Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------------

PHẠM QUỐC THẮNG

ĐỀ TÀI

“NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA VIỆC
XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI
THEO PHƯƠNG PHÁP OSTERBERG”

Chuyên ngành : XÂY DỰNG CẦU - HẦM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2008


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. Vũ Xuân Hòa

Cán bộ chấm nhận xét 1:

TS Nguyễn Minh Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS. Lê Bá Vinh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 20 tháng 01 năm 2008.


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

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
TP. HCM, ngày
tháng năm 200

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên

: Phạm Quốc Thắng

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 26/7/1976
Chuyên ngành

Nơi sinh : Bạc Liêu

: Xây d ựng cầu hầm.

Khóa (Năm trúng tuyển): 2005


1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của việc xác định sức chịu tải
cọc khoan nhồi theo phương pháp Osterberg.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp dự báo và đánh giá sức chịu tải của cọc
khoan nhồi.
Chương 2: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp Osterberg.
Chương 3: Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của việc xác định sức chịu tải cọc khoan
nhồi theo phương pháp Osterberg.
Chương 4: Đánh giá độ tin cậy của phương pháp Osterberg qua m ột số cơng trình
thực tế đã thực hiện tại Việt Nam.
Chương 5: Kết luận.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: Ngày 05 tháng 2 năm 2007

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ

: Ngày 05 tháng 11 năm 2007

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :

TS. Vũ Xuân Hòa

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. Vũ Xn Hịa

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn:
Tiến sĩ Vũ Xn Hịa - Giảng viên chính bộ mơn Cầu đường, khoa
Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. Mặc
dù rất bận rộn trong cơng việc và công tác giảng dạy nhưng vẫn dành nhiều
thời gian quý báu để hướng dẫn tận tình và cụ thể, giúp tơi hồn thành nội
dung Luận văn thạc sĩ này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô của trường Đại học Bách
khoa thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy lớp cao học khóa 2005, ngành Xây
dựng Cầu - hầm đã truyền đạt cho tôi những kiến thức rất bổ ích trong thời
gian tơi tham gia khóa học.
Cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và
nhiều bạn bè; cùng lãnh đạo và các anh chị đang công tác tại cơ quan Văn
phòng Ủy ban nhân dân tỉnh Bạc Liêu, Sở Giao thơng vận tải tỉnh Bạc Liêu
đã ln nhiệt tình giúp đỡ, động viên tinh thần để tơi có thể hồn tất được
chương trình học cũng như hồn thành tập Luận văn này.


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Thử tải và đánh giá sức chịu tải của móng cọc nói chung và cọc khoan nhồi
nói riêng là công tác đ ặc biệt quan trọng trong xây dựng cơng trình. Mục đích của
luận văn là nghiên cứu nguyên lý làm việc, phương pháp luận đánh giá sức chịu tải
cọc khoan nhồi theo phương pháp Osterberg và độ tin cậy của phương pháp này
cũng như ứng dụng nó ở Việt Nam.
Luận văn gồm có năm chương:
Chương I trình bày tổng quan các phương pháp d ự báo và đánh giá sức chịu

tải cọc khoan nhồi trên thế giới.
Chương II nêu cơ sở lý thuyết của thí nghiệm Osterberg. Một hay nhiều
kích thủy lực (cịn gọi là hộp tải trọng Osterberg) được đặt gần mũi cọc và tiến hành
gia tải, cung cấp một lực bằng nhau lên trên và xuống dưới. Từ đó xác định được
sức kháng bên và sức kháng mũi cọc một cách riêng biệt. Các đường cong sức
kháng – chuyển vị được vẽ ra, từ đó xây dựng đường cong tải trọng – chuyển vị
tương đương với nén tĩnh đầu cọc.
Chương III trình bày nội dung chính của luận văn. Nhiều thí nghiệm
Osterberg và thí nghiệm nén tĩnh truyền thống được thực hiện với cùng thời gian và
cùng điều kiện địa chất để so sánh và đánh giá độ tin cậy, bởi vì cơ chế gia tải của
hai phương pháp thí nghiệm hồn tồn ngược hướng nhau. Ngoài ra, các yếu tố ảnh
hưởng đến độ tin cậy của thí nghiệm Osterberg cũng được nghiên cứu như điều kiện
địa chất, độ nén đàn hồi của cọc, công nghệ thi công cọc, dữ liệu thu được từ các
đầu đo biến dạng.
Chương IV trình bày kết quả thí nghiệm Osterberg tại một số cơng trình
thực tế ở Việt Nam như cầu Mỹ Thuận, các cầu trên đường Nguyễn Văn Linh và
cầu Phú Mỹ (thành phố Hồ Chí Minh), cầu Cần Thơ.
Chương V nêu lên một số kết luận và kiến nghị từ những kết quả nghiên
cứu trên.


