà cao tầng. Đi đơi
với với nó là việc ứng dụng các phương pháp khác nhau để kiểm tra sức chịu
tải của cọc. Cần kể đến một số phương pháp sau được nói đến sau đây.

1.1. Một số phương pháp đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi và cọc
barrette
1.1.1. Nhóm tính tốn lý thuyết
Trong tính tốn sức chịu tải của cọc, một cách tổng quát người ta phân
khả năng chịu tải của cọc ra hai thành phần là sức chống mũi cọc và ma sát


17

thành bên. Các tính tốn được tiến hành ở mức tới hạn thường được gọi là
“phá hoại” với công thức:
Ru = Qs + Qp

(1.1)

Trong đó:
Ru: sức chịu tải tới hạn của cọc
Qs: sức chịu tải tới hạn do ma sát bên của cọc
Qp: sức chống tại mũi cọc tới hạn
Sức chịu tải tính tốn sẽ được xác định từ sức chịu tải tới hạn chia cho
hệ số an tồn.
Bài tốn lý thuyết tính tốn các thành phần của sức chịu tải trên là
nghiên cứu sự xuyên sâu một mũi nhọn trong môi trường bán vô hạn. Điều
này đã được nhiều tác giả nghiên cứu và đi đến những kết luận về khả năng
chống tại mũi xuyên phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố : hình dáng và kích
thước mũi cọc, độ sâu xuyên, các đặc tính về sức kháng cắt và kháng nén của
mơi trường đất nền.
Bài tốn dự tính khả năng chịu tải của cọc đi vào cụ thể là tính tốn giá
trị đơn vị của lực chống mũi cọc và ma sát thành bên. Các giá trị này được
xác định từ các phương pháp thí nghiệm và khảo sát đất nền khác nhau; Thí

nghiệm trong phịng, thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT), xuyên tiêu chuẩn (SPT),
nén ngang trong hố khoan. Chính vì thế, từ các đặc trưng và phương pháp thí
nghiệm khác nhau cũng cho các giá trị của sức chịu tải tính theo lý thuyết rất
phân tán với mức độ tin cậy khác nhau.
1.1.1.1. Tính tốn sức chịu tải của cọc căn cứ vào các kết quả thí
nghiệm trong phịng
Khi dự tính sức chịu tải của cọc dựa vào các kết quả thí nghiệm trong
phịng, sức kháng đơn vị của lực mũi và ma sát thành bên là những đại lượng
phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố; các đặc trưng (lực dính, góc nội ma sát...),


18

trạng thái của đất và các hệ số của khả năng chịu tải là hàm số của góc nội ma
sát, vật liệu thân cọc, phương pháp hạ cọc và thời gian nghỉ...
Ngoài những vấn đề liên quan đến khả năng lấy mẫu nguyên dạng và
việc cung cấp các số liệu thí nghiệm trong phịng, phương pháp này cịn vấp
phải những khó khăn đặc biệt liên quan đến sức chống tại mũi cọc. Vì vậy,
các kết quả tính tốn khả năng chịu tải của cọc chỉ dựa vào thí nghiệm trong
phịng có độ chính xác kém và khơng được sử dụng .
1.1.1.2. Tính tốn sức chịu tải của cọc dựa trên các kết quả thí nghiệm
kết hợp các giá trị kinh nghiệm.
Ở Việt Nam, theo kinh nghiệm của Nga người ta cịn sử dụng phương
pháp dự tính sức chịu tải của cọc theo các bước sau:
Dựa vào các kết quả thí nghiệm xác định thành phần hạt và các tính
chất cơ lý của đất trong phịng thí nghiệm để phân loại đất và đánh giá trạng
thái của từng lớp đất trong nền.
Trên cơ sở phân loại đất, trạng thái của đất và độ sâu của lớp đất người
ta ấn định (theo kinh nghiệm) những giá trị đơn vị của sức kháng mũi và ma
sát thành bên.

