Tính toán lựa chọn móng cọc tối ưu cho đập trụ đỡ

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019 1
TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÓNG CỌC TỐI ƯU CHO ĐẬP TRỤ ĐỠ 
Trần Văn Thái 
Viện thủy công 
Tóm tắt: Đặc điểm của Đập trụ đỡ là ngoài chịu tải trọng đứng còn phải chịu tải trọng ngang, 
thành phần tải trọng ngang trong công trình thủy lợi thường rất lớn, phụ thuộc nhiều vào chênh 
lệch cột nước trước và sau công trình. Trong khi đó khả năng chịu tải trọng đứng của móng cọc 
lớn hơn rất nhiều lần so với khả năng chịu tải trọng ngang. Do đó lựa chọn loại móng cọc và sơ 
đồ bố trí cọc quyết định đên hiệu quả của công trình. Bài báo này tính toán và so sánh 3 loại móng 
cọc khác nhau cho móng một công trình đập trụ đỡ trong thực tế với cùng một loại tổ hợp tải 
trọng, từ đó lựa chọn được sơ đồ bố trí móng cọc tối ưu nhất. 
Từ khóa: Móng cọc xiên chéo, đập trụ đỡ, móng cọc 
Summary: The characteristics of the pillar dams are both vertical and horizontal anh Momen 
forces acting simultaneously. The horizontal load component of the hydrauic construction is 
very large, depending on the difference of water column before and after the works. Meanwhile 
vertical bearing capacity load of pile foundation structure is much larger than the horizontal 
one. 
This paper computes and compares three different types of pile foundations for a pillar dam in 
fact with the same load combination, thus selecting the optimal pile foundation scheme. 
Keyword: raking pile; pillar dam; pile foundation 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ* 
Đặc điểm của công trình thủy lợi nói chung 
khác với các công trình giao thông, xây dựng 
là ngoài chịu tải trọng đứng còn phải chịu tải 
trọng ngang thường rất lớn, phụ thuộc nhiều 
vào cột nước trước và sau công trình. Trong 
khi đó, thông thường các kết cấu nền móng 
cọc có khả năng chịu tải trọng đứng lớn hơn 
rất nhiều lần so với khả năng chịu tải trọng 
ngang. Trong quá trình nghiên cứu TS Trần 
Văn Thái đã đề xuất móng cọc xiên chéo lớn 
áp dụng cho đập trụ đỡ là tối ưu nhất trong 
trường hợp độ sâu đặt móng không quá lớn 
(giới hạn trong 1-2 đốt cọc khoảng 15-24m). 
Bài báo này tính toán và so sánh 3 loại móng 
Ngày nhận bài: 09/10/2018 
Ngày thông qua phản biện: 20/11/2018 
cọc khác nhau cho móng một công trình đập 
trụ đỡ thực tế với cùng một loại tổ hợp tải 
trọng, từ đó lựa chọn được sơ đồ bố trí móng 
cọc tối ưu nhất đạt hiệu quả cao nhất. 
Thông thường khi thiết kế móng cọc, tư vấn 
mặc nhiên là chọn một loại móng cọc nào đó 
mà ít khi có tính toán luận chứng đầy đủ cả về 
hiệu quả kinh tế kỹ thuật. Đặc biệt có một số 
nhà quản lý, thậm chí một số nhà khoa học còn 
ngộ nhận ràng móng cọc khoan nhồi là hiện đại 
nhất. Móng cọc khoan nhồi áp dụng cho các 
vùng xây chen vì đóng cọc gây rung động có 
thể phá hủy các công trình lân cận. Móng cọc 
khoan nhồi áp dụng cho công trình cầu có tải 
trọng đứng là chính, tải trọng ngang nhỏ. Móng 
Ngày duyệt đăng: 28/11/2018 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019 2
cọc khoan nhồi thi công nhanh. Nhưng nhược 
điểm lớn nhất của móng cọc khoan nhồi là 
chuyển vị ngang lớn và đặc biệt giá thành đắt. 
Trong bài báo này tác giả sẽ so chọn 7 phương 
án móng cọc khác nhau cho móng đập trụ đỡ để 
chúng minh luận điểm trên. 
2. ĐẶT BÀI TOÁN 
Một đập trụ đỡ trong thực tế có tổ hợp tải trọng 
Qtt; Ptt; Mtt tác dụng vào công trình như hình 1 
và bảng 1, 2 như sau: 
Hình 1: Sơ đồ tổ hợp tải trọng 
Bảng 1. Tổ hợp lực trụ giữa - THNM 
Tổ hợp 
Tải trọng 
PTT (T) QxTT (T) QyTT (Tm) MxTT (Tm) MyTT (Tm) 
THCB - Tiêu chuẩn 1710,59 45,18 -363,25 -900,50 660,01 
THCB – Tính toán 1869,54 60,36 -371,10 -832,03 879,77 
Bảng 2. Tổ hợp lực trụ giữa – THGN 
Tổ hợp 
Tải trọng 
PTT (T) QxTT (T) QyTT (Tm) MxTT (Tm) MyTT (Tm) 
THCB - Tiêu chuẩn 1686,62 47,96 490,94 899,57 659,01 
THCB – Tính toán 1845,40 63,98 499,63 779,78 878,48 
Hình 2: Mặt cắt công trình và điều kiện địa chất 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019 3
Bảng 3. Thông số đất nền đưa vào phần mềm cọc đóng 
Bảng 4. Thông số đất nền đưa vào phần mềm cọc khoan nhồi 
Tác giả lựa chọn các sơ đồ móng cọc như sau: 
Phương án 1: Bố trí 78 cọc BTCT 35*35cm, 
chiều dài L=15.5m, đóng xiên 1:5 
Phương án 2: Bố trí 60 cọc BTCT 40*40cm, 
chiều dài L=15.5m, đóng xiên 1:5 
Phương án 3: Bố trí 144 cọc BTCT 35*35cm, 
chiều dài L=15.5m, đóng thẳng 
Phương án 4: Bố trí 136 cọc BTCT 35*35cm, 
chiều dài L=15.5m, đóng thẳng 
Phương án 5: Bố trí 18 cọc khoan nhồi 
D=120cm, chiều dài L=20m, thẳng 
Phương án 6: Bố trí 21 cọc khoan nhồi D=120 
cm, chiều dài L=20m, thẳng 
Phương án 7: Bố trí 21 cọc khoan nhồi D=120 
cm, chiều dài L=20m, thẳng 
Mặt bằng bố trí cọc 78cọc 35x35cm 
Mặt bằng bố trí cọc 60 cọc 40x40cm 
Hình 1.4 Mặt bằng 144 cọc 35x35, đứng 
Hình 1.5 Mặt bằng bố trí 21 cọc nhồi 
D120 cm 
Su Kh g j
kPa kN/m3 kN/m3 độ
Đỉnh lớp -6,50 4 24 0,020 0,060 66304
Đáy lớp -14,29
Đỉnh lớp -14,29 8 48 0,01 0,03 142466
Đáy lớp -18,89
Đỉnh lớp -18,89 100 606 0,007 0,021 2312576,95
Đáy lớp -21,69
Đỉnh lớp -21,69 100 606 0,005 0,015 2312576,95
Đáy lớp -26,62 100 606 0,005 0,015 2312576,95
Lớp 2b
Soft Clay with free 
water (Reese)
16,7 4,78
25
Tên lớp Cao độ NSPT e50 e100 Mô hình
20,1 7,27Lớp 3a
Lớp 4a
Lớp 5
Sand (Reese)
Stiff Clay with free 
water (Reese)
Rock
25 45
Su Kh g j
kPa kN/m3 kN/m3 độ
Đỉnh lớp -6,50 4 24 0,020 0,060 82786
Đáy lớp -14,29
Đỉnh lớp -14,29 8 48 0,01 0,03 177881
Đáy lớp -18,89
Đỉnh lớp -18,89 100 606 0,007 0,021 2887435,18
Đáy lớp -21,69
Đỉnh lớp -21,69 100 606 0,005 0,015 2887435,18
Đáy lớp -26,62 100 606 0,005 0,015 2887435,18
Lớp 4a Sand (Reese) 25 45
Lớp 5 Rock 20,1 18,28
Lớp 2b
Soft Clay with free 
water (Reese)
16,7 4,78
Lớp 3a
Stiff Clay with free 
water (Reese)
20,1 7,27
Tên lớp Cao độ NSPT e50 e100 Mô hình
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019 4
Hình 1.6 Mặt bằng bố trí 18 cọc nhồi D120 cm 
Mặt bằng 24 cọc khoan nhồi thì như sơ đồ hình 
1-5 nhưng thêm 3 cọc. 
Thông số vật liệu dùng để kiểm tra cốt thép cọc 
- Đặc trưng của vật liệu thép CB400-V (theo 
TCVN 1651:2008) (thép nhóm CIII): Giới hạn 
chảy, 400.000 kPa; Modul đàn hồi, E = 
200.000.000 kPa 
- Đặc trung vật liệu bệ trụ M400: 
Moodul vật liệu bê tông, Eo = 33.000.000 kPa; 
Hệ số poisson,  0; Trọng lượng riêng, g= 
0 (kN/m3) 
- Đặc trung vật liệu bê tông cọc BTCT M400: 
Modul vật liệu bê tông, Eo = 33.000.000 kPa. 
