สวัสดีครับแฟนเพจที่รักทุกๆ ท่าน
สืบเนื่องจากการที่เมื่อวันก่อนแอดมินได้ทำการอธิบายถึงหลักการออกแบบฐานรากตื้น (SHALLOW FOUNDATION) ว่ามีหลักและวิธีในการออกแบบเพื่อรับแรงในแนวดิ่งและในแนวราบในะระดับที่ ADVANCE ขึ้นไปจากขั้นตอนปกติทั่วๆ ไปได้อย่างไรไปแล้วนะครับ
วันนี้ผมจะมาอธิบายถึงหลักการออกแบบฐานรากเสาเข็ม (PILE FOUNDATION) กันบ้างนะครับ
ก่อนอื่นต้องขอย้อนความสักเล็กน้อยให้ฟังก่อนนะครับว่าระบบฐานรากในโครงสร้างนั้นมีอยุ่ด้วยกันหลากหลายรูปแบบมาก โดยแต่ละรูปแบบนั้นจะมีทั้งข้อดี และ ข้อด้อย ของตัวเองขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ที่ใช้
อย่างไรก็ตามระบบฐานรากที่พบโดยทั่วไปจะจำแนกออกได้เป็น
(A) ฐานรากตื้น (SHALLOW FOUNDATIONS)
(B) ฐานรากเสาเข็ม (PILE FOUNDATIONS)
โดยที่กำลังการรับน้ำหนักของฐานรากตื้นนั้นจะขึ้นอยู่กับกำลังแบกทานของดินใต้ฐานราก ในขณะที่กำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มจะขึ้นอยู่กับกำลังเสียดทานผิวและแรกแบกทานที่ปลายเข็ม
จากเมื่อวันก่อนผมอธิบายถึงหลักการของฐานรากตื้น (SHALLOW FOUNDATION) ไปแล้ว ดังนั้นในวันนี้ผมจะขอกล่าวถึงและอธิบายถึงขั้นตอนในการจำลองกำลังรับน้ำหนักของฐานรากเสาเข็ม (PILE FOUNDATION) โดยใช้แนวความคิด การวิเคราะห์ด้วยวิธีอย่างง่าย (APPROXIMATE ANALYSIS) และ การวิเคราะห์ด้วยสปริงของดิน (SOIL SPRING ANALYSIS) กันบ้างนะครับ
การวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างดินและโครงสร้างในงานฐานรากเสาเข็มนั้นค่อนข้างจะมีความซับซ้อนมากกว่าฐานรากตื้น การวิเคราะห์จะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
(1) การวิเคราะห์อย่างง่าย (APPROXIMATE ANALYSIS)
(2) การวิเคราะห์ด้วยค่าสปริงของดิน (SOIL SPRING ANALYSIS)
การวิเคราะห์อย่างง่ายมีหลายวิธี ซึ่งแต่ละวิธีจะมีข้อจำกัดที่แตกต่างกัน เช่น วิธีที่ใช้พื้นฐานของคานที่วางอยู่บนฐานรากแบบยืดหยุ่น (BEAM ON ELASTIC FOUNDATION) ซึ่งจะแปรผันตาม ค่าต้านทานแรงกดของชั้นดิน (SUBGRADE REACTIONS) หรือที่เราเรียกกันจนคุ้นหูว่า SUBGRADE MODULUS APPROACH เป็นต้น
(ก)
ถึงแม้ว่าวิธีการวิเคราะห์อย่างง่ายนั้นจะสามารถใช้งานและทำการออกแบบได้โดยง่าย อาจจะโดยการใช้กราฟ หรือ ใช้วิธีในการคำนวณตามหลักสมดุลอย่างง่าย แต่ ก็จะพบว่ามีข้อจำกัดตรงที่ว่าวิธีการวิเคราะห์อย่างง่ายนี้ส่วนใหญ่แล้วจะใช้ได้กับเสาเข็มในที่วางอยู่ในชั้นดินที่ค่อนข้างจะมีความสม่ำเสมอ และ ไม่สามารถแสดงถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างดินและโครงสร้างได้อย่างสมบูรณ์นัก ทำให้ในโครงการสำคัญๆ ซึ่งต้องวิเคราะห์ผลตอบสนองของโครงสร้างอย่างละเอียด การวิเคราะห์จึงนิยมกระทำด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ซึ่งจำเป็นต้องใช้สปริงแทนดิน ดังแสดงในรูปที่ (ก)
การวิเคราะห์โครงสร้างเสาเข็มที่แทนด้วยสปริงมีข้อดีคือสามารถประยุกต์ใช้กับสภาพชั้นดินหลายๆ ชั้นได้ แต่ อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าจะใช้การวิเคราะห์โดยวิธีอย่างง่าย หรือ ด้วยค่าสปริงของดิน ก็ยังจำเป็นต้องใช้ตัวแปรที่สำคัญตัวหนึ่ง คือ โมดูลัสต้านทานแรงในแนวราบของชั้นดิน (MODULUS OF HORIZONTAL SUBGRADE REACTION) โดยที่พารามิเตอร์ดังกล่าวจะเป็นตัวบ่งบอกถึงค่าความสามารถในการต้านทานแรงกระทำทางด้านข้างของเสาเข็ม กับ ดินรอบข้างของเสาเข็มได้
(ข)
โดยเหตุผลที่ต้องทำการจำลองสปริงของดินในกรณีที่เสาเข็มรับแรงทางด้านก็ข้างก็สืบเนื่องมาจากการวิเคราะห์โดยใช้เสาเข็มทั้งต้นรับแรงทางด้านข้างเพียงลำพัง หรือ คิดเสมือนว่าเสาเข็มทั้งต้นเป็นคานยื่น (CANTILEVER BEAM) จะทำให้ผลการวิเคราะห์ค่าแรงดัดที่สูงเกินจริงไปมาก อีกทั้งมีพฤติกรรมที่อาจผิดเพี้ยนไปจากความเป็นจริงได้ ดังจะเห็นได้จากในรูปที่ (ข)
(ค)
จากการวิเคราะห์พบว่าค่าแรงดัดในเสาเข็มจะมีค่าแปรผันตามสปริงที่ใช้ โดยหากผู้ออกแบบเลือกใช้ค่าสปริงที่มีค่าต่ำ (ดินอ่อน) ค่าแรงดัดเนื่องจากแรงกระทำทางด้านข้างจะเกิดในเสาเข็มค่อนข้างมาก แต่หากเลือกใช้ค่าสปริงที่มีค่าสูง (ดินแข็ง) ค่าแรงดัดในเสาเข็มก็จะมีค่าต่ำ ดังแสดงในรูปที่ (ค)
ดังนั้นในการกำหนดค่าสปริงให้ใกล้เคียงกับค่าความเป็นจริงจึงมีความจำเป็นต่อการวิเคราะห์เสาเข็มที่จะรับแรงทางด้านข้างเป็นอย่างมากนั่นเองครับ
ก็หวังเป็นอย่างยิ่งว่าความรู้เล็กๆ น้อยๆ ที่ผมได้นำมาฝากเพื่อนๆ ทุกๆ ท่านในวันนี้จะมีประโยชนต่อทุกๆ ท่านไม่มากก็น้อย และ จนกว่าจะพบกันใหม่นะครับ
ADMIN JD @ ภูมิสยามไมโครไพล์
