Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán ổn định mảng kè mái đê biển kết hợp gia cường bằng neo xoắn

 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 30 
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN 
ỔN ĐỊNH MẢNG KÈ MÁI ĐÊ BIỂN KẾT HỢP GIA CƯỜNG 
BẰNG NEO XOẮN 
HOÀNG VIỆT HÙNG* 
Research on build-up software for caculation of seadike overlap 
revetment with screw anchor 
Abstract: This paper shows to make of software for caculation of seadike 
overlap revetment with screw anchor-NTM-01. This software was to built 
for many purposes such as faster calculations, flexible analysis, advantage 
of output in order to apply advanced tecnology in practice of existing 
seadike. The solution of screw anchor for overlap blocks is a new 
technology. The screw anchor is installed in to soil dike body and connect 
with overlap blocks that make more stable of seadike revetment under 
uplift and limited horizoltal movement of blocks. This solution is suitable 
for new construction of sedike and existing seadike. 
Keywords: software, screw anchor, overslap block, uplift, NTM-01. 
I. MỞ ĐẦU * 
Giải pháp neo xoắn gia cố các tấm lát mái 
kiểu hai chiều bảo vệ đê biển đã đƣợc nghiên 
cứu lý thuyết, thực nghiệm và hoàn thiện công 
nghệ thi công tại hiện trƣờng. Nguyên lý tính 
toán cơ bản của giải pháp này là xác định áp 
lực đẩy ngƣợc khi sóng rút để tính ổn định 
mảng kè gia cố theo lý thuyết đã có. Áp lực 
đẩy ngƣợc này sẽ đƣợc xem xét cân bằng với 
trọng lƣợng viên gia cố và lực neo giữ của neo 
xoắn đƣợc phân bố đều lên các viên gia cố. Để 
thực hiện đƣợc các bƣớc tính toán nhƣ ví dụ 
đã nêu ở trên, ngƣời thiết kế mất khá nhiều 
thời gian. Vì vậy, nhằm giảm khối lƣợng tính 
toán khi lựa chọn phƣơng án tối ƣu, việc tính 
toán neo gia cố cho tấm lát mái đƣợc số hoá 
trên cơ sở lý thuyết tính trực tiếp áp lực đẩy 
ngƣợc lên đáy viên gia cố, lực kéo nhổ neo và 
trọng lƣợng viên gia cố. 
*
 Trường Đại học Thủy lợi 
 175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội 
 ĐT: 
II. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VÀ CẤU 
TRÖC CHƢƠNG TRÌNH 
Bài toán “Neo gia cố các tấm lát mái bảo 
vệ đê biển” V1 (NTM-01) viết bằng ngôn ngữ 
Visual Basic 2005, đây là ngôn ngữ lập trình 
đƣợc dùng để phát triển các ứng dụng của 
Windows. Bài toán giới hạn ứng dụng cho 
viên gia cố liên kết kiểu hai chiều, phục vụ 
trực tiếp cho công tác thiết kế, nâng cấp đê 
biển hiện tại. Trong tƣơng lai sẽ mở rộng ứng 
dụng cho các loại gia cố và neo kênh mƣơng, 
công trình thuỷ. 
Chƣơng trình đƣợc thiết lập với các tuỳ chọn 
sau đây 
1. Với cấp độ sóng yêu cầu tính đƣợc áp lực 
đẩy ngƣợc lên mảng cân bằng với các lực trọng 
lƣợng bản thân mảng gia cố và neo từ đó tính 
đƣợc mật độ neo gia cố và tính ra lực gia tải neo 
trên đơn vị diện tích. 
2. Với cấp độ sóng yêu cầu, lực gia tải của 
neo tính đƣợc trọng lƣợng của viên gia cố. 
3. Với cấp độ sóng yêu cầu, kích thƣớc 
viên gia cố đã có, tính đƣợc khối lƣợng yêu 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 31 
cầu ổn định, chọn đƣợc kích thƣớc neo và 
mật độ neo cần dùng gia cƣờng thêm. 