Trong quy phạm Nga (Snip 2.02.03-85) và tiêu chuẩn ngành của Việt
Nam(20 TCN-21-86) đã cho sẵn các giá trị của sức kháng mũi đơn vị và ma
sát thành bên đơn vị để từ đó dự tính khả năng chịu tải chung của cọc. Mặc dù
phương pháp tính tốn dễ tiếp cận hơn với các điều kiện thực tế nhưng theo
cách này, những giá trị của sức kháng mũi và ma sát thành bên đã được ấn
định sẵn mang tính áp đặt, xuất phát từ sự phân loại đất khá đơn giản. Vì vậy,
hiện nay phương pháp này cũng chỉ được sử dụng để dự tính sức chịu tải và
lựa chọn chiều dài của cọc trong bước thiết kế sơ bộ.
1.1.1.3. Tính tốn sức chịu tải của cọc dựa trên các kết quả thí nghiệm
xuyên tĩnh tại hiện trường.


19

Xuyên tĩnh (CPT) là một thiết bị hữu ích được dùng để xác định sức
chịu tải của cọc trong đất.
Các kết quả thí nghiệm xuyên được cung cấp dưới dạng các biểu đồ
quan hệ sức kháng mũi qc - độ sâu.
Giá trị của sức kháng mũi đơn vị tới hạn của cọc qp được tính từ giá trị
trung bình của qc trong một khoảng giới hạn trên và dưới mũi cọc một đoạn l1
và l2 . Các giá trị của l1 và l2 được các tác giả đưa ra trong các nghiên cứu
khác nhau ( Van derWeer :3,5d và 1,0d; Begmann: 1÷20d và 1÷3,5d... với d
là đường kính cọc).
Giá trị ma sát đơn vị fs có thể được xác định theo phương pháp trực tiếp
hoặc tính từ sức kháng xuyên qc.
Các giá trị qp và fs cũng được nhiều tác giả đề nghị giới hạn khác nhau.
Trên cơ sở nghiên cứu hàng loạt các kết quả thí nghiệm cọc khoan nhồi
đường kính lớn, Gwizdala (1984) kiến nghị sử dụng các hệ số np và ns tương
ứng với các giá trị qc cho các loại đất nền khác nhau.
Trong các tiêu chuẩn của Nga SniP2 02.03.85; Pháp DTU 13.1 đều quy

định các hệ số chuyển đổi tỷ mỷ hơn để tính tốn cọc.
Dự tính sức chịu tải của cọc từ các kết quả xuyên tĩnh được đánh giá là
một phương tiện hữu ích. Trong các nền đất mà ở đó việc đo lực kháng mũi
xun có thể thực hiện thì xun tĩnh là dụng cụ tốt cho việc tính tốn các
móng sâu và trong thực tế phương pháp này đã được ứng dụng từ nhiều năm
nay tại Việt Nam.
1.1.1.4.Tính tốn sức chịu tải của cọc dựa trên các kết quả thí nghiệm
xuyên tiêu chuẩn SPT.
Trong rất nhiều trường hợp, kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30
là các số liệu sẵn có tại hiện trường. Có thể sử dụng kết quả thí nghiệm này để
xác định góc nội ma sát theo kiến nghị của Kisihida (1967); Ma sát đơn vị


20

thành bên (fs) của cọc cũng được xác định theo đề nghị của Decourt (1982)
cho các loại đất hoặc của Gwizdala (1984) cho trường hợp thi công cọc khoan
nhồi trong đất cát có và khơng sử dụng dung dịch betonit.
Trong nhiều năm của thập kỷ 90, từ khi cọc khoan nhồi được ứng dụng
nhiều trong các cơng trình xây dựng nhà cao tầng ở Việt Nam, phương pháp
tính tốn sức chịu tải của cọc khoan nhồi bằng kết quả xuyên CPT và SPT đã
được sử dụng khá phổ biến trong bước khảo sát và thiết kế sơ bộ để dự tính
khả năng chịu tải và dự tính chiều dài cọc thiết kế. Một số kết quả nghiên cứu
của T.S Nguyễn Trường Tiến dựa trên kết quả thống kê sức chịu tải của cọc
khoan nhồi (tính theo kết quả xuyên SPT) tại nhiều cơng trình cao tầng ở Hà
Nội (Cơng trình CIT- Tràng tiền, Hà Nội Central Hotel, SAS Royal Hotel ,
Hà Nội, SAKUSA PLAZA Hotel....) đã đi đến kết luận: kết quả xuyên tiêu
chuẩn SPT có thể được dùng để dự tính sức chịu tải của móng cọc khoan nhồi.
Trong một số trường hợp đã được biết ở Hà Nội thì kết quả dự tính là khá phù
hợp với kết quả thử tải tĩnh.

