ปัญหาเสาเข็มเจาะระบบแห้ง และแนวทางการแก้ไข โดย ดร.ธเนศ วีระศิริ นายก วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ

 

ปัญหาเสาเข็มเจาะระบบแห้ง และแนวทางการแก้ไข
โดย ดร.ธเนศ วีระศิริ นายก วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ

[พบกับงานวิศวกรรมแห่งชาติ 2560 วันที่ 16-18 พฤศจิกายน 2560 ณ ศูนย์การประชุมแห่งชาติสิริกิติ์]

                                 เสาเข็มเจาะที่ใช้กันในประเทศไทยมี 2 ระบบ คือ เสาเข็มเจาะระบบแห้ง (Dry – process bored piles) และเสาเข็มเจาะระบบเปียก (Wet – process bored pile) เสาเข็มเจาะระบบแห้ง หมายถึงการทำเสาเข็มโดยไม่ใช้สารที่เป็นของเหลวช่วยในการขุดเจาะดิน นั่นคือไม่ต้องใช้สารละลายเบนโทไนท์หรือโพลิเมอร์มาใส่ในหลุมเจาะขณะขุดเจาะ การป้องกันการพังทลายของดินขอบผนังรูเจาะในการทำเสาเข็มระบบแห้งจะใช้ปลอกเหล็กเป็นตัวป้องกันดินชั่วคราว (Temporary casing) และจะถอนขึ้นเมื่อเทคอนกรีตเสาเข็มแล้วเสร็จ สำหรับเสาเข็มเจาะระบบเปียกจะใช้ปลอกเหล็กป้องกันดินพังทลายในช่วงบน และใช้สารละลายเบนโทไนท์ หรือสารผสมโพลิเมอร์ช่วยป้องกันดินพังทลายในช่วงขุดเจาะดินลึกลงไปมาก ๆ และผ่านชั้นทราย เสาเข็มเจาะระบบแห้ง (Dry – process bored piles) ที่ใช้กันในปัจจุบันมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 35, 43, 50 และ 60 ซม. มีความลึกประมาณ 18 – 22 ม. สามารถทำได้ความลึกมากสุดที่เคยมีทำกันคือ 31 ม. แต่ทั้งนี้ปลายเสาเข็มต้องเป็นดินเหนียว ส่วนเสาเข็มเจาะระบบเปียก (Wet – process bored pile) ที่ใช้กันในปัจจุบันมีขนาด 60, 80, 100, 120 และ 150 ซม. ความลึกปลายเสาเข็มระหว่าง 30 – 60 ม. และอาจถึง 80 ม. ในโครงการขนาดใหญ่ที่จะมีขึ้นในเร็ว ๆ นี้

                                    กรณีปัญหาที่จะกล่าวถึงในที่นี้คือเสาเข็มเจาะระบบแห้ง (Dry – process bored piles) ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้เครื่องมือทำเสาเข็มที่เรียกว่า Tripod rig เสาเข็มประเภทนี้มักมีการออกแบบให้ปลายเสาเข็มไปอยู่ในชั้นทราย ที่เรียกว่าชั้นทรายชั้นแรก (First sand layer) สำหรับในกรุงเทพมหานคร หรือแม้แต่ในพื้นที่ต่างจังหวัดก็ระบุให้ปลายเสาเข็มชนิดนี้วางในชั้นทราย เนื่องจากดินทรายเป็นดินที่ระบายน้ำได้ดีจึงเป็นช่องทางการไหลของน้ำใต้ดิน การกำหนดให้ปลายเสาเข็มชนิดนี้ไปอยู่ในชั้นทรายจึงเท่ากับเป็นการกำหนดให้มีการขุดเจาะดินไปจนถึงการขุดทรายชั้นนี้ให้หลวม รวมไปถึงเป็นการทำให้น้ำใต้ดินไหลทะลักขึ้นมา หากเป็นชั้น clean sand ที่ไม่มีดิน cohesive soils ได้แก่ ดินเหนียว ปนอยู่ในชั้นทรายด้วยแล้ว น้ำใต้ดินจะยิ่งไหลทะลักขึ้นมาอย่างรวดเร็ว ทำให้เสาเข็มเจาะที่ต้องการให้เป็นระบบแห้งนั้นชุ่มไปด้วยน้ำ และที่สำคัญแรงต้านทานที่ปลายเสาเข็มจะลดลงมาก หรืออาจไม่มีเลยเนื่องจากทรายที่ปลายเสาเข็มเกิดการฟุ้งฟูขึ้น ค่า SPT (standard penetration test) ที่ได้จากการเจาะสำรวจดินในสนามมีค่ามาก ๆ นั้น กลับกลายเป็นลดลง หรือมีค่าอยู่ในช่วงทรายหลวม (very loose sand) และทำให้เสาเข็มเจาะนั้นกลายเป็นเสาเข็มชนิดรับแรงเสียดทาน (Friction pile) เท่านั้น ดังจะเห็นได้จากผลทดสอบความสมบูรณ์ของเสาเข็มด้วย Seismic test เป็นส่วนใหญ่ว่าปลายสัญญาณคลื่นทดสอบไม่แสดงผลการสะท้อนจากปลายเสาเข็ม อาคารใดที่วางบนเสาเข็มเจาะระบบแห้งที่มีปัญหาดังกล่าวนี้จะมีปัญหาเรื่องการทรุดเอียงของอาคาร โดยอาคารจะเอียงไปในทิศทางตำแหน่งที่ศูนย์กลางน้ำหนักของอาคาร (center of force) ปัญหาที่เกิดขึ้นดังกล่าวไม่ได้จำเพาะเจาะจงลงที่ปัญหาของการใช้เครื่องมือแต่ขึ้นอยู่กับสภาพชั้นดินเป็นหลัก ดังนั้นจึงไม่ควรให้ปลายเสาเข็มเจาะระบบแห้งวางในชั้นทราย เว้นแต่จะใช้สารละลายบนโทไนท์หรือสารผสมโพลิเมอร์ช่วยในการขุดเจาะดินดังเช่นที่ทำกับเสาเข็มเจาะระบบเปียก นั่นก็คือหากต้องการให้ปลายเสาเข็มเจาะอยู่ในชั้นทรายเมื่อใดควรกำหนดชัดเจนว่าให้ใช้เสาเข็มเจาะระบบเปียก ซึ่งการทำเสาเข็มเจาะระบบเปียกนั้นสามารถทำโดยใช้เครื่องมือชนิด Tripod rig ได้เช่นกัน

