Neo trong đất (Ground anchor): Cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động và cơ sở lý thuyết tính toán neo

Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

Information of Science and Technology
No. 1/2016

NEO TRONG ĐẤT (GROUND ANCHOR): CẤU TẠO, PHÂN
LOẠI, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CƠ SỞ
LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NEO
Th.S Lê Trường Sinh
Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung

Tóm tắt
Hiện nay phương pháp giằng chống
tường vách hố đào sử dụng neo trong đất được
sử dụng khá phổ biến trong các công trình dân
dụng ở Việt Nam. Nhưng ở nước ta chưa có
tiêu chuẩn thiết kế, thi công và giám sát neo
trong đất cho công trình dân dụng. Tác giả
tổng hợp, giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý hoạt
động và cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải
của neo trong đất theo một số tiêu chuẩn đã
được sử dụng( Tiêu chuẩn Anh: BS 8081:1989;
Tiêu chuẩn Trung Quốc: CECS 22-1990)

Từ khóa
Neo trong đất, ground anchor.

1. Neo trong đất (Ground anchor)
1.1. Lịch sử phát triển của neo trong đất
Neo trong đất là một loại thanh

chịu kéo kiểu mới, một đầu thanh liên
kết với kết cấu công trình hoặc tường
cọc chắn đất, đầu kia neo chặt vào trong
nền đất để chịu lực nâng lên, lực kéo
nhổ, lực nghiêng lật hoặc áp lực đất, áp
lực nước của tường chắn, nó lợi dụng lực
neo giữ của tầng đất để duy trì ổn định
của công trình.
Qua một số công trình đã sử dụng
hệ thống tường neo trong đất, cho thấy
giá thành sử dụng tường neo trong đất
thấp hơn xấp xỉ 1/3 lần so với sử dụng kết
cấu tường chắn thông thường. 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 chống đỡ tường
chắn như thép, bê tông, gỗ.
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… Năm 1958 lần đầu tiên neo trong
đất được sử dụng để giữ ổn định tường
chắn đất trong thi công hố móng sâu. Sau
lần ứng dụng thành công năm 1958, neo
trong đất đã cho thấy được nhiều ưu điểm
nên được nhiều nước tiếp tục nghiên cứu

phát triển, đưa ra các quy trình thiết kế và
hoàn thiện công nghệ thi công.
Ở Việt Nam, công trình đầu tiên sử
dụng kỹ thuật neo trong đất đã được
Bachy Soletanche Vietnam (Pháp) thực
hiện thành công ở Tòa tháp VietcomBank
tại 184 Trần Quang Khải, Hà Nội vào

28


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

năm 1977. 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(Hàn Quốc)
thi công 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 ximăng
- đất trộn sâu được xem xét thiết kế làm
giải pháp ổn định hố đào (kết hợp một

phần với neo 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.
Gần đây nhất Công ty Samwoo Vietnam
cũng sử dụng phương án tường cọc BTCT
kết hợp neo ứng suất trước (ƯST) để thi
công 4 tầng hầm công trình Trung tâm
Thương mại Đà Lạt (Dalat Center) tại
thành phố Đà Lạt.
1.2. Phân loại neo trong đất
Neo trong đất có thể phân loại dựa
theo cách liên kết với nền đất, cách lắp
đặt, phương pháp phun vữa, công dụng,
phương pháp căng kéo. Cơ bản chúng ta
có thể phân chia như dưới đây:

Information of Science and Technology
No. 1/2016

(2) Neo cố định được sử dụng lâu
hơn tùy thuộc vào thời gian tồn tại của
công trình, nó sẽ tham gia vào quá trình
chịu lực chung của công trình.
Theo cách lắp đặt và hoạt động của neo
có thể chia thành neo thường và neo ƯST:
(3) Neo thường: Là loại neo mà
trong quá trình lắp đặt thanh lõi neo
không được căng ứng suất trước. Đối với
neo này, lõi neo có độ giãn đáng kể khi tải

trọng tác dụng, do vậy chuyển dịch của
đầu neo sẽ tương đối lớn khi sức chịu
tải của neo được huy động tối đa.
Cấu tạo lõi neo: thường là một thanh thép
cường độ cao [4].
(4) Neo ƯST: Là loại neo mà khi lắp
đặt lõi neo cáp đã được căng ứng suất
trước. Để giảm bớt sự chuyển dịch của
đầu neo tới mức có thể chấp nhận được,
neo đất thường được tạo ứng suất trước
bằng cách kéo trước neo đất về phía kết
cấu. Cấu tạo neo ƯST: lõi neo là một bó
cáp cường độ cao được căng ứng suất
trước khi lắp đặt [4].
1.3. Ứng dụng của neo trong đất
1.3.1. Neo ổn định tường chắn 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
ngầm: tầng hầm các tòa nhà, bể nước
ngầm, nhà ga tàu điện ngầm đặt trong
lòng đất, bãi đổ xe ngầm… Ưu điểm của
hệ thống này là không chiếm mặt bằng thi
công, thời gian thi công nhanh.

