ชนิดของเสาเข็ม (Types of Pile) แบ่งชนิดของเสาเข็มตามระบบ CP 2004 : 1972 ที่แบ่งตามการเคลื่อนที่ของดินในระหว่างการติดตั้งเสาเข็ม มี 3 ชนิดใหญ่ ๆ คือ
1. Very Large Displacement Pile เป็นชนิดของเสาเข็มที่ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของดินมากในระหว่างการติดตั้งเสาเข็ม เสาเข็มชนิดนี้ได้แก่
1.1 เสาเข็มหล่อในที่ (Driven and Cast n Place) โดยการตอกแบบลงไปในดินก่อนเทคอนกรีต
– ความยาวเสาเข็มประมาณ 24-36 เมตร
– ความสามารถในการรับน้ำหนักมากสุดประมาณ 1,500 kn.
1.2 เสาเข็มตอก (Driven precast concrete or Prestressed concrete pile) เป็นเสาเข็มคอนกรีตหล่อสำเร็จ
– ความยาวเสาเข็มประมาณ 27 เมตร
– ความสามารถในการรับน้ำหนักมากสุดประมาณ 1,000 kn.
1.3 เสาเข็มไม้ (Timber Pile) เหมาะสมสำหรับสภาพดินที่อยู่ใต้ระดับน้ำใต้ดิน
– ความยาวเสาเข็มประมาณ 20 เมตร
– ความสามารถในการรับน้ำหนักมากสุดประมาณ 600 kn.
2. Small Displacement Pile เป็นชนิดของเสาเข็มที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของดินเพียงเล็กน้อยในระหว่างการติดตั้ง เสาเข็มชนิดนี้ได้แก่
2.1 Rolled Steel Section Pile รูปหน้าตัดของเสาเข็มเป็น H-beam หรือ l-beam หรือ Pipe Pile
– ความยาวเสาเข็มประมาณ 36 เมตร
– ความสามารถในการรับน้ำหนักมากสุดประมาณ 1,700 kn.
2.2 Screw Pile เหมาะสำหรับงานโครงสร้างชายทะเล เนื่องมาจากเป็นเสาเข็มที่รองรับได้ทั้ง Tension และ Compression
– ความยาวเสาเข็มประมาณ 24 เมตร
– ความสามารถในการรับน้ำหนักมากสุดประมาณ 2,500 kn.
3. No Displacement Pile เป็นเสาเข็มชนิดที่ไม่เกิดการเคลื่อนตัวของดินในระหว่างการติดตั้งเสาเข็มชนิดนี้ได้แก่ เสาเข็มเจาะ (Bored and Cast in Place Pile)
– เสาเข็มเจาะระบบแห้ง (Dry Process) เหมาะกับสภาพดินที่ไม่มีน้ำ ความลึกประมาณชั้นทรายชั้นแรกหรือประมาณ 21-24 เมตร
– เสาเข็มเจาะระบบเปียก (Wet Process) เหมาะสำหรับงานก่อสร้างอาคารขนาดใหญ่ ซึ่งจำเป็นต้องใช้เสาเข็มที่มีความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกมาก
สาเหตุทั่วไปของปัญหาที่เกิดกับเสาเข็ม
1. การออกแบบไม่ถูกต้อง
2. การขนส่ง
3. การตอกเสาเข็ม
4. การควบคุมคุณภาพการผลิตและอายุของเสาเข็มไม่ได้ตามที่กำหนด