ABSTRACT
Pile load testing and capacity evaluating , especially bored piles, are very
important tasks in construction. The research purpose of the thesis is to study the
principles and methodology of Osterberg load test method and the validity of using
this load test method to evaluate bored piles capacity in Vietnam.
There are five chapters in this thesis:
Chapter I presents an overview of estimation and evaluation methods of
bored piles capacity in the world.
Chapter II presents the principles of the Osterberg load test method. One or

more hydraulic jacks (also called Osterberg load cells) are placed on the bottom of a
bored pile and pressurized internally. Then they supply an equal upward and
downward load, thus the side shear and end bearing are determinded separately. The
load-upward curve in side shear and the load -downward curve in end bearing are
drawn. Based on these two curves, an equivalent top-down load-settlement curve is
constructed.
Chapter III presents the main content of the thesis. Many Osterberg load
tests and conventional static load tests are carried out at the same time a t a
construction site to compare and evaluate the accuracy of the test, because in the
Osterberg load test a loading mechanism is entirely different from that of the
conventional static load test . In addition, the thesis also studies elements such as
geological conditions, the elastic shortening of the pile, the bored pile construction
technique and data from strain gauges which effect the accuracy of the Osterberg
load test.
Chapter IV presents the results of the Osterberg load test used in some
projects in Vietnam such as My Thuan bridge, Can Tho bridge, Phu My bridge ...
Chapter V gives some conclusions and suggestions from the study’s results.


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PH ƯƠNG PHÁP DỰ BÁO VÀ
ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI ........................ 10
1.1
Dự báo bằng các phương pháp tính tốn lý thuyết................................ ....10
1.1.1
Tính theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205 -1998 ................. 10

1.1.2
Tính theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 ............................. 13
1.2
Dự báo sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuy ên tĩnh (CPT) ....18
1.2.1
Giới thiệu thí nghiệm xuyên tĩnh................................ ....................... 18
1.2.2
Thiết bị thí nghiệm ................................ ................................ ........... 19
1.2.3
Ứng dụng kết quả thí nghiệm CPT dự báo sức chịu tải của cọc khoan
nhồi
................................ ................................ ................................ .........19
1.2.4
Nhận xét ................................ ................................ ........................... 26
1.3

Dự báo sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuy ên tiêu chuẩn (SPT)
................................ ................................ ................................ ................ 26
1.3.1
Giới thiệu về thí nghiệm xuy ên tiêu chuẩn ................................ ........26
1.3.2
Thiết bị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn ................................ ................ 27
1.3.3
Chuẩn hóa số đọc từ thí nghiệm ................................ ........................ 27
1.3.4
Ứng dụng kết quả SPT vào dự báo sức chịu tải của cọc khoan nhồi ..28
1.3.5
Nhận xét về cách tính sức chịu tải theo thí nghiệm SPT .................... 29

1.4

Đánh giá sức chịu tải của cọc theo ph ương pháp động ............................. 29
1.4.1
Sử dụng công thức thử động ................................ ............................. 29
1.4.2
Phân tích động bằng phương trình sóng ................................ ............ 30
1.5
Phương pháp thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA ............................. 31
1.5.1
Giới thiệu thí nghiệm PDA ................................ ............................... 31
1.5.2
Các ứng dụng của thí nghiệm PDA ................................ ................... 32
1.5.3
Nội dung thí nghiệm ................................ ................................ .........32
1.6
Đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi bằng ph ương pháp thử tải tĩnh động
(STATNAMIC) ................................ ................................ ................................ ..34
1.6.1
Giới thiệu thí nghiệm Statnamic ................................ ....................... 34
1.6.2
Thiết bị và nguyên lý thí nghiệm................................ ....................... 35
1.6.3
Diễn dịch kết quả thí nghiệm theo ph ương pháp UPM ...................... 37
1.6.4
Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm Statnamic ................................ ..38
1.7
Đánh giá sức chịu tải cọc nhồi bằng ph ương pháp nén tĩnh truyền thống .39
1.7.1
Nguyên lý và thiết bị thí nghiệm nén tĩnh ................................ .........39
1.7.2
Quy trình gia tải trong thí nghiệm nén tĩnh ................................ .......40

1.7.3
Diễn dịch kết quả thí nghiệm ................................ ............................ 41
Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 7


Luận văn thạc sĩ

1.7.4

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

Nhận xét về phương pháp nén tĩnh truyền thống ............................... 43

1.8
Đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi bằng ph ương pháp Osterberg .........43
1.8.1
Giới thiệu chung về phương pháp Osterberg ................................ .....43
1.8.2
Những ưu điểm của phương pháp Osterberg ................................ .....44
1.8.3
Một số hạn chế của phương pháp Osterberg................................ ......45
1.8.4
Tình hình nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới và ở Việt Nam............ 46

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PH ƯƠNG
PHÁP OSTERBERG ................................ ................................ .................. 48
2.1


Nguyên lý thí nghiệm Osterberg ................................ .............................. 48

2.2

Các giả thiết được sử dụng ................................ ................................ .......49

2.3
Phương pháp xây dựng đường cong chuyển vị - tải trọng tương đương....50
2.3.1
Cách chuyển đổi đơn giản................................ ................................ .50
2.3.2
Cách chuyển đổi chi tiết................................ ................................ ....50
2.4
Lựa chọn vị trí đặt tổ hợp hộp tải trọng Osterberg ................................ ....52
2.4.1
Nguyên tắc lựa chọn ................................ ................................ .........52
2.4.2
Các vị trí có thể bố trí hộp tải trọng Osterberg ................................ ..53
2.5
Trình tự thử tải cọc khoan nhồi bằng ph ương pháp Osterberg .................. 54
2.5.1
Thiết bị thí nghiệm ................................ ................................ ........... 54
2.5.2
Trình tự thực hiện thí nghiệm ................................ ........................... 56

