จัดทำรายงานผลทดสอบดิน

การเจาะสำรวจดิน ทดสอบดินในห้องปฏิบัติการ ถึงขั้นตอนการสรุปผลงานทดสอบดิน เพื่อออกแบบกำลังรับน้ำหนักของดิน โดยวิศวกรโยธามืออาชีพ ประสบการณ์การทำงานกว่า 20 ปี ทำขึ้นเพื่อทดสอบความสามารถในการรับน้ำหนักของดินเป็นหลัก ดินที่มีความแข็งแรงเพียงพอต้องมีความสามารถในการรับน้ำหนักโครงสร้างของอาคาร เรามั่นใจในทุกขั้นตอนการทำงานของเรา เราออกแบบกำลังรับน้ำหนักของดินตามหลักวิศวกรรมปฐพีกลศาสตร์ รับประกันในเรื่องความถูกต้องของผลงานการทดสอบดิน แนะนำการเลือกใช้ฐานราก เสาเข็ม ที่ถ่ายน้ำหนักโครงสร้างของสิ่งปลูกสร้าง เหมาะสมกับชั้นดินที่มีความแข็งแรงเพียงพอ ณ บริเวณพื้นที่ทำเลที่ตั้งโครงการก่อสร้างมากที่สุด

จากผลการเจาะสำรวจดิน และวิเคราะห์คุณสมบัติทางวิศวกรรมของดิน หากปรากฏว่า คุณสมบัติของดินในระดับความลึกตื้น ๆ อยู่ในเกณฑ์ดีพอใช้ฐานรากแผ่ได้ โดยไม่เกิดการทรุดตัวเกินกำหนด ฐานรากแผ่ (Spread Fotting) จะถูกเลือกใช้เป็นอันดับแรก เพราะว่าฐานรากแผ่เป็นฐานรากที่ก่อสร้างง่ายและประหยัดที่สุด แต่ถ้าฐานแผ่ไม่เหมาะสมกับสภาพชั้นดิน ก็จะพิจารณาให้เลือกใช้เสาเข็ม (Pile Foundation)

เมื่อได้ข้อมูลดินแล้ว สามารถคำนวณกำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มที่มีขนาดและความยาวต่าง ๆ กันได้ ไม่ว่าจะเป็น เสาเข็มคอนกรีต เสาเข็มเหล็ก หรือเสาเข็มไม้ วิธีการคำนวณกำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มแต่ละชนิดจะเหมือนกัน จะต่างกันก็ตรงค่าสัมประสิทธิ์การยึดเกาะระหว่างวัสดุที่ใช้ทำเข็มกับดินเท่านั้น ส่วนใหญ่บริษัทที่เจาะสำรวจดินจะคำนวณกำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มแต่ละชนิดมาให้ ส่วนการเลือกใช้เสาเข็มชนิดใด มีความยาวเท่าไหร่นั้นจะขึ้นอยู่กับดุลยพินิจของวิศวกรโยธาผู้ออกแบบ และย่อมเป็นที่แน่นอนว่า ยิ่งเพิ่มความยาวเสาเข็มขึ้นเท่าใด กำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มก็จะเพิ่มขึ้นตาม แต่ความยาวยิ่งมากก็ยิ่งทำเสาเข็มได้ยาก หรืออาจทำไม่ได้เลย การออกแบบโดยทั่วไปมักจะกำหนดให้ปลายเสาเข็มอยู่ในชั้นทรายเพื่อให้มีแรงต้านทานปลายเสาเข็มสูง แต่การกำหนดเช่นนี้อาจไม่ได้แรงต้านทานปลายเสาเข็มมากเสมอไป ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกระบวนการในการทำเสาเข็มแต่ละชนิดด้วย เสาเข็มบางชนิด เช่น เสาเข็มเจาะระบบแห้ง เมื่อทำการขุดเจาะดินจนถึงชั้นทราย แรงดันน้ำใต้ดินจะดันชั้นทรายให้พังทลาย และน้ำไหลเข้าในรูเจาะตลอดเวลา แรงต้านทานที่ปลายเสาเข็ม เนื่องจาก ชั้นทรายจะต่ำ หรืออาจไม่มีแรงต้านทานที่ปลายเสาเข็มเลย ดังนั้นการเลือกใช้เสาเข็มควรพิจารณากระบวนการทำเสาเข็ม ประกอบกับข้อมูลดินด้วยว่าจะเกิดปัญหาหรือไม่

การพิจารณาข้อมูลดินเพื่อใช้กำหนดเสาเข็มนั้น ควรพิจารณาสิ่งเหล่านี้ประกอบ

ดินทรายเป็นดินที่ไม่มีการยึดเกาะกันระหว่างเม็ดดิน ดังนั้นเม็ดดินแต่ละเม็ดจะเคลื่อนหลุดจากกันได้ง่าย น้ำไหลซึมผ่านได้ง่าย ดินทรายจะรับแรงกระทำจากภายนอกได้ดีต่อเมื่อถูกจำกัดขอบเขต ไม่มีทางเลื่อนหนีไปทางอื่น ทรายจะรับกำลังแบกทาน (End Bearing) ได้ดี แต่รับแรงเสียดทานได้ต่ำ ดังนั้น เมื่อให้ปลายเสาเข็มวางในชั้นทราย ต้องพิจารณากระบวนการทำเสาเข็มด้วยว่า จะไม่เป็นการทำให้ทรายเคลื่อนตัวไปอยู่ในสภาพที่หลวมกว่าเดิม

ดินเหนียวมีแรงยึดเกาะกันระหว่างเม็ดดิน น้ำซึมผ่านได้ยาก ดินเหนียวจะรับแรงเสียดทาน (Friction) ได้ดี กำลังรับน้ำหนักของดินเหนียวจะขึ้นอยู่กับปริมาณความชื้นในดิน ยิ่งปริมาณความชื้นในดินมากขึ้นเท่าใด กำลังรับแรงเฉือนของดินก็จะยิ่งลดต่ำลง เป็นเหตุให้แรงเสียดทานที่ผิวเข็มต่ำลงด้วย

ควรกำหนดให้ปลายเสาเข็มอยู่ในชั้นดินชนิดเดียวกันทั้งอาคาร ทั้งนี้ไม่ได้หมายความว่า ให้เสาเข็มยาวเท่ากันเสมอไป เพราะการที่เสาเข็มยาวเท่ากัน ปลายเสาเข็มอาจอยู่ในดินต่างชนิดกัน บางส่วนอาจอยู่ในดินอ่อน ในขณะที่อีกส่วนอยู่ในดินแข็ง เป็นเหตุให้เกิดการทรุดตัวไม่เท่ากันทำให้อาคารแตกร้าว

พยายามให้น้ำหนักบรรทุกที่ลงเสาเข็มต่อตัน (Load/Pile) ใกล้เคียงกัน เพื่อไม่ให้เกิดการทรุดตัวต่างกันมาก

สิ่งทีควรพิจารณาเป็นพิเศษเมื่อใช้เสาเข็มเจาะ

ปลายเสาเข็มเจาะควรอยู่ในชั้นดินที่มีค่า SPT สูง และมีความหนาไม่น้อยกว่า 5-6 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางเสาเข็ม และดินที่อยู่ใต้ดินชั้นนั้นไม่ควรเป็นดินอ่อนกว่าดินที่ระดับปลายเข็ม

หากเลือกใช้เสาเข็มเจาะระบบแห้ง (Dry Process) ไม่ควรกำหนดให้ปลายเสาเข็มอยู่ในชั้นทราย เพราะน้ำใต้ดินจะไหลดันเข้าหลุมเจาะผ่านชั้นทราย ทรายจะไม่แน่นตัว และทำให้คุณภาพของเข็มไม่ดีเท่าที่ควร แรงต้านทานปลายเสาเข็มจะต่ำ หรือไม่มีแรงต้านทานปลายเสาเข็มเลย

ในกรณีที่ต้องการให้ปลายเสาเข็มอยู่ในชั้นทราย ควรใช้เสาเข็มเจาะระบบเปียก (Wet Process) ที่ใช้สารละลายเบนโทไนท์ หรือสารละลายอื่นช่วยในการขุดเจาะดิน สารละลายดังกล่าวมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ จึงเป็นตัวช่วยต้านแรงดันของน้ำ และทำให้ทรายอยู่ในสภาพแน่นตัว

