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

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.


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


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


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


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

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



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


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


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


-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


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

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.

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.