TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN
SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC BẰNG KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM XUN TĨNH CPT VÀ CPT
U
RESEARCHING AND APPLYING METHODS FOR DETERMINING
AXIAL PILE CAPACITY BY PENETRATION TEST CPT AND
CPTU’S DATA
TS. Võ Phán
KS. Phan Lưu Minh Phượng
TĨM TẮT
Trên cơ sở nghiên cứu các phương pháp tính tốn sức chịu tải dọc
trục của cọc bằng kết quả thí nghiệm xun tĩnh CPT và CPTu, tiến
hành phân tích, so sánh ưu khuyết điểm, kiến nghị phương pháp hợp
lý nhất để áp dụng tính tốn cho từng loại địa chất. Kết quả cho thấy
rằng phương pháp do Eslami và Fellenius, 1996, sử dụng số liệu thí
nghiệm CPTu là chính xác nhất để sử dụng, từ đó kiến nghị để đưa
vào thiết kế.
ABSTRACT
Based on the researching methods to determining axial pile capacity
directly from cone penetration test CPT and CPTu’s data, the
advantages, disadvantages of each method and optimal method for each
specific soil properties are pronounced. The result is that CPTu method
from Eslami and Fellenius, 1996, is better agreement than others.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, khi thiết kế các phương án móng sâu nói chung và móng cọc
nói riêng, các kỹ sư chủ yếu chỉ dựa vào phương pháp truyền thống, tức là dùng
các số liệu thí nghiệm trong phòng để tính tốn. Tuy nhiên, phương pháp dùng số
liệu thí nghiệm trong phòng để tính tốn sức chịu tải của cọc vẫn còn tồn tại
nhiều hạn chế do điều kiện lấy mẫu hiện trường, vận chuyển và bảo quản mẫu
cũng như việc tiến hành các thí nghiệm trong phòng.

giá trị sức chịu tải lâu dài của cọc chỉ được tính bằng các số liệu thí nghiệm trong
phòng, dẫn đến sự sai lệch đáng kể với kết quả thực tế. Chính nhờ sự phát triển
của khoa học kỹ thuật, thiết bị xun tĩnh CPT đã được lắp thêm vào đó bộ phận
đo áp lực nước lỗ rỗng trong suốt q trình xun và theo thời gian – thí nghiệm
CPTu. Từ giá trị thu được từ thí nghiệm CPTu, sử dụng phương pháp của
Eslami và Fellenius (1996) để tính sức chịu tải của cọc. Kết quả thu được sẽ là
sức chịu tải lâu dài của cọc, là sức chịu thực tế của cọc theo thời gian.
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA
CỌC BẰNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUN TĨNH CPT
Sức chịu tải cực hạn của cọc gồm 2 thành phần: sức kháng mũi Q
p
và sức
kháng bên Q
s
:

. .
u p s p p si i
Q Q Q A q u f l
= + = +
∑
(1)
134 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
Trong đó: A
p
: Diện tích mặt cắt ngang cọc.
q
p
: Sức kháng mũi đơn vò.

II.1. Phương pháp của Schmertmann (1978) [3]
Sức kháng bên đơn vị: (f
s
<
120 Kpa)
Trong đất cát: f
s
= K
f
.
s
f

(2)
Trong đó:
s
f
: Kết quả thí nghiệm CPT
K
f
: Là giá trị phụ thuộc vào
tỷ số L/D, tra đồ thị 1
L, D: Chiều dài và đường
kính cọc
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 135
L/D
Đồ thị 1: Xác định hệ số K
f
tính tốn
ma sát bên của cọc trong đất cát

1 2
2
c c
q q+
(4)
• q
c1
: Giá trị nhỏ nhất trong các giá trị q
cx
với q
cx
là giá trị trung bình của
q
c
trong đoạn yD bên dưới mũi cọc . q
cx
được tính theo 2 cách: cộng trung bình
giá trị q
c
từ mũi cọc đến vị trí yD (giá trị thực, đoạn a-b-d, đường liền – hình 1),
và từ yD ngược lên (giá trị nhỏ nhất, đoạn d-b-c, đường chấm gạch). Giá trị y:
giá trị lấy từ 0,4 đến 0,7
• q
c2
: Giá trị trung bình của q
c
trong đoạn 8D bên trên mũi cọc (giá trị nhỏ
nhất, đoạn c-e, đường chấm gạch).
Trong mọi trường hợp, q
p

= = ÷
(5)
với q
c
là giá trị trung bình số liệu thí nghiệm CPT (theo phương pháp
Schmertmann).
Sức chịu tải khơng thốt nước S
u
dọc theo thân cọc:
( )
( )
; 15 20
c side
u side k
k
q
S N
N
= = ÷
(6)
với q
c(tip)
là giá trị số liệu thí nghiệm CPT tại mũi cọc, có thể lấy bằng giá trị q
p
theo (4) q
c(side)
là trung bình giá trị số liệu thí nghiệm CPT số liệu thí nghiệm
CPT trong suốt chiều dài đoạn cọc.
Sức kháng bên đơn vị: (f
s