หมายเหตุ จากประสบการณ์สามารถพิจารณาว่า ชั้นทรายชั้นนั้นมีน้ำใต้ดินดันเข้าหรือไม่ พิจารณาได้จาก Boring Log และ ตารางสรุปผลการทดสอบดิน (Summary of Test Result) โดยพิจารณาว่า ชั้นทรายชั้นนั้นมีส่วนของดินผ่านตะแกรงเบอร์ 200 มากน้อยเพียงใด หากมีดินผ่านตะแกรงเบอร์ 200 น้อยกว่า 20% (โดยประมาณ) โอกาสที่น้ำใต้ดินจะไหลเข้าหลุมเจาะจะมีมาก ทั้งนี้เพราะมีปริมาณดินเหนียวที่อุดช่องการไหลของน้ำน้อยเกินไป

กรณีที่เป็น ทรายปนดินตะกอน (Silty Sand, SM) โอกาสที่น้ำใต้ดินจะไหลเข้าหลุมเจาะมีมาก เพราะดินตะกอนมีแรงยึดเหนี่ยวน้อย ไม่สามารถอุดช่องทางน้ำไหลได้ ดังนั้นจึงควรหลีกเลี่ยงการใช้เสาเข็มเจาะระบบแห้ง ที่กำหนดให้ปลายเสาเข็มวางอยู่ในดินชั้นนั้น

กรณีที่ต้องใช้เสาเข็มเจาะระบบแห้ง ควรวางปลายเสาเข็มในชั้นดินเหนียวแข็ง ที่มีความหนาของดินใต้ปลายเสาเข็มไม่น้อยกว่า 2.5-3 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางเสาเข็ม เพื่อให้มีความหนาของดินเหนียวรองรับเพียงพอที่จะไม่ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวทะลุดินเหนียวชั้นนั้น

ลักษณะเช่นนี้ หากใต้ดินเหนียวเป็นชั้นทรายแน่น ชั้นทรายจะยังคงสภาพความแน่นตัวไว้ได้ตามเดิม แรงต้านทานของดินใต้ปลายเสาเข็มจะดีกว่าปลายเสาเข็มอยู่ในชั้นทรายที่สูญเสียสภาพความแน่นตัว

สิ่งที่ควรพิจารณาเป็นพิเศษเมื่อเลือกใช้เสาเข็มตอก

ปลายเสาเข็มควรวางอยู่ในชั้นดินที่มีค่า SPT มาก ๆ และมีความหนาของดินชั้นนั้นไม่น้อยกว่า 5-6 เท่าของความกว้างเสาเข็ม และควรพิจารณาต่อลงไปด้วยว่า ใต้ดินชั้นนั้นเป็นดินที่มีสภาพอ่อนมากหรือไม่ หากเป็นดินอ่อนมาก ควรตอกให้ทะลุชั้นดินอ่อนลงไป (ดินเหนียวอ่อนหรือแข็ง ทรายหลวมหรือแน่น ให้พิจารณาจาก Boring Log ในช่อง Soil Description และช่อง SPT)

การตอกเสาเข็มผ่านชั้นทรายที่มีความหนามากกว่า 5-6 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางเสาเข็ม และชั้นทรายนั้นมีค่า SPT มากกว่า 30 Bl/ft จะทำได้ค่อนข้างลำบาก เสาเข็มอาจหักและเสียหายได้

ดังนั้นจึงควรหลีกเลี่ยง ในกรณีที่ต้องการวางปลายเสาเข็มให้ลึกกว่า ระดับดินช่วงนั้นควรเปลี่ยนเป็นใช้เสาเข็มเจาะแทน

ปลายเสาเข็มตอกที่วางในชั้นทราย ขณะตอกจะทำให้ทรายแน่นตัว ค่ากำลังต้านปลายเข็มจะมีมาก

