วันพุธที่ 19 มีนาคม พ.ศ. 2557

เก็บตกจากงานตอกเสาเข็ม MO Memoir 2557 Mar 19 Wed

เมื่อต้นสัปดาห์ได้มีโอกาสได้ไปเดินเที่ยวที่สถานที่ก่อสร้างแห่งหนึ่ง มีอยู่บริเวณหนึ่งที่เขาเพิ่งจะตอกเสาเข็มเสร็จ ก็เลยถือโอกาสเอาสิ่งที่ได้พบปะพูดคุยกับวิศวกรโยธาที่ทำหน้าที่กำกับดูแลงานดังกล่าว มาเล่าให้วิศวกรเคมีฟังแบบง่าย ๆ เพื่อที่เวลาที่ฟังวิศวกรสาขาอื่นพูดนั้น จะได้รู้ว่าเขาพูดเรื่องอะไรกันอยู่

ในการสร้างสิ่งก่อสร้างที่มีน้ำหนักมากหรือต้องรับน้ำหนักมากนั้น (เช่นตัวอาคาร แทงค์เก็บของเหลว เสารั้ว ฐานสำหรับติดตั้งสิ่งก่อสร้างต่าง ๆ) จำเป็นที่ต้องมีการถ่ายน้ำหนักของสิ่งก่อสร้างผ่านฐานรากลงไปยังชั้นพื้นดินที่มีเสถียรภาพ ที่มีเสถียรภาพในที่นี้คือไม่มีการทรุดตัว (บางที่อาจเป็นชั้นหินก็ได้) ส่วนชั้นดินที่มีเสถียรภาพนี้จะอยู่ลึกที่ระดับไหนนั้นขึ้นกับแต่ละท้องที่ ถ้าเป็นที่ราบลุ่มอย่างเช่นในกรุงเทพก็อยู่ลึกลงไปประมาณ ๒๐ เมตร แต่ในบางท้องที่ที่อยู่บนที่สูงนั้นอาจจะเป็นระดับผิวบนสุดเลยก็ได้
   
ถ้าชั้นพื้นดินที่มีเสถียรภาพนั้นอยู่ไม่ลึกมากหรืออยู่ตื้น การทำฐานราก (โครงสร้างที่ทำหน้าที่ถ่ายน้ำหนักของตัวสิ่งก่อสร้างลงสูงพื้นดิน) ก็มักจะใช้ระบบ "ฐานแผ่หรือฐานรากแผ่ (Spread footing หรือ Shallow footing)" แต่ถ้าอยู่ลึกลงไปมากก็จะทำการถ่ายน้ำหนักผ่านสิ่งที่เรียกว่า "เสาเข็ม (Pile)"

รูปที่ ๑ รูปซ้ายเป็นรูปแบบฐานแผ่ ถ้าชั้นดินที่แน่นนั้นอยู่ไม่ลึก ก็อาจทำการขุดเปิดผิวหน้าดินลงไปถึงชั้นดินดังกล่าว แล้วก็หล่อฐานขึ้นบนชั้นดินนั้น แล้วค่อยหล่อเสาโครงสร้างอาคารขึ้นต่อจากฐานดังกล่าว ผมเคยเห็นทั้งแบบที่ฐานของเสาแต่ละต้นเป็นอิสระต่อกัน และแบบที่หล่อฐานแผ่เป็นผืนคอนกรีตชิ้นเดียว (สำหรับวางเครื่องอุปกรณ์หนักหลายชิ้นในพื้นที่เดียวกัน) ส่วนรูปขวาเป็นรูปแบบเสาเข็ม ใชัในกรณีที่ชั้นดินที่ไม่มีการทรุดตัวนั้นอยู่ลึกจากผิวหน้าดินลงไปมาก

ระบบเสาเข็มที่ผมเห็นอยู่บ่อยครั้งมีอยู่สองระบบ คือระบบเข็มตอก (Driven precast concrete pile หรือ Prestressed concrete pile) ที่ใช้เสาเข็มสำเร็จรูปตอกอัดลงไปในพื้นดิน และระบบเข็มเจาะ (Bored pile หรือ Bored and cast in place pile) ที่ใช้วิธีการเจาะดินให้เป็นหลุมแล้วค่อยหล่อเสาเข็มในหลุมที่เจาะนั้น
เสาเข็มตอกนั้นถ้าเป็นโครงสร้างขนาดเล็ก (เช่นรั้วหรืออาคารขนาดเล็ก) ก็อาจเป็นเสาเข็มไม้ แต่ถ้าเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ก็มักจะต้องเป็นเสาเข็มคอนกรีต โดยจะทำการตอกเสาเข็มให้จมลงไปในดินถึงระดับที่ต้องการ การเลือกใช้เข็มตอกจำเป็นต้องคำนึงถึงสิ่งก่อสร้างในบริเวณรอบข้าง เพราะในขณะตอกเสาเข็มจะมีการสั่นสะเทือนไปยังบริเวณรอบข้างมาก อาจทำให้อาคารข้างเคียงเกิดความเสียหายได้ และในกรณีที่ต้องการเสาเข็มที่ยาวมาก ก็ต้องคำนึงถึงเส้นทางการลำเลียงเสาเข็มมายังตำแหน่งก่อสร้างด้วย เพราะยิ่งเสาเข็มยิ่งยาว รถที่บรรทุกก็ต้องการวงเลี้ยวที่กว้างขึ้น
    
