Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn

 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 43 (12/2013) 48 
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI KÉO NHỔ CỦA NEO XOẮN 
Hoàng Việt Hùng1 
Tóm tắt: Để gia tăng ổn định mảng gia cố đê biển, tác giả đề xuất giải pháp sử dụng neo xoắn, 
xoắn vào trong thân đê và liên kết neo với tấm lát mái. Tác giả đã thiết lập biểu thức xác định sức 
chịu tải kéo nhổ của neo xoắn. Bài báo trình bày các thí nghiệm trong phòng và hiện trường để 
đánh giá sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn và kiểm chứng cùng biểu thức giải tích đã thiết lập. Kết 
quả thí nghiệm cho thấy neo xoắn có khả năng neo giữ rất tốt và độ sâu tối ưu cắm neo. 
Từ khóa: Neo xoắn, sức chịu tải, liên kết neo, biểu thức, độ sâu tối ưu. 
1. Biểu thức xác định sức chịu tải kéo nhổ 
của neo xoắn 
Theo phương pháp phân tích giới hạn 
[4] ;[5] ;[6], tác giả đã thiết lập biểu thức (1) xác 
định sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn [3]. 
 
 NcNLHNDP CDgh D3
1)(
2
(1) 
Trong đó: H: độ sâu cắm neo ; L: Chiều dài 
neo xoắn ; D: Đường kính lớn nhất của neo 
xoắn và các hệ số cụ thể là 
)21( tg
D
HN D 
;

cos
cos
CN
; 
 )
2
1(  tgD
HN 
Góc trong biểu thức (1) là góc hợp bởi 
đường sinh hình nón phá hoại với phương thẳng 
đứng, thay đổi phụ thuộc vào loại đất. 
2. Thiết kế neo xoắn 
Hình 1 là các kích thước chi tiết của neo 
xoắn, trong đó L là chiều dài thân neo được tính 
từ đường kính lớn nhất của neo xoắn đến mũi 
xoắn, d là kích thước thân neo [3]. 
d
D
R R
L
l
Hình 1: Các kích thước chi tiết của neo xoắn 
Thiết kế sơ bộ mười neo xoắn, thử nghiệm 
xoáy vào đất, lựa chọn được hai neo xoắn điển 
hình (hình 2) thoả mãn cả điều kiện dễ thi công 
và điều kiện chịu lực để thí nghiệm với các kích 
thước chi tiết ở bảng 1. 
Bảng 1: Các kích thước thực tế của hai neo 
xoắn 
TT Thông số Neo NĐ10 Neo NĐ11 
1 Kích thước 2,5 4,0 
2 Bước xoáy 7,0 12 
3 Chiều dài tổng 25,0 35,0 
4 Đường kính 3,0 6,0 
5 Đường kính 8,0 14,0 
a) Mũi neo NĐ10 b) Mũi neo NĐ 11 
Hình 2: Hai mũi neo điển hình trong thí nghiệm 
1. Trường Đại học Thủy lợi 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 43 (12/2013) 49 
3.Thí nghiệm thử tải neo xoắn 
Thí nghiệm thử tải neo NĐ10 và NĐ11 được 
tiến hành với hai loại đất. Đất đắp đê biển Giao 
Thuỷ dùng xây dựng mô hình vật lý 2,4 m3 
trong phòng và đất nền nguyên dạng (lớp sét số 
2) tại khu vực Đại học Thuỷ lợi . Kết quả thí 
nghiệm nhằm đánh giá độ sâu xoáy neo tối ưu 
(H) và khả năng chịu tải kéo nhổ của neo ( ghP ) 
để kiểm chứng cùng biểu thức (1). 
a) Trình tự thí nghiệm thử tải neo xoắn trên 
mô hình vật lý với đất đê Giao Thuỷ 
Thí nghiệm được tiến hành như điều kiện 
hiện trường. Đất thí nghiệm được lấy tại Km 27 
- Đê biển Giao Thuỷ - Nam Định là loại đất 
đang được sử dụng trực tiếp để đắp đê. Đất 
được đắp trong máng kính kích thước lớn với 
thể tích 2,4 m3. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp 
được thực hiện như chỉ tiêu đất đắp hiện trường. 
Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên hình 3. 
Bước 1: Xác định các chỉ tiêu của đất thí 
nghiệm, bao gồm thí nghiệm xác định thành 
phần hạt, chỉ tiêu khối lượng riêng, độ ẩm, tỷ 
trọng và các chỉ tiêu đầm nén tiêu chuẩn, kết 
quả tổng hợp ở bảng 2. Hiệu chỉnh đồng hồ đo 
lực với độ chính xác 0,1 (N), đồng hồ đo lực 
điện tử OCS-A giới hạn đo 50 (kN), có đèn báo 
ổn định lực. 
100cm
200cm
220cm
Pa l¨ng gia t¶i
§ång hå ®o lùc
C¸p kÐo
§ång hå ®o chuyÓn vÞ
L
H
D
Hình 3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm thử tải kéo neo 
Bảng 2: Chỉ tiêu cơ lý của đất thí nghiệm 
TT Tên chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Trị số 
1 Độ ẩm chế bị cb % 12,0 
2 Khối lượng riêng ướt chế bị g/cm3 1,95 
3 Khối lượng riêng khô chế bị k g/cm
3 1,74 
4 Tỷ trọng 2,67 
5 Hệ số rỗng  0,53 
6 Độ lỗ rỗng n % 35,0 
7 Độ bão hoà S % 60,0 
8 Giới hạn chảy LL % 23,00 
9 Giới hạn dẻo PL % 17,49 
10 Chỉ số dẻo PI % 5,51 
11 Chỉ số chảy LI -1,0 
12 Khối lượng riêng khô max maxk g/cm
3 1,74 
13 Độ ẩm tối ưu tn % 12,0 
14 Góc ma sát trong (bão hoà)  độ 16,07 
15 Lực dính đơn vị (bão hoà) c kG/cm2 0,06 
16 Hệ số thấm K cm/s 2,4.10-4 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 43 (12/2013) 50 
Bước 2: Chuẩn bị mẫu đất thí nghiệm, xác 
định độ ẩm tối ưu của đất, do mẫu đất quá ướt vì 
vậy phải để khô gió và thường xuyên đánh giá 
độ ẩm. Thường xuyên trộn đều để đạt độ ẩm 
đồng đều cả khối đất. Sau 8 tiếng xác định lại 
độ ẩm của đất một lần. 
Bước 3: Khi mẫu đất để khô gió đạt độ ẩm 
xấp xỉ độ ẩm tối ưu, vận chuyển đất vào máng 
kính để đắp mô hình. Độ chặt của đất đắp k 
1,65 t/m3. Đất đắp được đầm chặt bằng đầm thủ 
công, chiều dày mỗi lớp đất đắp 20 cm. Trong 
quá trình rải, đầm từng lớp, thực hiện kiểm tra 
độ chặt của lớp đắp được sau khi kết thúc đầm 
của lớp đó. 
Bước 4 : Làm bão hoà toàn bộ khối đất thí 
nghiệm, dùng tuýp bắt neo để xoáy mũi neo vào 
trong khối đất, kiểm tra các liên kết và tiến hành 
gia tải kéo neo theo từng cấp tải trọng. Ứng với 
mỗi bước gia tải, đọc số đọc trên đồng hồ lực, 
xác định chuyển vị của neo, thu thập số liệu thí 
nghiệm để phân tích. 
Bước 5 : Đánh giá kết quả thí nghiệm. 
Thí nghiệm với 5 độ sâu cắm neo (H) của 
neo NĐ10, NĐ11 xác định được sức chịu tải 
kéo nhổ ghP tương ứng của từng trường hợp. 
Kết quả tổng hợp ở bảng 3. 
Bảng 3: Ảnh hưởng của độ sâu cắm neo đến 
sức chịu tải 
Mũi neo NĐ10 Mũi neo NĐ11 
Tỷ số H/D 
ghP (kN) Tỷ số H/D ghP (kN) 
3 0,71 3 1,80 
5 1,55 5 3,67 
8 3,25 8 7,49 
12 3,42 12 8,50 
16 3,51 16 8,72 
Biểu diễn kết quả bảng 3 dưới dạng đồ thị, 
thể hiện ở hình 4 
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
3.0 5.0 8.0 12.0 16.0
Tỷ sô giữa độ sâu cắm neo và đường kính neo (H/D)
Lự
c 
ké
o 
ne
o 
(k
N
)
Neo NĐ10
Neo NĐ 11
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 5.0 10. 15. 20. 25. 30.
Chuyển vị (mm)
Lự
c 
ké
o 
(k
N
)
H/D=3
H/D=5
H/D=8
H/D=12
Hình 4: Sức chịu tải kéo nhổ của neo theo các 
độ sâu 
Hình 5: Sức chịu tải kéo nhổ của neo NĐ10 - 
Đất đê Giao Thuỷ 
Nhận xét: Từ kết quả thí nghiệm thể hiện trên 
hình 4 nhận thấy, độ sâu cắm neo hiệu quả nhất 
khi tỷ số 
D
H ở lân cận giá trị 8. Nếu lớn hơn 8 
thì sức chịu tải không tăng nhiều. Khi 
D
H < 5 thì 
không hiệu quả do sức chịu tải kéo nhổ của neo 
rất nhỏ. Các tác giả I-Rô-Đốp M.Đ (1968) [8] 
và Trô-phi-men-cốp IU.G (1965) [9] khi nghiên 
cứu cọc xoắn chịu tải trọng kéo nhổ tại hiện 
trường cũng cho kết quả tương tự. 
Hình 5 biểu diễn quan hệ giữa tải trọng và 
chuyển vị của mũi neo xoắn NĐ10. Khi neo 
xoắn đặt nông 3 
D
H ; 5 
D
H mặc dù tải trọng 
tăng nhẹ nhưng chuyển vị neo tăng lớn. Khi neo 
chuyển vị khoảng 6-7 mm, số đo lực kế giảm 
đột ngột, đất xung quanh phía trên mũi neo rạn 
nứt thể hiện đã bị phá hoại. 
Khi neo xoắn đặt sâu hơn 8 
D
H ; 12 
D
H 
neo xoắn đạt sức kháng đỉnh ở lân cận trị số 3,5 
(kN) sau đó giảm xuống còn khoảng 3,2 (kN) và 
duy trì ở lân cận vị trí này trong suốt quá trình 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 43 (12/2013) 51 
thí nghiệm. Bảng 4 thể hiện ứng xử giữa tải 
trọng và thời gian của neo xoắn NĐ10. 
Bảng 4: Quan hệ giữa tải trọng theo thời 
gian của neo xoắn NĐ10 (H/D=8) 
TT Tải trọng 
(kN) 
Chuyển vị 
(mm) 
Thời gian 
(phút) 1 0,00 0,00 0 
2 1,00 4,00 40 
3 3,49 9,00 75 
4 3,35 10,00 110 
5 3,25 12,00 275 
6 3,24 17,00 360 
7 3,21 23,00 420 
8 3,10 30,00 480 
Thí nghiệm kết thúc sau 8 giờ duy trì tải 
trọng với độ mất mát ứng suất trong khoảng 1,5 
% so với trị số ứng suất dư ban đầu. Theo tiêu 
chuẩn BS 8081:1989 [1] sức kháng kéo dư của 
neo trong thời gian quan sát 150 phút không mất 
mát quá 4% trị số ứng suất dư ban bầu thì chấp 
nhận được trị số sức chịu tải trong điều kiện làm 
việc cụ thể của neo. Vậy với neo xoắn NĐ10 thí 
nghiệm cho đất đê Giao Thuỷ xác định được 
 ghP 3,25 kN. 
Hình 6 biểu diễn quan hệ giữa tải trọng và 
chuyển vị của neo xoắn NĐ11 cũng cho kết quả 
tương tự như những nhận xét ở trên. Neo NĐ11 
có kích thước lớn hơn vì vậy đạt sức kháng đỉnh 
tại những trị số chuyển vị nhỏ hơn neo NĐ10. 
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10. 12. 14. 16. 18. 20. 22. 24. 26. 28. 30.
Chuyển vị (mm)
Lự
c 
ké
o 
(k
N
)
H/D=3
H/D=5
H/D=8
H/D=12
Hình 6: Sức chịu tải kéo nhổ của neo NĐ11-Đất đê Giao Thuỷ 
Bảng 5 thể hiện ứng xử giữa tải trọng và thời 
gian của neo xoắn NĐ11 thí nghiệm với đất đê 
Giao Thuỷ. Xác định sức kháng nhổ tương tự 
neo NĐ10 đã trình bày ở trên, sức kháng kéo 
nhổ của neo NĐ11 với đất đê Giao Thuỷ xác 
định được Pgh = 7,49 kN. 
Bảng 5: Quan hệ giữa tải trọng theo thời gian của neo xoắn NĐ11 (H/D)=8 
TT Tải trọng (kN) Chuyển vị (mm) Thời gian (phút) 
1 0,00 0,00 0 
2 4,20 4,00 50 
3 9,00 6,00 95 
4 7,65 10,00 110 
5 7,49 12,00 290 
6 7,42 17,00 475 
7 7,36 23,00 680 
8 7,31 30,00 795 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 43 (12/2013) 52 
Sự chênh lệch về sức chịu tải trong hai 
trường hợp độ sâu đặt neo xoắn 
8 
D
H ; 12 
D
H không lớn cho thấy độ sâu hiệu 
quả đặt neo xoắn trong khoảng 87 
D
H . Vậy 
có thể kết luận không được đặt neo xoắn quá 
nông và không cần thiết đặt neo xoắn quá sâu. 
b) Thí nghiệm thử tải neo xoắn tại hiện 
trường với lớp đất nền (lớp 2) khu vực Đại học 
Thuỷ lợi. 
Lớp sét pha nguyên dạng xám nâu vàng, 
trạng thái dẻo cứng có các chỉ tiêu lực dính 
c=0,308 kG/cm2. Góc ma sát trong 39,9  , 
trọng lượng riêng bão hoà sat 19,5 kN/m
3. 
Hình 7 là kết quả thí nghiệm kéo nhổ neo 
NĐ10 với đất nền khu vực Đại học Thuỷ lợi cho 
4 độ sâu cắm neo khác nhau. Kết quả thí nghiệm 
cho các quy luật tương tự như thí nghiệm neo 
xoắn với đất đê Giao Thuỷ. 
Bảng 6 thể hiện ứng xử giữa tải trọng và thời 
gian của neo xoắn NĐ10 thí nghiệm với đất nền 
khu vực đại học Thuỷ lợi. Sức kháng kéo nhổ của 
neo xoắn NĐ10 xác định được ghP 9,83 kN. 
Bảng 6: Quan hệ giữa tải trọng theo thời 
gian của neo xoắn NĐ10 (H/D=8) 
TT Tải trọng (kN) 
Chuyển vị 
(mm) 
Thời gian 
(phút) 
1 0,00 0,00 0 
2 9,25 4,00 60 
3 11,19 6,00 90 
4 10,17 10,00 120 
5 9,85 12,00 300 
6 9,80 17,00 395 
7 9,50 23,00 515 
8 9,28 30,00 635 
Hình 8 là kết quả thí nghiệm kéo nhổ neo 
xoắn NĐ11 với đất nền khu vực Đại học Thuỷ 
lợi cũng với 4 độ sâu cắm neo khác nhau. Kết 
quả thí nghiệm cho các quy luật tương tự như 
thí nghiệm mũi neo với đất đê Giao Thuỷ. Sức 
kháng kéo nhổ của mũi neo NĐ11 xác định 
được ghP 22,7 kN. 
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10. 12. 14. 16. 18. 20. 22. 24. 26. 28. 30.
Chuyển vị (mm)
Lự
c 
ké
o 
(k
N
)
H/D=3
H/D=5
H/D=8
H/D=12
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
0.0 4.0 8.0 12. 16. 20. 24. 28.
Chuyển vị (mm)
Lự
c 
ké
o 
(k
N
)
H/D=3
H/D=5
H/D=8
H/D=12
Hình 7: Sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn NĐ10 
Đất nền khu vực Đại học Thuỷ lợi 
Hình 8: Sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn NĐ11 
Đất nền khu vực Đại học Thuỷ lợi 
Bảng 7: Quan hệ giữa tải trọng theo thời gian của neo xoắn NĐ11 (H/D=8) 
TT Tải trọng (kN) Chuyển vị (mm) Thời gian (phút) 
1 0,00 0,00 0 
2 21,00 4,00 85 
3 24,90 6,00 190 
4 24,30 7,00 205 
5 22,70 11,00 375 
6 22,60 14,00 575 
7 22,20 20,00 695 
8 21,70 30,00 815 
Tổng hợp kết quả xác định sức chịu tải của neo xoắn theo lý thuyết và thực nghiệm được trình 
bày ở bảng 8. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 43 (12/2013) 53 
Bảng 8: Tổng hợp xác định sức chịu tải của 
neo xoắn (kN) 
Đất đê Giao 
Thuỷ Đất nền ĐHTL TT Sức chịu tải neo xoắn 
NĐ10 NĐ11 NĐ10 NĐ 11 
1 Tính bằng biểu thức (1) 2,85 7,05 8,73 22,70 
2 Đo thực nghiệm 3,25 7,49 9,83 24,26 
4.Kết luận 
Từ các kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng 
neo giữ của neo xoắn rất tốt. Chẳng hạn neo 
NĐ10 là neo kích thước khá nhỏ nhưng khả 
năng neo giữ tới 3,2 kN. Vì vậy nếu ứng dụng 
bố trí neo gia cố cho tấm lát mái thì trọng lượng 
tấm lát mái sẽ tăng và chuyển vị của cả mảng 
gia cố sẽ giảm đi. Khắc phục được sự bong tróc 
tấm lát mái và sự lún sụt của mảng lát mái do 
xói trôi vật liệu lọc bởi sự chuyển vị của mảng 
gia cố. 