Hình 1.1. Phân loại neo trong đất

Theo mục đích và thời gian sử dụng,
neo có thể chia thành neo tạm thời và neo
cố định:
(1) Neo tạm thời là loại neo có thể
tháo ra sau khi kết cấu có khả năng tự
chịu lực.

Hình 1.2. Neo ổn định tường chắn khi thi công
đào đất khách sạn Pico Calheta – Bồ Đào Nha
2007 [9]

29


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

1.3.2. 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,…

Information of Science and Technology
No. 1/2016

xây dựng thông thường chống lại lực đẩy
nổi bằng tải trọng tĩnh của chính bản thân

kết cấu.
Ưu điểm của việc chống lại lực đẩy
nổi bằng neo trong đất là khối lượng bê
tông sàn ít hơn so với dùng phương pháp
tải trọng tĩnh.
Tuy nhiên cách này cũng tồn tại một
số nhược điểm:
- Sự thay đổi tải trọng trong neo có
thể làm kết cấu bị lún xuống hoặc nâng
lên; - Khó thi công chống thấm;
- Ứng suất trong sàn thay đổi nhiều.

Hình 1.3. Neo ổn định tường chắn khi thi công
đào đất công trình đường tàu điện ngầm xuyên
núi Alpine, Thụy Sĩ 2003 [9]

1.3.3. 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 đường cao tốc mới. Neo trong
đất còn sử dụng để ổn định các khối đất
đá phía trên mái dốc và ổn định mặt
trượt. 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 1.5. Hệ thống neo trong đất chống lực
đẩy nổi tuyến hầm đường bộ Burnley Tunnel ở
Melbourne, Australia [7]

1.4. Cấu tạo neo trong đất
Về cơ bản cấu tạo của neo trong đất
bao gồm phần đầu neo, đoạn tự do và
đoạn neo giữ:

Hình 1.6. Mặt cắt điển hình neo trong đất

Hình 1.4. Neo đất giữ ổn định mái dốc và
chống sạt lở tại Degendamm Australia [7]

1.3.4. Chống lật, chống đẩy nổi
Các neo cố định thường được sử
dụng để chống lại lực đẩy nổi. Lực đẩy nổi
được tạo ra do áp lực thủy tĩnh hay do kết
cấu mất ổn định và bị lật đổ. Các kết cấu

1.4.1. Lõi neo
Là bộ phận có khả năng truyền tải
trọng kéo từ phần bầu neo đến đầu neo.
Lõi neo có thể là cáp nhiều sợi hoặc thép
thanh, được gia công từ thép cường độ
cao.Với lõi neo dạng cáp chiều dài của neo
không bị hạn chế, còn với lõi neo là thanh

thép ta có thể kéo dài được bằng cách
dùng các hộp nối cường độ cao thích hợp.

30


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

Lõi neo được phủ 1 lớp chống ăn
mòn đặc biệt (thường chủ yếu có gốc
bitum), sau đó được bọc trong các ống
chất
dẻo
polypropylene
(PP)
và
polyethylene (PE) không thấm nước trong
nhà máy, điều đó giúp dây neo hạn chế
được sự ăn mòn trong quá trình cất trữ,
vận chuyển và sử dụng.
Mật độ lõi neo thép trong lỗ neo cần
phải được khống chế không vượt quá 15%
diện tích diện tích lỗ khoan đối với dây cáp
nhiều sợi song song và 20% diện tích lỗ
khoan đối với dây cáp đơn, thanh thép
hoặc dây cáp nhiều sợi loại sần thích hợp,
nhằm mục đích giảm thiểu hiện tượng
bong [1].

Information of Science and Technology
No. 1/2016

1.4.2. Đầu neo
Đầu neo có nhiệm vụ truyền tải
trọng kéo từ lõi neo đến bề mặt đất hoặc
kết cấu chống đỡ (như tường chắn đất hố
đào, mái dốc, tường đập ngăn nước, trụ
móng tháp truyền hình,…).

(a)

(b)
Hình 1.7. Lõi neo làm bằng thanh thép [9]

Hình 1.8. Lõi neo làm bằng cáp [9]

Hình 1.10. (a), (b) Chi tiết đầu neo với lõi neo
bằng dây cáp [9]

Với lõi neo làm bằng dây cáp, tải
trọng kéo từ các tao cáp truyền vào chốt
nêm thông qua ma sát rồi truyền qua quả
neo  bản đỡ  bệ đỡ (thường dưới
dạng các khối bê tông hay dầm gân thép
hình)  các kết cấu chính
Với lõi neo làm bằng thanh thép, tải
trọng kéo từ thanh thép truyền vào ê-cu
 vòng đệm  bản đỡ  kết cấu chính

Vật liệu chế tạo cơ cấu đệm/định
tâm phổ biến hay dùng bằng nhựa chất
lượng cao.