Sơ đồ tính toán đƣợc trình bày ở hình 1 
dƣới đây. 
MENU CHÝNH CñA CH¦¥NG TR×NH
Lùa chän 1 Lùa chän 2 Lùa chän 3
NhËp ®iÒu kiÖn 
biªn thuû lùc
NhËp ®iÒu kiÖn 
kü thuËt cña 
viªn gia cè
NhËp ®iÒu kiÖn 
biªn thuû lùc
NhËp ®iÒu 
kiÖn biªn ®Þa 
kü thuËt vµ 
th«ng sè neo
NhËp ®iÒu kiÖn 
biªn thuû lùc
NhËp ®iÒu kiÖn 
kü thuËt cña 
viªn gia cè
So s¸nh
P®n Wgia cè
NhËp ®iÒu 
kiÖn biªn ®Þa 
kü thuËt vµ 
th«ng sè neo
So s¸nh
P®n Wgia cè + Fneo
L-u File
TÝnh:
Wgia cè = P®n - Fneo
KÝch th-íc 
viªn gia cè
TÝnh:
Fneo = P®n - Wgia cè
NhËp biªn ®Þa 
ki thuËt
Th«ng sè neo
Đúng
Sai
Đúng
Sai
Hình 1: Cấu trúc sơ đồ tính toán 
III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH ỔN ĐỊNH 
MẢNG GIA CỐ CÓ NEO GIA CƢỜNG 
3.1 Tính áp lực nƣớc đẩy ngƣợc vào bản 
gia cố theo phƣơng pháp của M.I.Buriacốp 
và A.V.Kunchixki [1] 
3.1.1 Tác động của sóng vào các tấm gia cố 
Sóng bị phá hoại trên lớp gia cố không thấm 
nƣớc và thấm nƣớc gây tác dụng có mức độ 
khác nhau. Điều kiện nƣớc chảy vào và chảy ra 
khỏi khe nối khác nhau căn bản. Nƣớc chảy vào 
là do sự va mạnh của sóng vỡ. Nghĩa là do ảnh 
hƣởng của áp lực thủy động. Còn nƣớc chảy ra 
là do tác động của áp lực thủy tĩnh. 
3.1.2.Áp lực sóng lên mái 
Áp lực sóng lớn nhất lên mái có thể xác định 
theo công thức của Djuncốpxki, đƣợc áp dụng 
khi góc nghiêng của mái với mặt nằm ngang 
nhỏ hơn 045 . Chiều sâu ở chỗ sóng đổ vào mái 
lấy bằng 
pgH . Điểm B là vị trí áp lực lên mái 
lớn nhất tại chiều sâu 
pgH - By . Giả thiết các 
hạt nƣớc ở đỉnh sóng khi đổ xuống có vận tốc 
xoáy và tịnh tiến. Do đó các hạt nƣớc ở đỉnh 
sóng có vận tốc ban đầu. Quỹ đạo truyền động 
của chúng lấy theo đƣờng cong parabol và gặp 
mặt phẳng của mái. Toàn bộ các dòng nƣớc gây 
ra áp lực động lên mái. 
