đồ án tốt nghiệp nghiên cứu khoảng cách bố trí hợp lý của neo trong đất cho hệ thống tườn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ MINH THẾ
NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HP LÝ

CỦA NEO TRONG ĐẤT CHO HỆ THỐNG TƯỜNG CHẮN
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU
HẦM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. TRẦN XUÂN THỌ
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN
VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 13 tháng 01 năm 2009
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
oOo
Tp. HCM, ngày……… tháng…… năm ……
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : Võ Minh Thế Giới tính : Nam / Nữ 
Ngày, tháng, năm sinh : 24/06/1982 Nơi sinh : Long An

Chuyên ngành : Xây dựng Cầu hầm MSHV : 03806727

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP
LÝ CỦA NEO

TRONG ĐẤT CHO HỆ THỐNG TƯỜNG
CHẮN.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
− Nghiên cứu cấu tạo và các ứng dụng của neo trong đất (Ground anchor).
− Nghiên cứu lý thuyết tính toán neo trong đất và hệ thống tường neo giữ ổn định

hố đào.
− Nghiên cứu khoảng cách bố trí hợp lý của neo trong đất cho hệ thống tường neo.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/06/2008
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2008
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHÙNG MẠNH
TIẾN.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
TS. PHÙNG MẠNH TIẾN TS. LÊ BÁ KHÁNH
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày … …tháng … năm ……
TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận những
kiến thức mới và hướng giải quyết cho đề tài. Nhờ sự hướng dẫn tận tình của T.S
Phùng Mạnh Tiến, tôi nắm bắt được nhiều kiến thức và do đó có thể hoàn thành
được đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy.
Xin gửi lời cảm ơn đến Thầy cô của trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí
Minh đã chỉ dạy cho tôi những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập tại trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Đức Toản, dự án Metro Hà Nội, đã giúp

tôi định hướng đề tài, giới thiệu nhiều tài liệu hữu ích và cho nhiều nhận xét để
hoàn thiện đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn đến Văn phòng Việt Nam của công ty Samwoo Geotech (Hàn
Quốc), chuyên về công nghệ neo trong đất, đã cung cấp cho tôi nhiều tài liệu quý
giá về neo.
Xin cảm ơn gia đình và những người thân đã luôn khuyến khích, động viên và tạo
mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Neo trong đất có nhiều ứng dụng trong xây dựng làm kết cấu tạm phục vụ thi công
hoặc tham gia vào kết cấu chịu lực cuối cùng nhằm ổn định hố đào, ổn định mái
dốc, ổn định kết cấu chống lật, ổn định kết cấu chống lực đẩy nổi. Đề tài giới thiệu
tổng quan về neo trong đất và hệ thống tường chắn có sử dụng neo trong đất để giữ
ổn định hố đào và nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo đến nội lực và
chuyển vị trong tường.
Hố đào được giữ ổn định bằng tường neo cọc đất-xi măng trộn sâu tại dự án Lake
Parkway, Milwaukee, Wi, US được dùng để phân tích tính toán. Sau khi nghiên cứu
lý thuyết về neo trong đất và hệ thống tường neo, tường neo của hố đào dự án Lake
Parkway được mô hình tính toán, phân tích bằng chương trình phần tử hữu hạn
Plaxis 8.2
Kết quả phân tích cho thấy nếu bố trí khoảng cách neo hợp lý sẽ giảm mô men uốn
lớn nhất và chuyển vị ngang lớn nhất trong tường dùng để tính toán thiết kế kết cấu
đi rất nhiều. Khi khoảng cách hai neo quá xa hoặc quá gần đều làm tăng mô men
uốn và chuyển vị ngang của tường. Ảnh hưởng của lực neo đến nội lực và chuyển vị
của tường cũng xét đến trong đề tài. Lực neo lớn sẽ gây mô men uốn lớn trong
tường, nhưng chuyển vị ngang sẽ giảm. Ngược lại, lực neo nhỏ sẽ gây mô men uốn
nhỏ trong tường, nhưng chuyển vị ngang lớn. Kết luận rút ra từ nghiên cứu là khi
tính toán hệ thống tường neo cần tối ưu hoá khoảng cách bố trí neo và lực neo nhằm
giảm giá trị mô men uốn và chuyển vị ngang của tường, làm tiết kiệm vật liệu và hạ
giá thành xây dựng.