Hình 1.11. Chi tiết đầu neo với lõi neo bằng
thanh thép [2]

Hình 1.9. Cơ cấu định tâm/đệm cho dây neo
bằng cáp nhiều sợi [9]

1.4.3. Đoạn tự do
Đoạn tự do là chiều dài lõi neo nằm
trong đất và không liên kết với đất. Đoạn
tự do của neo cần đủ dài sao cho đoạn

31


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

neo giữ nằm hoàn toàn ngoài phạm vi mặt
trượt giới hạn của khối đất phía sau tường
chắn. Trong đoạn tự do lõi neo được bao
ngoài để chống ăn mòn.
1.4.4. Đoạn neo giữ
Đoạn neo giữ hay còn gọi là bầu
neo, được bao bọc bằng vữa XM và truyền
tải trọng từ neo vào đất đá xung quanh.
Trong phần bầu neo, lõi neo được bóc lớp

vỏ bọc để liên kết với vữa XM.
Bầu neo có nhiều hình dạng khác
nhau tùy thuộc vào từng điều kiện địa
chất, có 4 loại bầu neo đã được nghiên
cứu và áp dụng [1]:
- Bầu neo kiểu A: được thi công
khoan lỗ với ống vách, không mở rộng
bầu neo, phun vữa xi măng và rút ống
vách từ từ. Kiểu này được dùng rất phổ
biến trong đá và rất ổn định đối với đất
đắp dính cứng. Sức kháng nhổ phụ thuộc
vào ma sát bên tại giao diện đất/vữa.
- Bầu neo kiểu B: được phun vữa áp
lực thấp (áp lực phun vữa tiêu biểu Pi
 1000 kN/m2). Với kiểu neo này vữa xi
măng thấm qua các lỗ rỗng hoặc nứt nẻ
tự nhiên của đất làm tăng đường kính bầu
neo. Kiểu neo này dùng phổ biến nhất
trong đá yếu nứt nẻ và trong các lớp hạt
thô, nhưng cũng rất phổ biến trong đất rời
hạt mịn. Ở đây các loại vữa xi măng
không đi qua các lỗ rỗng nhỏ nhưng dưới
áp lực vữa làm chặt đất cục bộ sau khi
khoan và làm tăng đường kính có hiệu
tăng cường sức kháng cắt. Sức kháng chịu
nhổ phụ thuộc chủ yếu vào sức kháng cắt
bên thực tế, nhưng cũng có thể kể đến
thành phần sức kháng mũi khi tính toán
sức chịu tải giới hạn.

Hình 1.12. Bốn loại bầu neo đã và đang được
áp dụng [1]

Information of Science and Technology
No. 1/2016

- Bầu neo kiểu C: được phun vữa áp
lực cao (Pi > 2000 kN/m2). Dưới áp lực
cao, vữa xi măng sẽ len lỏi qua các nứt nẻ
tự nhiên, lỗ rỗng lớn nhỏ của khối đất tạo
ra chùm rễ vữa  làm tăng đường kính
của bầu neo. Khi thi công các neo kiểu C
người ta thường tiến hành phun vữa nhiều
lần để tăng khả năng chống nhổ của bầu
neo, thường phun lần thứ hai sau khi vữa
phun lần thứ nhất đã sơ ninh. Kiểu neo
này áp dụng phổ biến trong đất rời hạt
mịn. Thiết kế dựa trên cơ sở giả thiết về
ứng suất không đổi dọc theo bầu neo.
- Bầu neo kiểu D: được khoan lỗ
bằng một máy khoan chuyên dụng có khả
năng tạo một loạt chỗ mở rộng theo hình
chuông hoặc theo hình bầu. Khi thi công
thường phun trước vữa xi măng, hóa chất
trong đất bao quanh bầu neo, bơm dung
dịch khoan polime vào lỗ khoan khi khoan
tạo bầu. Kiểu neo này được sử dụng phổ
biến nhất trong đất dính từ chặt đến cứng.
Sức chịu nhổ phụ thuộc vào ma sát bên
và sức chịu ở mũi mặc dù đối với các bầu

đơn hoặc có bầu rộng sức chống giữ của
đất có thể được huy động chủ yếu bằng
sức chống ở mũi.
Vữa xi măng dùng để tạo bầu neo
thường dùng vữa nguyên chất (vữa không
có cấp phối). 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 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 21 MPa. Tùy 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.
1.5. Các hệ thống tường neo
Một ứng dụng phổ biến của neo
trong đất trong các công trình dân dụng là
tường neo được sử dụng nhằm ổn định

32


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

mái đào và ổn định mái dốc. Các tường
neo này bao gồm tường hẫng không trọng
lực với 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.
Phân loại tường neo ƯST thường
được sử dụng như sau:
- Tường cọc ván thép, dầm giằng;
- Tường cọc chống, ván lát hoặc bê
tông cốt thép lát ngang;
- Hệ thống tường gồm các cọc chèn
nhau.
- Tường cừ bê tông cốt thép liên tục;
- Tường bê tông cốt thép không liên
tục (cọc chống và bê tông cốt thép lát
mặt).
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.
1.5.1. 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 thế kỉ 19 và nhanh chóng được
sử dụng rộng rãi ở Châu Âu. Tường gồm 2
bộ phận chính: cọc chống chịu toàn bộ tải
trọng do lực xô ngang của đất và ván lát

Information of Science and Technology
No. 1/2016

ngang chịu tải trọng do áp lực đất ở giữa
hai cọc chống.
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 chống đứng

liền kề.

Hình 1.13. Tường neo cọc chống và ván lát
ngang [8]

1.5.2. Tường neo cừ thép
Tường cừ thép thường được sử dụng
trong các loại đất không lắp đặt được ván
lát như đất sét yếu, đất bùn bão hòa
nước, đất bùn yếu, cát pha sét yếu… Các
loại đất này không ổn định khi đào nếu
không được chống giữ. Hình 1.14 mô tả
tường cừ thép với giằng ngang và neo
trong đất. Cừ thép thường được đóng hoặc
ép thành hàng chèn nhau. Cừ thép còn có
thể ngăn không cho nước thấm qua.

Hình 1.14. Tường neo cừ thép (Nguồn Murphy
International Ltd)

1.5.3. Tường cọc bê tông cốt thép

33


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

Tường gồm các cọc bê tông cốt thép
liền kề nhau thường được sử dụng trong

các điều kiện địa chất không có xảy ra
hoặc có thể kiểm soát được hiện tượng
mất đất và thấm nước. Tường gồm các
cọc liền kề có thể là kết cấu tạm phục vụ
thi công hoặc tham gia chịu lực với kết
cấu cuối cùng.
Các cọc bê tông có thể liên kết theo
nguyên tắc cứng – mềm (thông dụng) hay
cứng – cứng. Các cọc bê tông mềm được
thi công trước, sử dụng hỗn hợp bê tông
mềm và không có cốt thép. Các cọc cứng
được thi công sau và chèn vào các cột
mềm ở cả 2 mặt. Các cọc cứng sử dụng
kết cấu bê tông cốt thép. Các cọc cứng
tạo nên cường độ và độ cứng của kết cấu
tường. Cũng giống như tường gồm các cọc
liền kề, tường gồm các cọc chèn vào nhau
có thể dùng làm kết cấu tạm phục vụ thi
công hoặc tham gia chịu lực với kết cấu
cuối cùng.

Information of Science and Technology
No. 1/2016

ngừa phá hoại do trượt, giảm tính thấm
và chống lại hiện tượng trồi bề mặt.

Hình 1.16. Tường neo cọc xi măng – đất trộn
sâu (Nguồn Samwoo Geotech CO Ltd)

1.5.5. Tường cừ bê tông cốt thép
trong đất (tường barrette)
Tường cừ bê tông cốt thép trong đất
có thể dùng làm kết cấu tạm phục vụ thi
công hoặc tham gia chịu lực cùng kết cấu
cuối cùng. Khi tường cừ tham gia chịu lực
với kết cấu cuối cùng sẽ kinh tế hơn và
việc thi công sẽ nhanh hơn. Tường cừ bê
tông cốt thép trong đất có độ cứng lớn
hơn so với hệ thống tường cọc chống và
ván lát ngang, tường cừ ván thép. Nó
được sử dụng để giảm độ lún, chuyển vị
ngang của đất và kết cấu liền kề trong
suốt quá trình thi công, đặc biệt là trong
các loại đất mềm yếu.

Hình 1.15. Tường neo cọc bê tông cốt thép liền
kề làm kết cấu tạm phục vụ công tác đào đất
tại dự án Dalat Center (Nguồn Samwoo
Geotech CO Ltd)

1.5.4. Tường cọc xi măng - đất trộn
sâu
Cọc ximăng - đất trộn sâu là phương
pháp cải tạo đất nền nhằm tăng cường độ
khống chế chuyển vị và giảm tính thấm
[9]. Mũi khoan nhiều trục và guồng trộn
được sử dụng để thi công các cọc chồng
lên nhau và được tăng cường độ bằng việc
trộn xi măng với đất. Phương pháp này

được sử dụng để chống đỡ hố đào bằng
cách tăng cường độ chịu cắt của đất, ngăn

Hình 1.17. Tường cừ bê tông cốt thép trong
đất [8]

1.5.5. Ưu, nhược điểm của hệ thống
tường neo
* Ưu điểm:
- Thi công hố đào gọn gàng tạo mặt
bằng thi công rộng rãi và không sử dụng