Để giải bài toán, lấy 2 thông số cơ bản làm 
số liệu ban đầu là: Vận tốc ban đầu lúc sóng 
đổ xuống và tung độ By . Tung độ By xác 
định độ vƣợt cao của đỉnh sóng đối với mái ở 
chỗ sóng vỡ. Sơ đồ sóng vỡ vào mái biểu thị ở 
hình vẽ sau: 
A
O
B
x
y
B
B
x
y
y
o
H
H
pg
p Mùc n-íc tÜnh
V A

90
m
Hình 2: Sơ đồ sóng vỡ vào mái 
Thông số tính toán chủ yếu xác định áp lực 
của dòng nƣớc lên mái là: 
Vận tốc của hạt nƣớc ở đỉnh sóng lúc đổ: 



 H
cth
g
h
H
th
g
nVA
2
2
2
2
 (1) 
Với n- Là hệ số thực nghiệm tính theo 
công thức: 
 85,0
1
4,37,4
2m
mh
n

 (2) 
Tung độ tại điểm cao nhất của đỉnh sóng lúc 
bị phá hoại 
ppgo hHy (3) 
2
21
)..23,047,0(
m
m
h
hH pg

 (4) 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 32 
 h
h
mhp 

25,084,095,0
 (5) 
Hoành độ điểm gặp nhau của dòng nƣớc 
với mái 
g
gy
m
V
V
m
V
x
A
A
A
B
02
22
2 
 (6) 
Tung độ của điểm sóng va vào mái 
m
x
y BB 
 (7) 
Tốc độ lớn nhất của dòng nƣớc khi va vào 
mái ở điểm B 
2
2
A
B
AB
V
gx
VV 
 (8) 
Ở đây  – Hệ số có xét tới sự giảm tốc độ 
khi khuếch tán dòng nƣớc lúc lăn xuống, xác 
định theo công thức 
 hm 02,0017,01  (9) 
Áp lực lớn nhất của dòng nƣớc lên mái 
  2
2
max cos
2
7,1
g
V
P BB 
 (10) 
Góc giữa pháp tuyến của mái với phƣơng 
của dòng chảy (tiếp tuyến của dòng chảy 
  090 (11) 
2
A
B
V
gx
tg 
 (12) 
Biểu đồ áp lực sóng lên mái đƣợc lập ở các 
điểm có áp lực bằng max4,0 BP và max1,0 BP . 
Các điểm này cách điểm B về phía trên theo mái 
ở những khoảng cách S025,01  và 
S065,02  , và về phía dƣới theo mái là 
S053,03  và S0135,04  . 
Giá trị của S bằng: 
124 2 
m
m
S

 (13) 
Tổng áp lực P lên mái lúc sóng va sẽ bằng: 
CB PPP (14) 
Trong đó: CP - Áp lực tĩnh của dòng nƣớc 
lăn xuống. Biểu đồ áp lực thủy tĩnh lên mái biểu 
thị ở hình sau. Các giá trị của 
 hmH 2,01,0max ; mha 055,0 . 
0,1 
P 
0,4 
P 
P 
0,4 
P 
0,1 
P 
 Bm
ax
 Bm
ax
 Bm
ax
 Bm
ax
 Bm
ax
 


1
2
4
3
a) BiÓu ®å ¸p lùc sãng lªn m¸i lóc sãng va 
Y
H gh
C
H max
Mùc n-íc tÜnh
0,5a
a
X
b) BiÓu ®å ¸p lùc tÜnh cña dßng nø¬c l¨n xuèng m¸i 
Hình 3: Áp lực sóng lên mái theo 
N.N.Djuncốpxki 
3.1.3 Áp lực đẩy nổi 
Áp lực đẩy nổi ở dƣới lớp gia cố mái phát 
sinh do tác dụng của khối nƣớc thấm qua khe 
nối và các lỗ khác khi sóng leo lên và rút xuống. 
Giá trị của áp lực đẩy nổi đối với lớp gia cố 
bằng đá và tấm có kích thƣớc nhỏ đã đƣợc 
B.A.Puskin xác định bằng thí nghiệm ở trong 
phòng dƣới dạng quan hệ hfPm . Trị số áp 
lực đẩy nổi bằng 0 ở chiều cao Hh và ở chiều sâu 
h. Với các khe nối thấm nƣớc đặt sát nhau thì biểu 
đồ áp lực đẩy nổi có dạng t giác mà đỉnh ở cao 
hơn mực nƣớc tĩnh h75,0 (h là chiều cao sóng). 