ii
ABSTRACT
Ground anchor has many applications in construction field. It can be used for
temporary supports or permanent anchored systems, such as: retaining wall
stabilization, slope and landslide stabilization, lift-up resistance for structure under
the ground water level. This thesis presents the ground anchor, anchored wall
systems and studies the effect of ground anchor spacing to wall bending moment
and horizontal displacement.
The deep excavation supported by anchored deep mixing wall, namely Lake
Parkway project, Milwaukee, Wi, US is used to analysis. After an extensive
literature review on anchors and anchored retaining wall, the excavation of Lake
Parkway project is described, modeled and analyzed by finite element method
program Plaxis 8.2.
The numerical analysis results show that the wall bending moment and horizontal
displacement will reduce if the reasonable anchor spacing is selected. When the
anchor spacing is too large or too small, the wall bending moment and horizontal
displacement will be large. Anchor force effects to wall bending moment and
horizontal displacement was also performed in this thesis. The large anchor force
will result the large wall bending moment and the small horizontal displacement.
Otherwise, the small anchor force will result the small wall bending moment and
the large horizontal displacement. Base on the results of this study, it can be
concluded that the designers should optimize the anchor spacing and anchor force to
get the minimum wall bending moment and horizontal displacement to save the
wall material and to achieve the cost-effective project.
6
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii
ABSTRACT

iii
MỤC LỤC

iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH

vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU

xi
MỞ ĐẦU 1
1. Giới thiệu 1
2. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài 1
3. Tổ chức đề tài nghiên cứu 2
CHƯƠNG 1 3
NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO 3
1.1. Neo trong đất (Ground Anchor) 3
1.1.1. Lịch sử phát triển của neo trong đất 3
1.1.2. Phân loại neo trong đất 4
1.1.2.1. Tổng quan 4
1.1.2.2. Neo tạo lực kéo 5
1.1.2.3. Neo tạo lực nén tập trung 7
1.1.2.4. Neo tạo lực nén phân bố 8
1.1.3. Cấu tạo của neo trong đất 9
1.1.3.1. Thanh thép và bó cáp 9
1.1.3.2. Cử định vị và miếng định tâm

10
1.1.3.3. Vữa epoxy lấp đầy khoảng trống các tao cáp

11
1.1.3.4. Vữa ximăng

11
1.1.4. Ứng dụng của neo trong đất

12
1.1.4.1. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào

12
1.1.4.2. Ổn định tường chắn khi thi công đường đào

14
1.1.4.3. Ổn định và chống sạt lở mái dốc

15
1.1.4.4. Ổ n đị nh k ế t c ấ u

15
1.2. Các h ệ th ố ng t ườ ng

neo

17
1.2.1. T ổ ng quan

17
1.2.2. T ườ ng c ọ c ch ố ng đứ ng và ván lát ngang

19
1.2.3. T ườ ng neo c ọ c ván thép

21
1.2.4. T ườ ng c ọ c bê tông đổ t ạ i ch ổ

22
1.2.5. T ườ ng c ọ c đấ t-xi m ă ng tr ộ n sâu

24
1.2.6. T ườ ng c ừ bê tông

c ố t thép trong đấ

t


25
1.3. K ế t lu ậ n ch ươ ng 1

26
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG NEO

28
2.1. Áp l ự c đấ t

28
2.1.1. T ổ ng quát

28
2.1.2. Áp l ự c đấ t ch ủ độ ng và b ị độ

ng


28
2.1.2.1. Lý thuy ế t Rankine

28
2.1.2.2. Lý thuy ế t Coulomb

33
2.1.3. Áp l ự c đấ t ở tr ạ ng thái ngh ỉ

34
2.1.4. Ả nh h ưở ng chuy ể n

v ị c ủ a t ườ ng đế n áp l ự c đấ t

34
2.2. Thi ế t k ế t ườ ng neo


38
2.2.1. Tính toán áp l ự c đấ t

38
2.2.1.1. T ổ ng quan

38
2.2.1.2. Bi ể u đồ áp l ự c đấ t bi ể u ki ế n c ủ a Terzaghi và Peck


39
2.2.1.3. Bi ể u đồ áp l ự c đấ t bi ể u ki ế n đề xu ấ t cho đấ t cát

40
2.2.1.4. Bi ể u đồ áp l ự c đấ t bi ể u ki ế n cho đấ t sét tr ạ ng thái n ử a c ứ ng đế n

c ứ ng

41
2.2.1.5. Bi ể u đồ áp l ự c đấ t bi ể u ki ế n cho đấ t sét tr ạ ng thái m ề m đế n trung
bình

