“Nghiên cứu ứng dụng của neo trong đất có hiệu quả trong các công trình xây dựng

-1-

Luận văn thạc sĩ

LỜI CẢM ƠN
Trong khuôn khổ hạn chế của luận văn, với những kết quả còn rất khiêm tốn
trong việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ứng dụng của neo trong đất có hiệu quả
trong các công trình xây dựng”, tác giả luận văn hy vọng đóng góp một phần nhỏ
bé phục vụ thực tế cho lĩnh vực nghiên cứu, thiết kế và thi công xây dựng các công
trình có hố móng sâu đang phát triển mạnh mẽ ở nước ta.
Tác giả xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Thầy giáo - TS. Lê Xuân
Khâm đã tận tình giúp đỡ, cho nhiều nhận xét, cách tiếp cận những kiến thức mới
và hướng giải quyết để hoàn thiện luận văn.
Xin cảm ơn đến Văn phòng Việt Nam của công ty Samwoo Geotech (Hàn
Quốc), chuyên về công nghệ neo đất, đã cung cấp cho tôi nhiều tài liệu quý giá về
neo trong đất.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong Bộ môn thuỷ công, thi
công, cơ học đất, Khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện thuỷ điện và
Năng lượng tái tạo - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tác
giả về các tài liệu, thông tin khoa học kỹ thuật và đóng góp nhiều ý kiến quý báu
cho bài luận văn.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, đồng
nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn.
Do trình độ và thời gian có hạn nên luận văn không tránh khỏi những tồn tại,
hạn chế, tác giả rất mong nhận được mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành.
Tác giả mong muốn những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác giả phát triển và nghiên
cứu sâu hơn góp phần đưa những kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất.
Hà nội, 28 tháng 05 năm 2011
Tác giả

Lưu Mạnh Quảng

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


-2-

Luận văn thạc sĩ

MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ..............................................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................7
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................8
1. Tính cấp thiết và ý nghĩa thực của đề tài ............................................................8
2. Mục tiêu của luận văn .........................................................................................9
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:........................................................9
4. Nội dung của luận văn ........................................................................................9
5. Những đóng góp của luận văn ............................................................................9
CHƯƠNG 1 NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO ...............10
1.1. Neo trong đất (Ground Anchor).....................................................................10
1.1.1. Lịch sử phát triển của neo trong đất ........................................................10
1.1.2. Phân loại neo trong đất ............................................................................11
1.1.3. Cấu tạo của neo trong đất ........................................................................14
1.1.4. Ứng dụng của neo trong đất.....................................................................17
1.2. Các hệ thống tường neo .................................................................................21
1.2.1. Tổng quan.................................................................................................21
1.2.2. Tường cọc chống đứng và ván lát ngang..................................................23
1.2.3. Tường neo cọc ván thép............................................................................25
1.2.4. Tường cọc bê tông đổ tại chỗ. ..................................................................26
1.2.5. Tường cọc đất xi măng trộn sâu ...............................................................28

1.2.6. Tường cừ bê tông cốt thép trong đất ........................................................29
1.3. Kết luận chương 1 ..........................................................................................30
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG NEO ...........................31
2.1. Áp lực đất.......................................................................................................31
2.1.1. Tổng quát..................................................................................................31
2.1.2. Các loại áp lực đất và điều kiện sản sinh ra chúng .................................31
2.1.3. Áp lực đất ở trạng thái ngưng ..................................................................38
2.1.4. Ảnh hưởng chuyển vị của tường đến áp lực đất .......................................40
2.2. Thiết kế tường neo .........................................................................................43
2.2.1. Tính toán áp lực đất ..................................................................................43
2.2.2. Thiết kế neo trong đất ...............................................................................47
2.2.3. Các phương pháp tính toán tường neo .....................................................53
2.3. Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis. ...............................................................57
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