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA VIỆC
XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI THEO PH ƯƠNG
PHÁP OSTERBERG ................................ ................................ .................. 59
3.1
Ảnh hưởng của các giả thiết ban đầu đến độ chính xác của thí nghiệm ....59

3.1.1
Đánh giá của công ty LOADTEST ................................ ................... 59
3.1.2
Nghiên cứu qua các thí nghiệm thực tế ở Nhật Bản ........................... 59
3.1.3
Nghiên cứu của các tác giả Hàn Quốc................................ ............... 64
3.2
Ứng xử giữa cọc và đất trong thí nghiệm Osterberg với các điều kiện địa
chất khác nhau ................................ ................................ ................................ ....68
3.3
Ảnh hưởng của độ nén đàn hồi cọc ................................ .......................... 77
3.3.1
Phương pháp gần đúng hiệu chỉnh đường cong ................................ .77
3.3.2
Phương pháp của W.G.K Fleming ................................ .................... 79
3.4

Ảnh hưởng của công nghệ thi công cọc ................................ .................... 81

3.5
Các ảnh hưởng đến số liệu thu được từ đầu đo biến dạng ......................... 90
3.5.1
Các trường hợp biến dạng dị thường ................................ ................. 90
3.5.2
Ảnh hưởng của tải trọng dư ................................ .............................. 90
3.5.3
Ảnh hưởng của các vết nứt do kéo ................................ .................... 92
3.5.4
Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi bê tông................................ ............ 92
Thực hiện: Phạm Quốc Thắng


Trang 8


Luận văn thạc sĩ

3.5.5
3.5.6

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

Ảnh hưởng của hình dạng cọc................................ ........................... 93
Ảnh hưởng của vị trí đặt đầu đo ................................ ........................ 94

CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHƯƠNG PHÁP
OSTERBERG QUA MỘT SỐ CƠNG TRÌNH THỰC TẾ ĐÃ THỰC
HIỆN TẠI VIỆT NAM ................................ ................................ ............... 96
4.1
Công trình cầu Mỹ Thuận ................................ ................................ ........96
4.1.1
Giới thiệu sơ lược kết cấu móng trụ cầu Mỹ Thuận .......................... 96
4.1.2
Q trình thử tải cọc ................................ ................................ .........97
4.1.3
Các giới hạn dão ................................ ................................ ............... 99
4.1.4
Nhận xét về kết quả thử tải cọc trụ neo bờ Nam .............................. 101
4.2
Cơng trình cầu Cần Giuộc và cầu Ơng Lớn – thành phố Hồ Chí Minh ..102
4.2.1

Giới thiệu sơ nét về cầu Cần Giuộc và cầu Ông Lớn ....................... 102
4.2.2
Đặc điểm địa chất của công tr ình ................................ .................... 102
4.2.3
Đặc điểm của cọc thử................................ ................................ ...... 102
4.2.4
Diễn biến quá trình thử tải ................................ .............................. 103
4.2.5
Xây dựng đường cong tải trọng – chuyển vị tương đương............... 105
4.2.6
So sánh sức chịu tải của cọc có bơm vữa xi măng gia cường đất mũi
cọc
................................ ................................ ................................ ....... 106
4.2.7
So sánh kết quả thử tải giữa hai ph ương pháp Osterberg và nén t ĩnh
truyền thống ở cầu Ông Lớn................................ ................................ .......... 108
4.2.8
Nhận xét về kết quả thử tải ................................ ............................. 109
4.3
Cơng trình xây dựng cầu Cần Thơ ................................ ......................... 109
4.3.1
Giới thiệu sơ lược kết cấu móng trụ cầu ................................ .......... 109
4.3.2
Thử tải cọc khoan nhồi trụ tháp bờ Bắc ................................ ........... 110
4.3.3
Dự báo sức chịu tải cọc trụ tháp bờ Nam ................................ ........ 114
4.4
Cơng trình xây dựng cầu Phú Mỹ (thành phố Hồ Chí Minh) .................. 116
4.4.1
Giới thiệu cơng trình................................ ................................ ....... 116

4.4.2
Đặc điểm địa chất cơng tr ình ................................ .......................... 116
4.4.3
Đặc điểm cọc thử và bố trí thiết bị thí nghiệm ................................ .116
4.4.4
Diễn biến q trình thử tải ................................ .............................. 117
4.4.5
Phân tích kết quả thí nghiệm ................................ ........................... 119
4.4.6
Nhận xét về kết quả thử tải cầu Phú Mỹ ................................ .......... 120

CHƯƠNG 5.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................ ........ 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................ ................................ ........ 124

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 9


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO VÀ
ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI
Cọc khoan nhồi là một loại móng sâu được thi cơng bằng cách đổ b ê tơng vào

một lỗ (hố) khoan trước đó. Cọc khoan nhồi bắt đầu đ ược đưa vào sử dụng ở
Việt Nam vào đầu những năm 1990 và hiện nay đang được áp dụng mạnh mẽ
trong xây dựng cơng trình ở nước ta. Đi đôi với công nghệ thi công, lý thuyết
phân tích thiết kế (để dự báo sức chịu tải và độ lún) và các phương pháp thí
nghiệm tiên tiến trên thế giới nhằm đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi cũng
được nghiên cứu và áp dụng ngày càng toàn diện hơn ở nước ta.
1.1 Dự báo bằng các phương pháp tính tốn lý thuyết
Trong tính tốn dự báo sức chịu tải cọc khoan nhồi, một cách tổng quát người
ta phân sức chịu tải cực hạn Qu của cọc ra hai thành phần là sức kháng mũi và
sức kháng bên:
Qu = Q p + Qs – W
= A p qp + A sqs – W
với:

(1.1)

Qp - sức kháng mũi cực hạn
Qs - sức kháng bên cực hạn
W – trọng lượng bản thân cọc
qs - sức kháng đơn vị cực hạn dọc thân cọc
qp - sức kháng đơn vị cực hạn của đất tại mũi cọc
As - diện tích bề mặt thân cọc
Ap - diện tích tiết diện mũi cọc

Như vậy để tính tốn sức chịu tải của cọc, cần xác định các thành phần sức
kháng mũi đơn vị và sức kháng bên đơn vị. Hiện nay có rất nhiều phương pháp
của nhiều tác giả để xác định hai thành phần này, như được trình bày sau đây.
1.1.1 Tính theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205 -1998
1.1.1.1 Yêu cầu chung
Sức chịu tải cực hạn của cọc đ ược tính theo:

Qu = Asfs + Apqp

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

(1.2)

Trang 10


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

Sức chịu tải cho phép được tính theo:

Qa 
Trong đó:

Qp
Qs

FS s FS p

(1.3)

FSs – hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, bằng 1.5÷2.0
FSp – hệ số an tồn cho sức chống dưới mũi cọc, bằng 2.0÷3.0

Thành phần ma sát bên đơn vị được tính theo cơng thức chung nh ư sau:
fs = ca + ’h tga

trong đó:

(1.4)

ca – lực dính giữ thân cọc và đất;
’h - ứng suất hữu hiệu trong đất theo ph ương vng góc với
mặt bên cọc;
a – góc ma sát giữa cọc và đất nền.

Cường độ chịu tải của đất d ưới mũi cọc tính theo cơng thức:
qp = cN c + ’vpNq + dpN
trong đó:

(1.5)

c – lực dính của đất;
’vp - ứng suất hữu hiệu theo ph ương thẳng đứng tại độ sâu mũi
cọc do trọng lượng bản thân đất;
Nc, Nq, N - hệ số sức chịu tải, phụ thuộc v ào ma sát trong của
đất, hình dạng mũi cọc và phương pháp thi cơng c ọc;
 - trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc.

1.1.1.2 Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính
Qu = Ascu + ApNccu
Trong đó:

(1.6)

cu – sức chống cắt khơng thốt n ước của đất nền;
 - hệ số không thứ nguyên, đối với cọc nhồi lấy bằng 0.3 ÷


0.45 cho sét dẻo cứng và 06 ÷ 0.8 cho sét dẻo mềm;
Nc – hệ số sức chịu tải lấy bằng 6 cho cọc khoan nhồi.
Ghi chú:

- Hệ số an tồn trong cơng thức (1.6) lấy bằng 2 ÷ 3;
- Giá trị giới hạn của cu lấy bằng 1 kG/cm 2.

1.1.1.3 Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất rời
Qu = AsKs’v tga + Ap’vpNq

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

(1.7)

Trang 11


Luận văn thạc sĩ

Trong đó:

CBHD: TS. Vũ Xn Hịa

Ks – hệ số áp lực ngang trong đất ở trạng thái nghỉ (hình 1.1)
’v - ứng suất hữu hiệu trong đất tại độ sâu tính tốn ma sát bên
tác dụng lên cọc;
a – góc ma sát giữa đất nền và thân cọc;
’vp - ứng suất hữu hiệu theo ph ương thẳng đứng tại mũi cọc;
Nq – hệ số sức chịu tải xác định theo hình 1.2.


Cường độ chịu tải dưới mũi cọc và ma sát bên trong đất rời ở những độ sâu lớn
hơn độ sâu giới hạn z c (m) được lấy tương ứng bằng độ sâu giới hạn. Độ sâu
giới hạn zc xác định theo góc ma sát trong của đất nền (hình 1.3).

Hình 1.1 Quan hệ giữa K stana và 

Hình 1.2 Hệ số Nq

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 12


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xn Hịa

Hình 1.3 Quan hệ giữa zc/D và 

1.1.2 Tính theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -05
Sức chịu tải cực hạn của cọc khoan nhồi Q R, được xác định như sau:
QR =  Qn = ( qp Qp +  qs Qs ) - W

(1.8)

Q S = qs A s

(1.9)


Q P = qp A p

(1.10)

Trong đó:
QS : Sức kháng thân cọc do ma sát mặt bên (N);
Qp : Sức kháng mũi cọc do phản lực mũi (N);
W : Trọng lượng cọc có kể đến lực đẩy nổi của nước (N);
qs : Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa);
qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa);
As: Diện tích bề mặt thân cọc (mm 2);
Ap: Diện tích mũi cọc (mm 2);
qp: Hệ số sức kháng tại mũi cọc (Bảng 1.1);
qs: Hệ số sức kháng đối với thân cọc (Bảng 1.1).
1.1.2.1 Ước tính sức kháng của cọc khoan trong đất dính
a) Sức kháng bên
Sức kháng bên đơn vị danh định (MPa) cho cọc khoan trong đất dính chịu tải
dưới điều kiện tải trọng khơng thốt n ước có thể tính như sau:
qs =  S u

(1.11)

ở đây: Su - cường độ kháng cắt khơng thốt n ước trung bình (MPa);
 - hệ số dính bám (bảng 1.2).
Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 13


Luận văn thạc sĩ


CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

Các phần sau đây của cọc khoan đ ược sẽ khơng được tính để đóng góp vào sự
phát triển của sức kháng thơng qua ma sát bề mặt:
-

Ít nhất 1500 mm trên cùng của bất kỳ cọc khoan nào;

-

Với cọc thẳng, chiều dài ở đáy của cọc khoan lấy bằng đường kính cọc;

-

Chu vi của đầu loe, nếu dùng, và

-

Khoảng cách trên đầu loe lấy bằng đường kính cọc.