Đối với neo xoắn chỉ dùng cho tấm lát gia cố 
đê biển hiện có, trong điều kiện neo xoáy tương 
đối nông, đất thân đê luôn bão hoà thì việc chọn 
 5,0 cho các loại đất đắp được đầm chặt tốt 
để tính sức chịu tải của mũi neo xoắn là thiên về 
an toàn. 
Không được đặt neo xoắn quá nông sẽ giảm 
sức chịu tải của neo [7], tỷ số (H/D) đảm bảo 
trong khoảng 7-8. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. BSi-BS 8081:1989 Neo trong đất-Nhà xuất bản xây dựng-2008, Bản dịch của TS. Nguyễn Hữu 
Đẩu. 
 [2]. Hoàng Việt Hùng – Trịnh Minh Thụ - Ngô Trí Viềng (2012); Bản mô tả sáng chế: “Neo gia cố 
các tấm lát mái bảo vệ đê biển” theo bằng độc quyền sáng chế số 10096 cấp theo quyết định 9903/QĐ-
SHTT ngày 29.02.2012 của Cục Sở hữu trí tuệ-Bộ Khoa học Công nghệ. 
 [3]. Hoàng Việt Hùng (2012) Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định bảo vệ mái đê biển tràn 
nước, Luận án tiến sĩ kỹ thuật-Đại học Thuỷ lợi-2012. 
 [4]. Nguyễn Công Mẫn (1983); Xác định sức chống nhổ thẳng đứng giới hạn cọc mở rộng đáy bằng 
phương pháp phân tích giới hạn; Tạp chí Khoa học Kỹ thuật số 5+6 năm 1983. 
[5]. Wai-Fah Chen (1975); Limit Analysis and Soil Plasticity –ISBN 0-444-41249-2-Ensevier 
Scientific Publishing Company Amsterdam. 
[6]. J.H. Atkinson (1982); Foundations and Slopes-An introduction to applications of critical state 
soil mechanics; McGRAW-HILL Book Company (UK) Limited. 
[7]. Tran Vô Nhiễm (1971); Première thèse: “Force portante limite des fondations superficielles et 
résistance maximale à l’arrachement des ancrages-1971. 
[8]. М.Д. Иродов (1968); Применение винтовых свай в строительстве-Издательство 
Литературы по строительству-Москва. 
[9] Ю.Г. Трофименков, канд. техн. наук; Л.Г. Мариупольский, инж (1965); Винтовые сваи в 
качестве фундаментов мачт и башен. Доклады к международному конгрессу по механике 
грунтов и фундаментостроению-Москва. 
Abstract 
THE FIELD TEST RESULTS FOR PULLING OUT BEARING CAPACITY 
OF SCREW ANCHOR 
The solution of additional strength for overlap blocks of seadike to use screw anchor has been proposed. 
The screw anchor is twisted in soil of body dike and connected with overlap blocks. The pull out bearing 
capacity equation of screw anchor was established and now checked in lab and also in the field. The paper 
presents research results to pull out screw anchor in lab and in the filed. The test results shows good bearing 
capacity of screw anchor and optimal depth of screw anchor in soil body dike. 
Key words: screw anchor,bearing capacity,connected, equation, optimal depth. 
Người phản biện: PGS. TS. Nguyễn Hữu Thái BBT nhận bài: 21/11/2013 
Phản biện xong: 3/12/2013