-3-

Luận văn thạc sĩ

2.3.1. Tổng quát..................................................................................................57
2.3.2. Cơ sở lý thuyết của phần mềm Plaxis. .....................................................58
2.3.3. Các mô hình đất trong phần mềm Plaxis..................................................62
2.4. Kết luận chương 2 ..........................................................................................66
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT DỰ
ÁN TRẠM XỬ LÝ NƯỚC SẠCH CIPUCHA ........................................................68
3.1. Giới thiệu dự án .............................................................................................68
3.1.1. Vị trí dự án ................................................................................................68
3.1.2. Số liệu tính toán đầu vào...........................................................................69
3.1.3. Kết quả tính toán của Samwoo Geotech Korea ........................................71

3.1.4. Nhận xét kết quả tính toán và hướng nghiên cứu tiếp theo.......................72
3.2. Mô hình tính toán bằng phần mềm PTHH Plaxis ..........................................72
3.2.1. Giới thiệu chương trình tính toán Plaxis....................................................72
3.2.2. Mô hình bài toán.......................................................................................73
3.2.3. Bài toán 1: Xác định góc nghiêng hợp lý của neo so với phương ngang 76
3.2.4. Bài toán 2: So sánh trường hợp tường không bố trí và có bố trí neo ......78
3.2.5. Bài toán 3: Tìm khoảng cách bố trí hợp lý của các hang neo ..................83
3.2.6. Bài toán 4: Khoảng cách hợp lý của neo khi lực neo thay đổi .................89
3.3. Kết luận chương 3 ..........................................................................................95
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................96
4.1. Kết luận ..........................................................................................................96
4.2. Kiến nghị........................................................................................................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................97
Tiếng Việt..................................................................................................................98
Tiếng Anh..................................................................................................................99
PHỤ LỤC................................................................................................................100

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


-4-

Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phân loại neo trong đất .............................................................................11
Hình 1.2. Phân loại neo theo phương thức liên kết với đất nền................................12
Hình 1.3. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo
lực kéo. ......................................................................................................................12
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........................................................................................................13
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. ........................................................................................................14
Hình 1.6. Mặt cắt ngang điển hình của neo trong đất. ..............................................15
Hình 1.7. Cáp dự ứng lực sử dụng cho neo trong đất ...............................................16
Hình 1.8. Bố trí cử định vị và miếng định tâm .........................................................16
Hình 1.9. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào ......................................17
Hình 1.10. Neo ổn định tường chắn khi đào đất .......................................................18
Hình 1.11. Hệ shoring chống đỡ hố đào thi công tầng hầm toà nhà Bảo Gia Đường
Lê Đại Hành, quận 10, Tp. HCM. .............................................................................18
Hình 1.12. So sánh tường trọng lực và tường neo khi thi công đường đào ..............19
Hình 1.13. Ứng dụng neo trong đất ổn định mái dốc và chống sạt lở. ....................20
Hình 1.14. Ứng dụng neo trong đất, khối bê tông chống sạt lở................................20
Hình 1.15. Ứng dụng neo trong đất chống tải trọng nâng và ổn định kết cấu. .........21
Hình 1.16. Neo chống lực đẩy nổi ............................................................................21
Hình 1.17. Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng [16]. ..........................23
Hình 1.18. Tường neo cọc chống và ván lát ngang. .................................................24
Hình 1.19. Tiết diện ngang liên hợp và hình ống của cọc chống..............................24
Hình 1.20. Ván lát ngang bằng gỗ và bê tông phun..................................................25
Hình 1.21. Hệ thống tường neo cọc ván thép ...........................................................25
Hình 1.22. Tường neo cọc ván thép..........................................................................26
Hình 1.23. Tường gồm các cọc bê tông cốt thép liền kề ..........................................27
Hình 1.24. Tường gồm các cọc bê tông cài vào nhau...............................................27
Hình 1.25. Tường neo cọc đất xi-măng trộn sâu. .....................................................28
Hình 1.26. Chu kỳ thi công tường cọc đất-xi măng trộn sâu [14].............................29
Hình 1.27. Mặt cắt ngang điển hình của tường cọc đất-xi măng trộn sâu [14].........29
Hình 1.28. Tường cừ bê tông cốt thép trong đất [19]. ..............................................30
Hình 2.1. Kết quả thí nghiệm mô hình tường chắn đất Terzaghi [2]. ......................32
Hình 2.2. Phương ứng suất chính lớn nhất và vòng tròn Mohr [2]. .........................33
Hình 2.3. Sơ đồ tính toán áp lực chủ động và điểm đặt theo Rankine [2]. ..............33