ถ้าตำแหน่งที่ถ่ายน้ำหนักลงเสาเข็มนั้นไม่ได้รับน้ำหนักมาก ก็อาจใช้เสาเข็มเพียงต้นเดียว แต่ถ้าต้องรับน้ำหนักมากก็จะใช้วิธีการตอกเสาเข็มหลายต้นอยู่เคียงข้างกัน เพื่อกระจายน้ำหนักไปยังเสาเข็มแต่ละต้น
    
ส่วนเข็มเจาะนั้นจะใช้วิธีขุดเจาะพื้นดินให้กลายเป็นหลุมลึก (ระหว่างเจาะจะมีท่อเหล็กเป็นปลอกผนังกันดินพัง) เมื่อได้ระดับความลึกที่ต้องการก็จะใส่เหล็กเส้นที่ผูกเอาไว้ลงไปในท่อเหล็ก ตามด้วยการเทคอนกรีตลงไป ซึ่งเป็นการหล่อเสาเข็มในหลุมที่เจาะนั้น เข็มเจาะนั้นจะมีขนาดหน้าตัดได้ใหญ่กว่าเข็มตอก ขึ้นอยู่กับว่าจะให้รับน้ำหนักมากแค่ไหน และในบริเวณที่มีอาคารอยู่ข้างเคียงนั้น จะนิยมเข็มเจาะมากกว่า เพราะมันสั่นสะเทือนน้อยกว่า
(หมายเหตุ : ดูเพิ่มเติมได้ที่ http://www.coe.or.th/e_engineers/knc_detail.php?id=56)


รูปที่ ๒ หัวเสาเข็มที่โผล่ขึ้นมาที่ความสูงต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่าชั้นดินที่แข็งและรับน้ำหนักได้นั้นอยู่ลึกลงไปเท่าใด

ก่อนที่จะทำการออกแบบฐานรากนั้น จำเป็นที่ต้องมีการทดสอบพื้นดินก่อนว่ารับน้ำหนักได้เท่าใด หรือชั้นดินที่รับน้ำหนักได้นั้นอยู่ลึกลงไปเท่าใด ซึ่งการทดสอบนี้ก็ทำเฉพาะบางตำแหน่งเท่านั้น และก็ไม่ได้หมายความว่าที่ตำแหน่งเคียงข้างที่อยู่ใกล้กันนั้น ใต้พื้นดินจะมีสภาพเหมือนกับตำแหน่งที่ทดสอบด้วย อย่างเช่นตอนผมสร้างบ้านนั้น เข็มเจาะแต่ละต้นห่างกันเพียงแค่ 4 เมตร ยังพบว่าชั้นดินที่รับน้ำหนักได้นั้นยังอยู่ที่ความลึกแตกต่างกัน ทำให้เมื่อหย่อนเหล็กเส้นลงไปในหลุมที่เจาะ เหล็กเส้นก็โผล่มาสูงต่ำไม่เท่ากัน ในกรณีที่เป็นเข็มตอกนั้น จำเป็นที่ต้องรู้ว่าชั้นดินที่รับน้ำหนักได้นั้นอยู่ลึกลงไปเท่าใด จะได้สั่งเสาเข็มที่มีความยาวที่เหมาะสม คืออย่าให้สั้นเกินไป เพราะถ้าไปเจอตรงไหนที่มันลึกกว่าตำแหน่งทดสอบ จะกลายเป็นว่าเสาเข็มที่สั่งมานั้นสั้นเกินไป เสาเข็มที่ตอกลงไปลึกแล้วมันถอนคืนไม่ได้ ต้องปล่อยเลยตามเลย
    
แต่ถ้าเสาเข็มยาวเกินไปนั้นไม่มีปัญหา พอมันลงไปลึกถึงระดับชั้นดินที่รับน้ำหนักได้แล้ว (ซึ่งแต่ละตำแหน่งไม่จำเป็นต้องเท่ากัน) เขาก็จะหยุดตอก ดังนั้นอย่าแปลกใจที่จะไปเห็นว่าทำไมเขาตอกเสาเข็มแต่ละต้นลึกไม่เท่ากัน (ดังรูปที่ ๒) ส่วนหัวเสาเข็มที่โผล่ยื่นออกมานั้นเขาค่อยตัดออกทีหลังให้เสมอกัน แล้วค่อยหล่อ "Footing" บนหัวเสาเข็มนั้น เพื่อไว้สำหรับหล่อเสาอาคารต่อขึ้นไป
    