 

                                   ดังนั้นการแก้ไขปัญหาการทำเสาเข็มเจาะที่ทำด้วยสามขาดังกล่าวข้างต้นจึงพอสรุปเป็นแนวทางได้ 3 แบบคือ

วิธีที่ 1 ให้ปลายเสาเข็มอยู่ในดินเหนียวเหนือชั้นทราย

นั่นคือเมื่อทราบระดับชั้นทรายว่าอยู่ที่ความลึกเท่าใดแล้ว ควรให้ปลายเสาเข็มอยู่ตื้นกว่า ไม่ควรขุดเจาะดินจนกระทบชั้นทรายเพราะน้ำจะไหลเข้ารูเจาะ และทำให้ปลายเสาเข็มสูญเสียความแน่นตัว และยังทำให้เกิดปัญหาขณะถอนปลอกเหล็ก (Temporary casing) ขึ้น เพราะ Mortar ของคอนกรีตจะแยกตัวออกและติดข้างปลอกเหล็ก ทำให้ขณะถอนปลอกเหล็กขึ้นนั้นเหล็กเสริมเสาเข็มจะติดลอยขึ้นมาด้วย เป็นปัญหาที่พบบ่อยในภาคสนาม การแก้ไขโดยการถอยความลึกปลายเสาเข็มไม่ให้ถึงชั้นทรายนั้นเป็นการทำให้ปลายเสาเข็มอยู่ในชั้นดินเหนียว ทำให้ไม่มีน้ำไหลเข้าในรูเจาะและจัดเป็นเสาเข็มเจาะระบบแห้งอย่างแท้จริง โดยทั่วไปจะให้ปลายเสาเข็มอยู่เหนือชั้นทรายประมาณ 1.5 – 2 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเสาเข็ม

ข้อสังเกต
– เสาเข็มประเภทนี้จัดเป็นเสาเข็มชนิดรับแรงเสียดทาน (Friction pile) ดังนั้นต้องคำนึงถึงตำแหน่งศูนย์กลางของน้ำหนักที่กดลงฐานรากทั้งอาคาร หรือที่ชัดเจนคือน้ำหนักบรรทุกต่อเสาเข็ม (Load/pile) ควรใกล้เคียงกัน มิฉะนั้นอาคารจะเกิดการเอียงไปในทิศทางที่มีน้ำหนักบรรทุกกดลงมาก
– เมื่อเลือกใช้วิธีการถอยความลึกขึ้นมาเหนือชั้นทราย ส่วนมากจะพบปัญหาเรื่องกำลังรับน้ำหนักบรรทุกปลอดภัยไม่เพียงพอ ดังนั้นจึงต้องเพิ่มจำนวนเสาเข็มจากเดิม

 

 