1.1.2. Phương pháp thử tải động
Để xác định sức chịu tải thực tế của hệ cọc- đất nền, bên cạnh phương
pháp thử tải tĩnh còn hay dùng phương pháp thử động truyền thống (còn gọi
là phương pháp tính tốn từ những cơng thức đóng cọc) dựa trên các cơng
thức động đơn giản là phương trình cân bằng năng lượng của búa đóng với
cơng sinh ra để làm cọc thắng sức cản của đất và dịch chuyển vào đất. Mặc dù
đã được bổ sung bằng nhiều công thức thực nghiệm nhưng đối với những
cơng trình quy mơ lớn, có tính chất quan trọng và trong những điều kiện nền
phức tạp thì phương pháp thử động truyền thống khơng đáp ứng được các yêu
cầu về an toàn và kinh tế. Do vậy đã nảy sinh nhu cầu tìm phương pháp tiếp
cận tin cậy và cho kết quả chính xác hơn khi đóng cọc nói chung và thử động


21

nói riêng. Một phương pháp như vậy được ứng dụng là Phương pháp phân
tích truyền sóng ứng suất (thử động biến dạng lớn)
Với các cọc khoan nhồi, thí nghiệm có thể được thực hiện sau khi cọc
đã được “nghỉ” một khoảng thời gian theo quy định. Với một năng lượng tạo
xung đủ lớn để gây được chuyển dịch của cọc vào đất trong mỗi lần không
nhỏ hơn 3mm, đủ để huy động toàn bộ sức kháng của đất nền, nhờ hệ thống
thiết bị phân tích đóng cọc (PDA), sự thay đổi của lực và gia tốc đầy cọc
được ghi nhận. Việc tính tốn, xử lý kết quả đo được thực hiện theo nguyên
tắc lặp đúng dần bằng phần mềm CPWAPC. Sóng vận tốc và một tập hợp các
số liệu về đất nền được sử dụng để tính tốn sóng lực. Kết quả tính tốn được
so sánh với sóng lực đo được cho phép điều chỉnh các hệ số nền cho tới khi
đạt được sự trùng hợp giữa kết quả tính toán với kết quả đo. Tập hợp các hệ
số nền thoả mãn điều kiện trên được sử dụng để dự tính biểu đồ nén tĩnh cọc.
Dự tính biểu đồ nén tĩnh cọc được so sánh với kết quả nén tĩnh cọc khi dự
tính các sức kháng của cọc.

Các kết quả phân tích cho biết sức kháng mũi và phân bố ma sát thành
bên cũng như một số thông số cần thiết khác về độ nguyên vẹn của cọc.
Phương pháp này cũng có thể áp dụng rất hiệu quả cho cọc khoan nhồi và cọc
barrett. Phương pháp này có chi phí thấp và dễ áp dụng nhưng do dựa vào
một số giả thiết về sức cản động nên còn hạn chế về độ chính xác, khi sức
chịu tải của cọc lớn trên ngàn tấn thì cũng bị hạn chế về điều kiện áp dụng.
1.1.3. Phương pháp thử tải tĩnh động (Statnamic)
Trong phương pháp này việc tạo tải trọng động trên đầu cọc được thực
hiện bằng một động cơ nổ phản lực. Khi nổ tạo ra lực đẩy phản lực có thời
gian đặt tải đủ dài trên 120 mili giây. Xây dựng đường cong quan hệ tải trọng
chuyển vị và phân tích sự làm việc của cọc như trong thử tĩnh. Hiện nay
phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi để xác định sức chịu tải cho cọc


22

khoan nhồi đường kính lớn và cọc barrett ở các nước phát triển do có thể thử
đến tải trọng hàng ngàn tấn nhưng gọn nhẹ và giá thành hợp lý, các phương
pháp giải thích kết quả đơn giản, tin cậy cao hơn phương pháp thử động biến
dạng lớn (PDA).
1.1.4. Phương pháp thử tải tĩnh truyền thống
Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh hiện nay được coi là phương
pháp tin cậy nhất để xác định sức chịu tải của cọc do mô phỏng được gần nhất
sự làm việc của cọc trong cơng trình.
Trong thí nghiệm chất tải truyền thống, thí nghiệm được tiến hành bằng
phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc trục cọc theo một quy trình nhất định
sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc chuyển vị (lún sâu thêm) vào đất nền.
tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thuỷ lực với hệ phản
lực là dàn chất tải, neo hoặc phối hợp cả hai.
Các số liệu về tải trọng, chuyển vị, biến dạng thu được trong q trình

thí nghiệm là cơ sở để xây dựng, trình bầy thí nghiệm với các sản phẩm sau:
- Bảng số liệu thí nghiệm
- Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm
- Biểu đồ quan hệ tải trọng- chuyển vị
- Biểu đồ quan hệ chuyển vị- thời gian của các cấp tải
- Biểu đồ quan hệ tải trọng – thời gian
- Biểu đồ quan hệ chuyển vị- tải trọng- thời gian.
Từ các kết quả thí nghiệm, sức chịu tải giới hạn của cọc đơn có thể
được xác định bằng một số phương pháp sau: phương pháp phân tích đường
cong quan hệ tải trọng - chuyển vị; Phương pháp dùng chuyển vị giới hạn
tương ứng với sức chịu tải giới hạn; Phương pháp xét đến tình trạng thực tế
thí nghiệm và cọc thí nghiệm.


23

Cuối cùng sức chịu tải cho phép của cọc đơn thẳng đứng được xác định
bằng sức chịu tải giới hạn chia cho hệ số an toàn.
Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 269:2002 Cọc Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng ép dọc trục, hệ số an toàn được tư vấn
thiết kế quyết định cho từng trường hợp cụ thể tuỳ thuộc vào mức độ quan
trọng của cơng trình, điều kiện đất nền, phương pháp thí nghiệm và phương
pháp xác định sức chịu tải giới hạn.
Mặc dù được xem là phương pháp tin cậy nhất để xác định sức chịu tải
của cọc, phương pháp thí nghiệm truyền thống này vẫn có nhược điểm lớn là
chi phí cao, thời gian chuẩn bị cho thí nghiệm kéo dài, địi hỏi mặt bằng
tương đối rộng, cản trở công tác thi công và trong một số trường hợp đặc biệt
thì khơng thể thực hiện được ( mặt bằng không đủ cho các hoạt động xếp, dỡ
tải, tải trọng dùng cho thí nghiệm quá lớn, thí nghiệm đối với các cọc nghiêng,
thí nghiệm trên địa hình sơng nước...). Ngồi ra, phương pháp này chỉ xác
định được sức chịu tải tổng cộng, không tách riêng được hai thành phần là sức

kháng thành bên và sức kháng mũi. Trong bước đoạn lựa chọn chiều dài cọc
thiết kế, trong những trường hợp điều kiện địa chất phức tạp thì phương pháp
này cung cấp khơng đủ thơng tin cho người thiết kế. Đặc biệt đối với cọc
khoan nhồi và cọc barrett thì số liệu thí nghiệm thử tải tĩnh truyền thống
không cung cấp được thông tin chi tiết về chất lượng thi cơng của cọc được
thí nghiệm.
1.1.5. Phương pháp thử tải trọng tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg
1.1.5.1. Tổng quát về phương pháp
Nhằm khắc phục những nhược điểm của phương pháp thử tải tĩnh
truyền thống, đầu những năm 1980, giáo sư người Mỹ Jorj O.Osterberg đã
đưa ra một công nghệ nén tĩnh mới mà sau này mang tên ông là phương pháp
thử tĩnh bằng hộp tải trọng (HTT) Osterberg. Cho đến nay phương pháp này


24

đã được ứng dụng rộng rãi, được đưa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật của nhiều
nước. Ngay cả ở Việt Nam phương pháp này cũng đã được ứng dụng thành
công để đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính lớn và cọc
barrette tại một số cơng trình: Cọc barrette kích thước 0,8 x 2,8 x 55m cho
móng cơng trình Vietcombank tại 198 Trần Quang Khải - Hà Nội; Cọc khoan
nhồi đường kính 2,50m cho trụ cầu dây văng Mỹ Thuận và mới đây là cọc
barrette có tiết diện 1,0 x 2,8m và 1,5 x 2,8m của công trình nhà ở cao tầng 27
Láng Hạ.
1.1.5.2. Nguyên lý của thí nghiệm
Một kích thuỷ lực (Hộp tải trọng Osterberg cịn gọi là hộp O-Cell)
được lắp đặt với lồng thép ở đáy hay ở thân cọc cùng với một hệ thống các
ống dẫn thuỷ lực và các thanh đo trước khi đổ bê tông. Sau khi bê tông cọc
đạt mác thiết kế người ta gia tải thí nghiệm bằng việc bơm chất lỏng để tạo áp
lực trong kích. Với nguyên lý này, đối trọng dùng cho việc thử được tạo bởi

chính trọng lượng bản thân cọc và sức kháng thành bên của cọc. Khi làm việc,
kích tạo ra lực đẩy tác dụng vào thân cọc theo hướng ngược lên đồng thời tạo
lực ép xuống tại mũi cọc. Các chuyển vị lên của thân cọc và chuyển vị xuống
của phần mũi cọc được các đồng hồ ghi lại tương ứng với mỗi thời điểm của
quy trình gia tải. Thí nghiệm được xem là kết thúc khi đạt đến sức kháng ma
sát bên giới hạn hoặc sức chống mũi giới hạn (cọc bị phá hoại ở thành hoặc ở
mũi).
Kết quả thu được là các đường cong biểu thị quan hệ tải trọng - chuyển
vị (lên và xuống) của đỉnh và mũi cọc. Từ kết quả đó, cùng với việc dựa vào
một số giả thiết cơ bản người ta xây dựng được biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị tương đương như trong thử tĩnh truyền thống. Phương pháp thử
bằng HTT Osterberg cho phép xác định được riêng rẽ hai thành phần sức
kháng thành bên và sức kháng mũi cọc. Tuy nhiên các giả thiết về tiêu chuẩn


25

phá hoại áp dụng riêng rẽ cho sức kháng thành bên và sức kháng mũi cịn có
những vấn đề phải nghiên cứu khi áp dụng trong thực tế.
1.1.5.3. Một số ưu điểm của phương pháp thí nghiệm bằng hộp tải
trọng Osterberg
Phương pháp thí nghiệm Osterberg có những ưu điểm so với phương
pháp thí nghiệm nén tĩnh truyền thống ở các mặt sau:
- Về kinh tế: mặc dù không lấy lại được hộp O- Cell, thí nghiệm
Osterberg vẫn thường có giá thành thấp hơn so với thí nghiệm nén tĩnh truyền
thống. Tiết kiệm được thể hiện thơng qua các tiêu chí sau : giảm thời gian
chuẩn bị và thực hiện thí nghiệm, không phải sử dụng hệ thống dầm, giá đỡ
và đối trọng cho việc chất tải cũng như các phương tiện vận chuyển, xếp dỡ
đối trọng. Thường thì giá thành của thí nghiệm Osterberg bằng khoảng 1/2
đến 2/3 giá thành của thí nghiệm nén tĩnh truyền thống. Tỷ lệ được giảm
xuống khi tải trọng thí nghiệm tăng lên.

- Tải trọng thử lớn: Có thể thí nghiệm đến 17.000 tấn cho cả một trụ
cầu (Trong khi phương pháp thử tải tĩnh truyền thống hầu như không thể thực
hiện được với tải trọng thử lớn hơn 3000 tấn)
- Thành phần sức kháng ma sát thành bên và sức kháng mũi: Thí
nghiệm bằng hộp tải trọng Osterberg cho phép tách riêng thành phần sức
kháng thành bên và sức kháng mũi cọc. Điều đó cịn giúp chúng ta xác định
cơng nghệ thi cơng tạo cọc có ảnh hưởng bất lợi đến từng thành phần chịu tải
như thế nào? Cho phép dự báo, đánh giá sự xáo động ở đáy cọc...
- An toàn lao động tốt hơn: Do năng lượng thí nghiệm được chơn sâu
và khơng có dàn đối trọng ở phía trên.
- Giảm thiểu không gian làm việc: Không gian cần thiết để thực hiện
thí nghiệm Osterberg nhỏ gọn hơn nhiều so với khơng gian yêu cầu cho hệ
thống gia tải trong thí nghiệm nén tĩnh truyền thống.