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


-5-

Luận văn thạc sĩ

Hình 2.4. Sơ đồ tính toán áp lực bị động và điểm đặt theo Rankine [2]..................35
Hình 2.5. Sơ đồ tính áp lực chủ động của đất rời theo Coulomb. ...........................36
Hình 2.6. Sơ đồ tính áp lực chủ động của đất dính theo Coulomb. ........................37
Hình 2.7. Sơ đồ tính áp lực chủ động của đất theo đồ giải [2]................................37
Hình 2.8. Sơ đồ tính áp lực bị động theo Coulomb.................................................38
Hình 2.9. Tính áp lực đất ngưng khi mặt đất ngang, lưng tường đứng [2]. .............39
Hình 2.10. Lưng tường chắn và mặt đất đắp nghiêng [2]. .......................................39
Hình 2.11. Mặt cắt của mô hình tường neo ..............................................................40
Hình 2.12. Chuyển vị ngang và áp lực đất khi đào đến cao độ tầng neo đầu tiên ...41
Hình 2.13. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi truyền lực cho neo......41
Hình 2.14. Chuyển vị và áp lực đất khi đào đến tầng neo bên dưới.........................42
Hình 2.15. Chuyển vị và áp lực đất khi đào đến cao độ thiết kế...............................43
Hình 2.16. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck ................................44
Hình 2.17. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất cát. ................................................45
Hình 2.18. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến cứng. 46
Hình 2.19. Sơ đồ tính toán nguyên tắc thiết kế neo [8]. ...........................................48
Hình 2.20. Phân tích thành phần lực đối với đất rời và đất dính [8]. .......................48
Hình 2.21. Tính toán lực neo cho tường một tầng neo .............................................49
Hình 2.22. Tính toán lực neo cho tường có nhiều tầng neo......................................49
Hình 2.23. Khoảng cách yêu cầu của neo theo phương đứng và phương ngang......53
Hình 2.24. Phương pháp dầm tương đương tựa trên gối cứng.................................54
Hình 2.25. Phương pháp dầm tựa trên nền đàn hồi (WINKLER). ...........................55
Hình 2.26. Mối quan hệ tuyến tính ứng suất-biến dạng.........................................56

Hình 2.27. Mối quan hệ phi tuyến ứng suất-biến dạng............................................57
Hình 2.28. Mặt chảy dẻo Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất chính............63
Hình 2.29. Quan hệ ứng suất-biến dạng đàn dẻo lý tưởng. ......................................65
Hình 2.30. Quan hệ hyperbol giữa ứng suất và biến dạng trong thí nghiệm 3 trục
chuẩn có thoát nước. .................................................................................................65
Hình 2.31. Mặt chảy dẻo của mô hình HS trong mặt phẳng p-q ..............................66
Hình 2.32. Các đường đồng mức chảy dẻo của mô hình HS trong không gian ứng
suất chính ..................................................................................................................66
Hình 3.1. Mặt cắt hố móng trạm bơm xử lý nước sạch Cipucha................................68
Hình 3.2. Kỹ thuật thi công và bảo vệ hố móng bằng neo đất dự ứng lực...............69
Hình 3.3. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường của tư vấn Samwoo
Geotech Korea .........................................................................................................71
Hình 3.4a. Mặt cắt ngang hố móng công trình ..........................................................73
Hình 3.4. Giai đoạn 1 – Đào đất đến tầng neo đầu tiên ............................................74
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