5. ปั้นจั่นตอกเสาเข็มเสียขณะตอกเสาเข็มยังไม่เสร็จ
ลักษณะของปัญหาที่เกิดกับเสาเข็มตอก
– เสาเข็มที่จะนำมาใช้งานจะต้องมีคุณภาพและวิธีการทำงานถูกต้องตามมาตรฐานที่กำหนดในแบบรูปรายการและสัญญาจ้าง หรือตามมาตรฐาน วสท. อย่างไรก็ตามถึงแม้ว่าผู้ควบคุมงานจะปฏิบัติตามข้อกำหนดอย่างเคร่งครัดแล้วมักจะมีปัญหาในการทำงานที่ไม่คาดคิดเกิดขึ้นได้เสมอ เช่น
1. เสาเข็มแตกร้าว, หัวเสาเข็มแตกหรือหัวเสาเข็มบิ่น, เสาเข็มหัก
เสาเข็มแตกร้าว
1. สาเหตุ คุณภาพคอนกรีตของเสาเข็ม
การป้องกันและแก้ไข ตรวจสอบคุณภาพและอายุของคอนกรีต
2. สาเหตุ ความเค้นตามแนวแกน (Tensile Stress) มากเกินไปเนื่องจากการตอกเข็มที่มีขนาดยาวผ่านชั้นดินอ่อนหรือกรณีตอกไปยังชั้นดินแข็งมาก ๆ หรือหิน
การป้องกันและแก้ไข ลดระยะยกของตุ้มลง เพิ่มไม้เนื้ออ่อนเป็นวัสดุรองรับ (Cushion Material) ระหว่างหมวกเหล็กกับเสาเข็มและควบคุม Tensile Stress
3. สาเหตุ ความเค้นตามแนวแกนรวมกับแรงตึง (Tensile Stress and Tension Stress) อันเนื่องมาจากการจำกัดการเคลื่อนไหวระหว่างปั้นจั่นกับเสาเข็มหรือช่องว่างระหว่างหมวกกับตัวเสาเข็มแน่นและคับมาก
การป้องกันและแก้ไข ปรับเสาเข็มให้สามารถเคลื่อนตัวได้ขณะทำการตอกเสาเข็ม
หัวเสาเข็มแตกหรือบิ่น
1. สาเหตุ แรงอัด (Over Compressive Stress) จากแรงกระแทกของปั้นจั่นที่มากเกินไปหรือวัสดุรองรับหัวเสาเข็ม (Pile Cushion) ไม่เพียงพอ
การป้องกันและแก้ไข
– ตรวจสอบ
– การใช้น้ำหนัก, ขนาดของตุ้มและปั้นจั่นให้เหมาะสมกับน้ำหนักเสาเข็ม
– ควบคุมระยะยก (ใช้ตุ้มขนาดใหญ่ยกเตี้ย ๆ ดีกว่าตุ้มเล็กยกสูง)
– เพิ่มวัสดุรองรับหัวเสาเข็ม (Pile Cushion) ให้หนาขึ้น
2. สาเหตุ แรงตัด (Bending Stress) อันเนื่องมาจากพื้นที่หน้าตัดหัวเข็มไม่สม่ำเสมอหรือไม่ตั้งฉาก แรงกระแทกจากปั้นจั่นจะไปยังจุดใดจุดหนึ่งของหัวเสาเข็มแทนที่จะทั่วทั้งพื้นที่ของหัวเสาเข็ม
การป้องกันและแก้ไข จัดระนาบให้ตั้งฉากกับหน้าปั้นจั่นที่กระแทกลงมาที่หัวเสาเข็มอย่างเต็มระนาบ ตรวจดูแนวดิ่งเสาเข็มและปั้นจั่น (Alignment) และจุดกระทบของลูกตุ้ม (Drop Hammer)
3. สาเหตุ เหล็กเสริมรับแรงอัด (Prestressing Steel) ไม่ไปสุดที่ปลายเสาเข็มทำให้เกิดแรงเค้น (Stress) มากเกินไปที่บริเวณหัวเสาเข็ม
การป้องกันและแก้ไข ควบคุมการผลิต
4. สาเหตุ มีเหล็กเสริมปลอกเกลียว (spiral reinforcement) ไม่พอ
การป้องกันและแก้ไข เพิ่มเหล็กเสริมปลอกเกลียว (spiral) ส่วนที่ยังขาดโดยเฉพาะส่วนหัวของเสาเข็ม
เสาเข็มหัก
ข้อสังเกต
– ค่า Blow Count ลดลงอย่างกระทันหันและอย่างมากในทันที และไม่สูงขึ้นอีก หรือสูงขึ้นช้ามากหรือเสาเข็มเอียงผิดปกติมาก
1. สาเหตุ แรงอัด (Over Compressive Stress) จากแรงกระแทกของปั้นจั่นที่มากเกินไป หรือวัสดุรองหัวเสาเข็ม (Pile Cushion) ไม่เพียงพอ
การป้องกันและแก้ไข ควบคุมการตอก โดยการตรวจสอบระยะยกของลูกตุ้ม ตรวจสอบดิ่งของเสาเข็ม และค่า Blow Count ขณะตอก
2. สาเหตุ แรงอัด (Over Compressive Stress) จากการสั่นไหวของเสาเข็ม (Wave up/Wave down) ในการตอกเสาเข็มขนาดยาวผ่านชั้นดินอ่อน
การป้องกันและแก้ไข
– ควบคุมการตอกเสาเข็มในเข็มท่อนแรกที่ผ่านชั้นดินอ่อนให้ควบคุมระยะตอก (ยกตุ้มเตี้ย ๆ)
– ตรวจวัดแรงเค้นตามแนวแกน (Tensile Stress)
3. สาเหตุ รอยเชื่อม รอยต่อขณะทำการตอก
การป้องกันและแก้ไข ปรับปรุงคุณภาพของการต่อเชื่อมตามมาตรฐาน AWS (American Welding Society)
4. สาเหตุ เสาเข็มหักที่ปลาย เนื่องมาจากการตอก เสาเข็มไปยังชั้นดินแข็งมาก ๆ หรือชั้นหิน
การป้องกันและแก้ไข ใส่ครอบปลายเข็ม (pile Shoe) หรือปลายเสาเข็ม (Pile Tip) หรือเพิ่มเหล็กเสริมตามปลายเสาเข็ม
2. เสาเข็มเอียง
สาเหตุ
1. แรงดันด้านข้างของดินอ่อนจากการขุดเพื่อเปิดหน้าดิน
2. รอยเชื่อมต่อระหว่างเข็ม 2 ท่อนเปิดออก
3. ตอกเสาเข็มบนดินถมบริเวณลาดดินถม (Embankment) ที่เพิ่งถม เช่น งานสะพาน ทำให้เกิดการบีบอัดของดินในภายหลัง (Lateral Squeeze) ทำให้เข็มเอียง
การป้องกันและแก้ไข
1. ระมัดระวังในการก่อสร้างที่มีน้ำหนักบรรทุกสมทบบนผิวดิน (Surcharge) ที่มีผลต่อเสาเข็มที่ตอกไปแล้ว
2. ตรวจสอบหาความสมบูรณ์ของเสาเข็ม (Pile Integrity) เพื่อหาสภาพความสมบูรณ์ของเสาเข็ม
3. รอดินถมให้เกิดการทรุดตัวคงที่ (Settlement) จนถึง 90% ของการยุบตัว (Consolidation) ก่อนการตอกเสาเข็ม
3. เสาเข็มหนีศูนย์
วสท.กล่าวถึงในภาควิชาวิศวกรรมโครงสร้างหมวด 1 -เสาเข็ม โดยกำหนดดังนี้
– ให้เสาเข็มตอกผุดจากตำแหน่งที่กำหนดไม่เกิน 5 ซม.
– ระยะมากที่สุดที่ปลายเสาเข็มจะผิดจากสันดิ่งจากหัวเสาเข็มต้องไม่เกิน 0.1 % ของความยาวของเสาเข็ม
สาเหตุ
1. เนื่องจาก Pile Alignment กับแนวของปั้นจั่นขณะทำการตอกไม่ตรงกัน
2. ความผิดพลาดเนื่องจาก Survey จาก Grid line
3. แรงดันดินด้านข้างของดินเนื่องจากมีการเคลื่อนตัวของเสาเข็มที่ตอก
4. แรงดันดินข้างซึ่งรับดินจากดินถมช่วงเปิดหน้าดิน
ผลกระทบ
1. เกิดโมเมนต์ที่ฐานราก
2. เสาเข็มรับน้ำหนักเพิ่มมากขึ้นจนเกินน้ำหนักปลอดภัย
การป้องกันและแก้ไข
1. ควบคุมคุณภาพการตอกเสาเข็ม
2. หาจุดอ้างอิง (Reference) หมุดหลักที่ถูกต้อง
3. จัดทำผังทางเดินปั้นจั่นและควบคุมการเคลื่อนที่ของดินไปในทิศทางเดียวกัน
4. หลีกเลี่ยง Surcharge บริเวณที่ตอกเข็ม
4. เสาเข็มไม่ได้ Blow Count
ข้อสังเกต
– อาจพบได้ในพื้นที่ที่ชั้นดินมีลักษณะเปลี่ยนแปลงมาก
สาเหตุ
1. ขึ้นอยู่กับเกณฑ์กำหนด (Criteria) ที่ต่างกันส่วนใหญ่ที่มาจาก Dynamic Formula จากปั้นจั่นและอุปกรณ์ในการตอก ทำให้ได้ค่าการป้องกัน (Over Conservative) เช่น การใช้ Hiley Formula
2. ความผิดปกติของชั้นดินที่ไม่มี Soil Boring
3. เสาเข็มหัก
การป้องกันและแก้ไข
1. ใช้สมการในการวิเคราะห์การสั่นไหวของเสาเข็ม (Wave Equation Analysis of Pile) ในการวิเคราะห์หาจำนวนโดยอาจเปรียบเทียบกับสูตร Dynamic Formula หลาย ๆ สูตร
2. เจาะสำรวจดินบริเวณนั้น
3. ทดสอบโดยการหาความสมบูรณ์เสาเข็ม
5. เสาเข็มไม่ได้ Tip
สาเหตุ
1. ไม่มีข้อมูลการสำรวจโครงสร้างดิน (Structure Subsurface Investigation)
2. ความผิดพลาดจากวิศวกรผู้ออกแบบ คุมงานที่ใช้ระดับชั้นทรายจากค่า Soil Boring เป็นเกณฑ์ในการหาระดับปลายเสาเข็ม (Tip Elevation) เข็มจะเสียหายเนื่องจากพยายามเข่นเสาเข็มให้ลงไปถึง Tip ที่ต้องการทำให้เกิด Overstress
การป้องกันและแก้ไข
1. เจาะสำรวจดินทำ Soil Boring
2. ออกแบบใหม่หรือวิเคราะห์โดยการใช้ค่า Blow Count ประกอบ หาก Blow Count ได้ก่อนถึง Tip ที่ต้องการให้หยุดแล้วใช้การทดสอบโดย Static หรือ Dynamic Load Test
6. เสาเข็มสั้นหรือยาวเกินไป
1. สาเหตุ
1. ไม่มี Soil Boring
2. เสาเข็มยังไม่ได้ Blow Count
การป้องกันและแก้ไข
1. เจาะสำรวจดินทำ Soil Boring
2. ให้ต่อความยาวของเสาเข็มและหาน้ำหนักบรรทุกของเสาเข็มโดยใช้ Dynamic Load Test
ผลการเจาะสำรวจชั้นดิน – ชั้นดินที่ระดับความลึก 13.50 ม. เท่ากับ 47 Blows (Hard>32 Blows : over 40 T/m 2)
2. สาเหตุ
1. Over Compressive Stress จากการใช้ Dynamic Formula ในการคำนวณหาน้ำหนักบรรทุกเสาเข็ม
การป้องกันและแก้ไข
1. หากขัดแย้งกับ Soil Boring ให้ใช้การทดสอบโดย Static หรือ Dynamic Load Test
บทความ : www.postengineer.com