. ; 9
t c u tip c
q N S N= =
(10)
II.3. Phương pháp LCPC cải tiến (1983) [1]
Phương pháp LCPC cải tiến là được cải tiến từ phương pháp tính sức chịu
tải của cọc theo kết quả xun tĩnh được trình bày trong TCXD 205 – 1998, do 2
tác giả Bustamante và Gianeselli thuộc Laboratoire Central des Ponts et
Chaussees – Pháp đề nghị tại hội nghị châu Âu về “Thí nghiệm xun”, gọi tắt là
phương pháp LCPC cũ. Phương pháp này được chính 2 tác giả nhận định là có
độ tin cậy khơng cao lắm và đã được hiệu chỉnh vài lần.
Phương pháp LCPC cải tiến được dùng 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 q
c
; giá trị f
s
khơng được sử dụng trong phần tính tốn.
Sức kháng bên đơn vị
Các bước tính tốn như sau:
- Bước 1: Dựa vào bảng tra để xác định ký hiệu đường cong, từ 1 đến 5.
- Bước 2: Tra đồ thị 4 và 5 để tìm ma sát bên đơn vị f
i
của cọc.
Sức kháng mũi đơn vị
138 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM
Đồ thị 3: Tương quan giữa q
c
và sức kháng
bên đơn vị của cọc cho đất sét và/hoặc bụi

 Loại bỏ các giá trị q
c
có giá trị nhỏ hơn 0,7q
ca
và lớn hơn 1,3q
ca
.
 Tính giá trị trung bình tương đương q
ca
của các giá trị q
c
còn lại.
Bảng 1: Hệ số k
c
cho sức kháng mũi, phụ thuộc vào loại đất
Loại đất Sét – bụi Cát – sỏi Đá phấn
Cọc nhồi 0,375 0,150 0,200
Cọc đóng 0,600 0,375 0,400
II.4. Phương pháp của Tumay và Fakhroo (1981) [3]
Phương pháp này dựa theo một số thực nghiệm mà các tác giả thực hiện
trên đất sét ở Lousiana, Mỹ.
Phương pháp xác định tương tự như phương pháp Schmertmann, chỉ có
một cải tiến đáng kể là: trong cơng thức (2) tính sức kháng bên, hệ số K khơng
được xác định bằng cách tra bảng mà được tính theo cơng thức:
s
f9
e5,95,0K
−
+=


i
= 0,015q
c
nếu q
c
≤

47,2 bar.
f
i
= 0,71 + 0,0016( q
c
– 47,2 ) bar nếu 47,2<q
c
≤

189 bar
f
i
= 0,945 bar nếu q
c
> 189 bar.
Trong đá dăm, đất cát lẫn sỏi
f
i
= 0,02q
c
nếu q
c
≤

nếu q
cb
≤
94,5 bar.
f
p
= 14,2 + 0,075( q
cb
– 94,5 ) bar nếu 94,5<q
c
< 283,4 bar
f
p
= 28,3 bar nếu q
c
> 189 bar.
Trong đó :
q
cb
: Giá trị trung bình của q
c
trong khoảng 1D kể từ mũi cọc.
vo
σ
: Ứng suất bản thân tại mũi cọc.
III. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC
BẰNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUN TĨNH CPT
U

III.1. Các phương pháp tính sức chịu tải tương tự như CPT

+ u
T
(1-a) (13)
140 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
Trong đó:
q
T
: Sức kháng mũi hiệu chỉnh.
A
T
: Tiết diện mũi cone (bằng 10cm
2
) = πD
2
/4.
A
N
: Tiết diện ngang mũi cone phía trong vòng đá
thấm = πd
2
/4
A
sb
: Tiết diện ngang vòng đá thấm; A
sb
= A
T
- A
N

và f
s
tức thời  áp dụng các phương pháp trực tiếp
và gián tiếp để tính tốn sức chịu tải tức thời (khơng thốt nước) của cọc.
Với u
T
là giá trị áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian  hiệu chỉnh được
giá trị q
T
và f
s
lâu dài  áp dụng các phương pháp trực tiếp và gián tiếp để tính
tốn sức chịu tải lâu dài (thốt nước) của cọc.
III.2. Phương pháp Eslami và Fellenius (1996) [3]
Sức kháng bên đơn vị
q
p =
C
t
. q
tg
(14)
Trong đó:
C
t
: Hệ số mũi xun, được xác định trực tiếp từ thực nghiệm. Theo 102
thí nghiệm nén tĩnh đối chiếu do tác giả tổng hợp số liệu [2], giá trị C
1
có thể lấy
từ 0,98 – 1,00

Bảng 2: Hệ số tương quan giữa sức kháng bên và sức kháng mũi
Loại đất C
s
Các loại đất yếu, độ nhạy cao 7,37 – 8,64
Đất sét 4,62 – 5,56
Đất sét cứng, sét pha bụi 2,06 – 2,80
Sét pha cát 0,87 – 1,34
Cát 0,34 – 0,60
IV. KẾT LUẬN
- Các phương pháp tính tốn sức chịu tải của cọc bằng kết quả xun tĩnh
CPT tỏ ra chính xác hơn hẳn kết quả tính tốn bằng số liệu trong phòng, rất gần
với kết quả nén tĩnh cọc. Nhận định này đã được hầu hết các nhà nghiên cứu về
lĩnh vực nghiên cứu nền móng trên thế giới chứng minh [2,6].
- Theo nhận định của Eslami [3], các phương pháp tính sức chịu tải cọc
bằng số liệu CPT đạt độ chính xác cao nhất khi áp dụng cho đất loại sét.
- Để thiên về an tồn, một số phương pháp đề nghị sức kháng mũi đơn vị
khơng nên lấy lớn hơn 150KPa và sức kháng bên đơn vị khơng nên lấy lớn hơn
120 KPa. Giá trị giới hạn này chỉ mang tính tham khảo, vì khi xun qua lớp cát
rất chặt, giá trị tính tốn sức chịu tải tính tốn được sẽ vượt giá trị giới hạn này.
Eslami đề nghị khơng nhất thiết phải tn theo các giá trị giới hạn trên [2].
- Mỗi phương pháp tính tốn đều tồn tại ưu khuyết điểm, tuy nhiên nhìn
về tổng thể là khá giống nhau, chỉ khác nhau cơ bản ở các hệ số tương quan và
chiều dài vùng ảnh hưởng bên trên và dưới mũi cọc. Phương pháp LCPC lấy giá
trị 1.5D cho vùng ảnh hưởng bên dưới và bên trên mũi cọc được cho là hơi nhỏ.
Điều này đặc biệt nguy hiểm khi mũi cọc được cắm trong lớp đất yếu.
- Phương pháp II.2 và III.2 đều khơng sử dụng giá trị f
s
từ thí nghiệm CPT
và CPTu, bỏ qua 1 giá trị rất quan trọng của thí nghiệm xun tĩnh. Tuy nhiên,
một số nhà khoa học nhận định rằng, qui luật biến thiên của f

kiện về kinh phí, thiết bị, nên tiến hành thí nghiệm CPTu và sử dụng phương pháp
của Eslami và Fellinus để tính tốn sức chịu tải của cọc được chính xác hơn.
Hầu hết tất cả các cơng thức tính tốn sức chịu tải dọc trục của cọc bằng
kết quả thí nghiệm CPT và CPTu đều là dạng cơng thức thực nghiệm. Khi áp
dụng để tính tốn cho các phương án móng cọc ở Việt Nam, các hệ số tương
quan được đề nghị trong các bảng tra, đồ thị có thể sẽ khơng chính xác. Vì thế,
tác giả kiến nghị trong tương lai, nên có các đề tài nghiên cứu sâu hơn về vấn đề
này. Cần tiến hành các thí nghiệm xun với qui mơ lớn và số lượng nhiều cho
tất cả các loại đất, tiến hành tính tốn sức chịu tải của cọc bằng các phương pháp
vừa nêu, sau đó thực hiện các thí nghiệm hiện trưòng để kiểm tra sức chịu tải tức
thời và lâu dài của cọc. Từ đó, đưa ra các hệ số tương quan, đồ thị, bảng tra…phù
hợp với điều kiện địa chất của Việt Nam nói chung và các tỉnh Đồng bằng sơng
Cửu Long nói riêng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Vũ Cơng Ngữ, Nguyễn Thái (2003). Thí nghiệm đất hiện trường và ứng dụng
trong phân tích nền móng. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
2. Abolfazi Eslami và B.H. Fellenius (1997). Pile capacity by directly CPT abd
CPTu methods applied to 102 case histories. Journal of Canadian Geotechnical and
Geoenviromental Engineering
3. B.H. Fellenius (2006). Basic Foundation design. Elctronic edition.
4. G.Sanglerat (1996). Khảo sát đất bằng phương pháp xun (dịch). NXB. Xây
dựng, Hà Nội.
5. Paul W. Mayne (1995). International symposium on cone Penetration Testing.
National Report 10, U.S. National Report on CPT, pp. 263-276.
6. Pedricto Rocha.P (1995). International symposium on cone Penetration Testing.
National Report 10 – Cone Penetration Testing in Brazil, p. 29-42.
Người phản biện: PGS.TS. Trần Thị Thanh
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 143