ผลกระทบจากการตอกเสาเข็มในดินเหนียว

เสาเข็มเป็นวัสดุที่ใช้แพร่หลายมากที่สุดในการรับน้ำหนักของอาคาร โดยเสาเข็มจะรับน้ำหนักจากฐานรากก่อน แล้วจึงค่อยถ่ายให้ดิน ซึ่งจะต่างจากฐานรากแบบแผ่ ที่ดินรับน้ำหนักจากฐากรากโดยตรง การออกแบบฐานโดยใช้เสาเข็ม ก็เพราะดินที่อยู่ติ้นรับน้ำหนักได้น้อยจึงต้องใช้เสาเข็มเป็นตัวช่วยถ่ายน้ำหนักลงไปยังดินชั้นล่างที่แข็งแรงกว่า

ความสามารถในการรับน้ำหนักของเสาเข็ม อย่างเช่นเสาเข็มไมโครไพล์จะขึ้นอยู่กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเสาเข็ม ถ้าขนาดเสาเข็มใหญ่ขึ้นความแข็งแรงและการรับน้ำหนักจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

ผลกระทบจากการตอกเสาเข็มในดินเหนียว (Pile Setup in Cohesive Soil)

การตอกเสาเข็มในพื้นที่กรุงเทพฯ และปริมณฑล จะเป็นการตอกเสาเข็มลงพื้นที่ดินเหนียว ที่เรียกกันว่า ดินเหนียวอ่อนกรุงเทพ ซึ่งผลกระทบจากการตอกเสาเข็มในดินเหนียว (Pile Setup in Cohesive Soil) จะมีดังนี้

  1. เกิดปริมาตรเสาเข็มแทนที่ (Pile Volume displacement) ทำ ให้ดินบริเวณพื้น 2-5 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางของเสาเข็มเสียรูป (remold) และ pore pressure มีค่าเพิ่มขึ้นและจะกลับคืนประมาณ 30 วัน ค่า Shear Strength และ Skin resistance ในบริเวณนี้จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากผลของ Consolidation เมื่อ pore pressure ลดลง
  2. เมื่อเสาเข็มตอกผ่านชั้นกรวด ไปยัง ชั้นดินเหนียว เข็มจะพาเอากรวดเข้าไปในดินเหนียวลึกประมาณ 20 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางเสาเข็ม ซึ่งจะเพิ่มค่า Skin friction
  3. เสาเข็มเมื่อตอกผ่านชั้นดินเหนียวแข็ง ที่อยู่ด้านใต้ของชั้น ดินเหนียวย่อย ชั้นดินเหนียวแข็งจะแตกและดินเหนียวย่อยจะเข้าไปในรอยร้าว เนื่องจากการตอกระหว่างเสาเข็มในความลึกประมาณ 20 เท่า ของเส้นผ่านศูนย์กลางเสาเข็ม ผลกระทบนี้ไม่ร้ายแรง เพราะดินอัดเข้าไปในรอยแตก ซึ่งจะให้ค่า adhesion สูงกว่าดินเหนียวย่อยข้างบน
  4. เสาเข็มตอกในดินเหนียวแข็งจะเกิดรอยแตกที่ผิวหน้าและด้านข้างของเสาเข็ม ลึกประมาณ 20 เท่า ของเส้นผ่านศูนย์กลางเสาเข็ม ทำ ให้ค่า adhesion ในช่วงนี้ไม่มี ปกติแล้วในความลึก 1.2-1.8 เมตร จากหัวเสาเข็มจะไม่คิดค่า Skin resistance capacity
  5. เมื่อตอกเสาเข็มลงในดินเหนียวโดยทั่วไปจะทำ ให้เกิดการปูดของผิวดิน (Heave) หรือเกิดการแทนที่ การปูดขึ้นของดินหากเป็น plastic Soil แล้วอาจสูงขึ้นเป็นฟุตได้ การปูดของดินนี้อาจจะทำ ให้เกิดการทรุดตัวติดตามมาก็ได้ หลังจากตอกเสาเข็มเสร็จแล้ว เสาเข็มที่ถูกยกตัวลอยขึ้น เพราะการปูดของดินจะต้องตอกยํ้าลงไป และเพื่อเป็นการป้องกันการปูดของดินการตอกเสาเข็มควรเริ่มตอกบริเวณกึ่งกลางออกไปยังริมบริเวณก่อสร้าง

ในประเทศไทยผลการตอกเสาเข็มในชั้นดินเหนียวบริเวณกรุงเทพ จะเกิดผลกระทบพอสรุปได้ดังนี้

  1. การสั่นสะเทือนของการตอกเข็มทำ ให้กำลังของดินเสียไปประมาณ 28% ของ Undisturbed Strength ซึ่งวัดโดย field vane test
  2. ระยะที่กระทบกระเทือนต่อ Undrain Shear Strength นั้นห่างจากผิวเสาเข็มโดยประมาณเท่ากับระยะเส้นผ่านศูนย์กลางของเสาเข็ม
  3. กำลังของดินที่เสียไปจะกลับคืนมา หลังจากการตอกเสาเข็มแล้ว 14 วัน
  4. Induced pore pressure จะมีค่าสูงสุดภายในบริเวณ local Shear failure Zone
  5. โดยส่วนใหญ่แล้ว excess pore pressure จะกระจายออกไปหมดภายใน 1 เดือน หลังจากที่ตอกเข็มแล้ว

ขอขอบคุณ ข้อมูลจากเอกสารในหัวข้อ เสาเข็มและการคำนวณการรับน้ำหนักของเสาเข็ม โดยกลุ่มงานวิเคราะห์วิจัยและพัฒนา สำนักควบคุมการก่อสร้าง พฤศจิกายน 2547