ตรงนี้จะมีศัพท์หนึ่งที่เกี่ยวข้องกับงานตอกเสาเข็มคือ "Blow count" คือเป็นตรวจสอบว่าเสาเข็มจมลงไปถึงระดับชั้นดินที่รับน้ำหนักได้หรือยัง โดยดูจากการระยะการจมลึกของเสาเข็มต่อจำนวนครั้งการตอก (เช่นตอก 10 ครั้งจมลงไปได้ลึกเท่าใด) ถ้าหากระยะการจมลึกนั้นน้อยกว่าระยะที่กำหนดไว้ ก็จะหยุดตอก เพราะถ้าฝืนตอกต่อไป เสาเข็มจะไม่เคลื่อนตัวจมลึกลงไป แต่จะหักแทนได้ (รูปที่ ๓) การคำนวณ Blow count นี้ต้องให้วิศวกรโยธาคำนวณ เพราะมันขึ้นกับปัจจัยหลายอย่าง เช่นน้ำหนักของลูกตุ้มที่ใช้ตอกเป็นต้น


รูปที่ ๓ เสาเข็มที่หักจากการตอก คาดว่าเป็นเพราะไปเจอพื้นหินแข็งที่อยู่ตื้นมาก (เปลี่ยนจากชั้นดินเป็นชั้นหิน)

บริเวณก่อสร้างที่ผมไปเยี่ยมชมนั้นอยู่ใกล้กับเชิงเขา เท่าที่ทราบก็คือพื้นที่บริเวณนั้นชั้นดินไม่ค่อยทรุดตัว บางแห่งเป็นแอ่งทรายขนาดใหญ่ ขนาดทำบ่อทรายขุดขายได้ ชั้นดินที่ไม่ทรุดตัวนั้นอยู่ค่อนข้างตื้น ดังนั้นบางอาคาร (ที่กินพื้นที่ค่อนข้างมาก) เขาจึงใช้วิธีทำฐานแผ่ คือเปิดหน้าดินไปจนถึงชั้นดินที่คงตัว แล้วก็หล่อฐานแผ่จากระดับนั้น ส่วนบริเวณที่เป็นโครงสร้างขนาดเล็ก (ไม่ได้กินพื้นที่มาก) เขาใช้วิธีตอกเสาเข็ม เสาเข็มที่เขาเอามาตอกก็เห็นยาวแค่ประมาณ ๔ เมตร แต่กระนั้นก็ยังไม่วายเจอกับพื้นแข็ง (สงสัยว่าเป็นพื้นหิน) อยู่ข้างใต้ ทำให้แทนที่เสาเข็มจะค่อย ๆ จมได้ช้าลง กลับกลายเป็นหยุดอยู่กับที่ พอตอกซ้ำลงไปแทนที่เสาเข็มจะจม ก็กลายเป็นหักแทน (รูปที่ ๓)
    
อีกปัญหาหนึ่งที่เขาเจอก็คือความแน่นของพื้นด้านล่างไม่สม่ำเสมอ บางตำแหน่งตัวเสาเข็มลงไปตรงรอยต่อระหว่างพื้นที่แข็ง (ที่แรงต้านเสาเข็มสูง) กับพื้นที่อ่อนกว่า (แรงต้านเสาเข็มต่ำกว่า) พอตอกลงไปเสาเข็มแทนที่จะจมลงไปตรง ๆ กลับมีการแฉลบออกข้างแทน ทำให้เห็นเสาเข็มที่ตอกลงไปนั้นเอียง (ที่ลูกศรสีเหลืองชี้ในรูปที่ ๔)


รูปที่ ๔ ปัญหาของที่คาดว่าเกิดจากการมีชั้นหินแข็งอยู่ข้างเคียงตำแหน่งตอกเสาเข็ม ทำให้เสาเข็มที่ตอกเกิดการแฉลบเอียง
ตำแหน่งที่ผมไปดูนั้นเขาไว้สร้างอะไรเหรอ คำตอบก็คือมันเป็นส่วนของกระบวนการผลิตที่เขาขอให้ผมเข้าไปช่วยให้คำปรึกษา (มีการกระซิบมาด้วยว่าเป็นงานการกุศล และต้องไม่มีสิทธิถอนตัวด้วย) ครั้งก่อนหน้านี้ที่ผมไปเยี่ยมนั้นเขายังไม่ได้มีการตอกเสาเข็มอะไร มีแค่ปักป้ายบอกว่าเป็นพื้นที่สำหรับอะไร ซึ่งคำตอบก็อยู่ในรูปข้างล่างนี้เอง

รูปที่ ๕ ป้ายบอกว่าพื้นที่ดังกล่าวเตรียมไว้สำหรับโครงสร้างอะไร

ไม่มีความคิดเห็น: