LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số
liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng và chưa
được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào.
Tác giả

Đinh Hoàng Hải

i


LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình và sự giúp đỡ
tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội,
đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS. Nguyễn Văn Lộc.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn trong
suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công
trình đã giúp đỡ và tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Tác giả

Đinh Hoàng Hải

ii

3.3. Phân tích và đề xuất các phương án móng. ...........................................................52
3.3.1 Phương án móng nông trên nền thiên nhiên. ........................................................52
iii


3.3.2 Phương án móng sâu – móng cọc. ........................................................................52
3.3.2.1. Cọc khoan nhồi .................................................................................................53
3.3.2.2. Cọc barrette : ....................................................................................................53
3.3.2.3. Cọc bê tông ứng suất trước :.............................................................................54
3.4. Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi .............................................................55
3.4.1. Chọn loại móng cọc và vật liệu làm cọc. ...........................................................55
3.4.1.1 Chọn loại móng cọc. ........................................................................................55
3.4.1.2 Chọn kích thước cọc và đài cọc........................................................................55
3.4.2. Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo vật liệu làm cọc ........................56
3.4.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền : .......................................................57
3.4.3.1 Theo Meyerhof : ................................................................................................57
3.4.3.2 Theo TCXD 197- 1997 :....................................................................................57
3.4.4 Xác định số lượng cọc ........................................................................................58
3.3.4.1. Xác định số lượng cọc cột điển hình. ...............................................................58
3.4.4.2. Bố trí cọc. .........................................................................................................59
3.4.5 Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc. ...................................................................60
3.4.6 Kiểm tra móng cọc và nền của nó theo trạng thái giới hạn về cường độ. ........62
3.4.7 Kiểm tra độ lún của móng cọc. ...........................................................................66
3.5. Xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm hiện trường ...................................70
3.6. Sử dụng phần mềm Geoslop tính toán sức chịu tải của cọc. ..................................75
3.6.1 Trường hợp tính toán ............................................................................................75
3.6.2 Tính ứng suất và biến dạng cho móng cọc theo modul SIGMA/W .....................77
3.7. Phân tích các kết quả tính và nhận xét. ..................................................................83
3.8. Kết luận chương 3 ..................................................................................................84
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .............................................................................................85

Hình 3.9: Bố trí móng cọc cho toàn bộ các cột của công trình .....................................60
Hình 3.10: Sơ đồ khối móng quy ước của đài 4 cọc ....................................................63
Hình 3.11a. Biểu đồ quan hệ giữa độ lún và tải trọng tác dụng lên cọc .......................73
Hình 3.11b. Biểu đồ quan hệ giữa độ lún và thời gian tác dụng lực ............................74
Hình 3.12. Sơ đồ tính lún cho móng cọc .......................................................................77
Hình 3.13 Phác họa sơ đồ tính bằng Sigma/W .............................................................78
Hình 3.14 Sơ đồ mô hình tính toán của bài toán .........................................................79
Hình 3.15: Kiểm tra lỗi bài toán ....................................................................................80
v


Hình 3.16 : Chạy bài toán ..............................................................................................80
Hình 3.17

Lưới chuyển vị...........................................................................................81

Hình 3.18 Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng ..................................................81
Hình 3.19 Đường đẳng chuyển vị ngang ......................................................................82
Hình 3.20: Giá trị độ lún tại điểm tâm móng ..............................................................82
Hình 3.21 Biểu đồ chuyển vị theo phương Y ...............................................................83

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bảng xác định hệ số k tc .................................................................................19
Bảng 2.2. Sức kháng ma sát giữa thành cọc và đất f i ....................................................20
Bảng 2.3. Hệ số m f ........................................................................................................21
Bảng 2.4- các hệ số của công thức (2.4)........................................................................22
Bảng 2.5- Trị số q p ........................................................................................................23

- Nghiên cứu mô phỏng tính toán trên cơ sở lý thuyết và kết quả thí nghiệm thực tế.
- Phân tích, so sánh đánh giá kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thí nghiệm thực tế,
tối ưu hóa trong việc tính toán sức chịu tải móng công trình xây dựng.
- Kiến nghị và khuyến cáo khi sử dụng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo lý thuyết và theo thí nghiệm
hiện trường
- Ứng dụng tính toán xử lý nền cho công trình Bệnh viện mắt Sóc Trăng.