Bảng 1.1 - Các hệ số sức kháng theo trạng thái giới hạn c ường độ
địa kỹ thuật trong cọc khoan chịu tải trọng dọc trục
Hệ số sức
Phương pháp/đất/điều kiện
kháng
Sức kháng thành
Phương pháp 
0.65
bên trong đất sét

(Reese & O’Neill 1988)
Sức kháng tại mũi

Tổng ứng suất

cọc trong đất sét

(Reese & O’Neill 1988)

Sức kháng thành
Khả năng

bên trong cát

chịu lực tới
hạn của
cọc khoan
đơn

0.55

Touma & Reese (1974)
Meyerhof (1976)

Xem đề cập

Quiros & Reese (1977)

trong Điều


Reese & Wright (1977)
(Reese & O’Neill 1988)

10.8.3.4

Touma & Reese (1974)
Sức kháng tại mũi
cọc trong cát

Meyerhof (1976)
Quiros & Reese (1977)

Xem đề cập
trong Điều

Reese & Wright (1977)
(Reese & O’Neill 1988)

10.8.3.4

Sức kháng thành

Carter & Kulhawy (1988)

0.55

bên trong đá

Horvath & Kenney (1979)


0.65

Sức kháng tại mũi

Hiệp hội địa kỹ thuật Canada (1985)
Phương pháp đo áp lực (Hiệp hội

0.50

địa kỹ thuật Canada, 1985)

0.50

cọc trong đá

b) Sức kháng mũi cọc
Đối với cọc chịu tải trọng dọc trục trong đất dính, sức kháng đ ơn vị mũi cọc
danh định của cọc khoan (MPa) có thể tính nh ư sau:
qp = NcSu  4.0
Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

(1.12)
Trang 14


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

ở đây: Nc = 6[1+ 0.2 (Z/D)]  9

trong đó:

(1.13)

D - đường kính cọc khoan (mm);
Z - độ xuyên của cọc khoan (mm);
Su - cường độ kháng cắt khơng thốt n ước (MPa).

Bảng 1.2 - Giá trị của  dùng cho xác định sức kháng thành bên
trong đất dính (Reese và O'Neill 1988)
Su (MPa)



< 0,2
0,20 – 0,30
0,30 – 0,40
0,40 – 0,50
0,50 – 0,60
0,60 – 0,70
0,70 – 0,80
0,80 – 0,90
> 0,90

0,55
0,49
0,42
0,38
0,35
0,33

0,32
0,31
Xử lý như đối với đá cuội

Giá trị của S u phải được xác định từ kết quả thí nghiệm hiện tr ường và/ hoặc
trong phịng thí nghiệm của các mẫu ngun dạng lấy trong khoảng sâu 2.0 lần
đường kính dưới mũi cọc. Nếu đất trong giới hạn 2.0 đ ường kính cọc có S u <
0,024 MPa, giá trị của N c sẽ bị chiết giảm 1/3.
Đối với các cọc khoan trong đất sét với S u > 0.096 MPa với D > 1900 mm, và
độ lún cọc không được đánh giá, giá trị của qp phải chiết giảm thành qpr như
sau:
qpr = qpFr
trong đó:

Fr =

(1.14)

760
 1.0
120aD p  760b

(1.15)

Z
D p ≤ 0.015

(1.16)

b = 1,45 2.0 S u với 0,5  b  1,5


(1.17)

a = 0,0071 + 0,0021

Dp - đường kính mũi cọc (mm)

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 15


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xn Hịa

1.1.2.2 Ước tính sức kháng của cọc khoan trong đất rời
a) Sức kháng bên cọc
Sức kháng danh định của thân cọc trong cát có thể đ ược xác định bằng cách sử
dụng một trong năm phương pháp quy định trong Bảng 1.3. Chỉ có thể dùng
các giá trị lớn hơn nếu nó được hiệu chỉnh bởi các thí nghiệm tải trọng.
Sức kháng bên của cọc khoan trong cát có thể ước tính bằng cách sử dụng: góc
ma sát, f , hoặc số nhát búa SPT, N.
Bảng 1.3 - Tổng kết các phương pháp đánh giá sức kháng
mặt bên, qs, MPa, trong đất cát
THAM KHẢO

MÔ TẢ
qs = Kv tan  f < 0,24MPa. Với:
K = 0.7 đối với D b  7500mm


Touma và Reese (1974)

K = 0.6 đối với 7500mm < D b  12000mm
K = 0.5 đối với D b > 12000mm

Meyerhof (1976)

qs = 0.00096N

Quiros và Reese (1977)

qs = 0.0025N < 0.19 Mpa

Reese và Wright (1977)