-6-

Luận văn thạc sĩ

Hình 3.5. Giai đoạn 2 – Truyền lực cho tầng neo đầu tiên .......................................75
Hình 3.6. Giai đoạn 3 – Đào đất đến tầng neo thứ 2.................................................75
Hình 3.7. Giai đoạn 4 – Truyền lực cho tầng neo thứ 2............................................76
Hình 3.8. Giai đoạn 5 – Đào đất đến cao độ thiết kế ................................................76
Hình 3.9. Hệ số ổn định tổng thể của tường neo (α = 15o) ......................................77
Hình 3.10. Mô hình tính toán cho trường hợp tường không có neo và có neo .........78
Hình 3.11. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ......................................................79
Hình 3.12. So sánh chuyển vị ngang dọc theo chiều sâu tường. ..............................79
Hình 3.13. Biểu đồ mô men uốn của tường.............................................................80

Hình 3.14. So sánh mô men uốn dọc theo chiều sâu tường......................................80
Hình 3.15. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng ......................................................81
Hình 3.16. Biểu đồ τ -σ và đường bao phá hoại Mohr-Coulomb ............................81
Hình 3.17. Các điểm chảy dẻo ứng với trường hợp tường không có neo ................82
Hình 3.18. Các điểm chảy dẻo ứng với trường hợp tường có bố trí neo..................82
Hình 3.19. Sơ đồ tính toán khi thay đổi khoảng cách bố trí hai hang neo ................84
Hình 3.20. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 1. ..............84
Hình 3.21. đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 2........................85
Hình 3.22. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 3. ..............85
Hình 3.23. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 4. ..............86
Hình 3.24. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5. ..............86
Hình 3.25. Biểu đồ quan hệ Mmax (kNm/m) và khoảng cách neo x(m). ................87
Hình 3.26. Biểu đồ quan hệ chuyển vị max sh(mm) và khoảng cách neo x(m) ......88
Hình 3.27. Biểu đồ Mmax ∼ x với các giá trị lực neo khác nhau. ............................90
Hình 3.28. Biểu đồ quan hệ Uhmax ∼ x với các giá trị lực neo khác nhau. .............90
Hình 3.29. Biểu đồ mô men ở giai đoạn 5 ................................................................91
Hình 3.30. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5..................................91
Hình 3.31. Biểu đồ mô men trường hợp x=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m.......92
Hình 3.32. Biểu đồ chuyển vị ngang với x=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m......92
Hình 3.33. Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường. ...................................................93
Hình 3.34. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường .......................................................93

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


-7-

Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Phân loại tường neo theo US Army Corps of Engineering [22]. .............22
Bảng 2.1. Giá trị tải trọng cuối cùng truyền vào đất cho việc thiết kế sơ bộ neo
trong đất đường kính nhỏ [21]...................................................................................52
Bảng 3.1. Các thuộc tính của các lớp đất cho mô hình Plaxis ..................................69
Bảng 3.2. Các đặc trưng của tường vây ....................................................................70
Bảng 3.3. Các đặc trưng của đoạn chiều dài không liên kết .....................................71
Bảng 3.4. Các đặc trưng của đoạn chiều dài liên kết ................................................71
Bảng 3.5. Hệ số an toàn Msf ứng với các góc nghiêng của neo...............................77
Bảng 3.6. Ứng suất và chuyển vị của những điểm chọn trong mô hình ..................83
Bảng 3.7. khoảng cách bố trí giữa hai hàng neo.......................................................84
Bảng 3.8. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với các khoảng cách neo 87
Bảng 3.9. Giá trị lực F1, F2 (KN/m) cho mô hình tính toán ....................................89

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


-8-

Luận văn thạc sĩ

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết và ý nghĩa thực của đề tài
Trong giai đoan phát triển kinh tế - xã hội thời kỳ hội nhập, 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. Những công trình
này thường có mái dốc lớn hoặc hố móng sâu, do các điều kiện về mật độ, giá thành
không cho phép mở rộng mái dốc và mở rộng hố móng. Khi đó, sử dụng 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 sẽ có nhiều hiệu quả, nó có tác
dụng làm ổn định kết cấu chống lại sự chuyển vị quá mức của kết cấu xây dựng

bằng việc ứng dụng thanh neo hoặc cáp dự ứng lực được cố định một đầu vào trong
lòng đất đá và được căng kéo để tạo ra tải trọng neo. Neo trong đất thường 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.
Tuy nhiên 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, vì vậy phải nghiên cứu lý thuyết tính toán, cũng như nghiên
cứu các giải pháp sử dụng neo trong đất để có hiệu quả trong đó có yếu tố khoảng
cách bố trí hợp lý của neo cho hệ thống tường vây giữ ổn định hố đào. Sau khi
nghiên cứu lý thuyết về neo trong đất và hệ thống tường neo, áp dụng tính toán theo
theo phương pháp phần tử hữu hạn cho mô hình có xét đến sự làm việc đồng thời
của tường vây và neo trong đất đối với hố móng đào sâu, phân tích bằng phần mềm
tính toán 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 vây. Khi khoảng cách
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 của tường lại lớn.
Vậy đề tài “Nghiên cứu ứng dụng của neo trong đất có hiệu quả trong các
công trình xây dựng” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn.
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


-9-

Luận văn thạc sĩ

2. Mục tiêu của 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 chắn đất
Nghiên cứu tính toán tối ưu góc nghiêng so với phương ngang, khoảng cách,
độ lớn lực hợp lý của các hàng neo cáp dự ứng lực cho hệ thống tường vây. Trường
hợp nghiên cứu được cụ thể hoá cho dự án “Trạm xử lý nước sạch Cipucha - Nam
Thăng Long TP. Hà Nội”
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
Tổng hợp tài liệu nghiên cứu, giáo trình, quy phạm đã có ở trong và ngoài
nước. Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn và mô hình tính toán có xét đến sự
làm việc đồng thời của hệ tường vây và neo trong đất đối với hố móng đào sâu, với
sự hỗ trợ của phần mềm địa kỹ thuật Plaxis để phân tích kết quả.
4. Nội dung của luận văn
Ngoài phần mở đầu, luận văn gồm bốn chương cụ thể như sau:
Chương I: Neo trong đất và các hệ thống tường neo
Nội dung của chương này được đề cập về lịch sử phát triển của neo, phân
loại, cấu tạo, ứng dụng của neo trong đất. Nghiên cứu về các hệ thống tường neo
Chương II: Cơ sở lý thuyết tính toán tường neo
Nội dung của chương này được đề cập về tổng quan về áp lực đất, các lý
thuyết về áp lực chủ động và áp lực bị động. Nghiên cứu thiết kế tường neo và thiết
kế neo trong đất và phương pháp tính.
Chương III: Nghiên cứu ứng dụng bố trí hợp lý của neo đất có hiệu quả.
Nội dung của chương này được đề cập đến cụ thể hoá áp dụng phương pháp
phần tử hữu hạn và mô hình tính toán, với sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis để phân
tích kết quả. Áp dụng cho dự án “Trạm xử lý nước sạch Cipucha - Nam Thăng
Long TP. Hà Nội”
Chương IV: Kết luận và kiến nghị
5. Những đóng góp của luận văn
Tối ưu các yếu tố góc nghiêng, khoảng cách neo và lực neo để giảm giá trị
mô men uốn và chuyển vị ngang của tường, tăng khả năng ổn định của tường chắn

trong quá trình thi công cũng như vận hành và giảm giá thành xây dựng công trình.
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 10 -

Luận văn thạc sĩ

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”.
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 hồ 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 m2 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.

