เสาเข็มมีกี่อย่าง แล้วจะเลือกใช้อย่างไร?

เสาเข็มมีกี่อย่าง แล้วจะเลือกใช้อย่างไร?

เสาเข็มโดยทั่วไปจะแยกออกได้เป็นสำคัญ 2 ประเภทคือ เสาเข็มตอก และ เสาเข็มเจาะ (ส่วน เสาเข็ม พิเศษอื่น ๆ เช่น Micro Pile นั้น หากไม่ใช่วิศวกรก็ไม่น่าจะไปสนใจ)? เสาเข็มตอก และเสาเข็มเจาะเอง ก็ยังแยกออกได้ เป็นอย่างละอีก 2 ประเภท ซึ่งโดยสรุปรวม วิธีการทำงาน และจุดดีจุดด้อย น่าจะสรุป พอเป็นสังเขป ได้ดังต่อไปนี้ :

1. เสาเข็มตอกทั่วไป จะมีหน้าตาต่าง ๆ กัน บางทีก็เป็นสี่เหลี่ยม บางทีก็เป็นหกเหลี่ยม บางทีก็เป็นรูปตัวไอ ซึ่งทุกอย่าง จะมีหน้าตัดตันทั้งต้น เวลาตอก ก็ตอกลงไปง่าย ๆ อย่างที่เราเห็นกันโดยทั่วไป

2. เสาเข็มกลมกลวง เป็นเสาเข็มที่สามารถรับแรงได้มากกว่าเสาเข็มแบบแรก เพราะสามารถ ทำให้โตกว่าได้ ผลิตโดย การปั่นหมุนคอนกรีต ให้เสาเข็มออกมา กลมและกลวง เวลาติดตั้ง ส่วนใหญ่ จะขุดเป็นหลุมก่อน แล้วกดเสาเข็มลงไป พอถึงระดับ ที่ต้องการ จึงจะเริ่มตอก ทำให้มีส่วนของเสาเข็ม ไปแทนที่ดินน้อยลง (ดินถูกขุดออกมาบางส่วนแล้ว) อาคารข้างเคียงเดือดร้อนน้อยลง จากการเคลื่อนตัวของดิน (แต่ความดัง ฝุ่นละออง และความสะเทือน ก็ยังคงอยู่)

3. เสาเข็มเจาะแบบแห้ง เป็นระบบเสาเข็มเจาะขนาด เล็ก ส่วนใหญ่จะลึกไม่เกิน 20 เมตร (แล้วแต่ ระดับ ชั้นทราย) รับน้ำหนักต่อต้น ได้ไม่เกิน 120 ตัน วิธีการคือเจาะดินลงไป (แบบแห้ง ๆ ) แล้วก็หย่อนเหล็ก เทคอนกรีต ลงไปในหลุม? ราคาจะแพงกว่าระบบเข็มตอก แต่เกิดมลภาวะน้อยกว่ามาก ทั้งเรื่องการ เคลื่อนตัวของดิน ความสั่นสะเทือน ฝุ่นละออง จึงเป็นที่นิยมใช้ ในที่ที่มีคนอยู่หนาแน่น


4. เสาเข็มเจาะแบบเปียก ทำเหมือนเสาเข็มเจาะแห้ง แต่เวลาขุดดินจะขุดลึก ๆ แล้วใส่สารเคมีลงไป เคลือบผิวหลุมดิน ที่เจาะ ทำหน้าที่เป็นตัวยึดประสานดินและดันดินไม่ให้พังทลายลงเวลาเจาะลึก ๆ (ซึ่งสามารถเจาะได้ลึกถึงกว่า 70 เมตร) รับน้ำหนักได้มากและเกิดมลภาวะน้อย ราคาแพง ส่วนการเลือก ว่าจะใช้เข็มแบบไหนดีนั้น ต้องตั้งข้อสังเกตุ ปัญหาก่อน แล้วเปรียบเทียบ ความจำเป็น- ความเป็นไปได้ ของแต่ละระบบ ในแต่ละงาน โดยยึดถือ ข้อหลักประจำใจ ในการพิจารณาดังนี้ :

ก.) ราคา
ข.) บ้านข้างเคียง (มลภาวะ)
ค.) ความเป็นไปได้ในการขนส่งเข้าหน่วยงาน
ง.) เวลา (ทั้งเวลาทำงาน และเวลาที่ต้องรอคอย)

ในการเลือกระบบเสาเข็มนี้ ต้องขอร้องให้วิศวกรออกแบบเสาเข็มและฐานรากหลาย ๆ แบบดู (อย่าเกิน 3 แบบ) ต้องวิเคราะห์รวม (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เรื่องราคา และเวลา) ของเสาเข็ม และฐานราก จึงจะใช้ เป็น ข้อยุติได้ (หลีกเลี่ยง เสาเข็มราคาถูก ทำเร็ว แต่ทำให้ฐานรากราคาแพงและล่าช้า ทำให้ทั้งโครงการ ล่าช้าไปหมด)

ตัวอย่างการออกแบบ

ตัวอย่างการออกแบบ . สำหรับ Slab type (Simple Span) - Span 8.00 m - ผิวจราจรกว้าง 7.00 m - ทางเท้ากว้าง 1.00 m or Strength of concrete for 28 days cube = 210 ksc for 28 days cylender = 175 ksc For Reinforcement fs = 1200 ksc for SR 24 fs = 1400 ksc for SD 30 AASHTO Allowable stress of concrete Flexture Extreme fiber in compession = 0.4 f 'c = 0.4 (175) = 70 ksc C = ½ fc Kd.b C = T T = Asfs M = C R = 0.5fckj M = Rbd2 Es = 30 x 106 psi Ec = 2 x 106 psi n = Ec/Es = 30 x 106/ 2 x 106 = 15 k = 1/(1+(fs/15fc)) k = 0.428 . หาค่า j jd = d – kd 3 j = 0.857 R = 0.5 fcjk = 0.5 (70) (0.857) (0.428) = 12.8 Ksc . a) Slab (เหล็กเสริมหลักซึ่งขนานกับทิศทางการจราจร CASE I LLM = = = 900 S 900 (8 x 3.28) 23,616 lb/ft/ft of slab Assume d = 0.45 m DL of Slab = 0.45 x 2400 = 1,080 kg/m2 MDL = 1 x 1080 x 82 8 = 8,640 kg-m . พิจารณาจาก LLM ซึ่งไม่รวม Input Load I = . 50 . = 50 L + 125 25.42 + 125 = 0.33 > 30% ใช้ 30% . Total LL. (LLM + Impact) = 23616 x 1.30 2.2 = 13,955 kg/m Total Moment = = 8640 + 13955 22,595 kg-m/m . MR = Rbd2 12.8 x 1.00 x 402 20480 > 22595 OK AS = 22595 1400 (0.857) (0.40) = 47 cm2/m use & 25 mm @ 0.10 พาดตอม่อ . Distribution Steel จาก AASHTO - เหล็กเสริมหลัก ซึ่งขนานกับทิศทางการจราจร Percentage = 100/ S1/2 = 100/ 25.421/2 = 20.00% ASd = 0.20 (47) = 9.4 Cm2 use & 12 mm @ 0.14 . (b) Design Curb DL = 0.50 x 0.67 x 2400 = 804 kg/m L.L (ทางเท้า) = 150 kg/m LL (Railing & Post) = 270 kg/m รวมน้ำหนัก = 1224 kg/m LLM on Curb = 0.1 P = 0.1 x 16000 x 25.42 = 40672 ft.lb หรือ = 5636 kg-m คิด Impact 30% = 5636 x 1.30 = 7327 kg-m MDL + P + Railing = 1 x 1224 