Cường độ chịu nén của bê tông tính theo trạng 
thái giới hạn thứ nhất f'ctt = gcb.f'c = 0,85x17500 
= 14875 kPa 
- Đặc trung vật liệu bê tông cọc khoan nhồi: 
+ Moodul vật liệu bê tông, Eo = 33.000.000 kPa 
+ Cường độ chịu nén của bê tông tính theo trạng 
thái giới hạn thứ nhất: 10410 kPa 
3. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 
Móng cọc được mô hình bằng chương trình 
máy tính FB-Pier. Các cọc được mô hình bằng 
phần tử dầm, liên kết với nhau bởi đài cọc là 
phần tử tấm. 
- Sự làm việc đồng thời của hệ kết cấu - nền 
được mô tả thông qua đường cong biến dạng - 
tải trọng (đường cong p-y). Đường cong p-y của 
tứng lớp đất được xây dựng từ các đặc trưng cơ 
lý của lớp (Sức kháng cắt không thoát nước, hệ 
số nền, góc ma sát trong ) 
- Giả thiết tính toán: Coi bệ cọc là bệ cứng và 
liên kết đầu cọc - bệ là liên kết ngàm. 
- Cọc khoan nhồi bố tri 28 phi 28; cọc 35x35 bố 
trí thép phi 8 phi 22; cọc 40x40 bố trí thép 8 phi 
25. 
4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN: 
Bảng 5: Chuyển vị các Phương án móng 
TỔ 
HỢP 
Phương 
Chuyển 
vị 
Cọc Nhồi 144 
Cọc 
thẳng 
Cọc xiên chéo 1:5 
 D120 D100 Cọc 35x35 
Cọc 
40x40 
Bố trí 
18 cọc 
Bố trí 
21 cọc 
Bố trí 
24 cọc 
Bố trí 
21 cọc 
78 Cọc 
xiên 
60 Cọc 
xiên 
THNM 
X 0.018 0.038 0.014 0.044 0.011 0.062 0.048 
Y 1.170 0.932 0.745 1.440 0.464 0.616 0.646 
THGN 
X 0.019 0.039 0.015 0.044 0.014 0.060 0.047 
Y 2.100 1.630 1.300 2.61 0.845 0.524 0.603 
Chuyển vị max 
(cm) 
2.100 1.630 1.300 1.440 0.845 0.616 0.646 
Biên độ chuyển vị 
max (cm) 
3.27 2.562 2.045 4.05 1.309 1.14 1.249 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019 5
Bảng 6. Momen và lực dọc các Phương án móng 
5. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 
Đối với công trình này có lực ngang lớn (tỉ số 
giữa lực ngang/lực đứng = 499,63T / 1845,4T = 
27% đến 490.94T/1686,62T=29%). 
Qua bảng 5 và 6 chọn được 2 tổ hợp móng cọc 
gồm 21 cọc khoan nhồi D120 và móng gồm 60 
cọc đóng 40x40 để phân tích so chọn. Về 
chuyển vị : Biên độ chuyển vị nhỏ dần từ móng 
18 cọc D120 đến 24 cọc D120 lần lượt là : 3,27; 
2,52; 2,045. Biên độ chuyển vị lớn nhất khi 
dùng 21 cọc D100cm. Đối với móng cọc xiên 
chéo chuyển vị nhỏ hơn hẳn, biên độ chuyển vị 
bằng 1,14cm đối với móng 78 cọc 35x35 xiên 
1 :5 ; 1,249cm khi móng gồm 60 cọc 40x40. Đối 
với móng toàn cọc thẳng thì số lượng cọc trong 
móng gấp đôi là 144 cọc thì chuyển vị bằng 
1,309cm. Chuyển vị nhỏ đảm bảo an toàn trong 
các trường hợp, chuyển vị lớn sẽ mang đến rủi 
ro cao hơn do đất xung quanh cọc bị chảy dẻo. 
Nói chung chuyển vị khuyến cáo không được 
lớn hơn 1 in =2,54 cm và đảm bảo Mo men 
không vượt quá sức chịu của cọc và Lực dọc 
không vượt quá sức chịu của đất nền. Đối với 
kết cấu đập trụ đỡ cần phải hống chế biên độ 
chuyển vị nhỏ để đảm bảo nêm rỗng chuyển vị 
bên cạnh thân cừ chống thấm không phát triển 
quá sâu gây giảm hiệu quả cừ và có thể bị 
thấm. Trong một số trường hợp thay thế cừ 
thép bằng cừ nhựa cũng sẽ giảm thiểu sự phát 
triển của nêm rỗng này do cừ nhựa mềm hơn 
cừ thép nên chuyển vị trong thân cừ chống 
thấm bị tắt nhanh ở đầu cừ. 
Móng cọc xiên chéo và móng cọc đứng có 
Momen tương đương nhưng lực dọc trong 
móng cọc xiên chéo lớn hơn do đó Momen giới 
hạn của móng cọc xiên chéo là 13,37T.m lớn 
hơn Mgh của Móng cọc thẳng chỉ đạt 10,1T.m. 
Độ nhạy của đất nền xung quanh thân cọc ít ảnh 
hưởng đến nội lực của Móng cọc xiên chéo, vì 
lực ngang đã chuyển thành lực dọc chống 
xuống tầng mũi cọc. 
Xét về hiệu quả kinh tế, 01 md cọc nhồi 
D120cm có thể tích 1,13m3; 1m cọc 40x40 có 
thể tích : 0,16m3. Như vậy móng có 21 cọc 
khoan nhồi có thể tích là 24,7m3/1dài. Móng có 
60 cọc 40x40 có thể tích cọc 9,6m3. Vậy móng 
cọc khoan nhồi có thể tích bê tông gấp 2,57 lần 
móng cọc đóng 40x40. Cọc khoan nhồi D120 
bố trí 28phi 28, như vậy 1m dài tốn 135 kg thép. 
21 cọc tốn 2835 kg thép. Cọc bê tông cốt thép 
40x40 bố trí 8phi 25, như vậy 1m dài tốn 30,8 
kg thép. 60 cọc tốn 1848 kg thép. Như vậy 
Moment Lực dọc Moment Lực dọc Moment Lực dọc Moment Lực dọc Moment Lực dọc Moment Lực dọc Moment Lực dọc
3 21.9 22.2 19.7 16.6 1.5 1.78 64 2.89 75.1
2 81.9 62.8 62.1 60.6 4.44 8.96 12
3 20.5 22.2 19.4 16.6 0.99 2.38 56.7 2.89 78.2
2 169 146 127 129.0 8.65 6.96 13.2
169 163 146 158 127 150 129.0 139 8.65 37.8 8.96 64 13.2 78.2
201.5 679 201.5 679.2 201.5 679.2 147.0 471.7 10.1 180 13.37 176.4 17.17 230.3
1.19 4.17 1.38 4.30 1.59 4.53 1.140 3.39 1.17 4.76 1.49 2.76 1.30 2.95
1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.150 1.150 1'150 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15
37.1
78 Cọc xiên 60 Cọc xiên144 Cọc thẳng
37.8
137
PhươngTổ hợp CỌC NHỒI D120 CỌC NHỒI D100
CỌC NHỒI
21 Cọc 
139
21 Cọc 24 cọc
Nội lực Max
SCT tính toán/moment giới 
hạn
Hệ số an toàn
Hệ số an toàn cho phép
18 Cọc
156 144
158 150
163
155
THGN
THNM
Số lượng cọc
MÓNG CỌC THẢNG ĐÓNG XIÊN CHÉO
Cọc BTCT 40x40Cọc BTCT 35x35
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019 6
lượng sử dụng thép móng cọc khoan nhồi cao 
hơn cọc đóng 40x40 là 1,534 lần. Như vậy trong 
trường hợp này sử dụng móng cọc đóng xiên 
chéo có hiệu quả kinh tế cao hơn và chuyển vị 
của móng nhỏ hơn. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Trần Văn Thái, Nguyễn Đình Trường. Tính toán móng cọc xiên chéo lớn đập trụ đỡ. NXB 
KHKT, 2017. 
[2] GS. TS. Trương Đình Dụ (cb). Đập trụ đỡ. NXB Nông nghiệp, 2014. 
[3] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái. Móng cọc - phân tích và thiết kế. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 
2006. 
[4] Bộ Xây dựng. “Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế”, Việt Nam. TCVN 10304-2014, 2014. 
[5] Bộ NN&PTNT. "Công trình thủy lợi - Đập trụ đỡ - yêu cầu về thiết kế", Việt Nam. TCVN 
10400: 2015, 2015 
[6] Shamsher Prakash - Hari D.Sharma. Móng cọc trong thực tế xây dựng. NXB Xây dựng, 1999. 
[7] Joseph. E. Bowles. "Foundation analysis and desing". International edition, 1997. 
[8] “AASHTO LRFD Bridge Design Specification”. USA, 2012 
[9] Com624P - Laterally loaded pile analysis program for microcomputer Version 2. 
[10] Viện Thủy Công. “Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công công trình cống Bào Chấu”. Cà Mau, 
thuộc dự án Quản lý thủy lợi phục vụ phát triển nông thôn vùng Đồng bằng sông Cửu Long, 
2013. 
[11] Viện Thủy Công. “Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công công trình cống Cầu Xe”. Hải Dương, 
thuộc dự án nâng cấp cống Cầu Xe thuộc hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải. 
[12] Viện Thủy Công. “Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công công trình cống Bông Bót”. Trà Vinh, 
thuộc dự án kiểm soát nguồn nước thích ứng với biến đổi khí hậu cho vùng Nam Măng Thít 
tỉnh Vĩnh Long và Trà Vinh, 2017.