Theo M.I.Buriacốp và A.V.Kunchixki đề 
nghị sơ đồ để lập biểu đồ áp lực đẩy nổi lên tấm 
gia cố đối với tấm phủ bằng các bản bê tông có 
dạng nhƣ sau: 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 33 
Điểm bằng không phía trên ở chiều cao 
Hh (chiều cao sóng leo) có thể xác định 
theo công thức trong quy phạm SN 92-60 
của Nga: 
hm
hK
h nH
32
(15) 
Trong đó: nK – Hệ số nhám-tra bảng 1) 
Bảng 1: Hệ số Kn tính sóng leo theo SN 92-60 
Loại gia cố trên mái dốc Kn 
Gia cố phẳng, không thấm nƣớc 1,00 
Bê tông 0,90 
Đá lát 0,75-0,80 
Đá đổ-viên tƣơng đối tròn 0,60-0,65 
Đá đổ -viên góc cạnh 0,55 
Đá khối lớn 0,50 
m - Hệ số mái; 
h - Chiều cao sóng 
 - Bƣớc sóng 
1z - đƣợc xác định theo công thức thực 
nghiệm 
 tan9,01 hz 
P‟max : Thƣờng lấy bằng 8-12% áp lực sóng 
lớn nhất. 
Y
P'
max
Z1
hHMùc n-íc tÜnh
Hgh
L
L
3
1
C
Hình 4: Sơ đồ áp lực đẩy nổi lên mảng gia cố 
Sau khi xác định đƣợc áp lực đẩy ngƣợc do 
sóng rút, cân bằng với các lực trọng lƣợng bản 
thân mảng gia cố và neo sẽ xác định đƣợc mức 
độ ổn định của mảng gia cố. 
3.2 Sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn 
Theo phƣơng pháp phân tích giới hạn, tác giả 
[7] đã thiết lập biểu thức (16) xác định sức chịu 
tải của neo xoắn. 
 
NcNLHN
D
P CDgh D
3
1
)(
2
 (16) 
Với : 
)21( tg
D
H
ND 

cos
cos
CN 
 )
2
1
(  tg
D
H
N 
Góc trong biểu thức (16) là góc hợp bởi 
đƣờng sinh hình nón phá hoại với phƣơng thẳng 
đứng, thay đổi phụ thuộc vào loại đất. Các kết 
quả nghiên cứu [7];[8] cho thấy, để thiên về an 
toàn chọn  5,0 của nón phá hoại trong điều 
kiện đất đầm chặt tốt và bão hoà nƣớc. 
4. PHẦN MỀM NTM-01 VÀ BÀI TOÁN 
ỨNG DỤNG 
Ứng dụng kết quả nghiên cứu, tính cụ thể 
cho đoạn đê biển Giao Thuỷ-tỉnh Nam Định. 
Các thông số tính toán và kết quả tính toán đƣợc 
trình bày ở bảng 1 từ các mục I đến III. Để kiểm 
định chất lƣợng mã code của chƣơng trình, tác 
giả đã tính thử cho nhiều trƣờng hợp và có nội 
dung so sánh đối chiếu với tiêu chuẩn thiết kế 
đê biển hiện hành. Nội dung 1 là sử dụng tiêu 
chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển [3] kết hợp với 
giải pháp neo giữ tấm lát mái. Kết quả tính toán 
khẳng định mức độ gia tăng an toàn đáng tin 
cậy. Nội dung 2 là đề xuất tính toán trực tiếp áp 
lực đẩy ngƣợc lên viên gia cố, so sánh áp lực 
này với trọng lƣợng viên gia cố hiện tại để quyết 
định gia cƣờng neo. Đây là đề xuất để so sánh 
đối chứng với cách tính của tiêu chuẩn ngành, 
kết quả tính cho thấy khá phù hợp. Đề xuất này 
có thể mở rộng để tính toán với nhiều dạng gia 
cố khác nhau chẳng hạn gia cố bằng bản bê 
tông, các dạng cấu kiện bê tông lắp ghép. Kết 
quả tính toán thể hiện cơ sở khoa học và mức độ 
tin cậy của các nghiên cứu thực nghiệm. 
