Nghiên cứu sử dụng đường cong T-Z dự báo quan hệ tải trọng, độ lún của cọc khoan nhồi ở khu vực Hà Nội

 một sợi dây kim loại được kéo căng bởi bộ gá gắn ở hai đầu và một cuộn dây 
điện từ. Khi lắp đặt cảm biến dây rung lên thanh đo biến dạng, bộ gá được gắn chặt vào thanh thép, biến dạng 
của sợi dây kim loại chính là biến dạng của thanh thép. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây điện từ sẽ xuất 
hiện từ trường làm rung sợi dây kim loại. 
Các số đọc của thiết bị đo biến dạng được chuyển đổi ra đơn vị kỹ thuật με theo phương trình: 
KTTCRR  )()( 0101 (7) 
Trong đó: R1, T1 - số đọc và nhiệt độ của thiết bị đo tại thời điểm hiện tại; 
R0, T0 - số đọc và nhiệt độ của thiết bị đo tại thời điểm ban đầu; 
C, K - hệ số hiệu chuẩn số đọc và nhiệt độ của thiết bị đo. 
Hình 2. Cấu tạo thiết bị đo biến dạng 
2.3. Xử lý kết quả thí nghiệm hiện trường 
Trong quá trình xử lý số liệu thí nghiệm nén tĩnh có sử dụng đầu đo biến dạng, các giả định sau đã được 
đưa ra: 
- Các giá trị đầu tiên đo được trong mỗi chu kỳ gia tải được dùng để phân tích xử lý số liệu; 
THI CÔNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 
- Giá trị biến dạng trung bình của các đầu đo biến dạng cốt thép tại cùng một mặt cắt được dùng để tính 
toán giá trị biến dạng cốt thép và bê tông. Trong cùng một mặt cắt, giá trị biến dạng của bê tông và cốt thép 
được coi là bằng nhau; 
- Ma sát giữa cọc và nền đất xung quanh tuân theo định luật Hooke; 
- Với mỗi cấp tải trọng Pj tác dụng lên đỉnh cọc, tải trọng được phân bố theo hình 1 và được tính toán theo 
công thức (8): 
ij
n
iisijj PLDfP 
1
 (8) 
Để có được giá trị biến dạng của mỗi mặt cắt chính xác, tại mỗi mặt cắt của cọc khoan nhồi thường được 
bố trí nhiều thiết bị đo biến dạng. Khi đó biến dạng của mặt cắt thí nghiệm là giá trị trung bình của các thiết bị 
đo, thiết bị đo có giá trị chênh lệch lớn với giá trị trung bình được loại trừ để giảm sai số cho kết quả thí nghiệm. 
Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc được xác định dựa trên những giả thiết sau: 
- Mô đun đàn hồi E của cọc được xác định theo công thức sau: 
AAEAEE ccss )(  (9) 
- Giả thiết toàn bộ tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc được truyền đến mặt cắt thí nghiệm trên cùng; 
- Mô đun đàn hồi của cốt thép là hằng số và được lấy giá trị là 2,0x106 kG/cm2. 
Ta có, mô đun đàn hồi E1j của cọc ở vị trí mặt cắt trên cùng (mặt cắt 1) tại cấp tải trọng thí nghiệm j được 
tính theo công thức: 
A
P
A
P
E
j
j
j
j
ij 



11
1

 (10) 
Mặt khác,
A
AEAE
E cjcssj

 11 (11) 
Như vậy, mô đun đàn hồi của bê tông được tính theo công thức: 
c
ss
j
j
jc A
AE
P
E

 11

 (12) 
Từ đó, ta có được biểu đồ mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi của bê tông và giá trị biến dạng như hình 3. 
THI CÔNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG 
 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 
Hình 3. Quan hệ giữa mô đun đàn hồi và giá trị biến dạng 
Căn cứ biểu đồ mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi của bê tông và giá trị biến dạng, ta có được mô đun đàn 
hồi của bê tông tại các mặt cắt khác nhau ứng với các cấp tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc khác nhau. 
Khi đó, giá trị tải trọng tác dụng lên mặt cắt i tại cấp tải trọng thí nghiệm j được tính theo công thức: 
)( ccijssijij AEAEP   (13) 
Như vậy, ta có thể xây dựng được biểu đồ phân bố tải trọng theo độ sâu và từng cấp tải trọng tương tự 
như hình 4: 
THI CÔNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 
Hình 4. Biểu đồ phân bố tải trọng theo độ sâu (kết quả tại Indochina Plaza, Hà Nội) 
Giá trị ma sát đơn vị huy động giữa cọc và đất của đoạn cọc thứ i tại cấp tải trọng thí nghiệm được tính toán 
theo công thức: 
ii
ijji
sij LD
PP
f


  )1( (14) 
2.4. Xây dựng đường cong T-Z 
Sau khi xác định được sự phân bố tải trọng, giá trị ma sát bên huy động của cọc khoan nhồi theo độ sâu, 
ta còn có thể xây dựng được các đường cong quan hệ giữa phản lực của cọc (ma sát bên, sức kháng mũi) và 
chuyển vị thẳng đứng của thân cọc hoặc mũi cọc khi chịu lực tương ứng – quan hệ này gọi là đường cong T-Z. 
Để xác định được chuyển vị thẳng đứng của thân cọc khi cọc chịu các cấp tải trọng khác nhau tác dụng, 
trước hết ta cần xác định được giá trị chuyển vị tương đối giữa hai mặt cắt thí nghiệm, Δsij , giá trị này được 
xác định theo công thức: 
i
jiij
ij Ls 

 
2
)( )1( (15) 
Giá trị chuyển vị thẳng đứng của đoạn cọc thứ i được xác định như sau: 
ijjij sss  (16) 
Trong đó: sj - Giá trị chuyển vị đỉnh cọc khi chịu cấp tải thí nghiệm thứ j. 
Như vậy, khi cọc chịu tải trọng tác dụng, đoạn cọc thứ i sẽ huy động ma sát bên fsij và chuyển vị sịj, mối 
quan hệ giữa hai giá trị này được thể hiện trên biểu đồ huy động ma sát bên cho đoạn cọc tương ứng. Từ đó, 
THI CÔNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG 
 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 
ta có đường cong T-Z cho mỗi đoạn cọc bằng cách lập quan hệ giữa tỷ số fsij/fsi,max và tỷ số sij/D, trong đó D là 
đường kính cọc khoan nhồi. 
Căn cứ theo điều kiện địa chất tại các vị trí cọc khoan nhồi được lắp đặt thiết bị đo biến dạng trong thân 
cọc, ta có thể phân loại đất thành 5 loại là: sét dẻo mềm dẻo chảy, sét dẻo mềm đến dẻo cứng, sét pha dẻo 
cứng, cát mịn-cát thô lẫn cuội sỏi và cuội sỏi. 
Trong quá trình xử lý số liệu, các kết quả không hợp lý đã được loại bỏ. Từ đó, ta xây dựng được đường 
cong T-Z giới hạn cho mỗi loại đất nêu trên. 
Hình 5. Đường congT-Z cho một số loại đất 
THI CÔNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 
3. Dự báo quan hệ tải trọng - độ lún của cọc khoan nhồi 
3.1. Đặc điểm công trình 
Công trình được áp dụng là Tòa tháp văn phòng cao 35 tầng được xây dựng tại Mỹ Đình – Từ Liêm – Hà 
Nội. Theo kết quả khảo sát địa chất công trình, khu vực xây dựng có địa tầng theo thứ tự từ trên xuống dưới 
như sau: 
- Lớp 1: Sét pha dẻo cứng, màu vàng, xám vàng dày 8,0m, chỉ số SPT, N=11; 
- Lớp 2: Sét dẻo mềm dẻo chảy dày 10,0m, chỉ số SPT, N=5; 
- Lớp 3: Cát hạt mịn hạt trung, trạng thái chặt vừa đến chặt, dày 22,0m, chỉ số SPT, N=31; 
- Lớp 4: Cuội sỏi, đa màu, trạng thái rất chặt, độ sâu mặt lớp 38,0m ~ 40,0m, khoan chưa xuyên qua lớp 
này, chỉ số SPT, N=50 đến ≥100; 
Móng công trình được thiết kế tựa trên cọc khoan nhồi, đường kính D1200mm và D1500mm. Cọc thí 
nghiệm có đường kính 1500mm, dài 42,0m. Tải trọng thiết kế đề ra là 1300 tấn, tải trọng thí nghiệm là 2750 tấn. 
Các cọc thí nghiệm đều được thi công kéo dài lên tận bề mặt đất tự nhiên và được thí nghiệm như là cọc làm 
việc theo suốt chiều dài kể từ mặt đất tự nhiên. 
3.2. Dự báo quan hệ tải trọng - độ lún bằng phần mềm SAP2000 
Trong phần mềm SAP, cọc được mô hình hóa dưới dạng thanh với các điều kiện biên tại hai đầu để mô tả 
cọc chịu tải trọng dọc trục. Với giả thiết khi cọc chịu tải trọng nén dọc trục chỉ xuất hiện các chuyển vị thẳng 
đứng nên khi mô tả gối đàn hồi của các lò xo theo phương ngang được cố định. Để khai báo được quan hệ tải 