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 11 -

Luận văn thạc sĩ

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
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ

- 12 -

Luận văn thạc sĩ

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.
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 13 -

Luận văn thạc sĩ

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
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 14 -

Luận văn thạc sĩ

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 [21].

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 15 -

Luận văn thạc sĩ

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 650÷1000 kN ứng với thanh có đường kính 64mm. 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.

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 16 -

Luận văn thạc sĩ

Hình 1.7. Cáp dự ứng lực sử dụng cho neo trong đất
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 [21]. 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
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 17 -

Luận văn thạc sĩ

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 phụ gia có thể được
sử dụng để tăng độ sụt cho vữa. Các chất phụ gia không yêu cầu sử dụng, nhưng hiệu
quả hơn nếu sử dụng phụ gia siêu dẻo khi bơm vữa ở nhiệt độ cao và chiều dài bơm lớn.
1.1.4. Ứng dụng của neo trong đất
1.1.4.1. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào

Hình 1.9. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào
Neo trong đất kết hợp với tường chắn bằng cọc chống và ván lát ngang hoặc bê
tông phun, tường bê tông cốt thép, tường vây cọc ván… tạo thành hệ thống tường chắn
ổn định mái đất phục vụ công tác đào đất thi công các công trình: tầng hầm các toà nhà,
bể nước ngầm, nhà ga tàu điện ngầm đặt trong lòng đất, bãi đỗ xe ngầm….Ưu điểm của
hệ thống này là không chiếm mặt bằng thi công, thời gian thi công nhanh, giá thành thấp
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 18 -

Luận văn thạc sĩ

hơn so với chống đỡ bằng hệ thống thanh chống và dầm giằng bằng thép truyền thống.

Hình 1.10. Neo ổn định tường chắn khi đào đất

Hình 1.11. Hệ shoring chống đỡ hố đào thi công tầng hầm toà nhà Bảo Gia
Đường Lê Đại Hành, quận 10, Tp. HCM.
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ

- 19 -

Luận văn thạc sĩ

1.1.4.2. Ổn định tường chắn khi thi công đường đào
Hệ thống tường neo thường được sử dụng để ổn định mái dốc cho thi công đào
đường qua vách núi có mái dốc lớn, mở rộng lòng đường….
Hình 1.12 minh hoạ sự so sánh giữa tường trọng lực thông thường và hệ thống
tường neo cố định cho việc xây dựng đường đào. Tường trọng lực có giá thành cao hơn
vì đòi hỏi cần kết cấu chống tạm để đào đất, phải lấp đất lại, và có khi cần sử dụng
móng cọc sâu. Hệ thống tường neo trong đất còn sử dụng cho việc xây dựng các mố cầu
mới, chống sự sạt lở đất đấp cho mố cầu cũ.

Hình 1.12. So sánh tường trọng lực và tường neo khi thi
công đường đào
1.1.4.3. Ổn định và chống sạt lở mái dốc
Neo trong đất thường được sử dụng kết hợp với tường, dầm ngang, khối bê tông
để ổn định mái dốc và chống sạt lở. Neo trong đất cho phép đào sâu để xây dựng các
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 20 -

Luận văn thạc sĩ

đường cao tốc mới (hình 1.13a). Neo trong đất còn sử dụng để ổn định các khối đất đá
phía trên mái dốc và ổn định mặt trượt (hình 1.13b). Các dầm ngang và khối bê tông
được sử dụng để truyền tải trọng từ neo vào đất tại bề mặt mái dốc để giữ ổn định mái
dốc ngay vị trí đào. Việc lựa chọn sử dụng dầm ngang hay các khối bê tông phụ thuộc

các điều kiện kinh tế, mỹ quan, duy tu bảo dưỡng trong quá trình khai thác sử dụng.

