การทำนายการทรุดตัวของคอสะพานในบริเวณดินอ่อนโดยใช้หน่วยแบริ่ง

Abstract

การก่อสร้างถนนที่ผ่านบริเวณดินอ่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรุงเทพมหานคร และบริเวณใกล้เคียงในแถบที่ลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยา ซึ่งมีปริมาณจราจรสูง ปัญหาสำคัญที่ต้องคำนึงถึงคือเรื่องเสถียรภาพของคันทางและปัญหาการทรุดตัวที่เกิดขึ้นของถนน ในการแก้ไขปัญหาเรื่องเสถียรภาพของคันทางนั้น ปัจจุบันเชื่อว่ามีวิธีที่เหมาะสมและมีประสิทธิภาพเพียงพอ ส่วนปัญหาการทรุดตัวมักจะถูกละเลยการแก้ปัญหาจึงยังมีประสิทธิภาพไม่เพียงพอ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปัญหาของการทรุดตัวที่แตกต่างกันระหว่างสะพานกับบริเวณคอสะพาน ทั้งนี้เนื่องจากสะพานเป็นโครงสร้างอิสระ มีเสาเข็มหลั่งไปถึงชั้นดินแข็ง หรือชั้นทราย จึงมีการทรุดตัวน้อย ส่วนบริเวณคอสะพานที่มีการออกแบบในลักษณะต่างๆ มักจะมีการทรุดตัวที่มากกว่า ทำให้เกิดความไม่สม่ำเสมอ ไม่ราบเรียบ ฉะนั้น เวลาขับรถผ่านบริเวณดังกล่าว ส่งผลให้เกิดปัญหาความไม่สะดวกและน่ารำคาญสำหรับผู้ใช้ถนนโดยทั่วไป ยิ่งกว่านั้นการซ่อมบำรุงต้องใช้ค่าใช้จ่ายสูงมาก การใช้หน่วยแบริ่งแก้ปัญหาการทรุดตัวที่แตกต่างกันของสะพานกับคอสะพานในบริเวณดินอ่อนในปัจจุบันเชื่อว่าเป็นวิธีการที่ให้ผลดีวิธีหนึ่ง วัตถุประสงค์ของการวิจัยนี้ เพื่อศึกษาลักษณะการทรุดตัวและวิเคราะห์หาวิธีที่เหมาะสมในการประมาณค่าการทรุดตัวที่เกิดขึ้นในบริเวณคอสะพานที่ใช้หน่วยแบริ่งดังกล่าว เพื่อประโยชน์ในการออกแบบ ก่อสร้าง และบำรุงรักษา บริเวณคอสะพานในอนาคต สถานที่วิจัยอยู่ที่บริเวณคอสะพานปลัดเปรียง หลักกิโลเมตรที่ 6+402.755 ของโครงการปรับปรุงทางหลวงสาย บางนา-บางปะกง ตอนที่ 1 ได้มีการเก็บข้อมูลในสนามและจากในห้องปฏิบัติการ ในสนามได้มีการติดตั้ง Settlement plates จำนวน 13 ตัว, Piezometer จำนวน 11 ตัว เพื่อตรวจสอบค่าการทรุดตัวรวมและแรงดันน้ำในโพรงเพิ่ม ตามลำดับ นอกจากนั้นได้ทดสอบ Vane shear ในสนามจำนวน 7 หลุม และเจาะเก็บตัวอย่างดินคงสภาพจนถึงระดับความลึก -29 เมตร เทียบกับระดับน้ำทะเลปานกลาง และได้นำตัวอย่างดินคงสภาพมาทำการทดสอบในห้องปฏิบัติการเพื่อหาคุณสมบัติขั้นพื้นฐานและทางด้านวิศวกรรม เพื่อใช้ประกอบในการวิเคราะห์การทรุดตัว การประมาณค่าการทรุดตัวของหน่วยแบริ่งในบริเวณดินอ่อน ได้ใช้หลักการประมาณการทรุดตัวของฐานรากแบบเสาเข็มที่รับน้ำหนักคงที่ ทั้งนี้เพราะโครงสร้างของหน่วยแบริ่งประกอบด้วยเสาเข็มจำนวนมาก วิธีการวิเคราะห์การทรุดตัวสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 แนวทาง คือ 