34


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

Information of Science and Technology
No. 1/2016

hệ thống văng ngang nên có thể thi công
đào đất bằng cơ giới.
- Chống được vách đất với độ ổn
định và độ an toàn cao, có thể thi công
được những hố đào rất sâu mà không phụ
thuộc vào kết cấu của tầng hầm.
- Neo kết hợp với tường chắn mềm
làm phân bố lại nội lực trong kết cấu
tường, do đó có thể giảm kích thước,

chiều sâu của thép trong tường chắn.
* Nhược điểm:
- Cần các thiết bị thi công chuyên
dụng, đội ngũ kỹ thuật thi công chuyên
nghiệp có nhiều kinh nghiệm.
- Nền đất yếu thì khó áp dụng, chiều
sâu neo lớn khó thi công.
- Khi sử dụng neo phải dùng đất của
các công trình lân cận do đó cần phải
được sự cho phép của đơn vị chủ quản
công trình này.
2. Cơ sở lý thuyết tính toán neo trong đất
Trong các công trình dân dụng, neo
được sử dụng phổ biến nhất là để giằng
giữ ổn định tường chắn vách hố đào sâu,
chủ yếu là neo ƯST. Trong mục này, tác
giả tìm hiểu cơ sở lý thuyết, cách tính
toán neo ƯST cho tường chắn hố đào. Tập
trung vào 2 loại neo được sử dụng phổ
biến nhất là neo kiểu A và neo kiểu B.
2.1. Áp lực dất chủ động
Xét trường hợp lưng tường thẳng
đứng, mặt đất lấp nằm ngang thì có thể
vận dụng lý thuyết cân bằng giới hạn theo
Rankine để tính áp lực đất chủ động (Hình
2.1). Nếu lưng tường chắn dưới tác động
của áp lực đất mà làm cho lưng tường
dịch chuyển như hình vẽ, khi đó thể đất
sau lưng tường đạt đến trạng thái cân
bằng giới hạn, tức trạng thái chủ động

Rankine [2]. Lấy một phân tố đất ở độ sâu
z, chỗ lưng tường thì ứng suất theo
phương đứng của nó là
suất chính lớn nhất
phương ngang

x

1 ,

z   z

là ứng

ứng suất theo

là ứng suất chính nhỏ


nhất 3 , cũng tức là áp lực đất chủ động

  p   z

3
a, 1
tính toán pa. Lấy
thay
vào công thức ta sẽ được công thức tính
áp lực đất chủ động Rankine:
Đối với đất cát:



pa   z tan 2  45o     zK a
2


(1)

Đất có tính sét: (2)





pa   z tan2  45o    2c tan 45o     zKa  2c Ka
2
2


Trong đó:



K a  tan 2  45o  
2

Ka : hệ số áp lực đất chủ động:



: dung trọng thiên nhiên của đất
(kN/m3);
C : lực dính của đất (kN/m2);



: góc ma sát trong của đất (độ);
Z : độ sâu từ điểm tính toán đến mặt
đất (m).

a)
b)
Hình 2.1. Áp lực đất chủ động theo Rankine
a) Đối với đất cát, b) Đối với đất sét

Với đất cát, hợp lực EA của áp lực đất
chủ động trên lưng tường sẽ là diện tích
của hình phân bố pa, vị trí của điểm tác
động ở chỗ trọng tâm của hình phân bố:

EA 

1
 H 2Ka
2

(3)

Đối với đất tính sét: khi z = 0, từ

p   2c K

a
a
công thức (2), biết
tức là
xuất hiện vùng lực kéo. Cho pa trong công

35


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

Information of Science and Technology
No. 1/2016

thức 2.2 bằng 0, có thể giải được độ cao
của vùng chịu kéo là:

ho 

2c

K

a

(4)

Vì giữa đất lấp và lưng tường không
thể chịu ứng suất kéo, do đó trong phạm
vi lực kéo sẽ xuất hiện khe nứt, khi tính
áp lực đất chủ động lên lưng tường sẽ
không xét đến tác động của vùng lực kéo
[2], nên: (5)

 

K a 2  tan 2  45 o  2 
2

Khi bề mặt đất phía sau tường chắn
có tải trọng phân bố đều liên tục q tác
động, khi tính toán có thể cho ứng suất
đứng

z

ở độ sâu z tăng thêm một trị q.

Thay

z

trong công thức (1), (2) bằng

(  z  q ) sẽ được công thức tính áp lực đất
chủ động khi có siêu tải trên mặt đất:

1
1
2c2
EA   Ka (H ho )2   H2Ka 2cH Ka 
2
2

Nếu phía sau tường là đất gồm nhiều
lớp (Hình 2.2) vẫn có thể theo công thức
(1) và công thức (2) để tính áp lực đất
chủ động nhưng phải chú ý trên mặt ranh
giới của các lớp đất, do chỉ tiêu cường độ
chịu cắt của 2 lớp đất là khác nhau, làm
cho phân bố của áp lực đất có đột biến.
Phương pháp tính như sau:
Hình 2.3. Áp lực đất chủ động khi có siêu tải
quanh bờ hố móng

Đất tính cát:
Đất tính sét:

pa  ( z  q) K a

pa  ( z  q ) K a  2c K a

ho 
Hình 2.2. Tính áp lực đất chủ động của đất
gồm nhiều lớp

P  2c K

a1
1
a1
Điểm a:
Trên điểm b (trong tầng đất thứ

Pa2   1h1 K a1  2c1 K a1

nhất):
Dưới điểm b (trong tầng đất thứ
hai):

Pa2   1h1 K a1  2c2 K a 2
Điểm c:

Pa 3  ( 1h1   2 h2 ) K a 2  2c2 K a 2
Trong đó:

 

K a1  tan 2  45o  1 
2


(6)

(7)

2c
q
Ka



Khi không có siêu tải cố định, để kể
đến việc có thể chất tải thi công ở quanh
hố móng, và các yếu tố xe cộ chạy qua…
thông thường lấy q = 10 – 20 kN/m2 [2].
2.2. Hệ số an toàn khi tính toán neo
Hệ số an toàn của một neo là tỉ số
giữa tải trọng giới hạn và tải trọng thiết
kế. Sau đây là quy định về hệ số an toàn
trong tính toán neo theo quy phạm của
một số nước:
Quy định về hệ số an toàn trong tính
toán neo trong quy phạm ngành của hội
tiêu chuẩn hóa xây dựng Trung Quốc
(CECS 22-1990) [6] được trình bày trong
bảng 2.1:

36


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

Information of Science and Technology
No. 1/2016

Bảng 2.1: Hệ số an toàn neo theo CECS 22-1990
Mức độ nguy hiểm khi thanh neo bị
phá hủy

Neo tạm thời

Neo vĩnh cửu

Nguy hại nhẹ, không ảnh hưởng công
cộng

1,4

1,8

Nguy hại lớn, không có vấn đề về công
cộng

1,6

2,0

Nguy hại lớn, liên quan đến an toàn
công cộng

1,8

2,2

Các hệ số an toàn tối thiểu được
kiến nghị để thiết kế neo theo tiêu chuẩn

Anh BS 8081:1989 [1] được thể hiện
trong bảng 2.2

Bảng 2.2: Các hệ số an toàn neo theo BS 8081:1989

Hệ số an toàn tối thiểu
Loại neo

Các neo tạm khi thời gian sống nhỏ hơn 6
tháng hoặc sự phá hoại không gây hậu
quả nghiêm trọng hoặc không gây nguy
hiểm công cộng, ví dụ như thử tải cọc
thời gian ngắn dùng neo làm hệ đối trọng
Các neo tạm khi thời gian sống kéo dài
đến 2 năm và hậu quả do phá hoại khá
nghiêm trọng nhưng không gây nguy
hiểm cho an toàn công cộng, không cần
thiết cảnh báo, ví dụ như tường chắn có
neo sau
Các neo dài hạn và tạm thời khi nguy
hiểm do ăn mòn cao và/hoặc hậu quả do
phá hoại là nghiêm trọng, ví dụ như cáp
chủ của cầu treo hoặc đối trọng để nâng
các bộ phận kết cấu nặng

Hệ số
tải

trọng
thử

Dây
neo

Giao
diện
đất/vữa

Giao diện
vữa/dây/neo
hoặc vữa/mũ
neo

1,40

2,0

2,0

1,10

1,60

2,5*

2,5*

1,25*

2,00

3,0+

3,0*

1,50

Một số quy định về hệ số an toàn neo theo các tiêu chuẩn khác:
Bảng 2.3: Hệ số an toàn của neo theo một số tiêu chuẩn

Tên nước
Đức (DIN 4125-1990) [12]
Nhật (JSFD 1990) [15]
2.3. Các phương pháp tính toán tường
neo
Có 3 phương pháp để tính toán,
phân tích tường neo bao gồm:

Neo tạm
thời

Neo vĩnh cửu

1,33

1,50

1,50

2,50
- Phương pháp RIGID (dầm tựa trên
gối cứng)
- Phương pháp WINKLER (dầm tựa
trên gối đàn hồi)

37


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

- Phương pháp phần tử hữu hạn
2.3.1. Phương pháp RIGID
Tường neo được giả sử như 1 phần
tử đàn hồi liên tục (EI là hằng số) trên các
gối đỡ cố định tại các vị trí neo trong đất.
Áp lực đất được xác định trước và không
phụ thuộc vào chuyển vị của đất. Vì vậy,
phương pháp RIGID không xét sự phân bố
lại áp lực đất do chuyển vị của tường. Tải
trọng đất tác dụng vào tường có thể theo
biểu đồ hình thang (biểu đồ áp lực đất
biểu kiến) hoặc phân bố theo biểu đồ hình
tam giác thông thường. Đất nền phía
trước tường được giả thiết tác dụng lên
tường như một gối giả tại điểm có tổng áp
lực đất tác dụng vào tường bằng 0 nhằm
khống chế chuyển vị của tường.

Hình 2.4. Phương pháp dầm tương đương tựa
trên gối cứng (RIGID)

2.3.2. Phương pháp WINKLER
Phương pháp WINKLER là phương
pháp dầm tựa trên nền đàn hồi. Phương
pháp này dựa vào phần tử hữu hạn một
chiều đại diện cho hệ thống tường/đất.
Tường neo được xem như phần tử dẻo liên
tục có độ cứng EI và được mô hình như
những phần tử dầm - cột đàn hồi tuyến
tính. Tường neo tựa trên một số hữu hạn
các gối đàn hồi phi tuyến có độ cứng K,
phân bố gần sát nhau để mô hình cho nền
đất. Neo trong đất được mô hình như những
gối đàn hồi phi tuyến riêng lẻ, được truyền
tải trọng trước tại các vị trí neo. Các gối đất
đàn hồi được truyền tải trước đến điều kiện
áp lực đất ở trạng thái nghỉ, nhằm mô hình
cho điều kiện đất trước khi đào. Khi đào đất
(bỏ các gối đàn hồi đất ở vùng đất bị đào),
tường sẽ dịch chuyển vào phía đào. Sự dịch
chuyển này là do áp lực đất được truyền

Information of Science and Technology
No. 1/2016

trước ở trạng thái nghỉ của đất ở phía sau
tường (đất không đào). Các gối đất đàn hồi
ở phía trước tường sẽ chịu tải trọng lớn hơn

tải trọng ở trạng thái nghỉ để giữ hệ thống
tường ở trạng thái cân bằng.
Hơn nữa, tại vị trí các neo, neo được
mô hình bằng các gối neo đàn hồi, được
truyền tải trọng trước cũng giúp giữ cân
bằng hệ thống tường. Phương pháp
WINKLER giả thiết các gối đàn hồi để mô
hình các tác động của đất một cách độc lập
(ứng xử của một gối đàn hồi sẽ không ảnh
hưởng đến ứng xử của các gối gần kề).
Hình 2.5 mô tả phương pháp phân
tích WINKLER được sử dụng cho cả phân
tích tường thi công theo giai đoạn hoặc
phân tích tường ở giai đoạn hoàn thành mà
không xét được chuyển vị của hệ thống
xảy ra trong từng giai đoạn thi công.

Hình 2.5. Phương pháp dầm tựa trên nền đàn
hồi (WINKLER)

2.3.3. Phương pháp phần tử hữu hạn
(FEM) [5]
Phương pháp phần tử hữu hạn
(FEM) là phương pháp giải tích được sử
dụng để xấp xỉ sự tương tác phức tạp,
xảy ra giữa đất và kết cấu. Phương pháp
FEM cần nhiều thông số đầu vào để đạt
được ứng xử chính xác của đất lên bề
mặt kết cấu. Loại phân tích này gọi là
phân tích tương tác đất - kết cấu (SSI).

Trong phân tích FEM SSI, đất và tường
được mô hình như là các phần tử hữu
hạn tuân theo quan hệ giữa ứng suất và
biến dạng phù hợp. SSI có thể sử dụng
để mô hình quá trình thi công thực tế.
Các giai đoạn thi công trong suốt quá
trình phân tích được mô hình gia tăng
dần. Quá trình này dùng mô hình ứng
suất - biến dạng để mô phỏng ứng xử

38


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

ứng suất - biến dạng của đất và mặt tiếp
xúc đất - kết cấu là phi tuyến và phụ
thuộc vào lộ trình ứng suất.
Lưới phần tử hữu hạn được sử dụng
trong toàn bộ quá trình phân tích. Các
phần tử có thể được thêm vào hoặc bỏ ra
khỏi lưới trong quá trình phân tích. Các
phần tử không tồn tại trong giai đoạn
phân tích được mô hình bằng các phần tử
có độ cứng rất nhỏ và thường được gọi là
“những phần tử không khí”. Khi đến giai
đoạn thi công có sử dụng vùng lưới, trong
đó có phần tử không khí, thuộc tính của
những phần tử này sẽ được thay đổi thành

những thuộc tính tương ứng của đất và
các phần tử kết cấu.
Một đặc điểm quan trọng nữa của
phân tích FEM SSI là nó cho phép phân
tích được mômen tương đối giữa đất và
kết cấu bằng cách sử dụng phần tử trực
tiếp. Đặc điểm này cho phép tính toán
chính xác áp lực và ứng suất cắt tác
dụng vào kết cấu tường chắn. Không
giống như các phương pháp cân bằng
giới hạn thông thường, phương pháp SSI
không yêu cầu xác định trước biểu đồ áp
lực đất tác dụng vào kết cấu nhưng cho
phép tính toán ứng suất dựa vào sự
tương tác giữa đất - kết cấu trong suốt
quá trình thi công.
2.4. Sức chịu tải của các loại neo
2.4.1. Sức chịu tải của neo theo BS
8081:1989 [1]
a. Các neo kiểu A
Đối với các neo kiểu A thân thẳng
được phun vữa bằng ống tremie hoặc đổ
theo kiểu trọng lực, các nguyên tắc tính
toán tương tự như các cọc khoan nhồi và
dựa trên cơ sở dùng các độ bền cắt không
thoát nước. Khả năng giữ tải trọng giới
hạn T có thể được dự báo theo biểu thức:

T .n   DL Cu

(8)

Trong đó:
T : tải trọng neo thiết kế (kN);
N : hệ số an toàn neo;
Cu : độ bền cắt không thoát nước trung
bình trên toàn bộ chiều dài bầu neo
(kN/m2);

Information of Science and Technology
No. 1/2016

D : đường kính lỗ khoan (m);
L : chiều dài bầu neo (m);



: hệ số dính bám, thường lấy



<



0,45, nếu muốn lấy giá trị
> 0,45 cần
thử neo.
b. Neo kiểu B
Đối với các neo kiểu B được phun

p  1000 kN/m 2

vữa áp lực thấp i
, áp lực
phun vữa sẽ gây ra một áp lực dư trong
đất. Tải trọng giới hạn của neo được tính
theo công thức:

T .n 

pi
 Ds L tan 
2

(9)
Trong đó:
T : tải trọng neo thiết kế (kN);
N : hệ số an toàn neo;

pi : áp lực phun vữa (kN/m2);
Ds : đường kính bầu neo (m), tùy vào
độ chặt của đất có giá trị từ 1,2D – 1,5D;
L : chiều dài bầu neo (m);

 : góc có hiệu của sức kháng cắt (độ).
2.4.2. Sức chịu tải của neo theo CECS
22-1990 [6]
Khả năng chịu lực của thanh neo
bơm vữa bình thường (neo kiểu A) theo

CECS 22-1990 (áp lực vữa 0,3 – 0,5 MPa)
có liên quan với đường kính lỗ khoan, độ
dài và cường độ chịu cắt của đất, thể hiện
bằng công thức:

T .n  L D

(10)

Trong đó:
T : tải trọng neo thiết kế (kN);
N : hệ số an toàn neo;
L : độ dài bầu neo (m);
D : đường kính lỗ khoan (m);



: cường độ chịu cắt của đất (kN/m2),
tính theo lý thuyết Coulomb về sức kháng
cắt:

  K 0 h tan   c

(11)
Trong đó:
K0 : hệ số đất lấp, với đất cát K0 = 1,
đất sét K0 = 0,5;



: trọng lượng của đất (kN/m3);

39


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 1/2016

H : độ cao đất ở bên trên, thường lấy
bằng độ cao ở chỗ trung tâm của thanh
neo cho dến mặt đất (m);

 : góc ma sát trong của đất (độ);
C : lực dính trung bình của đất trên
suốt chiều dài bầu neo (kN/m2).
3. Kết luận
Neo ứng suất trước là một phương
pháp thi công hiện đại, các công nghệ thi
công vẫn còn xa lạ với hầu hết kỹ sư Việt
Nam và được giữ bí mật bởi các nhà thầu
chuyên về neo. Trong khuôn khổ bài viết
này, tác giả tổng hợp, trình bày nguyên lý
hoạt động, cấu tạo, phân loại neo trong

Information of Science and Technology
No. 1/2016

đất - tập trung vào neo ƯST được dùng
phổ biến trong công trình dân dụng - và
các lý thuyết về tính toán neo trong đất

trong các tiêu chuẩn của Anh (BS
8081:1989), Trung Quốc (CECS 22-1990).
Trong nghiên cứu tiếp theo, tác giả hy
vọng có thể phát triển theo hướng: đề
xuất một quy trình tính toán neo ƯST cho
các công trình dân dụng, sử dụng các
phần mềm PTHH (Plaxis) để tính toán,
kiểm tra neo và so sánh với các số liệu thi
công thực tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Hữu Đẩu, 2001. Tiêu chuẩn Anh: BS 8081:1989 - Neo trong đất (bản dịch), NXB Xây
dựng.
2. Nguyễn Bá Kế, 2009. Thiết kế và thi công hố móng sâu, NXB Xây dựng.
3. Bùi Danh Lưu, 1999. Neo trong đất đá, NXB Giao thông vận tải.
4. Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCVN 8870:2011. Thi công và nghiệm thu neo trong đất dùng
trong công trình giao thông vận tải, Viện tiêu chuẩn chất lượng Việt Nam.
5. Cassandra Janel Rutherford, 2004. “Design manual for excavation support using deep mixing
technology”, Texas A&M University.
6. China Standard CECS 22-1990, Code for Design and Construction of Soil Anchors.
7. Devon Mothersille, 2011. “Ground Anchors – The importance of maintenance and inspections
and some recent developments”, SBMA Ltd.
8. Kim S.K, 2008. “Ground Anchor and Anchored Systems”, Samwoo Ground Engineering and
Consulting Ltd, Báo cáo tại Hội thảo chuyên đề tại Tổng công ty Vinaconex. Hà Nội, ngày
27/08/2008.
9. VSL International Ltd., 2010. “VSL Ground anchor systems”.

40