ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------ϥ-------------

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



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 þ/ 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).

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.

ii 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

wall material and to achieve the cost-effective project. iv 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

2.2.1.2. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck ...................39
2.2.1.3. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến đề xuất cho đất cát .......................40
2.2.1.4. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến
cứng .........................................................................................41
2.2.1.5. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái mềm đến trung
bình ..........................................................................................42
2.2.1.6. Áp lực đất do tải trọng chất thêm..............................................43
2.2.2. Thiết kế neo trong đất .........................................................................43
2.2.2.1. Xác định vị trí mặt trượt giới hạn .............................................43
2.2.2.2. Tính toán tải trọng neo dựa vào biểu đồ áp lực đất biểu kiến ....44
2.2.2.3. Thiết kế đoạn chiều dài không liên kết .....................................46
2.2.2.4. Thiết kế đoạn chiều dài liên kết ................................................46
vi 2.2.2.5. Xác định khoảng cách các neo ..................................................47
2.2.3. Các phương pháp tính toán tường neo .................................................49
2.2.3.1. Phương pháp RIGID ................................................................50
2.2.3.2. Phương pháp WINKLER .........................................................50
2.2.3.3. Phương pháp phần tử hữu hạn tuyến tính (LEFEM) và phương
pháp phần tử hữu hạn phi tuyến (NLFEM) ...............................51
2.3. Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 8.2...................................................55
2.3.1. Tổng quát............................................................................................55
2.3.2. Các mô hình đất trong phần mềm Plaxis 8.2. ......................................56
2.4. Kết luận chương 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 tả dự án Lake Parkway ....................................................................63
3.2. Mô hình tính toán bằng phần mềm PTHH Plaxis .................................63

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
viii 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 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

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

1 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

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.

3 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

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)
5
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).
6

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,

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.

9 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
10 ASTM A416. Các thanh thép thường có các đường kính 26mm, 32mm, 36mm,

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