Hình 1.13. Ứng dụng neo trong đất ổn định mái dốc và chống sạt lở.
1.1.4.4. Ổn định kết cấu
Các neo cố định thường được sử dụng để chống lại lực đẩy nổi lên. Lực đẩy nổi
được tạo ra do áp lực thuỷ tĩnh hay do kết cấu mất ổn định và bị lật đổ. Các kết cấu xây
dựng thông thường chống lại lực đẩy nổi bằng tải trọng tĩnh của chính bản thân kết cấu.
Ưu điểm của việc sử dụng neo trong đất chống lại lực đẩy nổi là: (1) khối lượng bê tông
sàn ít hơn so với dùng phương pháp tải trọng tĩnh; (2) khối lượng đào đất giảm. Tuy
nhiên chúng cũng tồn tại một số nhược điểm: (1) sự thay đổi tải trọng trong neo có thể
làm kết cấu bị lún xuống hoặc nâng lên; (2) Khó thi công chống thấm; (3) Ứng suất
trong nền thay đổi nhiều.

Hình 1.14. Ứng dụng neo trong đất, khối bê tông chống sạt lở
Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 21 -

Luận văn thạc sĩ

Hình 1.15. Ứng dụng neo trong đất chống tải trọng nâng và ổn định kết cấu.
Các neo có tải trọng kéo xuống có thể ứng dụng để ổn định các đập bê tông. Các
đập cũ thường được yêu cầu tăng thêm độ ổn định để đáp ứng các qui định an toàn theo
các qui trình hiện hành có xét đến dòng chảy, động đất. Neo trong đất có khả năng
chống lại tải trọng lật, xoay, lực động đất.

Hình 1.16. Neo chống lực đẩy nổi
1.2. Các hệ thống tường neo
1.2.1. Tổng quan

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 22 -

Luận văn thạc sĩ

Một ứng dụng phổ biến của neo trong đất trong các dự án là tường neo được sử
dụng nhằm ổn định mái đào và ổn định mái dốc [16]. Các tường neo này bao gồm
tường hẫng không trọng lực và một hoặc nhiều tầng neo trong đất. Các loại tường hẫng
không trọng lực gồm các bộ phận thẳng đứng có thể liên tục hoặc không liên tục được
khoan hoặc đóng xuống dưới đáy cao độ đào. Tường hẫng không trọng lực chịu lực
bằng sức kháng cắt, độ cứng chống uốn của thành phần theo phương đứng và sức kháng
bị động của đất dưới cao độ đào. Sức chịu tải của tường neo dựa vào các thành phần này
và sức chịu tải ngang của neo để chống lại áp lực ngang ( đất, nước, động đất….) tác
dụng vào tường. Strom and Ebeling (2001) [22] đã phân loại tường neo thường được sử
dụng bởi US Army Corps of Engineering như sau:
Tường cọc ván thép, dầm giằng và neo dự ứng lực;
Tường cọc chống, ván lát hoặc bê tông cốt thép lát ngang và neo dự ứng lực;
Hệ thống tường gồm các cọc chèn nhau (Secant cylinder pile system) và neo dự
ứng lực;
Tường bê tông cốt thép liên tục và neo dự ứng lực;
Tường bê tông cốt thép không liên tục (cọc chống và bê tông cốt thép lát mặt) và
neo dự ứng lực.
Chuyển vị và mô men uốn của tường ổn định mái đào là hàm số của cường độ
đất và độ cứng của tường. Độ cứng của tường phụ thuộc vào độ cứng kết cấu tường (EI)
và khoảng cách theo phương đứng của các hàng neo (L). Tường cọc ván thép và tường
gồm hệ thống cọc chống, ván lát ngang được xem là hệ thống tường mềm. Tường gồm
các cọc chèn nhau, tường cọc bê tông cốt thép liên tục, tường cọc bê tông cốt thép
không liên tục được xem là các hệ thống tường cứng (Bảng 1.1)

Bảng 1.1. Phân loại tường neo theo US Army Corps of Engineering [22].
Kết cấu tường