42
2.2.1.6. Áp lực đất do tải trọng chất thêm

43
2.2.2. Thi ế t k ế neo trong đấ t

43
2.2.2.1. Xác đị nh v ị trí m ặ t tr ượ t gi ớ i h ạ n

43
2.2.2.2. Tính toán t ả i tr ọ ng neo d ự a vào bi ể u đồ áp l ự c đấ t bi ể u ki ế n

44
2.2.2.3. Thi ế t k ế đ o ạ n chi ề u dài không liên

k ế t

46
2.2.2.4. Thi ế t k ế đ o ạ n chi ề u dài liên k ế t

46
2.2.2.5. Xác đị nh kho ả ng cách các neo

47
2.2.3. Các ph ươ ng pháp tính toán t ườ ng neo

49
2.2.3.1. Ph ươ ng pháp RIGID

50
2.2.3.2. Ph ươ ng pháp WINKLER

50
2.2.3.3. Ph ươ ng pháp ph ầ n t ử h ữ u h ạ n tuy ế n tính (LEFEM) và ph ươ ng

pháp ph ầ n t ử h ữ u h ạ n phi tuy ế n (NLFEM)

51
2.3. Ph ầ n m ề m ph ầ n t ử h ữ u h ạ n Plaxis

8.2

55
2.3.1. T ổ ng quát

55
2.3.2. Các mô hình đấ t trong ph ầ n

m ề m Plaxis 8.2

56
2.4. K ế t lu ậ n ch ươ ng 2

60
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP LÝ CỦA NEO

TRONG ĐẤT

63
TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU: DỰA ÁN LAKE PARKWAY

63
3.1. Mô t ả

d ự án

Lake Parkway

63
3.2. Mô hình tính

toán b ằ ng ph ầ n m ề m PTHH

Plaxis

63
3.2.1. Mô hình bài toán

63
3.2.2. So sánh tr ườ ng h ợ p t ườ ng không b ố trí neo và có b ố trí neo

70
3.2.2.1. Mô hình bài toán

70
3.2.2.2. Chuy ể n v ị ngang c ủ a t ườ ng

71
3.2.2.3. Mô men u ố n trong t ườ ng

72
3.2.2.4. M ố i quan h ệ gi ữ a ứ ng su ấ t và bi ế n d

ạ

ng


74
3.2.3. Tìm kho ả ng cách b ố trí h ợ p lý c ủ a neo

79
3.2.4. Kho ả ng cách b ố trí h ợ p lý c ủ a neo khi l ự c neo thay đổ i

85
3.3. K ế t lu ậ n ch ươ ng 3

91
K Ế T LU Ậ N

92
1. K ế t lu ậ n

92
2. Ki ế n ngh ị

93
TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O

94
PH Ụ L Ụ C

98
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Phân loại neo trong đất 5
Hình 1.2. Phân loại neo theo phương thức liên kết với đất nền 6
Hình 1.3. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo

lực kéo 6
Hình 1.4. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo

lực nén tập trung 7
Hình 1.5. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo

lực nén phân bố 8
Hình 1.6. Mặt cắt ngang điển hình của neo trong đất 9
Hình 1.7. Cáp dự ứng lực sử dụng cho neo trong đất 10
Hình 1.8. Bố trí cử định vị và miếng định tâm 11
Hình 1.9. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào 12
Hình 1.10. Neo ổn định tường chắn khi đào đất thi công nhà ga tuyến Metro Athen-
Hy Lạp
13
Hình 1.11. Hệ shoring chống đỡ hố đào thi công tầng hầm toà nhà Bảo Gia 13
Hình 1.12. So sánh tường trọng lực và tường neo ứng dụng khi thi công đường đào
14
Hình 1.13. Ứng dụng neo trong đất ổn định mái dốc và chống sạt lở 15
Hình 1.14. Ứng dụng neo trong đất, khối bê tông chống sạt lở 16
Hình 1.15. Ứng dụng neo trong đất chống tải trọng nâng và ổn định kết cấu 16
Hình 1.16. Neo chống lực đẩy nổi 17
Hình 1.17. Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng 19
Hình 1.18. Tường neo cọc chống và ván lát ngang 20
Hình 1.19. Tiết diện ngang liên hợp và hình ống của cọc chống 20
Hình 1.20. Ván lát ngang bằng gỗ và bê tông phun 21
Hình 1.21. Hệ thống tường neo cọc ván thép 21
Hình 1.22. Tường neo cọc ván thép 22
Hình 1.23. Tường gồm các cọc bê tông cốt thép liền kề 23
Hình 1.24. Tường gồm các cọc bê tông cài vào nhau 23
Hình 1.25. Tường neo cọc đất xi-măng trộn sâu 24
Hình 1.26. Chu kỳ thi công tường cọc đất-xi măng trộn sâu 25
vii
Hình 1.27. Mặt cắt ngang điển hình của tường cọc đất-xi măng trộn sâu

25
Hình 1.28. Tường cừ bê tông cốt thép trong đất

26
Hình 2.1. Áp lực đất chủ động và bị động theo phương ngang của tường nhẵn

29
Hình 2.2. Giới hạn ứng suất chủ động và bị động theo phương ngang

30
Hình 2.3. Hệ số áp lực đất chủ động và bị động cho tường nghiêng

31
Hình 2.4. Hệ số áp lực đất chủ động và bị động cho đất có mái dốc nghiêng

32
Hình 2.5. Mặt cắt của mô hình tường neo

35
Hình 2.6. Chuyển vị ngang và áp lực đất khi đào đến cao độ tầng neo đầu tiên

35
Hình 2.7. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi truyền lực cho neo

36
Hình 2.8. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi đào đất đến tầng neo bên

dưới

37
Hình 2.9. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi đào đất đến cao độ thiết

kế

38
Hình 2.10. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck

40
Hình 2.11. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất cát

41
Hình 2.12. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến cứng. 42
Hình 2.13. Tính toán lực neo cho tường một tầng neo

44
Hình 2.14. Tính toán lực neo cho tường có nhiều tầng neo

45
Hình 2.15. Khoảng cách yêu cầu của neo theo phương đứng và phương ngang

49
Hình 2.16. Phương pháp dầm tương đương tựa trên gối cứng

50
Hình 2.17. Phương pháp dầm tựa trên nền đàn hồi

52
Hình 2.18. Mối quan hệ tuyến tính ứng suất-biến dạng

53
Hình 2.19. Mối quan hệ phi tuyến ứng suất-biến dạng

54
Hình 2.20. Mặt chảy dẻo Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất chính

57
Hình 2.21. Quan hệ ứng suất-biến dạng đàn dẻo lý tưởng

59
Hình 2.22. Quan hệ hyperbol giữa ứng suất và biến dạng trong thí nghiệm 3 trục

chuẩn có thoát nước

59
Hình 2.23. Mặt chảy dẻo của mô hình HS trong mặt phẳng p-q

60
Hình 2.24. Các đường đồng mức chảy dẻo của mô hình HS trong không gian ứng

suất chính

61
Hình 3.1. Dự án Lake Parkway

63
Hình 3.2. Mặt cắt ngang của dự án Lake Parkway

64
11
Hình 3.3. Giai đoạn 1 – Đào đất đến tầng neo đầu tiên

67

Hình 3.4. Giai đoạn 2 – Truyền lực cho tầng neo đầu tiên

67
Hình 3.5. Giai đoạn 3 – Đào đất đến tầng neo thứ 2

68
Hình 3.6. Giai đoạn 4 – Truyền lực cho tầng neo thứ 2

68
Hình 3.7. Giai đoạn 5 – Đào đất đến cao độ thiết kế

69
Hình 3.8. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5 theo mô

hình của Cassandra Junel Rutherford

69
Hình 3.9. Mô hình tính toán cho trường hợp tường không có neo và có neo

71
Hình 3.10. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường

71
Hình 3.11. So sánh chuyển vị ngang dọc theo chiều sâu tường

72
Hình 3.12. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường

72
Hình 3.13. So sánh mô men uốn dọc theo chiều sâu tường

73
Hình 3.14. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng

74
Hình 3.15. Biểu đồ τ-σ và đường bao phá hoại Mohr-Coulomb khi σ’
h
tăng

75
Hình 3.16. Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp không có neo

75
Hình 3.17. Chọn điểm ứng suất để vẽ quan hệ ứng suất-biến dạng

77
Hình 3.18. Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm C, trường hợp không có neo

77
Hình 3.19. Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm A, trường hợp có neo

78
Hình 3.20. Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp tường có bố trí neo

78
Hình 3.21. Sơ đồ thay đổi khoảng cách bố trí neo

79
Hình 3.22. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 1

80
Hình 3.23. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 2

80
Hình 3.24. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 3

81
Hình 3.25. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 4

81
Hình 3.26. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5

82
Hình 3.27. Biểu đồ quan hệ M
max
và khoảng cách neo

83
Hình 3.28. Biểu đồ quan hệ σ
hmax
và khoảng cách neo

84
Hình 3.29. Biểu đồ M
max
-h với các giá trị lực neo khác nhau

86
Hình 3.30. Biểu đồ quan hệ σ
hmax

-h với các giá trị lực neo khác nhau

86
Hình 3.31. Biểu đồ mô men ở giai đoạn 5

87
Hình 3.32. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5

87
1
2
Hình 3.33. Biểu đồ mô men trường hợp h=6.6m, F
1
=200kN/m, F
2
=500kN/m

88
Hình 3.34. Biểu đồ chuyển vị ngang với h=6.6m, F
1
=200kN/m, F
2
=500kN/m

89
Hình 3.35. Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường

90
Hình 3.36. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường

90
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Phân loại tường neo thường được sử dụng bởi US Army Corps of

Engineering 18
Bảng 2.1. Giá trị tải trọng cuối cùng truyền vào đất cho việc thiết kế sơ bộ neo

trong đất đường kính nhỏ 48
Bảng 3.1. Các thuộc tính của các lớp đất cho mô hình Plaxis 64
Bảng 3.2. Các đặc trưng của tường neo cọc đất-xi măng trộn sâu 65
Bảng 3.3. Các đặc trưng của đoạn chiều dài không liên kết 66
Bảng 3.4. Các đặc trưng của đoạn chiều dài liên kết 66
Bảng 3.5. Ứng suất và chuyển vị của những điểm chọn trong mô hình 76
Bảng 3.6. Khoảng cách 2 hàng neo 79
Bảng 3.7. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với các khoảng cách neo
82
Bảng 3.8. Giá trị lực F
1
, F
2
(T) cho mô hình tính toán 85
MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu
Để phát triển kinh tế xã hội, Việt Nam đang và sẽ đầu tư nhiều cơ sở hạ tầng mới
như: đường giao thông, đường hầm, bãi đổ xe ngầm, các công trình ngầm nhằm tận
dụng không gian ngầm. Khi đó, các công nghệ xây dựng mới cũng sẽ được ứng
dụng nhiều hơn trong thiết kế và thi công.
Ứng dụng neo trong đất trong thi công xây dựng có nhiều hiệu quả, bằng chứng là
việc nó được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới. Neo trong đất được sử dụng
trong việc ổn định tường chắn đất, ổn định mái dốc và chống sạt lở, ổn định kết cấu

chịu lực đẩy nổi, ổn định chống lật cho kết cấu đập, ổn định mố trụ cầu dây văng,
ổn định và tăng khả năng làm việc của hầm.
Để neo trong đất nói chung và hệ thống tường neo được ứng dụng rộng rãi ở Việt
Nam, góp phần làm đa dạng các phương pháp thi công công trình xây dựng trong
nước, cần phải nghiên cứu lý thuyết tính toán, cũng như nghiên cứu các giải pháp sử
dụng neo trong đất có hiệu quả trong đó có yếu tố khoảng cách bố trí hợp lý của neo
cho hệ thống tường neo giữ ổn định hố đào.
Hệ thống tường neo bằng cọc đất-xi măng trộn sâu sử dụng tại dự án Lake Parkway
được Cassandra Janel Rutherford mô hình tính toán trong đề tài nghiên cứu của
mình bằng phần mềm Plaxis trên cơ sở phần tử hữu hạn để giải nội lực và chuyển vị
của tường. Đề tài nghiên cứu đã mô hình lại dự án trên dựa vào các nghiên cứu lý
thuyết về neo trong đất và hệ thống tường neo, từ đó nghiên cứu về ảnh hưởng của
khoảng cách bố trí neo đến nội lực và chuyển vị ngang của tường.
2. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài
Trong thực tế thi công có nhiều loại tường neo như tường cọc ván thép, tường cọc
bê tông cốt thép, tường cọc bản bê tông cốt thép, tường cọc đất trộn xi măng. Tường
neo được phân loại thành hai loại là tường cứng và tường mềm tuỳ theo cơ chế
15
tương tác với đất nền. Đề tài chỉ nghiên cứu loại tường cọc đất-xi măng trộn sâu là
loại tường mềm.
Tuỳ theo chiều sâu đào và điều kiện địa chất, tường neo có thể có một hoặc nhiều
hàng neo để đảm bảo giữ ổn định cho hố đào. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài,
chỉ xét tường neo có hai hàng neo.
Có nhiều phương pháp tính toán tường neo như phương pháp RIGID, phương pháp
WINKLER, phương pháp phần tử hữu hạn. Trong đó, phương pháp phần tử hữu
hạn là phương pháp có xét đến tương tác giữa tường và đất nền và được dùng để
phân tích tường neo bằng công cụ hỗ trợ là phần mềm Plaxis 8.2.
Kết quả bài toán chỉ xét đến mô men uốn và chuyển vị ngang trong tường, là hai
tiêu chí để nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo mà chưa xét đến lực
cắt trong tường, lực theo phương đứng do neo gây ra, chuyển vị theo phương đứng

do thành phần lực neo theo phương đứng gây ra và các yếu tố khác.
3. Tổ chức đề tài nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu được tổ chức thành năm chương
Chương 1. Bao gồm phần giới thiệu, phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài, và
tổ chức đề tài nghiên cứu.
Chương 2. Tổng quan về neo trong đất và các hệ thống tường neo.
Chương 3. Cơ sở lý thuyết và các phương pháp tính toán hệ thống tường neo.

Chương 4. Trình bày mô hình phân tích và các kết quả tính toán.
Chương 5. Một số kết luận và kiến nghị rút ra được từ đề tài nghiên cứu.
CHƯƠNG 1
NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO
1.1. Neo trong đất (Ground Anchor)
1.1.1. Lịch sử phát triển của neo trong đất
Neo trong đất là hệ thống làm ổn định kết cấu, chống lại dịch chuyển quá mức của
kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất trước truyền vào trong đất đá. Định nghĩa của
Littlejohn: “Neo trong đất là thiết bị có khả năng truyền tải trọng kéo vào các lớp
địa tầng” [22].
Schnabel dự đoán rằng các tường neo sẽ được ứng dụng rộng rãi nhằm tăng độ ổn
định của tường chắn trong xây dựng đường cao tốc so với các tường ổn định bằng
cơ học. Dự đoán này được căn cứ vào các công trình đã sử dụng hệ thống tường neo
trong đất có giá thành rẻ hơn so với sử dụng kết cấu tường chắn thông thường. Cục
đường bộ Liên bang Mỹ (FHWA) ước tính hệ thống có sử dụng neo trong đất có giá
thành thấp hơn xấp xỉ 1/3 lần so với sử dụng kết cấu tường chắn thông thường [22].
Hơn nữa, hệ thống được neo thường có thời gian thi công nhanh hơn và không cần
làm đường tạm. Neo trong đất thường được sử dụng để thay thế các kết cấu như
thép, bê tông, gỗ.
Neo trong đất được sử dụng trong xây dựng tường chắn và kết cấu chống lại áp lực
đẩy nổi của nước từ thế kỷ thứ 19. Neo trong đất được sử dụng ở đập Cheurfas,
Algeria để neo bể chứa nước vào năm 1938. Sau chiến tranh Thế Giới thứ 2, neo

trong đất được ứng dụng rộng rãi hơn trong các lĩnh vực: ổn định mái đào, ổn định
mái dốc và chống sạt lở, gia cố đập …. Châu Âu đi đầu trong các ứng dụng neo
trong đất. Vào những năm 1950, neo Bauer sử dụng tao cáp cường độ cao trong lỗ
khoan có đường kính nhỏ đã được giới thiệu ở Đức. Tiếp theo là Úc và Thụy Sĩ đã
sử dụng neo trong đất cho rất nhiều công trình xây dựng.
Vào thập niên 1970, neo trong đất đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế
giới. Hoa Kỳ sử dụng neo trong đất cho hệ thống chống tạm phục vụ công tác đào
đất và dần dần phát triển ứng dụng cho các kết cấu vĩnh cửu.
Ở Việt Nam, công trình đầu tiên sử dụng kỹ thuật neo trong đất đã được Bachy
Soletanche Vietnam thực hiện thành công ở Toà tháp VietcomBank tại 184 Trần
Quang Khải, Hà Nội vào năm 1997. Tường vây sử dụng neo trong đất được sử dụng
để thi công 3 tầng hầm dự án Trung tâm điều hành và Thông tin viễn thông Điện lực
Việt Nam có diện tích 14.000 m
2
tại số 11 phố Cửa Bắc, TP. Hà Nội vào năm 2008.
Tòa tháp Keangnam Landmark Tower cao nhất Việt Nam, tại Lô 6 đường Phạm
Hùng, Hà Nội, do Samwoo Geotech thi công từ tháng 5/2008, tường bê tông cốt
thép liên tục trong đất dày 80cm và hai tầng neo trong đất có sức chịu tải từ 35-40
tấn được sử dụng để thi công 2 tầng hầm của tòa tháp này. Cọc đất-xi măng trộn sâu
được xem xét thiết kế làm giải pháp ổn định hố đào (kết hợp một phần với neo DƯL
trong đất) cho 2 tầng hầm của chung cư cao tầng Thương mại - Dịch vụ LUGIACO
ở số 70 đường Lữ Gia, P.15 quận 11, thành phố Hồ Chí Minh [34].
1.1.2. Phân loại neo trong đất
1.1.2.1. Tổng quan
Neo trong đất có thể phân loại dựa theo cách liên kết với đất nền, cách lắp đặt,
phương pháp phun vữa, công dụng, phương pháp căng kéo (hình 1.1). Theo mục
đích sử dụng, neo được chia thành neo tạm thời và neo cố định. Neo tạm thời là loại
neo có thể tháo ra sau khi kết cấu có khả năng chịu lực. Neo cố định sử dụng lâu
hơn tuỳ vào thời gian tồn tại của công trình, nó tham gia chịu lực chung với kết cấu
công trình.

Neo cũng được phân chia theo cách thức mà neo được đỡ bởi lực ma sát giữa lớp
vữa và đất (hình 1.2)
Hình 1.1. Phân loại neo trong đất
1.1.2.2. Neo tạo lực kéo
Nhược điểm của neo tạo lực kéo là gây nên vết nứt trong lớp vữa bảo vệ và mất tải
trọng do từ biến. Do đó, trong biểu đồ phân bố ma sát (hình 1.3a), đường phân bố
ma sát ban đầu là đường cong (1). Khi tải trọng tác dụng đường cong (1) sẽ bị thay
đổi thành đường cong (3).
Hình 1.2. Phân loại neo theo phương thức liên kết với đất nền.
Theo biểu đồ thay đổi tải trọng, đường cong tải trọng mong muốn là đường (1),
nhưng thực sự, khi tải trọng tập trung hình quạt vượt quá lực kéo cho phép của đất,
đường cong bị mất tải trọng. Nguyên nhân là sự giảm ma sát do tải trọng tập trung.
Hình 1.3. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo
lực kéo.
1.1.2.3. Neo tạo lực nén tập
trung
Neo tạo lực nén tập trung sử dụng các tao cáp dự ứng lực được bọc bằng ống PE,
tạo lực nén lên vữa bằng cách gắn chặt cáp vào đối trọng ma sát riêng. Tải trọng
giảm do từ biến nhỏ hơn so với neo tạo lực kéo, nhưng phải sử dụng vữa có cường
độ lớn hơn. Nhược điểm là không tạo được lực neo cần thiết trong đất yếu. Khi lực
nén tác dụng lên vữa, tải trọng tập trung được tạo ra ở phần cuối của vữa có thể làm
vỡ lớp vữa.
Neo tạo lực nén tập trung cũng có sự giảm tải trọng như thể hiện trên biểu đồ thay
đổi tải trọng hình 1.4. Nguyên nhân làm giảm tải trọng đột ngột phụ thuộc vào sự
phá hoại do tải trọng nén.
Hình 1.4. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo
lực nén tập trung.
1.1.2.4. Neo tạo lực nén phân bố
Để khắc phục những nhược điểm của dạng neo tạo lực kéo và neo tạo lực nén tập
trung, tải trọng tập trung quá giới hạn không được xuất hiện ở trong đất và khối