trọng-độ lún cho các lò xo, các đường cong T-Z cho các loại đất được xây dựng ở trên đã được sử dụng. Trong 
đó, giá trị ma sát lớn nhất được xác định theo tiêu chuẩn TCXD 195:1997 “Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan 
nhồi” với hệ số an toàn FS=3. 
Hình 6. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún theo 
 tính toán và thí nghiệm 
Kết quả thí nghiệm nén tĩnh và tính toán dự báo quan hệ tải trọng - độ lún từ đường cong T-Z cho thấy có 
sự khác biệt do một số nguyên nhân sau: 
- Khi tính toán sử dụng giá trị SPT từ thí nghiệm hiện trường vẫn còn nhiều hạn chế nên số liệu không được 
chính xác; 
- Các hệ số trong công thức tính ma sát bên lớn nhất được áp dụng từ các công thức nước ngoài, nên có 
thể chưa phù hợp với điều kiện đất nền Hà Nội; 
- Các thí nghiệm để xây dựng đường cong T-Z vẫn còn hạn chế về số lượng và chưa đạt đến phá hoại nên 
đường cong được xây dựng vẫn chưa hoàn toàn phù hợp với sự làm việc giữa cọc và đất. 
THI CÔNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG 
 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 
4. Kết luận 
Phương pháp sử dụng đường cong T-Z là phương pháp hiệu quả để dự báo quan hệ tải trọng-độ lún của 
cọc, tuy nhiên vẫn còn những hạn chế nhất định về độ chính xác của kết quả được dự báo. 
Để có thể áp dụng phương pháp này, công tác nén tĩnh, đặc biệt là công tác thí nghiệm nén tĩnh có sử 
dụng thiết bị đo biến dạng nên gia tải đến phá hoại, để có thể xác định được mức độ huy động sức kháng bên, 
từ đó có thể xây dựng được đường cong T-Z một cách chính xác. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. TCXD 195:1997. “Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi”. Nhà xuất bản Xây dựng, 2007. 
2. VŨ CÔNG NGỮ, NGUYỄN THÁI. “Móng cọc – Phân tích và thiết kế”. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2004. 
3. Shamsher Prakash, Hari D.Sharma. “Móng cọc trong thực tế xây dựng”. Nhà xuất bản Xây dựng, 2008. 
4. John Dunnicliff. “Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance”. John Wiley&Sons,Inc, 1993. 
5. SEED, H. B., and REESE, L. C. “The Action of Sof Clay Along Friction Piles”. Transactions, ASCE, Vol 122, pp 731-753, 
1957. 
6. COYLE, H. M., and REESE, L. C. “Load transfer for axially loaded piles in clay”. Journal Soil Mechanics and 
Foundations Division, ASCE, Vol 92, No.SM2, pp 1-26, 1966. 
7. DUNCAN, J. M. and CHANG, C. Y. "Nonlinear Analysis of Stress and Strain in Soils". Journal of the Soil Mechanics and 
Foundations Division, ASCE, Vol 96, pp 1629-1653, 1970. 
8. JOSEPH E. Bowles. “Analytical and Computer Methods in Foundation Engineering”. McGraw-Hill Companies, Inc, 1974. 
9. VIJAYVERGIYA, V. N. “Load-Movement Characteristics of Piles”. Port 77 Conference, American Society of Civil 
Engineers, 1977. 
10. RANDOLPH, M. F., and WROTH, C. P. “Analysis of Deformation of Vertically Loaded Piles”. Journal of the 
Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol 104, pp 1465-1488, 1978. 
11. FAHEY M., and CARTER J.P. “A Finite element Study of the Pressuremeter Test in Sand using a Nonlinear Elastic 
Plastic Model”. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 30, pp 348-362, 1993. 
12. JOSEPH E. Bowles. “Foundation Analysis and Design”. McGraw-Hill Companies, Inc, 1997.