Phân loại tường theo độ cứng
Tường mềm

Tường cọc ván thép

√

Hệ thống tường cọc chống, ván lát ngang

√

Tường cứng

Hệ thống tường gồm các cọc chèn nhau

√

Tường cọc bê tông cốt thép liên tục

√

Tường cọc bê tông cốt thép không liên tục

√

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ

- 23 -

Luận văn thạc sĩ

Hinh 1.17 mô tả 5 loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng, bao gồm: (1)
Tường cọc chống đứng và ván lát ngang; (2) Tường cọc ván thép; (3) Tường cọc bê
tông cốt thép; (4) Tường đất xi măng trộn sâu; (5) Tường cừ bê tông cốt thép trong đất.

Hình 1.17. Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng [16].
1.2.2. Tường cọc chống đứng và ván lát ngang
Tường cọc chống và ván lát ngang được sử dụng đầu tiên ở Đức vào những năm
cuối của Thế kỷ thứ 19 và nhanh chóng được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu. Tường gồm
hai bộ phận chính: (1) cọc chống chịu toàn bộ tải trọng do áp lực đất, và (2) ván lát
ngang chịu tải trọng do áp lực đất ở giữa hai cọc chống [15].
Hình 1.18 mô tả tường neo cọc chống đứng bằng thép hình và ván lát ngang
bằng gỗ để giữ ổn định hố đào. Cọc chống đứng là thép hình có tiết diện ngang hình chữ
I, giằng ngang bằng thép hình có tác dụng phân bố lực neo cho các cọc liền kề nhau.

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 24 -

Luận văn thạc sĩ

Hình 1.18. Tường neo cọc chống và ván lát ngang.
Cọc chống có thể là cọc đóng hoặc cọc đổ bê tông tại chổ hoặc kết cấu bê tông
ứng suất trước. Tiết diện cọc chống có thể là chữ I, H, hình hộp, hình ống hay tiết diện
chữ nhật…

a. Tiết diện ngang liên hợp

b. Tiết diện ngang hình ống

Hình 1.19. Tiết diện ngang liên hợp và hình ống của cọc chống.
Sau khi thi công xong cọc chống, đất phía trước tường được đào đi theo từng bậc
và lắp đặt ván lát ngang. Thông thường chiều cao bậc đào từ 1.2 đến 1.5m, tuy nhiên
chiều cao đào có thể ít hơn phụ thuộc vào thời gian ổn định của loại đất đào. Ván lát
ngang nên được lắp đặt ngay sau khi đào để chống hiện tượng xói mòn và chảy đất vào
hố đào. Ván lát ngang có thể bằng gỗ, thép, bê tông phun hoặc kết cấu bê tông cốt thép.
Ván lát bằng bê tông ít được sử dụng vì rất khó thi công lắp đặt theo trình tự từ trên
xuống dưới.

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


- 25 -

a. Ván lát gỗ

Luận văn thạc sĩ

b. Ván lát bê tông phun

Hình 1.20. Ván lát ngang bằng gỗ và bê tông phun.
1.2.3. Tường neo cọc ván thép
Tường cọc ván thép thường được sử dụng trong các loại đất không lắp được ván
lát ngang như đất sét yếu, đất bùn bảo hòa nước, đất bùn yếu, cát pha sét yếu…. Các
loại đất này không ổn định khi đào nếu không được chống giữ. Hình 1.21 mô tả tường

cọc ván thép với giằng ngang và neo trong đất. Cọc ván thép thường được đóng hoặc ép
thành hàng chèn nhau. Cọc ván thép chịu tác dụng của áp lực đất và tải trọng nước.
Giằng ngang có độ cứng lớn hơn, nằm bắc ngang giữa 2 neo. Mặt cắt ngang của giằng
ngang thường có dạng hình chữ C [18].

Hình 1.21. Hệ thống tường neo cọc ván thép

Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