เสาเข็มสองท่อนต่อ ไม่ควรให้รอยต่ออยู่ในชั้นดินอ่อน ที่มีค่าความชื้นในดินใกล้เคียงขีดจำกัดเหลว เพราะดินจะอยู่ในสภาพที่ไหลตัวได้ง่าย หากมีการตอกเสาเข็มต้นใกล้เคียง จะเกิดแรงดันของดิน ทำให้รอยต่อเคลื่อนจากกันได้ (ดังที่ได้กล่าวแล้ว) สภาพดินเช่นนี้มักจะพบบริเวณ ถนนบางนา-ตราด ช่วง อ.บางพลี จ.สมุทรปราการ และบริเวณ อ.บางปะกง

หัวใจสำคัญของการหาน้ำหนักบรรทุกของเสาเข็ม คือ การเลือกความลึกของชั้นดินบริเวณส่วนปลายเสาเข็ม ให้เสาเข็มสามารถรับน้ำหนักบรรทุกได้อย่างปลอดภัย ประหยัดที่สุด และไม่มีปัญหาในระหว่างก่อสร้าง เช่น ตอกเสาเข็มไม่ลง การหากำลังรับน้ำหนักของดิน หรือ การคำนวณกำลังรับน้ำหนักบรรทุกของเสาเข็ม จะเป็นผลรวมของกำลังแรงเสียดทานของดินที่ผิวเสาเข็ม หรือ แรงเสียดทานของดินด้านข้างที่กระทำกับผิวเสเข็ม (Friction force) สามารถหาได้โดย การแบ่งดินเป็นชั้นย่อยตามคุณสมบัติของชั้นดินที่เหมือนกัน หรือใกล้เคียงกัน กับแรงต้านทานที่ปลายเสาเข็ม (End bearing)

Negative Skin Friction จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อเสาเข็มเป็นแบบ End Bearing Pile และมีดินอ่อน (Soft Clay หรือ Loose Sand) อยู่บนชั้นดินแข็ง (Stiff to Hard Clay หรือ Dense to Very Dense Sand) การทรุดตัวของชั้นดินอ่อน อาจมีสาเหตุจาก พื้นที่ที่จะก่อสร้างมีการถมดิน การสูบน้ำบาดาล หรือเกิดการทรุดตัวตามธรรมชาติโดยน้ำหนักตัวมันเอง ในอัตราที่เร็วกว่าการทรุดตัวของเสาเข็ม จะทำให้เกิด Negative Skin Friction

ฐานรากแผ่ในดินประเภท Cohesionless Soil ซึ่งได้แก่ Gravel, Sand, Clayey Sand และ Nonplastic silt เป็นดินที่มี Permeability สูง น้ำสามารถซึมผ่านได้ง่าย เมื่อรับน้ำหนัก น้ำจะซึมผ่านได้รวดเร็ว จึงเกิดการทรุดตัวได้เร็ว การวิเคราะห์หา Bearing Capacity ของดินประเภทนี้ จึงมี Settlement เป็นตัวกำหนด PECK, HANSON และ THORNBURN (1974) ได้ให้ Chart สำหรับหา Allowable Bearing Pressure ของ Cohesionless Soil ที่ยอมให้เกิดการทรุดตัวได้ 25 มม.

ฐานรากแผ่ในดินปะเภท Cohesive Soil ซึ่งได้แก่ ดินเหนียว (Clay) ดินเหนียวปนทราย (Sandy Clay) และ Plastic Silt ซึ่งมีเม็ดดินเล็กมากและมี Permeability ต่ำมาก เมื่อรับน้ำหนักจะเกิด Excees Pore Water Pressure ชั้นสูงสุด และจะค่อย ๆ ลดลงในระยะเวลายาวนาน Excees Pore Water Pressure จะเป็นตัวลดกำลังของดิน ดังนั้นจุดวิกฤตในการรับน้ำหนักของดิน Cohesive Soil จึงเป็นระยะแรกเริ่มของดินในการรับน้ำหนัก การวิเคราะห์หา Bearing Capacity ของฐานรากแผ่ในดินประเภทนี้ จึงใช้วิธี Undrained Analysis

เอกสารอ้างอิง : https://engfanatic.tumcivil.com/tumcivil_1/media/Tanes/soil_data.pdf