x 82 8 = 9792 Kg-m Total M = 9792 + 7327 = 17,119 kg-m MR = Rbd2 = 12.8 x 0.50 x (62)2 = 49203 > 17,119 OK As = 17119 1400 x 0.857 x 0.62 = 23 Cm2 use 4 – & 25 mm C) Railing and Post (Spacing 1.80 m) Railing No1 . DL = 0.10 x 0.20 x 2400 = 48 kg/m Mx = 1 (48 + 75) x (1.8)2 ; (75 kg/m = 50 lb/ft) 10 = 39.9 kg/m My = 1 x 75 x (1.8)2 10 = 24.3 kg/m Mx = 39.9 kg/m My = 24.3 kg/m Moxe = 12.8 x 0.20 x 62 = 92.2 kg-m Control Moxs = 2.262 x 1400 x 0.06 = 190 kg-m Moye = 12.80 x 0.15 x 162 = 491.50 kg-m Moys = 2.262 x 1400 x 0.16 = 506.70 kg-m Control Mx + My = 39.9 + 24.30 Mox Moy 92.2 491.50 = 0.48 <> Railing No2 และ No3 DL = 0.15 x 0.25 x 2400 = 90 kg/m Mx = 1 x 90 x 182 10 = 29.2 Kg/m My = 5000 x 1.8 x 0.8 2.2 4 = 818 kg-m (Mox)c = 12.8 x 0.25 x 112 = 387 kg-m (Mox)s = 3.393 x 1400 x 0.11 = 523 kg-m (Moy)c = 12.8 x 0.15 x 212 = 846 Kg-m (Moy)s = 3.393 x 1400 x 0.26 = 1235 Kg-m Mx + My = 29.2 + 818 Mox Moy 387 846 = 1.04 ~ 1 . . Post M = 75 x 1.80 x 0.80 + 5000 x 0.6 + 5000 x 0.3 2.2 2.2 = 2,153 kg-m P = (75 x 1.8) + (48 + 90 + 90) x 1.80 = 545 Kg Po = 0.225 fc' Ag + Asfs = 0.225 (175) (30 x 25) + 11.4 x 1400 = 45,491 kg (Mo)c = 12.8 x 0.25 x 262 = 2,163 kg-m (Mo)s = 5.7 x 1400 x 0.26 = 2074.8 kg-m P + M = 545 + 2153 Po Mo 45491 2163 = 1.007 ~ 1.00 . . D) Design Slab ยื่น (ส่วนของทางเท้า) DL = 0.50 x 0.67 x 2400 + 0.25 x 0.50 x 2400 = 1,104 kg/m LL (pedestrain) = 300 kg/m Railing x post = 270 kg/m รวมแรง = 1,674 kg/m MDL + LL (pedestrain)+(Raiting+post = 1 x 1,674 x 0.752 3 = 314 kg-m สมุติพื้นหนา 0.15 j MR = Rbd2 = (12.8) (1) (152) = 2,880 kg-m > 3/4 kg-m As = 314 (1400 x 0.852 x 0.15) = 1.76 Cm2/m ตรวจสอบแรงเฉือน Design Sub – Structure Pier a) Cap Beam (คานหัวเสา) Assume Cap beam 0.50 x 0.70 DL = 0.50 x 0.70 x 2400 = 840 Kg/m Check ช่วง 8.00 m . DL.SLAB = 7.00 x 8.00 x 1080 = 60480 kg DL Rail + Post, Curb = 1212 x 8.00 x 2 = 19344 kg Lane loading = 955 x 2 x800 + 26000 x 2 2.2 = 38916 kg . RB = (3.73 x 40000 + 32000) x 2 8.00 = 101,300# = 46,045 kg เป็นน้ำหนักลง Cap beam Total Load = Rail + Curb + Post + HS = 125,869 kg DL of cap beam = 840 x 8 = 6,920 kg Total load on cap beam = 132,789 Kg การถ่าย load ลง cap beam = 132,789 8 = 16,573 kg/m Span of cap beam = 1.75 m M = 1 x 16573 x 1.752 10 = 5,075 Kg-m MR = Rbd2 = 12.8 x 0.5 x 652 = 27,040 > 5,075 OK As = 5,075 1,400 x 0.857 x 0.65 = 5.6 Cm2 use 2 - & 25 mm . . Design Pile ∑V = 16,573 x 8 = 132,584 kg Allowable load per pile = 35 TONS No. of pile = 132,586 35 = 3.78 say = 5 ต้น Check เข็มรับ Lateral Force Wind load (แรงลม) Lateral force = 200 x 8.00 x 0.70 = 1,120 kg Drift load (แรงปะทะจากแพซุง) = 6,000 kg (คำแนะนำของกรมทางหลวง) รวม Lateral force = 7,120 kg . Traction force ตามข้อแนะนำ AASHTO 5% of lane load บนทุกเลนที่มีอยู่ รวมกับ Concentrate loading moment = 5% [955 x 2 x 8.00 + 18000] 2.2 = 1,173 kg-m แรงตะกุยจะเกิดแรงยันเสาเข็ม พิจารณา สำหรับ Cap beam แต่ละตัว = 1173 /2 = 586 Kg M = 586 x 3.00 ; (ความยาวเสาเข็ม 3 เมตร) = 1,758 kg-m Moment ที่เสาเข็มแต่ละต้น = 1758/5 = 352 kg-m Check เสาเข็ม แรงกระทำต่อเสาเข็มแต่ละต้น ; V = 132584/5 = 26517 kg M = 35.2 kg.m Po = 0.25 x 175 x 35 x 35 + 19.03 x 1400 = 74,876 kg MRc = 12.8 x 0.35 x 312 = 4,305 kg-m MRs = 19.63 x 1400 x 0.31 = 8,519 kg-m Control ที่ ค่า MR น้อยกว่า P + M = 1 Po Mo 26,517 + 352 = 0.445 <> กรณี ออกแบบฐานรากสะพานเป็นฐานแผ่ โดยจากข้อมูลการสำรวจดิน ปรากฏว่าชั้นดินมีค่าการรับน้ำหนักแบกทานได้เพียงพอ Design ตอม่อ ∑V = 16,573 x 8 = 132,584 kg กำหนดเสาตอม่อจำนวน 5 ต้น ขนาดหน้าตัด 0.35x0.35 m 4 - & 25 mm น้ำหนักกระทำบนตอม่อแต่ละต้น P = 132,584/5 = 26,517 kg น้ำหนักบรรทุกปลอดภัยบนตอม่อ Po = 0.25 x 175 x 35 x 35 + 19.03 x 1400 = 74,876 kg> 26,517 kg OK MRc = 12.8 x 0.35 x 312 = 4,305 kg-m MRs = 19.63 x 1400 x 0.31 = 8,519 kg-m สำหรับ Cap beam แต่ละตัว = 1173 /2 = 586 Kg M = 586 x 3.00 ; (ความยาวตอม่อ 3 เมตร) = 1,758 kg-m Moment ที่ตอม่อแต่ละต้น = 1758/5 = 352 kg-m Control ที่ ค่า MR น้อยกว่า P + M = 1 Po Mo 26,517 + 352 = 0.445 <> . Check ตอม่อรับ Lateral Force Wind load (แรงลม) = 200 x 8.00 x 0.70 = 1,120 kg Drift load (แรงปะทะจากแพ,ซุง) = 6,000 kg (คำแนะนำของกรมทางหลวง) รวม Lateral force = 7,120 kg