MộT Số VấN Đề LIÊN QUAN ĐếN VIệC TíNH TOáN
SứC CHịU TảI CọC KHOAN NHồI THEO TIÊU CHUẩN
HIệN HàNH Và MộT Số TIÊU CHUẩN KHáC ThS. Ngô châu phơng
Bộ môn Cầu hầm Liên Bộ môn Công trình
Trờng Đại học Giao thông Vận tải - Cơ sở II
Tóm tắt: Hiện nay v trong thời gian sắp tới chúng ta đang v sẽ xây dựng nhiều công
trình giao thông, dân dụng có sử dụng móng cọc khoan nhồi. Mặc dù Bộ Xây dựng đã ban hnh
tiêu chuẩn 20 TCN21 86 v TCXD 195:1997, nhng trên cơ sở lý thuyết v thực nghiệm tính
toán sức chịu tải cọc khoan nhồi đơn ở các công trình thực tế nh cầu Mỹ Thuận, cầu Điện Biên
Phủ, cầu Hiệp Phớc đã cho thấy nhiều vấn đề cần xem xét, bổ sung để có đợc phơng
pháp tính toán tin cậy. Trong bi báo ny đa ra một số kiến nghị tính toán sức chịu tải của cọc
khoan nhồi trong điều kiện Việt Nam.
Summary: We have been building many constructions using of bored cast-in-place pile
foundation. Although the Ministry of Construction has published the specification 20 TCN 21-
86 and TCXD 195:1997 , the theory and experimental calculation for resistance of single
bored cast-in-place piles in actual constructions such as My Thuan bridge, Dien Bien Phu
bridge, Hiep Phuoc bridge, have disclosed problems to be considered and supplemented in
order to submit trustworthy methods in calculation. This article proposes some proposals in
calculation for resistance of bored cast-in-place piles in Viet Nam condition.
CT 2
i. Về NộI DUNG TíNH TOáN SứC CHịU TảI CủA CọC KHOAN NHồI THEO CáC TIÊU
CHUẩN HIệN HNH
1.1. Tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo kết quả thí nghiệm trong phòng
1.1.1. Theo tiêu chuẩn Việt Nam (20TCN 21-86 v TCXD 195:1997)
1.1.1.1. Theo tiêu chuẩn 20TCN 21- 86:
Theo điều 5.9, sức chịu tải cực hạn của cọc khoan nhồi có và không có mở rộng đế, chịu
tải trọng nén đúng tâm, đợc xác định theo công thức:

R
= 0,9 th× ch−a ®đ ®Ĩ ph¶n ¸nh bïn khoan l¾ng ®äng d−íi ®¸y lç khoan
vµ ®Êt d−íi mòi cäc bÞ x¸o ®éng, nh·o. Ỹu tè nµy lµm gi¶m kh¶ n¨ng chÞu t¶i cđa mòi cäc rÊt
nhiỊu;
- Gãc ma s¸t trong ϕ, ngoµi kho¶ng 23 ÷ 39 th× c¸c hƯ sè α, β, A
k
o
, B
k
o
kh«ng cã b¶ng tra
®Ĩ x¸c ®Þnh søc chèng mòi cäc trong tÇng ®Êt c¸t;
- ChiỊu s©u ch«n cäc h > 40 m (tr−êng hỵp mòi cäc trong ®Êt sÐt) th× søc chèng mòi kh«ng
cã d÷ liƯu tra b¶ng;
- Lùc c¶n mỈt bªn do lùc ma s¸t vµ lùc nÐn cơc bé g©y ra. Lùc c¶n nµy phơ thc vµo c¸c
nh©n tè nh−: lo¹i ®Êt, ®é th« cđa v¸ch lç, ®é chỈt cđa ®Êt, t¸c dơng cđa v÷a xi m¨ng thÈm thÊu,
lùc ®Èy ngang cđa v÷a bª t«ng khi ®óc cäc vµ sù t¨ng c−êng cđa c¸c qu¸ tr×nh hÊp phơ
bentonite, v.v Cho nªn dïng lùc ma s¸t mỈt bªn cđa cäc ®ãng nh©n víi hƯ sè ®iỊu kiƯn lµm
viƯc cđa ®Êt ë mỈt h«ng cđa cäc m
f
= 0,6 ®Ĩ chun thµnh lùc c¶n mỈt bªn cđa cäc khoan nhåi
lµ ch−a ph¶n ¸nh ®−ỵc vÊn ®Ị nµy;
- Víi chiỊu s©u ch«n cäc h > 35 m vµ ®é sƯt B ngoµi kho¶ng 0.2 ÷ 1 th× lùc c¶n mỈt bªn
kh«ng cã d÷ liƯu tra b¶ng;
CT 2
- Theo b¶ng 2, trang 32, 20TCN21–86, gi¸ trÞ søc chèng tÝnh to¸n cđa líp ®Êt thø i ë mỈt
h«ng cđa th©n cäc f
i
, khi líp ®Êt nµy lµ c¸t chỈt th× t¨ng thªm 30%. §iỊu nµy ch−a thùc sù hỵp
lý, bëi v× ch−a xÐt ®Õn sù lµm láng ra cđa líp ®Êt c¸t nµy khi khoan t¹o lç vµ bÞ hÊp phơ v÷a

Cầu Điên Biên Phủ 1000 39,6 21,753 2,18
840
311 565
829
454
Cầu Vượt 600 45,9 9,83 1,64
250
115 166
262
142
Cầu Vượt 1600 47,8 18,74
900
814 500
1170
607
Bồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67
330
204 358
524
283
Cầu Hiệp Phước 1500 52 713 981
1556
830
Cầu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04
3900 7355
2975
9749 5322
Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh
Độ lún
Tên công trình

i
do ma sát hông giữa đất cát xung quanh cọc và thân cọc
theo tính toán (f
i
= 10t/m
2
, cọc khoan nhồi cầu Mỹ Thuận), gần bằng kết quả nén tĩnh bằng hộp
kích OCell (f
i
= 9,37 t/m
2
, theo báo cáo kết quả nén tĩnh cọc P2/14 cầu Mỹ Thuận). Từ kết quả
này, có thể nhận xét: sức chịu tải giới hạn đơn vị f
i
do ma sát hông giữa đất sét xung quanh cọc
và thân cọc theo tính toán lớn hơn nhiều so với kết quả nén tĩnh (cụ thể: sức chịu tải giới hạn do
ma sát hông theo tính toán
htt
= 2975 tấn >
hnt
= 2440 tấn với độ lún tơng đối 1.04%, theo
báo cáo kết quả nén tĩnh cọc P2/14 cầu Mỹ Thuận).
Từ kết quả nén tĩnh cọc P2/14 cầu Mỹ Thuận cho thấy rằng: độ lún để huy động hết sức
chịu tải do ma sát hông, S = 25 mm (tơng ứng với độ lún tơng đối S = 1,04%). Còn độ lún để
huy động hết sức chịu tải do mũi cọc, S = 181 mm (tơng ứng với độ lún tơng đối S = 8%);
1.1.1.2. Theo TCXD 195:1997
Sức chịu tải cực hạn Q
u
của cọc bao gồm 2 thành phần: ma sát mặt bên và sức chống mũi cọc:
CT 2

q
p
- cờng độ chịu tải của đất ở mũi cọc;
A
s
- diện tích mặt bên cọc;
A
p
- diện tích mũi cọc;
Việc tính toán sức chịu tải, Q
u
theo (2) cũng còn một số tồn tại nh sau:
- Chỉ xác định đợc N
q
, Z
c
/d, K
s
tan
a
, với = 25
o
ữ 45
o
, còn ngoài khoảng trên không xác
định đợc.
- Với hệ số N
c
= 6, khi chiều dài cọc lớn, tính đợc sức chống mũi khá bé so với thực tế,
cũng nh các công thức khác;

h
(tấn)
Φ
(tấn) P
dn
(tấn)
mm m S (mm)
Δ
S
( %)
Cầu thò Nghè 2 1000 37 12,66 1,27
600
293 469
718
391
Cầu Điên Biên Phủ 1000 39,6 21,753 2,18
840
311 565
829
454
Cầu Vượt 600 45,9 9,83 1,64
250
115 166
262
142
Cầu Vượt 1600 47,8 18,74
900
814 500
1170
607

cho phÐp theo tÝnh to¸n lý thut nhá h¬n rÊt nhiỊu so víi søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc
khoan nhåi cÇu §iƯn Biªn Phđ, Q
u
= 840 tÊn > Q
a
= 454 tÊn).
Søc chÞu t¶i cùc h¹n do ma s¸t mỈt bªn trong c¸c líp ®Êt c¸t (rêi) rÊt nhá.
CT 2
1.1.2. X¸c ®Þnh søc chÞu t¶i theo cđa cäc khoan nhåi theo c¸c tiªu chn kh¸c
1.1.2.1. Theo tiªu chn thiÕt kÕ AUSTROADS (92) cđa óc:
Søc chÞu t¶i cùc h¹n Q
u
cđa cäc bao gåm 2 thµnh phÇn: ma s¸t mỈt bªn vµ søc chèng mòi cäc:
Q
u
= Q
p
+ Q
s
(3)
C¸c ký hiƯu trong (3) t−¬ng tù nh− trong c«ng thøc (2)
KÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn theo AUSTROADS 1992 óc vµ
kÕt qu¶ nÐn tÜnh cäc ®−ỵc nªu ë b¶ng sau:
B¶ng 3.
T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép
Đỉnh cọc Tương đối
Φ
gh
(tấn)
Φ

814 500
1170
607
Bồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67
330
204 358
524
283
Cầu Hiệp Phước 1500 52 713 981
1556
830
Cầu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04
3900 7355
2975
9749 5322
Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh
Độ lún
Tên công trình
Đường
kính
Chiều
dài
p

hay: Q
a
= m
p
ĐA
p
+ (mf
c
N
c
L
c
+ mf
s
N
s
L
s
)Ω - W
p
(4)
C¸c ký hiƯu trong c«ng thøc xem tiªu chn TCXD 195: 1997.
Khi tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cđa cäc theo (4), cßn mét sè tån t¹i cÇn nghiªn cøu:
- C−êng ®é chÞu t¶i lín nhÊt cđa ®Êt mòi cäc q
p
cã thĨ tÝnh ®−ỵc:
q
p

= 0,43*N
s
> 0,43*(30 ÷ 60) = 12,9 ÷ 25.8 t/m
2
Theo chó thÝch ë ®iỊu 3.2.1 cđa tiªu chn nµy th× trÞ sè giíi h¹n cđa f
s
≤ 10 t/m
2
. Do vËy,
søc chÞu t¶i cho phÐp do ma s¸t bªn gi÷a cäc ®Êt dÝnh (cã N = 30 ÷ 60) rÊt lín so víi thùc tÕ.
KÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn dùa vµo kÕt qu¶ thÝ nghiƯm hiƯn
tr−êng (TCXD195 : 1997) vµ kÕt qu¶ nÐn tÜnh cäc ®−ỵc nªu ë b¶ng 4.
B¶ng 4. Bo

Ca

Ca

Se
T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép
Đỉnh cọc Tương đối Qu (tấn) Qap (tấn) Qas (tấn) Qu (tấn) Qa (tấn)
mm m S (mm)
Δ
S

trong ®ã: Q
S
- søc chÞu t¶i cùc h¹n do ma s¸t mỈt bªn;
Q
T
- søc chÞu t¶i cùc h¹n do søc chèng mòi;
W - träng l−ỵng cäc cã kĨ ®Õn lùc ®Èy nỉi cđa n−íc.
KÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn dùa vµo kÕt qu¶ thÝ nghiƯm hiƯn
tr−êng (AASHTO 1992) vµ kÕt qu¶ nÐn tÜnh cäc ®−ỵc nªu ë b¶ng sau:
B¶ng 5
CT 2
ầu thò Nghè 2 1000 37 12,66 1,27 600 168 656 503 201
ầu Điên Biên Phủ 1000 39,6 21,753 2,18 840 184 855 645 258
Cầu Vượt 600 45,9 9,83 1,64 250 76 343 260 104
ầu Vượt 1600 47,8 18,74 1,17 900 543 1069 892 357
ồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67 330 149 604 460 184
Cầu Hiệp Phước 1500 52 196 1224 995 398
Cầu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04 3900 2389 7266 5667 2267
Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh
Độ lún
Tên công trình
Đường
kính
Chiều
dài

C
ϕ cho phï hỵp víi kh¶ n¨ng chÞu lùc thùc tÕ cđa cäc khoan nhåi trong ®iỊu kiƯn thi c«ng cã
dïng v÷a bentonite nh− sau:
- HƯ sè lµm viƯc cđa ®Êt d−íi mòi cäc khoan nhåi, m
R
= 0,9 theo 20 TCN21 - 86, kiÕn nghÞ
chän m
R
= 0,6, ®Ĩ xÐt ®Õn sù gi¶m søc chèng mòi do bïn l¾ng ®äng ®¸y cäc, ®Êt d−íi ®¸y cäc
bÞ x¸o ®éng vµ bÞ nh·o (thay ®ỉi tr¹ng th¸i);
- HƯ sè lµm viƯc cđa ®Êt ë mỈt h«ng cđa cäc m
f
= 0,6 theo 20TCN21 - 86, kiÕn nghÞ chän
m
f
= 0,55, ®Ĩ xÐt ®Õn sùc gi¶m ma s¸t h«ng do ®Êt v¸ch lç khoan bÞ láng ra vµ bÞ hÊp phơ v÷a
bentonite thµnh líp ¸o sÐt;
- Gi¸ trÞ gãc ma s¸t trong ϕ, dïng ®Ĩ x¸c ®Þnh c¸c hƯ sè α, β, A
k
o
, B
k
o
khi tÝnh søc chèng
mòi tÝnh to¸n cđa ®Êt d−íi mòi cäc khoan nhåi R, cÇn kiÕn nghÞ chän ϕ = ϕ’ – 3
o
(ϕ’ lµ gãc néi
ma s¸t cđa ®Êt c¸t tr−íc khi thi c«ng), ®Ĩ xÐt ®Õn sù gi¶m søc chèng mòi do ®Êt c¸t d−íi ®¸y
cäc bÞ x¸o ®éng vµ hÊp phơ v÷a bentonite;

CT 2
ϕ lµ gãc néi ma s¸t dïng ®Ĩ x¸c ®Þnh c¸c hƯ sè α, β, A
k
o
, B
k
o
khi ®Êt mòi cäc lµ c¸t;
ϕ’ lµ gãc néi ma s¸t cđa ®Êt c¸t d−íi mòi cäc tr−íc khi thi c«ng;
f
i
- tra b¶ng 2, tr32 - 20TCN21 - 86 ®èi víi líp c¸t chỈt, kiÕn nghÞ kh«ng ®−ỵc t¨ng thªm;
C¸c gi¸ trÞ cđa c¸c ký hiƯu kh¸c vÉn lÊy theo tiªu chn thiÕt kÕ nµy;
KÕt qu¶ tÝnh to¸n víi c«ng thøc ®· ®−ỵc kiÕn nghÞ ë trªn nh− sau:

B¶ng 6.
T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép
Đỉnh cọc Tương đối
Φ
gh
(tấn)
Φ
m
(tấn)
Φ
h
(tấn)
Φ
(tấn) P
dn

- Søc chÞu t¶i giíi h¹n cđa cäc khoan nhåi tÝnh to¸n theo c«ng thøc kiÕn nghÞ cã sai lƯch so
víi søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ kho¶ng - 23 ÷ 22%. Nh− vËy, víi hƯ sè tin cËy k
tc
= 1.4 ÷ 1.75 th×
søc chÞu t¶i cho phÐp theo c«ng thøc kiÕn nghÞ vÉn nhá h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc
khoan nhåi cÇu Mü Thn, Q
u
= 3900 tÊn > Q
a
= 2571 tÊn).
2.2. §èi víi tiªu chn TCXD 195 :1997 sư dơng sè liƯu thÝ nghiƯm trong phßng
Qua nghiªn cøu nh÷ng vÊn ®Ị tån t¹i vµ nh÷ng nhËn xÐt dùa vµo vÝ dơ ¸p dơng c«ng thøc
tÝnh to¸n c¸c c«ng tr×nh thùc tÕ, nªn ®iỊu chØnh c¸c hƯ sè K
s
tanϕ
a
vµ N
c
cho phï hỵp víi kh¶
n¨ng chÞu lùc thùc tÕ cđa cäc khoan nhåi trong ®iỊu kƯn thi c«ng cã dïng v÷a bentonite nh−
sau:
- K
s
tanϕ
a
tra theo h×nh 2 – tr303 TCXD195 cã gi¸ trÞ rÊt nhá (≈ 0), cã thĨ ®iỊu chØnh b»ng
c¸ch: nh©n K
s
tanϕ
a

Q = A f + A q
0.2
0.4
0.6
0.8
1
4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0
Sức chống cắt không thoát nước c
u
(t/m2)
Hệ số
α
H×nh 1.1.
nh: f = αc ≤ 1 kg/m
2

q
p
= c
u
N
c

§èi víi ®Êt rêi: f = σ’ K tanϕ = F.σ’
q = σ’ N
F = K tanϕ
LÊy N = 6[1+0.2(h/d)]; N
cäc ®−ỵc ch«n trong ®Êt, d - ®−êng
kÝnh cäc);
LÊy F = 20K

dài
Qua b¶ng 7, cã thĨ ®−a ra nh÷ng nhËn xÐt nh− sau:
Søc chÞu t¶i giíi h¹n cđa cäc tÝnh theo c«ng thøc ®· ®iỊu chØnh cã sai biƯt so víi søc chÞu
t¶i giíi h¹n thùc tÕ kho¶ng 38 ÷ 39%. Nh− vËy, víi hƯ sè an toµn FS = 2 ÷ 3 th× søc chÞu t¶i cho
phÐp theo tÝnh to¸n vÉn nhá h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc khoan nhåi cÇu Mü Thn,
Q
u
= 3900 tÊn > Q
a
= 2241 tÊn).
2.3. §èi víi tiªu chn TCXD 195 :1997, sư dơng sè liƯu thÝ nghiƯm hiƯn tr−êng
Khi tÝnh to¸n søc chÞu t¶i theo ph−¬ng ph¸p nµy, nªn ®iỊu chØnh c¸c hƯ sè m
p
, m
fc
vµ m
fs

cho phï hỵp víi kh¶ n¨ng chÞu lùc thùc tÕ cđa cäc khoan nhåi trong ®iỊu kiƯn thi c«ng cã dïng
v÷a bentonite nh− sau:
CT 2

s
)Ω - W
p

trong ®ã:
KiÕn nghÞ lÊy m
p
= 2.5, m
fc
,= 0.07, m
fs
= 0.1;
C¸c gi¸ trÞ cđa c¸c ký hiƯu kh¸c vÉn lÊy theo tiªu chn thiÕt kÕ nµy.
KÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi víi c«ng thøc ®· ®−ỵc kiÕn nghÞ nh− nªu ë
trªn:
B¶ng 8.
T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép
Đỉnh cọc Tương đối Qu (tấn) Qap (tấn) Qas (tấn) Qu (tấn) Qa (tấn)
mm m S (mm)
Δ

S
( %)
Bồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67
330
54 207
552Qua b¶ng 8 nhËn thÊy r»ng:
Søc chÞu t¶i giíi h¹n cđa cäc tÝnh theo c«ng thøc ®· ®iỊu chØnh, cã sai lƯch so víi søc chÞu
t¶i giíi h¹n thùc tÕ kho¶ng 29 ÷ 40%. Nh− vËy, víi hƯ sè an toµn F
S
= 2 ÷ 3 th× søc chÞu t¶i cho
phÐp theo tÝnh to¸n vÉn nhá h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc khoan nhåi cÇu Mü Thn,
Q
u
= 3900 tÊn > Q
a
= 2527 tÊn).
iii. KÕT LN Vμ KIÕN NGHÞ
Qua c¸c néi dung ph©n tÝch nghiªn cøu ë trªn, cã mét vµi nhËn xÐt vµ kiÕn nghÞ vỊ søc chÞu
t¶i cđa cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn (thi c«ng bª t«ng cäc trong v÷a bentonite) nh− sau:
TÝnh to¸n theo tiªu chn 20TCN21 - 86 cho kÕt qu¶ kh¸ lín so víi thùc tÕ vµ ®Ỉc biƯt lµ
søc chÞu t¶i cđa mòi cäc (khi mòi cäc n»m trong tÇng c¸t). Cßn khi sư dơng c¸c hƯ sè ®iỊu chØnh
nh− ®· giíi thiƯu ë mơc 2.1 th× kÕt qu¶ tÝnh ®−ỵc kh¸ gÇn víi kÕt qu¶ thùc tÕ.
CT 2
Theo tiªu chn TCXD195:1997 (dùa theo sè liƯu thÝ nghiƯm trong phßng) cho kÕt qu¶ kh¸
bÐ so víi thùc tÕ vµ ®Ỉc biƯt lµ søc chÞu t¶i cđa cäc do ma s¸t h«ng (khi líp ®Êt ë h«ng cäc lµ
tÇng c¸t). Cßn khi sư dơng c¸c hƯ sè ®iỊu chØnh nh− ®· giíi thiƯu ë mơc 2.2 th× kÕt qu¶ tÝnh
®−ỵc kh¸ gÇn víi kÕt qu¶ thùc tÕ.
Theo tiªu chn TCXD195 :1997 (dùa theo sè liƯu thÝ nghiƯm hiƯn tr−êng) cho kÕt qu¶ rÊt
lín so víi thùc tÕ (®Ỉc biƯt søc chÞu t¶i cđa cäc do ma s¸t h«ng rÊt lín cßn søc chÞu t¶i cđa mòi
rÊt bÐ). Cßn khi sư dơng c¸c hƯ sè ®iỊu chØnh nh− ®· giíi thiƯu ë mơc 2.3 th× kÕt qu¶ tÝnh ®−ỵc
kh¸ gÇn víi kÕt qu¶ thùc tÕ.