Việc tính toán bằng phần mềm NTM-01 đơn 
giản, tiện dụng, giảm đƣợc khối lƣợng tính toán 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 34 
đáng kể cho ngƣời thiết kế. Cho phép các lựa 
chọn phƣơng án neo, mật độ neo theo yêu cầu 
tiêu chuẩn kinh tế, kỹ thuật. 
Hình 5: Giao diện chương trình 
Hình 6: Giao diện chương trình tính với lựa chọn 1 
Hình 7: Giao diện chương trình tính với lựa chọn 2 
Kết quả tính toán đƣợc thể hiện ngay trên 
giao diện của chƣơng trình hoặc lƣu File dữ liệu 
dƣới dạng bảng. Bảng 1 là kết quả tính toán 
bằng chƣơng trình sau khi chuyển kết quả sang 
Excel. 
Vậy với viên gia cố hiện tại, kích thƣớc 
0,4x0,4x0,28 (m) có khối lƣợng 112 kg, cần gia 
cƣờng thêm neo với các thông số sau: 
Đƣờng kính mũi neo: 0,14 m; 
Chiều dài mũi neo: 0,35 m; 
Độ sâu cắm neo H: 1,12 m; 
Khoảng cách bố trí neo n: 5 viên gia cố/neo 
hay 2 m/neo. 
Bảng 1: Kết quả tính toán bằng phần mềm NTM-01 
I. Điều kiện biên thuỷ lực Trị số Ghi chú 
Chiều cao sóng sH (m) 1,69 
Chiều dài sóng  (m) 29,49 
Chiều cao nƣớc trƣớc công trình (m) 3,45 
Hệ số mái đê m 4,0 
Hệ số nk 0,8 
II. Thông số viên gia cố 
Kích thƣớc viên gia cố (m) 0,4x0,4 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 35 
Chiều dày viên gia cố (m) 0,28 
Trọng lƣợng riêng (t/m3) 2,50 
III. Điều kiện biên Địa KT 
Góc ma sát trong  (độ) 16,00 
Lực dính đơn vị c (kN/m2) 6,00 
Trọng lƣợng riêng đẩy nổi (kN/m3) 11,90 
Khoảng cách neo (tính theo số viên gia cố) 5,00 
Đƣờng kính mũi neo (m) 0,14 
Chiều dài mũi neo (m) 0,35 
IV. Kết quả tính toán 
Hợp lực đẩy nổi lên viên gia cố (kg) 135,0 A 
Trọng lƣợng viên gia cố (kg) 112,0 
Lực cần gia tăng cho viên gia cố (kg) 23,00 
Tải trọng giới hạn của neo (kg) 706 
Tải trọng neo phân bố cho các viên gia cố (kg) 28 
Tổng trọng lƣợng viên gia cố + neo (kg) 140 B 
Kết luận sự ổn định B>A 
5. KÊT LUẬN 
Đề xuất phƣơng án tính toán ổn định viên gia 
cố bằng cách tính trực tiếp áp lực đẩy ngƣợc lên 
đáy viên gia cố đƣợc ứng dụng trong phần mềm 
NTM-01. Đề xuất này có ý nghĩa để mở rộng 
tính toán cho nhiều kiểu gia cố mái đê biển, mái 
công trình thuỷ lợi. 
Bộ phần mềm „Neo gia cố tấm lát mái bảo vệ 
đê biển-NTM-01‟ tiện dụng, đơn giản giúp cho 
ngƣời tính toán có nhiều lựa chọn khi xác định các 
tham số thiết kế neo gia cố cho các tấm lát mái đê 
biển. Giảm khối lƣợng tính toán các thông số sóng 
và điều kiện biên địa kỹ thuật rất nhiều. 
Công thức (16) đƣợc sử dụng xác định sức 
chịu tải của neo xoắn (dạng của tác giả đề xuất) 
và đƣợc áp dụng cho tấm gia cố mái đê biển. 