Reese và O'Neill (1988)

Với N  53, qs = 0,0028 N
Với 53 < N  100, qs = 0.00021(N - 53) + 0,15
qs =  ’v  0.19 MPa với 0.25    1.2
ở đây:  = 1,5 – 7,7x10-3

z

Giải thích các ký hiệu:
N - số búa SPT chưa hiệu chỉnh (búa/300mm);
’v - ứng suất hữu hiệu thẳng đứng (MPa);
f - góc ma sát của cát;
K - hệ số truyền tải trọng;

D b - chiều sâu chôn cọc khoan trong tầng đất cát chịu lực (mm) ;
 - hệ số truyền tải trọng;
z - chiều sâu dưới đất (mm).
Góc ma sát của cát có thể tương quan với số búa SPT hoặc là sức kháng xun
hình nón được quy định trong Bảng 1.4
Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 16


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

Bảng 1.4 – Tương quan giữa góc ma sát, chỉ số SPT và Qc trong đất cát
f

ĐỘ CHẶT

SPT-N

QC (MPa)

< 30o

Rất rời

0-4

< 1.9


o

o

4 - 10

1.9 – 3.8

Vừa

o

35 – 40

o

10 - 30

3.8 - 11

Chặt

40o – 45o

30 - 50

11 - 19

> 45o


> 50

> 19

Rời

30 - 35

Rất chặt
b) Sức kháng mũi cọc

Sức kháng mũi cọc danh định có thể tính tốn bằng cách d ùng các phương pháp
quy định trong bảng 1.5. Giải thích các ký hiệu được sử dụng trong bảng:
Ncorr - số búa SPT-N đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ (búa/300mm)
Ncorr = [0.77 lg (1.92 / ’v)] N

(1.18)

N - số búa SPT chưa hiệu chỉnh (búa/300mm);
D - đường kính của cọc khoan (m m);
Dp - đường kính mũi cọc khoan (mm) ;
Db - chiều sâu chôn của cọc khoan trong lớp chịu lực l à cát (mm);
’v - ứng suất lực thẳng đứng hữu hiệu (MPa) .
Đối với các đường kính đáy lớn hơn 1270mm, q p phải chiết giảm như sau:

q pr 

1270
qp

Dp

(1.19)

Cần chú ý rằng tiêu chuẩn 22TCN 272-05 hiện nay là một tiêu chuẩn mở, do đó
đối với các kỹ sư thiết kế cần có ít nhiều kinh nghiệm, cân nhắc lựa chọn giá trị
thích hợp, và phải biết rằng tính tốn theo lý thuyết chỉ l à dự báo, kết quả tính
phải được đối chiếu với kết quả thử tải tại hiện tr ường.

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 17


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

Bảng 1.5 - Tổng kết các phương pháp dùng để ước tính sức kháng
mũi cọc q (MPa) của cọc khoan trong cát
THAM KHẢO

Touma và Reese (1974)

Meyerhof (1976)

MÔ TẢ
Rời: qp = 0
Chặt vừa: qp = 1.5/k
Rất chặt: qp = 3.8/k

k = 1 đối với Dp  500 mm
k = 0.6 đối với D p  500 mm
Chỉ dùng khi D b > 10D

qp = 0.013Ncorr(Db/Dp)
qp < 0.13 Ncorr đối với cát
qp < 0.096 N corr đối với bùn không dẻo

Reese và Wright (1977)

qp = 0.064 N đối với N  60
qp = 3.8
đối với N > 60

Reese và O'Neill (1988)

qp = 0.057 N
qp = 4.3

đối với N  75
đối với N > 75

1.2 Dự báo sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuy ên tĩnh (CPT)
1.2.1 Giới thiệu thí nghiệm xuyên tĩnh
Thí nghiệm xun tĩnh (CPT – Cone
Penetration Test) cịn được gọi là thí nghiệm
xun cơn mà ở đó, người ta xun vào trong
đất một chùy xun hình cơn bằng lực ép tĩnh.
Trong quá trình xuyên ng ười ta đo sức kháng
xuyên của đất ứng với mũi xuyên (ký hiệu là

qc) và sức kháng bên của đất ứng với bề mặt
măng sông thành bên của xuyên (ký hiệu là fs).
Các kết quả từ thí nghiệm CPT đ ược sử dụng

Hình 1.4 Chùy xuyên CPT và
bộ thu nhận, xử lý tín hiệu

cho nhiều mục đích:
- Phân loại đất, đánh giá trạng thái của đất ;
- Đánh giá tính thấm của đất;
- Đánh giá tính biến dạng của đất (gồm mơđun biến dạng, môđun đ àn hồi tức
thời, môđun cắt);
Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 18


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

- Đánh giá hệ số áp lực ngang tĩnh K 0 và hệ số quá cố kết OCR;
- Đánh giá góc ma sát trong  của đất cát và sức kháng cắt S u của đất sét;
- Dự báo sức chịu tải của nền, dự báo độ lún ổn định của móng nơng ;
- Đặc biệt là dự báo sức chịu tải dọc trụ c của cọc.
1.2.2 Thiết bị thí nghiệm
Những bộ phận chủ yếu của
thiết bị là chùy xun (hình
1.5), măng sơng, cần xuyên,
cơ cấu gia lực và đo lực, giá

đỡ và hệ neo. Chùy xun có
mũi cơn nhọn góc ở đỉnh
60o, tiết diện ngang từ 5 đến
20 cm2, đường kính là dc.
Măng sơng đặt phía trên mũi
dùng để đo sức kháng bên,

Hình 1.5 Một số loại chùy xun CPT thơng dụng

đường kính là ds phải thỏa mãn: dc < ds < dc + 0.35mm.
Ngồi thí nghiệm xun tĩnh đo bằng cơ học, cịn có thí nghiệm xun tĩnh đo
bằng điện và có khả năng đo được áp lực nước lỗ rỗng. Ngồi ra, ngày nay cịn
có các loại thiết bị CPT cải tiến: CPT điện trở, CPT nhiệt, CPT sóng chấn động,
CPT hạt nhân, CPT nén ngang, CPT lấy mẫu n ước, CPT âm học, CPT phát hiện
ion, độ PH và hàm lượng muối khống, CPT rung.
Hiện nay, thí nghiệm CPT sử dụng đối trọng lớn (40 t ấn hoặc hơn) có thể
xuyên qua mọi loại đất, từ sét rất cứng, cát rất chặt đến ngay cả sỏi cuội chặt
vừa cũng như một số loại đá, khả năng xuy ên sâu đến trên 100m.
1.2.3 Ứng dụng kết quả thí nghiệm CPT dự báo sức chịu tải của cọc khoan nhồi
Dựa vào dữ liệu thu được từ thí nghiệm CPT, ta có thể dự báo đ ược sức chịu tải
cọc khoan nhồi theo các ph ương pháp sau:
1.2.3.1 Cách tính theo tiêu chuẩn TCXD 205-1998
Đây là cách tính LCPC c ũ của Bustamente và Gianeselli (Laboratoire Central
des Ponts et Chaussées – Pháp) được đưa ra vào năm 1982 tại hội nghị châu Âu

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 19



Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xn Hịa

về “Thí nghiệm xuyên” và sau đó đã được hiệu chỉnh vài lần, theo đó sức chịu
tải của cọc được tính trên cơ sở sức kháng xuyên đầu mũi q c như sau:
Sức kháng mũi cực hạn:
Trong đó:

Qp = ApKc qc

(1.20)

Ap - tiết diện cọc;
Kc - hệ số mang tải, lấy theo bảng C1 (TCXD 205 -1998);

qc - sức kháng xuyên trung bình, lấy trong khoảng 3d phía tr ên
và 3d phía dưới mũi cọc.
Sức kháng bên cực hạn:
Trong đó:

Qs = uhsifsi

(1.21)

u - chu vi tiết diện cọc;
hsi - độ dài đoạn cọc trong lớp đất thứ I;
fsi - ma sát bên đơn vị của lớp đất thứ i, được xác định theo sức

kháng xuyên đầu mũi q c ở cùng độ sâu, theo cơng thức:


f si 

qci
; trong đó i là hệ số lấy theo bảng C1
i

(1.22)

Sức chịu tải cho phép của một cọc bằng sức chịu tải cực hạn chia cho hệ số an
tồn FS = 2÷3.
Tuy nhiên chính hai tác giả trong hội nghị 1982 cũng đã nêu ra rằng, cách
tính này có độ tin cậy khơng cao lắm.
1.2.3.2 Cách tính LCPC mới (1983-1992)
Cách tính LCPC mới về cơ bản giống cách tính LCPC cũ. Tuy nhi ên các bảng
số được thay bằng các đồ thị, được đánh giá là có độ tin cậy cao hơn.
- Sức kháng bên được tính theo các bước sau:
Bước 1: Dựa vào bảng 1.6 để xác định ký hiệu nhóm của cọc th iết kế
Bước 2: Tra bảng 1.7 để tìm ký hiệu đường cong
Bước 3: Tra các hình 1.6a, b và c để tìm ma sát bên đơn vị fi của cọc.

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 20


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa


Bảng 1.6 - Bảng phân nhóm cọc
Nhóm

Loại cọc

1. FS

Cọc khoan nhồi khơng 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 (bentonite,…).

3.FT
(FTU)

Cọc khoan nhồi sử dụng casing (ống vách) suốt dọc cọc. Khi rút
casing thì cũng đổ bê tơng xuống.

4. FTC

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

5. FPU

Cọc khoan nhồi vào lỗ đào thủ cơng


6.FIG-BIG

Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ (≤25cm) có casing ( cọc 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 bê tơng (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, tròn bê tơng. Các đoạn cọc dài 1,5÷3m, đường kính ngồi
70÷90cm, đường kính trong 40÷60cm. Nối cọc bằng ứng lực trước.

12. BFR

Cọc rỗng: khi rút casing th ì đổ vữa xi măng độ sụt nhỏ v ào và đầm
chặt lên đế bê tông ở đáy.


13. BMO

Cọc rỗng đổ vữa xi măng có độ sụ t vừa

14. VBA

Cọc ép bê tơng

15. VME

Cọc ép thép

16. FIP

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

17. BIP

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

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 21


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa


Bảng 1.7 - Bảng ký hiệu đường cong
ĐẤT SÉT VÀ/HOẶC BỤI
Đường
cong
1

<7.3

Nhóm (từ
bảng 1.2)
1÷17

>7.3

1,2

qc (bar)

Ghi chú

Đường cong 1 có ma sát b ên thấp nhất nên
thường dùng cho những trường hợp xấu.
Với cọc thép (8,10,15) nếu đất có tính dính cao

>12.5

4,5,8÷11,
13÷15

thì nên dùng đường cong 1 cho an tồn.