วิธีที่ 2 ให้ปลายเสาเข็มวางอยู่ในชั้นดินเหนียวใต้ชั้นทราย

                      วิธีนี้หากเป็นสภาพดินในกรุงเทพมหานคร ดินเหนียวใต้ชั้นทรายจะเป็นดินเหนียวแข็ง (stiff clay) ถึงแข็งมาก (Very stiff clay) หรืออาจเป็นดินเหนียวแข็งมาก ๆ เป็น hard clay เลย แต่กระบวนการทำเสาเข็มให้ปลายเสาเข็มไปอยู่ชั้นดินเหนียวแข็งใต้ชั้นทรายนั้นต้องมีความเข้าใจกระบวนการทำเสาเข็มเจาะที่ดีเพียงพอ ปัญหาส่วนใหญ่ที่พบคือผู้รับเหมาทำเสาเข็มเจาะไม่ยอมทำ เพราะมีความเห็นว่าเสียเวลา และมักอ้างว่าทำไม่ได้ แต่ความเป็นจริงไม่ใช่เรื่องยากในการทำวิธีนี้เพียงแต่ต้องใช้เวลามากกว่าวิธีที่ 1 และต้องเพิ่มค่าใช้จ่ายให้ผู้รับเหมาทำเสาเข็มเพราะแพงกว่าวิธีที่ 1 แต่เสาเข็มที่ได้จะสามารถรับน้ำหนักได้มากกว่า และที่สำคัญคือมีแรงต้านทานที่ปลายเสาเข็มด้วย ขั้นตอนการทำเสาเข็มเจาะตามแบบวิธีที่ 2 มีดังนี้

• ลงปลอกเหล็กกันดินพังชั่วคราว (temporary casing) ตามวิธีทำงานปกติ พื้นที่กรุงเทพมหานคร ความยาวปลอกเหล็กกันดินพังสำหรับดินอ่อนจะมีความยาวรวมประมาณ 15 – 17 ม.

• ขุดเจาะดินลึกเลยปลายปลอกเหล็กกันดินพังลงไปจนเกือบถึงชั้นทราย ระดับความลึกก่อนถึงชั้นทรายชั้นแรก (First sand layer) ในกรุงเทพมหานครจะอยู่ที่ระดับความลึกประมาณ 19 ม.

• ตอกปลอกเหล็กกันดินพังตามลงไปจนถึงระดับชั้นดินที่ขุดเจาะไว้ แล้วต่อปลอกเหล็กเลยลงไปอีกให้หยั่งลงในชั้นทราย ชั้นทรายชั้นนี้จะมีความหนาประมาณ 1.50 – 2.00 ม. การตอกปลอกเหล็กให้หยั่งลึกลงในชั้นทรายโดยใช้ลูกตุ้มน้ำหนักจะทำได้ยาก แต่สามารถทำได้โดยการขุดเจาะดินเป็นช่วง ๆ สลับกับการตอกปลอกเหล็กให้ลึกลงไปเรื่อย ๆ เมื่อต่อปลอกเหล็กลึกลงไปเรื่อย ๆ จนเลยชั้นดินทรายจะพบว่าสภาพดินเปลี่ยนจากทรายเป็นดินเหนียวแข็ง ควรตอกปลอกเหล็กให้ลึกต่อลงในชั้นดินเหนียวแข็งโดยให้ปลายปลอกเหล็กกันดินพังนั้นจมลงในชั้นดินเหนียวไม่น้อยกว่า 0.50 ม. มีข้อควรระวังในขั้นตอนที่ตอกปลอกเหล็กสลับกับการขุดเจาะดินนั้นไม่ควรขุดเจาะดินจนเลยปลายปลอกเหล็กมิฉะนั้นทรายที่เลยปลายปลอกเหล็กจะพังทลาย และทำให้น้ำไหลเข้าปลายหลุมเจาะตลอดเวลา

• เมื่อตอกปลอกเหล็กเลยความลึกชั้นทราย และฝังจมลงในชั้นดินเหนียวแข็งแล้ว ให้ขุดเจาะดินต่อลึกเลยปลายปลอกเหล็กลงไปไม่น้อยกว่า 1 ม. หรือจนถึงระดับความลึกที่ต้องการ แต่เน้นว่าปลายเสาเข็มต้องอยู่ในชั้นดินเหนียวแข็ง ข้อควรระวังคือต้องขุดเจาะดินให้เลยปลายปลอกเหล็กกันดินพัง ถ้าขุดเจาะดินไม่เลยปลายปลอกเหล็กกันดินพังจะเกิดปัญหาดินอุดปลายจะทำให้ถอนปลอกเหล็กไม่ขึ้นเหมือนมีจุกก๊อกปิดปลายล่างของปลอกเหล็กกันดินพัง

• เมื่อขุดเจาะดินได้ความลึกตามต้องการแล้วลงเหล็กเสริมในเสาเข็มให้ปลายเหล็กเสริมยาวลึกเลยปลายปลอกเหล็กกันดินพัง มิฉะนั้นขณะถอนปลอกเหล็กกันดินพังขึ้นภายหลังจากเทคอนกรีตแล้วเสร็จอาจเกิดการล็อกดึงเหล็กเสริมติดขึ้นมาด้วย

• เมื่อลงเหล็กเสริมแล้วเสร็จให้เทคอนกรีตเลยขึ้นมาสูงจากผิวบนของชั้นทรายไม่น้อยกว่า 3 ม. จากนั้นให้ถอนปลอกเหล็กกันดินพังขึ้นมาประมาณ 1 ม. จากนั้นให้เทคอนกรีตเต็มรูเจาะแล้วถอนปลอกเหล็กกันดินพังขึ้นมาตามขั้นตอนปกติ การที่ต้องเทคอนกรีตแล้วถอนปลอกเหล็กกันดินพังขึ้นในช่วงแรกก่อนนั้นเป็นเพราะหากเทคอนกรีตเต็มรูเจาะในทีเดียวอาจทำให้ไม่สามารถถอนปลอกเหล็กขึ้นได้เพราะกำลังถอนของเครื่องมือไม่เพียงพอ แต่ถ้าสามารถเทคอนกรีตรวดเดียวจนเต็มรูเจาะแล้วสามารถถอนปลอกเหล็กกันดินพังขึ้นได้ก็ให้เทคอนกรีตเต็มรูเจาะจะเป็นการดีที่สุด

 

 

วิธีที่ 3 ให้ปลายเสาเข็มอยู่ชั้นทราย

                               วิธีการนี้คือต้องการให้ปลายเสาเข็มอยู่ทรายโดยไม่เลือกใช้ 2 วิธีดังกล่าวข้างต้น เสาเข็มเจาะที่ปลายอยู่ทรายจะมีปัญหาเรื่องน้ำใต้ดินไหลเข้ารูเจาะ ดังนั้นควรแก้ไขด้วยการเปลี่ยนเป็นใช้เสาเข็มเจาะระบบเปียกคือใช้สารละลายเปนโทไนท์หรือสารผสมโพลิเมอร์ช่วยในการขุดเจาะดิน และกระบวนการทำจะเหมือนกับการทำเสาเข็มเจาะขนาดใหญ่ที่เป็นระบบเปียกต่างกันที่เครื่องมือในการทำนั้นจะเป็น Tripod rig ซึ่งจะทำงานได้ช้ากว่า และขุดเจาะดินลึกมากไม่ได้ อย่างไรก็ตามวิธีที่ 3 นี้เสาเข็มเจาะจะมีแรงต้านทานปลายเสาเข็มดีเพราะปลายเสาเข็มอยู่ในชั้นทรายที่มีความแน่นตัว

ตามที่กล่าวมาทั้งหมดนี้คือปัญหาเสาเข็มเจาะระบบแห้งและ แนวทางการแก้ไข สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือเสาเข็มเจาะระบบแห้งไม่ควรให้ปลายเสาเข็มอยู่ในชั้นทราย ถ้าจะให้อยู่ในชั้นทรายควรเปลี่ยนเป็นการทำเสาเข็มเจาะด้วยระบบเปียก การระบุให้ปลายเสาเข็มเจาะอยู่ในชั้นทรายแล้วไม่คำนึงถึงกระบวนการทำงานจะได้เสาเข็มเจาะที่รับน้ำหนักบรรทุกได้ต่ำ และเป็นเสาเข็มที่ไม่มีแรงต้านทานที่ปลายเสาเข็ม ทำให้เกิดปัญหาการทรุดตัวของอาคารทั้งการทรุดเอียงและการทรุดตัวที่แตกต่างกัน

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ขอขอบคุณข้อมูลจาก facebook เพจ National Engineering 2018 วิศวกรรมแห่งชาติ 2561 วันที่ 1-3 พ.ย. 2561

ลิงค์ www.facebook.com/NationalEngineeringByEIT/posts/481134435593306

วันที่ 8 กันยายน 2017

 

 

 

หมายเหตุ

สามารถ ติดต่อ บริษัท ทียูอัมรินทร์ จำกัด เพื่อทำเสาเข็มเจาะแบบเปียก โดย 3 ขา ได้ที่

Tel : 02 416 8153      02 416 8154    Fax : 02 416 8155

ฮอทไลน์ : 08-4642-4635

www.facebook.com/tua635

tuamarin@hotmail.com

Leave a Reply