1


4. Nội dung nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu tổng quan về cọc khoan nhồi, phân loại cọc khoan nhồi.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi.
- Một số phương pháp xác định, kiểm tra sức chịu tải của cọc bằng thí nghiệm hiện
trường.
- Tính toán ứng dụng cho công trình Bệnh viện mắt Sóc Trăng.
5. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp phân tích lý thuyết: nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán sức chịu tải
của cọc khoan nhồi.
- Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm.
- Phương pháp phần tử hữu hạn, với việc sử dụng phần mềm Geo-slope, Plaxis để
phân tích, kiểm tra biến dạng.
6. Kết quả dự kiến đạt được
- Hiểu biết cơ sở lý thuyết tính toán móng cọc khoan nhồi.
- Ứng dụng tính toán móng cọc khoan nhồi xử lý nền cho công trình Bệnh viện mắt
Sóc Trăng.

2

đất xung quanh, vì việc hạ cọc làm thay đổi rất ít trạng thái ứng suất trong đất.
Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính nhỏ: Đường kính từ 300 - 700mm (cọc
mini); chịu tải trọng từ 30 - 160 tấn/đầu cọc; thường dùng cho các nhà 4, 5 tầng. Trên
thực tế, loại cọc mini-btct dùng tốt cho các nhà có diện tích 70m2 × 4 tầng.
Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính lớn: Thường cọc có đường kính D = 800
- 3000mm, sâu 35 - 60m và có thể >100m.
Ở Việt Nam, cọc khoan nhồi dùng cho nhà cao tầng: D = khoảng 800 - 1500mm, dùng
cho móng trụ cầu: D = khoảng 1000 - 2500mm
So với các loại cọc khác thì cọc khoan nhồi thi công thuận lợi trong các vùng gần công
trình đã xây dựng trước, trong khu đông dân cư. Quá trình thi công ít ảnh hưởng đến
công trình bên cạnh và không gây tiếng ồn lớn. Với đặc điểm thi công là công đoạn
khoan tạo lỗ đi trước nên có thể kiểm tra lại điều kiện địa chất công trình của từng cọc
và có thể dễ dàng thay đổi kích thước, nhất là chiều sâu để phù hợp với điều kiện địa
chất công trình thực tế.

4


Hình 1.2 Mô phỏng quá trình thi công cọc khoan nhồi
Phạm vi áp dụng của cọc khoan nhồi:
+ Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang castơ.
+ Thích hợp sử dụng cho móng công trình có tải trọng lớn như: Nhà cao tầng có tầng
ngầm, các công trình cầu (cầu dầm đơn giản, cầu khung T, cầu dầm liên hợp liên tục,
cầu treo dây xiên, nhất là khi kết cấu siêu tĩnh vượt khẩu độ lớn, tải trọng truyền xuống
móng lớn mà lại yêu cầu lún rất ít hay hầu như không lún).
1.3. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi [4]
Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và các loại thiết bị thi công cọc khoan nhồi khác
nhau. Ở Việt nam hiện nay chủ yếu sử dụng 2 phương pháp khoan cọc nhồi với các
loại thiết bị và quy trình khoan khác nhau như sau:
1.3.1. Phương pháp khoan dùng ống vách:

b. Phương pháp khoan gầu:

7


Hình 1.6: Phương pháp khoan gầu

Theo công nghệ khoan này, gầu khoan thường có dạng thùng xoay cắt đất và đưa ra
ngoài. Cần gầu khoan có dạng Ăng-ten, thường là 3 đoạn truyền được chuyển động
xoay từ máy đào xuống gầu nhờ hệ thống rãnh.
Vách hố khoan được giữ ổn định nhờ dung dịch Bentonite. Quá trình tạo lỗ được thực
hiện trong dung dịch Bentonite. Trong quá trình khoan có thể thay các gầu khác nhau
để phù hợp với nền đất đào và để khắc phục các dị tật trong long đất.
- Ưu điểm: Thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng dễ dàng thuận tiện, đảm bảo vệ
sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến các công trình lân cận.
- Nhược điểm: Phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng giá đắt, giá thành cọc cao.
Phương pháp này đòi hỏi quy trình công nghệ rất chặt chẽ, cán bộ kỹ thuật và công
nhân phải thành thạo, có ý thức tổ chức kỷ luật cao.
Do phương pháp này khoan nhanh hơn và chất lượng đảm bảo hơn các phương pháp
khác, nên hiện nay các công trình lớn ở Việt Nam chủ yếu sử dụng phương pháp này
bằng các thiết bị của Đức (Bauer), Italia (Soil-Mec) và của Nhật (Hitachi).

8


1.3.3 Các bước thi công cọc khoan nhồi:

Hình 1.7: Thi công cọc khoan nhồi
1.3.3.1. Chuẩn bị:
Chuẩn bị dung dịch khoan, cốt thép cọc, ống siêu âm, thùng chứa đất khoan, máy


2. Độ nhớt

Từ 18 s đến 45 s

Phễu 500/700 cm³

3. Hàm lượng cát

95 %

Đong cốc

5. Lượng mất nước < 30 mL/30min

Dụng cụ đo lượng mất
nước

6. Độ dày áo sét

Từ 1 mm đến 3 mm sau 30 min

Dụng cụ đo lượng mất
nước

7. Lực cắt tĩnh

thi công do thời tiết hay phải ngừng qua đêm… người kỹ thuật phải xác định và bảo
đảm dung dịch luôn đầy trong hố khoan.
Lỗ khoan cần đảm bảo theo quy định sau (TCVN 9395:2012):
Phương pháp kiểm tra
- Kiểm tra bằng mặt có đèn rọi
- Dùng siêu âm hoặc camera ghi chụp hình lỗ cọc
Độ thẳng đứng và độ sâu - Theo chiều dài cần khoan và mũi khoan
- Thước dây
- Quả dọi
- Máy đo độ nghiêng
Kích thước lỗ
- Calip, thước xếp mở và tự ghi đường kính
- Thiết bị đo đường kính lỗ khoan (dạng cơ, siêu âm..)
- Theo độ mở của cánh mũi khoan khi mở rộng đáy
Độ lắng đáy lỗ
- Thả chuỳ (hình chóp nặng 1 kg)
- Tỷ lệ điện trở
- Điện dung
- So sánh độ sâu đo bằng thước dây trước và sau khi vét, thổi
rửa
CHÚ THÍCH: Kích thước lỗ khoan khuyến khích Nhà thầu tự kiểm tra để hoàn thiện
công nghệ, hiện tại trong thực tế chưa bắt buộc phải đo đường kính lỗ (chỉ khống chế
chiều sâu, độ lắng đáy và khối lượng bê tông).
Thông số kiểm tra
Tình trạng lỗ cọc

1.3.3.4. Gia công và hạ lồng thép:
Cốt thép được gia công theo bản vẽ thiết kế thi công. Nhà thầu phải bố trí mặt bằng gia
công, nắn cốt thép, đánh gỉ, uốn đai, cắt và buộc lồng thép theo đúng quy định.
11

khi thả không được để chạm đáy và phải cách đáy hố khoan khoảng 100 mm như trong
bản vẽ thiết kế.
Ống siêu âm (thường là ống thép đường kính 60 mm) cần được buộc chặt vào cốt thép
chủ, đáy ống được bịt kín và hạ sát xuống đáy cọc, nối ống bằng hàn, có măng xông,
đảm bảo kín, tránh rò rỉ nước xi măng làm tắc ống, khi lắp đặt cần đảm bảo đồng tâm.
Chiều dài ống siêu âm theo chỉ định của thiết kế, thông thường được đặt cao hơn mặt
đất san lấp xung quanh cọc từ 10 cm đến 20 cm. Sau khi đổ bê tông các ống được đổ
đầy nước sạch và bịt kín, tránh vật lạ rơi vào làm tắc ống.
Số lượng ống siêu âm cho 1 cọc thường quy định như sau:
- 2 ống cho cọc có đường kính 60 cm;
- 3 ống cho cọc có đường kính từ 60 cm đến 100 cm
- 4 ống cho cọc có đường kính lớn hơn 100 cm.
1.3.3.5. Vệ sinh hố khoan:
Trước khi đổ bê tông cần xử lý cặn lắng đáy lỗ khoan. Nếu lớp lắng lớn hơn 10cm thì
phải tiến hành xử lý cặn lắng. Đây là công đoạn quan trọng nhất trong quá trình thi
công cọc khoan nhồi. Trong quá trình khoan, lượng phôi khoan không trồi lên hết.
Thêm vào đó, khi ngừng khoan, những phôi khoan lơ lửng trong dung dịch sẽ lắng trở
13


lại xuống đáy hố khoan hoặc những phôi khoan có kích thước lớn mà dung dịch không
thể đưa lên khỏi hố. Vì vậy, sau khi khoan đến chiều sâu thiết kế cần tiến hành vệ sinh
hố khoan.
* Xử lý cặn lắng bước 1: Xử lý cặn lắng là các hạt có đường kính lớn.
Phương pháp thổi rửa bằng khí nén: Dùng ống đổ bêtông làm ống xử lý cặn. Sau khi
lắp xong ống đổ bêtông người ta lắp đầu thổi rửa lên đầu trên của ống đổ, đầu thổi rửa
có 2 cửa, 1 cửa được nối với ống dẫn 150 để thu hồi dung dịch Bentonite và bùn đất từ
đáy hố khoan về thiết bị thu hồi dung dịch. Một cửa khác được thả ống khí nén 45 ống
này dài khoảng 80% chiều dài cọc. Khi bắt đầu thổi rửa khí nén được thổi qua đường
ống 45 nằm trong ống đổ bêtông với áp lực khoảng 7kg/cm2, áp lực này được giữ liên

chính ống đổ bê tông thông qua động tác nhắp ống. Thời gian đổ bêtông cho cọc
không được kéo dài quá 4 giờ (để đảm bảo chất lượng, cường độ bêtông suốt chiều dài
cọc). Nếu quá trình thi công đổ bêtông ống bị nghẹt … thì có biện pháp xử lý nhanh
chóng, thời gian xử lý không vượt quá giới hạn trên. Trong trường hợp không xử lý
được thì phải ngừng thi công ít nhất là 24 giờ, sau đó vệ sinh hố khoan lại một lần nữa
mới tiếp tục đổ bêtông.
Khối lượng bê tông thực tế so với kích thước lỗ cọc theo lý thuyết không được vượt
quá 20 %. Khi tổn thất bê tông lớn phải kiểm tra lại biện pháp giữ thành lỗ khoan.
Kiểm tra chất lượng bê tông cọc

15


Phương pháp kiểm tra

Tỷ lệ kiểm tra tối thiểu, % số cọc

- Siêu âm, tán xạ Gamma có đặt ống trước

10 đến 25

- Phương pháp động biến dạng nhỏ

50

- Khoan lấy lõi (nếu cần thiết)

1 đến 2

- Khoan kiểm tra tiếp xúc mũi cọc-đất

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC VÀ MÓNG CỌC KHOAN
NHỒI
2.1. Khái niệm về sức chịu tải của cọc đơn [3]
Sức chịu tải của cọc đơn (viết tắt là SCT) là tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc và đảm
bảo hai điều kiện:
- Cọc không bị nứt vỡ (điều kiện về vật liệu làm cọc)
- Đất ở mũi cọc và xung quanh cọc không bị phá hoại về cường độ hoặc về biến dạng
(điều kiện về đất nền).
Như vậy, SCT của cọc là khả năng chịu tải lớn nhất (còn gọi là SCT giới hạn), phụ
thuộc vào độ bền vật liệu làm cọc và tính chất của đất bao quanh cọc, nghĩa là
Qu = f (độ bền vật liệu cọc, tính chất đất bao quanh cọc)
Tuỳ theo phương của tải trọng tác dụng lên đầu cọc, phân biệt
- Sức chịu tải dọc trục của cọc Qu

- Sức chịu tải ngang trục của cọc Quh
* Nguyên tắc xác định
Q vl : SCT tính theo độ bền vật liệu làm cọc;
Qđ : SCT tính theo đặc tính của đất bao quanh cọc.
Qu = min (Qvl , Qđ )
Sau khi xác định được sức chịu tải giới hạn, cần xác định sức chịu tải cho phép, được
xác định theo công thức:
Qu = min (Qvl/FS , Qđ/FS )
2.2. Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo độ bền vật liệu
Sức chịu tải của cọc chịu nén được tính theo công thức:
17


Q vl = ϕ(m 1 m 2 R b F b + R a F a )
(2.1)
Trong đó:

18

20

22

24

26

r - bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông
b - bề rộng của tiết diện chữ nhật
18

28

30

24.3 26