Với cọc đóng bê tơng, nếu đất có tính dính thấp
(đất lẫn nhiều cát, cuội) th ì ma sát bên có thể cao
hơn, có thể dùng đường cong 3.

>12.5

7

2

Nếu thi công cọc nhồi được giám sát chặt chẽ,
>12.5

1,2

thành hố khoan được làm sạch và nhám, bê tơng
đổ ngay, đất có q c > 47bar thì có thể dùng đường
cong 3
Nếu thi công cọc nhồi dưới mực nước ngầm địi

>12.5

3

hỏi bơm hút nước liên tục, do đó phải di chuyển
casing thì nên dùng đường cong 1 cho an tồn.

3

12.5÷20.9


12

5

>20.9

16,17

Dùng nếu chất lượng thi cơng tốt
ĐẤT CÁT – SỎI

1

<36.5

2÷4, 6÷15
Với cát mịn:

>36.5

6,7, 9÷15

- Cọc thép: nên dùng đường cong 1
- Cọc bê tơng: nếu qc > 78.3bar thì dùng đường
cong 2, ngược lại dùng giá trị giữa đường 1 và 2

2
>52.2


2,3

>52.2

4

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Nếu cọc nhồi dài hơn 30m trong cát m ịn, nên
dùng giá trị giữa đường cong 1 và 2

Trang 22


Luận văn thạc sĩ

>78.3
3
>78.3

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa

6,7,9,10,

Thường là với cát sỏi. Nếu cọc bê tơng, có thể

13÷15, 17

dùng giá trị lớn hơn đường cong 3


2,3

Cho cọc nhồi ngắn hơn 30m
Nếu cuội sỏi có q c > 42bar, có thể dùng đường 4

4

>78.3

8,12

Cho cát sỏi và cuội

5

>52.2

16,17

Dùng nếu chất lượng thi cơng tốt
ĐÁ PHẤN

1

<31.3

1÷4, 6÷15
Dùng đường cong 2 nếu q c < 73bar, dưới mực

>31.3


7÷11,

nước ngầm, cọc thép hoặc b ê tơng thành nhẵn.

13÷15

Dùng giá trị lớn hơn đường cong 3 nếu q c
>125bar

>47

6,8
Cọc nhồi trên mực nước ngầm và bê tông được

3

đổ ngay sau khi khoan;
Nếu qc >125bar và trên mực nước ngầm thì có
>47

1÷3,5,7

thể dùng giá trị lớn hơn đường cong 3.
Nếu đá dưới mực nước ngầm, thành hố khoan
nhẵn, hay đá phấn xáo trộn nhiều ở t hành hố
khoan thì nên giảm ma sát bên bằng đường cong
2

4


>47

12

>47

16,17

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Dùng nếu chất lượng thi công tốt.

Trang 23


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xn Hịa

Hình 1.6 Ma sát bên của cọc trong các loại đất, đá (LCPC)

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 24


Luận văn thạc sĩ

CBHD: TS. Vũ Xuân Hòa


- Còn sức kháng mũi đơn vị là:
Trong đó:

qp = Kc qc

(1.23)

Kc: hệ số quy đổi từ CPT sang cọc, tra bảng 1.8;
qc: sức kháng mũi đo được từ CPT, thường là giá trị trung bình

trong khoảng 1d từ mũi cọc xuống.
Bảng 1.8 - Hệ số Kc cho sức kháng mũi
Loại đất

Sét – bụi

Cát – sỏi

Đá phấn

Cọc nhồi

0.375

0.150

0.200

Cọc đóng


0.600

0.375

0.400

1.2.3.3 Cách tính của Alsamman cho cọc nhồi (1995)
Trong luận án tiến sỹ năm 1995 tại tr ường Illinois – Urbana – Champaign,
Alsamman đã trình bày cách tính sức chịu tải của cọc nhồi dựa tr ên những tính
tốn ngược từ kết quả nhiều thí nghiệm nén tĩnh.
- Sức kháng bên được tính theo:
+ Trong đất dính:
fi = 0.0225qc

nếu qc ≤ 37.8 bar

(1.24)

fi = 0.85 bar

nếu qc > 37.8 bar

(1.25)

fi = 0.015q c

nếu qc ≤ 47.2 bar

(1.26)


fi = 0.71 + 0.00167(q c – 47.2)

nếu 47.2 < q c ≤ 189 bar

(1.27)

fi = 0.945 bar

nếu qc > 189 bar

(1.28)

+ Trong đất cát, cát lẫn bụi:

- Sức kháng mũi được tính theo:
+ Trong đất dính:

qp = 0.27(q cb – vo)

(1.29)

+ Trong đất rời :
qp = 0.15 qcb

nếu qcb ≤ 94.5 bar

(1.30)

qp = 14.2 + 0.075(q cb – 94.5)


nếu 94.5
(1.31)

qp = 28.3 bar

nếu qcb > 283.4 bar

(1.32)

trong đó:

qcb - giá trị trung bình của qc trong khoảng 1d kể từ mũi cọc ;
vo - ứng suất bản thân của đất tại mũi cọc.

Thực hiện: Phạm Quốc Thắng

Trang 25