Check lateral force ที่กระทำต่อตอม่อ = 74,876 *2/8 = 18,719 kg > 7,120 kg OK Traction force ตามข้อแนะนำ AASHTO 5% of lane load บนทุกเลนที่มีอยู่ รวมกับ Concentrate loading moment = 5% [955 x 2 x 8.00 + 18000] 2.2 = 1,173 kg-m แรงตะกุยจะเกิดแรงยันตอม่อ พิจารณา . สำหรับ Cap beam แต่ละตัว = 1173 /2 = 586 Kg M = 586 x 3.00 ; (ความยาวตอม่อ 3 m) = 1,758 kg-m Moment ที่ตอม่อแต่ละต้น = 1758/5 = 352 kg-m <>. Design ฐานราก น้ำหนักถ่ายจากตอม่อ = 132,584 kg สมมุติน้ำหนักฐานราก 10 % = 13,258 kg รวมน้ำหนัก = 145,842 kg หน่วยแรงดันดินที่ปลอดภัย = 20,000 kg/m2 สมมุติขนาดฐานราก = 1.80 x 8.00 m = 14.4 m2 พื้นที่ฐานรากที่ต้องการ = 145,842/20,000 = 7.30 m2 <>2 หน่วยแรงดันดินขึ้นสุทธิ = 145,842/14.40 = 10,129 kg/m2 วิเคราะห์ Moment พิจารณาด้านที่ขนานด้านยาว - โมเมนต์ที่ขอบเสา = 10,129x0.152/2 = 114 kg-m และ = 10,129x1.752/10 = 3,102 kg-m Control พิจารณาด้านที่ขนานด้านสั้น - โมเมนต์ที่ขอบเสา = 10,129x0.732/2 = 2,699 kg-m check ความหนาฐานราก d = (M/Rb)0.5 d = (3102x100/(12.8x100))0.5 = 15.58 cm เลือกใช้ ความหนาฐานราก 0.25 m d = 0.20 m . ก. พิจารณาแรงเฉือน - ด้านขนานด้านยาว ตามแนว 1-1 ห่างจากขอบตอม่อ 0.20 m vc = 0.29(175)0.5 = 3.84 kg/cm2 หน่วยแรงเฉือนที่เกิดขึ้น = (8x(0.72-0.2)x10129)/(800x20) = 2.63 kg/cm2 <>2 OK - ด้านขนานด้านสั้น ตามแนว 2-2 ห่างจากขอบตอม่อ 0.20 m หน่วยแรงเฉือนที่เกิดขึ้น = (1.8x0.30x10129)/(180x20) = 1.52 kg/cm2 <>2 OK - ด้านขนานด้านสั้น ตามแนว b-b ห่างจากขอบตอม่อ 0.20 m หน่วยแรงเฉือนที่เกิดขึ้น = (1.8x0.50x10129)/(180x20) = 2.53 kg/cm2 <>2 OK . ข. พิจารณาแรงเฉือนทะลุที่หน้าตัด vc = 0.53(175)0.5 = 7.011 kg/cm2 - ที่ระยะ 0.10 m ตามเส้นขอบเสาตอม่อ 3-4-5-6 หน่วยแรงเฉือนทะลุที่เกิดขึ้น = 10129x ((1.8x1.37)-(0.35+0.20)2)/(4x55x20) = 4.98 kg/cm2 <>2 OK - ที่ระยะ 0.10 m ตามเส้นขอบเสาตอม่อ 7-8-9-10 น่วยแรงเฉือนทะลุที่เกิดขึ้น = 10129x ((1.8x1.75)-(0.35+0.20)2)/(4x55x20) = 6.55 kg/cm2 <>2 OK . . ง. ออกแบบเหล็กเสริม As = M/fsjd - เหล็กเสริมที่ขนานด้านสั้น As = 2,699x100/(1400x0.857x20) = 11.25 cm2/1.75m USE 16 mm @ 0.18 cm - เหล็กเสริมที่ขนานด้านยาว As = 3,102x100/(1400x0.857x20) = 12.95 cm2/1.8 m USE 16 mm @ 0.15 cm .