Góc  5,0 áp dụng trong công thức (16) chỉ 
đúng với đất đắp thân đê đƣợc đầm chặt tốt theo 
quy định của tiêu chuẩn thiết kế đê biển-2012 
[3], hoặc đúng với đất đắp thân đê đã ổn định 
của đê biển hiện có. Các loại đất dính ở trạng 
thái dẻo mềm, dẻo chảy hoặc đất đắp chƣa đƣợc 
đầm chặt tốt có k < 1,4 (t/m
3) chƣa đƣợc kiểm 
chứng trong nghiên cứu này. 
Với neo xoắn gia cố tấm lát mái cần lƣu ý, vì 
neo tƣơng đối nhỏ và xoáy vào đất ở độ sâu 
không lớn lắm nên để phát huy hiệu quả của neo 
phải chú ý neo đƣợc xoắn vuông góc với mái đê 
và ở độ sâu sao cho tỷ số (H/D)= (7†8). 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] A.D. SABANOP (1976), Gia cố mái đất 
chịu áp lực, Nhà xuất bản Nông thôn- Bản dịch 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 36 
của tác giả Đồng Mạnh Quỳnh-Hiệu đính 
Nguyễn Xuân Thi. 
[2] BSi-BS 8081:1989, Neo trong đất, Nhà 
xuất bản xây dựng-2008, Bản dịch của TS. 
Nguyễn Hữu Đẩu. 
[3] Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn 
(2012), Tiêu chuẩn thiết kế đê biển, Ban hành 
kèm theo quyết định 1613/QĐ-BNN-KHCN 
ngày 9/7/2012 của Bộ trƣởng Bộ Nông nghiệp 
và Phát triển Nông thôn. 
[4] Công ty Cổ phần tƣ vấn Xây dựng Nông 
nghiệp và PTNT Nam Định (2009), Thiết kế cơ 
sở đoạn đê kè từ K27+0074 đến K28+800 đê 
biển huyện Giao Thuỷ-Nam Định. 
[5] 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. 
[6] Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngô 
Trí Viềng (2011), Nghiên cứu ứng dụng neo gia 
cố các tấm lát mái bảo vệ đê biển, Tạp chí Khoa 
học kỹ thuật Thuỷ lợi và môi trƣờng số 32-2011. 
[7] Hoàng Việt Hùng (2012), Nghiên cứu 
giải pháp tăng cường bảo vệ mái đê biển tràn 
nước, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật-Đại học Thủy 
lợi-2012. 
[8] 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. 
[9] Ngô Trí Viềng (2011) và nnk, Nghiên cứu 
cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp khoa học 
công nghệ, đảm bảo độ bền của đê biển hiện có 
trong trường hợp sóng và triều cường tràn đê, 
Đề tài NCKH cấp nhà nƣớc-KC08-15/06-10. 
[10] David Muir Wood (1996), Soil 
Behaviour and Critical State Soil Mechanics, 
Cambridge University Press. 
[11] Hsai-Yang Fang (1991), Foundation 
Engineering Handbook, Second Edition Van 
Nostrand Reinhold, New York. 
[12] Hai-Sui Yu (2006), Plasticcity and 
Geotechnics, Library of Congress Control 
Number: 2006928849- e-ISBN: 0-387-33599-4. 
[13] Wai-Fah Chen (1975), Limit Analysis 
and Soil Plasticity –ISBN 0-444-41249-2-
Ensevier Scientific Publishing Company 
Amsterdam. 
[14] Krystian W, Pilarczyk (1998), Dikes and 
Revestments A.A.Balkema/ Rotterdam/ 
Brookfield. 
[15] Krystian W, Pilarczyk (2000), 
Geosynthetics and Geosystems in Hydraulic and 
Coastal Engineering, A.A.Balkema/ Rotterdam/ 
Brookfield /. 
[16] Krystian W, Pilarczyk (2006), Wave 
loading on Coastal Structure, Lecture Notes, 
IHE-Netherlands.
Phản biện: GS. NGUYỄN CÔNG MẪN