vữa, sử dụng cáp bọc ống PE mà không tạo ra giới hạn cho chiều dài tự do của neo
và phân bố lực neo vào trong đất dễ dàng. Để đạt được điều đó, dạng neo tạo lực
nén phân bố được phát triển và sử dụng. Trong trường hợp này, tải trọng truyền dọc
theo chiều dài neo, ít ảnh hưởng đến cường độ vữa, và đảm bảo lực neo cần thiết
trong đất yếu. Loại này có thể tạo được tải trọng rất lớn trong các loại đất thông
thường và đất cát cũng như trong đá.
Sử dụng loại neo này có tỷ lệ mất mát ứng suất nhỏ và giữ được tải trọng theo thời
gian.
Hình 1.5. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo
lực nén phân bố.
1.1.3. Cấu tạo của neo trong
đất
Hình 1.6 thể hiện cấu tạo của neo trong đất. Đoạn chiều dài không liên kết
(unbonded length) là đoạn chiều dài tự do, không liên kết với vữa. Chiều dài này có
tác dụng truyền tải trọng từ đầu neo cho đoạn chiều dài liên kết với vữa. Đoạn chiều
dài không liên kết phải đủ lớn để nằm ngoài phạm vi mặt trượt giới hạn.
Đoạn chiều dài kiên kết với vữa (Bonded length) được bao bọc bằng vữa và truyền
tải trọng từ neo vào đất đá xung quanh. Đoạn chiều dài liên kết có chiều dài trung
bình từ 3.0m đến 10.0m [22].
Hình 1.6. Mặt cắt ngang điển hình của neo trong đất.
1.1.3.1. Thanh thép và bó cáp
Cả thép thanh và cáp dự ứng lực đều có thể được sử dụng làm neo trong đất. Các

qui định về thanh thép và cáp dự ứng lực tuân theo tiêu chuẩn ASTM A722 và
ASTM A416. Các thanh thép thường có các đường kính 26mm, 32mm, 36mm,
45mm, 64mm và chiều dài 1 thanh khoảng 18m. Tải trọng thiết kế của neo xấp xỉ
2,077 kN ứng với thanh có đường kính 64mm [22] . Với các neo có chiều dài lớn
hơn 18m, có thể sử dụng hộp nối để nối các thanh thép khi cần để đạt chiều dài yêu
cầu. So với các tao cáp dự ứng lực, thép thanh dễ tạo ứng suất và có thể điều chỉnh
được tải trọng sau khi lắp đặt.

Hình 1.7. Cáp dự ứng lực sử dụng cho neo trong đất [6]
Các bó cáp DUL thường bao gồm nhiều tao cáp 7 sợi xoắn. Các tao cáp có đường
kính 12.7mm hoặc 15.2mm. Neo sử dụng các tao cáp dự ứng lực không có giới hạn
về chiều dài và tải trọng. Các tao cáp có độ tự chùng thấp được sử dụng để giảm
mất mát do cốt thép tự chùng.
1.1.3.2. Cử định vị và miếng định tâm (Spacer and Centralizer)
Cử định vị và miếng định tâm thường đặt cách khoảng 3m dọc theo chiều dài đoạn
liên kết của neo với vữa. Với các bó cáp dự ứng lực, miếng định tâm có tác dụng
giữ cho khoảng cách tối thiểu giữa các tao cáp từ 6mm đến 13mm và chiều dày bao
bọc tối thiểu của vữa là 13mm [22]. Hình 1.8 thể hiện mặt cắt ngang của neo trong
đất bằng cáp dự ứng lực.
Hình 1.8. Bố trí cử định vị và miếng định tâm
1.1.3.3. Vữa epoxy lấp đầy khoảng trống các tao cáp
Vữa epoxy lấp đầy khoảng trống giữa các tao cáp tạo ra lớp bảo vệ chống ăn mòn
cho đoạn neo. Vữa epoxy ngăn không cho nước đi vào khoảng trống giữa các tao
cáp và ăn mòn thép.
1.1.3.4. Vữa ximăng
Neo trong đất thường sử dụng vữa nguyên chất (vữa không có cấp phối) tuân theo
tiêu chuẩn ASTM C150. Loại vữa xi măng cát cũng có thể sử dụng cho các lỗ
khoan có đường kính lớn. Máy trộn vữa tốc độ cao thường được sử dụng để đảm
bảo sự đồng nhất giữa vữa và nước. Tỷ lệ theo khối lượng nước/xi măng (w/c) trong
khoảng từ 0.40 đến 0.55. Xi măng loại I thường được sử dụng với cường độ nhỏ
nhất vào thời điểm tạo ứng suất là 21MPa. Tuỳ vào đặc điểm của công trình, các