1. วิธีการแบบดั่งเดิม ซึ่งแยกตามสมมุติฐานที่ใช้ได้เป็น 2 แบบคือ 1.1 วิธี Terzaghi (1952) 1.2 วิธี Tomlinson (1979) 2. วิธี Modified Theory of elasticity ให้สมมุติฐานของ Poulos and Davis (1980) นอกจากนี้ยังได้มีการวิเคราะห์การทรุดตัวของฐานรากแบบเสาเข็มด้วยเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ ของ IBM รุ่น Personal Computer ที่ใช้ระบบควบคุมการทำงานโดย DOS (Disk Operation System) Version 3.0 โดยใช้โปรแกรมสำเร็จรูป "SAPF" (Settlement Analysis of Pile Foundation) ซึ่งพัฒนาขึ้นโดย Pongchai (1985) เพื่อทำการตรวจสอบผลการวิเคราะห์ด้วยมือ และใช้คอมพิวเตอร์วิเคราะห์การทรุดตัวในรูปแบบอื่นๆ อีกด้วย ผลการตรวจสอบการทรุดตัวที่บริเวณไหล่ทางฝั่งซ้ายของถนนขาออกจากกรุงเทพฯห่างจากแนวกึ่งกลางถนน 3.90 เมตร เป็นเวลา 9.8 เดือนหลังการก่อสร้าง พบว่า บริเวณคอสะพานที่ติดกับสะพานมีการทรุดตัวรวมน้อยมาก มีค่า 1.5 ซม. เทียบกับตอม่อสะพาน ส่วนปลายของหน่วยแบริ่งห่างออกไป 50 เมตร มีการทรุดตัวรวมเท่ากับ 21.3 ซม. และค่าการทรุดตัวรวมเฉลี่ยที่กึ่งกลางหน่วยแบริ่งมีค่าเท่ากับ 14.0 ซม. การทรุดตัวรวมที่เกิดขึ้นคิดเป็น 86.96 ถึง 97.10% ของการทรุดตัวรวมที่ประมาณตามวิธี Asaoka (1978) ซึ่งพิจารณาให้เป็นการทรุดตัวที่เกิดขึ้นในสนาม ทั้งนี้เพราะได้จากผลการทรุดตัวที่เกิดในสนาม จากผลการวิเคราะห์เพื่อประมาณค่าการทรุดตัวรวมตามวิธีของ Terzaghi, Tomlinson และ Poulos พบว่าวิธี Terzaghi ให้ผลการทรุดตัวรวมไปทางมากคือ มีอัตราส่วนการทรุดตัวรวมเฉลี่ยอยู่ระหว่าง 1.18-1.82 เมื่อเทียบกับผลการประมาณค่าการทรุดตัวรวมตามวิธี Asaoka (1978) ส่วนวิธี Tomlinson นั้น ให้ผลไม่สม่ำเสมอ จึงไม่อาจสรุปได้ และวิธี Poulos ให้ผลที่ดีในการวิเคราะห์การทรุดตัวของคอสะพานในบริเวณดินอ่อนที่ใช้หน่วยแบริ่ง คือ มีอัตราส่วนการทรุดตัวรวมเฉลี่ยอยู่ระหว่าง 1.02 และ 1.67 เมื่อพิจารณาเป็นการทรุดตัวของเสาเข็มเดี่ยวที่คิดผลกระทบของเสาเข็มข้างเคียง (Interaction) ในฐานราก และพิจารณาเป็นการทรุดตัวของแท่นหัวเข็ม (pile cap) ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากับ 7 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางเสาเข็มเดี่ยวหรือคิดเป็น 62% ของระยะห่างระหว่างเสาเข็ม (Spacing) โดยพิจารณาเฉพาะน้ำหนักบรรทุกคงที่ของคันทางบริเวณคอสะพานเท่านั้น การประมาณอัตราการทรุดตัว (Rate of settlement) ที่ให้ผลดีคือวิธีของ Asaoka (1978) และใช้ทฤษฎีการยุบตัวคายน้ำเป็นแบบ 1 มิติ ของ Terzaghi โดยให้ค่า C[subscript v] ในสนามประมาณ 59 ถึง 104 เท่าของ C[subscript v] ในห้องปฏิบัติการ