หนังสือบ้านพร้อมอยู่ฉบับที่แล้ว ผมได้เขียนเล่าเรื่องการทรุดตัวของครัว ซึ่งสาเหตุหลักคือการที่ไม่สามารถสร้างโดยการใช้เสาเข็มยาวเท่ากับโครงสร้างเดิมได้ และการก่อสร้างไม่พร้อมกันย่อมเกิดการทรุดตัวที่ไม่เท่ากัน ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่มักเกิดขึ้นโดยไม่อาจหลีกเลี่ยงได้
ฉบับนี้ผมจึงขอนำเรื่องที่เกี่ยวกับเสาเข็ม มาเขียนเล่าให้ท่านผู้อ่านได้ทราบว่า เสาเข็มมีหน้าที่และความสำคัญอย่างไรต่อโครงสร้าง เสาเข็มมีหน้าที่และความสำคัญอย่างไรต่อโครงสร้างบ้านของเรา
“เสาเข็ม” คือส่วนของโครงสร้างที่ทำหน้าที่รับน้ำหนักทั้งหมดของโครงสร้าง และทำหน้าที่ถ่ายน้ำหนักลงสู่ชั้นดินเพื่อให้โครงสร้างดำรงอยู่ได้ ไม่ทรุดลงไปเรื่อยๆ
ผมขอเปรียบเทียบให้เห็นภาพของการทำหน้าที่ของเสาเข็มดังนี้ครับ ขณะที่เราอยู่ภายในอาคารหรือโครงสร้างที่ถูกสร้างขึ้นจะพบว่าโครงสร้างเหล่านั้นมีเสาเป็นส่วนที่รับโครงสร้างไว้ หากจินตนาการว่ามีเสาต้นใดต้นหนึ่งเกิดแตกร้าวและทรุดลง โครงสร้างก็จะพังทลายลงมา เสาเข็มที่อยู่ใต้ดินก็ทำหน้าที่เช่นเดียวกับเสาของอาคาร
ดังนั้นเสาเข็มจึงเป็นส่วนของโครงสร้างอาคารที่สำคัญที่สุด เพราะเป็นส่วนที่รับน้ำหนักทั้งหมดของโครงสร้างที่อยู่เหนือขึ้นไป
การทำหน้าที่รับน้ำหนักของเสาเข็มมีลักษณะ 2 ประการคือ
1.อาศัยแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวของเสาเข็มและดินที่เสาเข็มฝังแทรกอยู่ ซึ่งแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นต้องมากพอที่จะทำให้เสาเข็มไม่ทรุดตัวหรือทรุดตัวน้อยที่สุด เพื่อที่โครงสร้างจะได้ไม่ทรุดตัว
2.การรับน้ำหนักอีกลักษณะหนึ่งคือการที่เสาเข็มมีความยาวมากจนถึงชั้นดินแข็งหรือ ที่เรียกว่าดินดาน และเสาเข็มตั้งอยู่บนชั้นดิน ดังกล่าว แต่ถ้าเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่มาก อย่างอาคารสูง หรือโครงสร้างที่รับน้ำหนักสูงมาก เช่น โครงสร้างของสะพานขนาดใหญ่ ระบบรถไฟฟ้า เป็นต้น โครงสร้างลักษณะนี้จะมีเสาเข็มขนาดใหญ่และลึกมากจนถึงชั้นดินที่แข็งมากๆ หรือถึงชั้นหิน จึงจะสามารถถ่ายน้ำหนักที่เกิดขึ้น จาการใช้งานได้
วิศวกรโครงสร้างผู้ออกแบบจะต้องอาศัยข้อมูลคุณสมบัติทางกายภาพของชั้นดินบริเวณที่จะก่อสร้างเพื่อนำมาวิเคราะห์ ซึ่งข้อมูลของชั้นดิน
นั้นได้มาจากการเจาะสำรวจเก็บตัวอย่างที่ความลึกต่างๆ และนำไปวิเคราะห์คุณสมบัติการรับ น้ำหนักในห้องทดลอง
เปรียบเทียบคล้ายกับทางการแพทย์ที่แพทย์สั่งเจาะเลือดและนำไปวิเคราะห์หาสิ่งต่างๆ ที่อยู่ในตัวอย่างเลือด เพื่อตรวจว่าเป็นโรคอะไรบ้าง
บ้านสองชั้นทั่วไปมักจะออกแบบโดยใช้คุณสมบัติการรับน้ำหนักของเสาเข็มจากแรงเสียดทานเป็นหลัก ดังนั้นจะพบว่าความยาวเสาเข็มของบ้านจัดสรรจะมีความยาวประมาณ 12-18 เมตร
แต่ถ้าโครงสร้างที่มีน้ำหนักมากขึ้นกว่าบ้านสองชั้น เช่น อาคารพาณิชย์ การออกแบบใช้การรับน้ำหนักจากแรงเสียดทานของเสาเข็มย่อมไม่เพียงพอ วิศวกรจึงต้องออกแบบให้เสาเข็มรับ น้ำหนักด้วยแรงกด (Bearing) เพิ่มขึ้นจากการรับด้วยแรงเสียดทาน (Friction) เพียงอย่างเดียว
ในกรณีของดินกรุงเทพฯ มีลักษณะชั้นดินเป็นดินเหนียวที่เกิดจากการตกตะกอนทับถม และมีความลึกประมาณ 21 เมตรที่บริเวณตอนกลางของพื้นที่กรุงเทพฯ แต่จะมีความลึกของชั้นดินมากขึ้นเมื่อใกล้ทะเล เช่น บริเวณสมุทรปราการจะมีความลึกของชั้นดินกว่า 30 เมตร ซึ่งบริเวณดังกล่าวเมื่อจะก่อสร้างจะต้องใช้เสาเข็มที่ยาวกว่าบริเวณกรุงเทพฯ
ดังจะพบว่าบริเวณถนนบางนา-ตราดและถนนพระราม 2 มีการทรุดตัวของถนนอยู่ตลอดเวลาตั้งแต่เริ่มใช้งานมาจนถึงทุกวันนี้
นอกจากการสร้างบ้านที่ต้องมีเสาเข็มแล้ว ในบางพื้นที่การก่อสร้างอาคารขนาดไม่ใหญ่มากอาจจะสร้างโดยไม่ต้องมีเสาเข็มสำหรับการรับน้ำหนักของโครงสร้างได้ แต่ใช้การกระจายน้ำหนักของโครงสร้างลงบนผิวดินแทน ซึ่งจะต้องเป็นพื้นที่ที่มีชั้นดินที่แข็งและแน่นพอที่จะกระจายน้ำหนักได้ เช่น พื้นที่บริเวณภาคตะวันออก- เฉียงเหนือและภาคเหนือ รวมถึงภาคใต้ เนื่องจากลักษณะชั้นดินบางพื้นที่เป็นหินแข็ง การถ่าย น้ำหนักก็จะใช้การสร้างฐานรากที่เรียกว่าฐานราก แผ่ โดยกระจายน้ำหนักด้วยผิวของฐานราก
วิธีการคิดคำนวณคือการหาค่าการรับน้ำหนักของดินว่ารับน้ำหนักได้เท่าไรต่อพื้นที่สัมผัส ตัวอย่างเช่น ดินรับน้ำหนักได้ 5 ตัน/ตร.ม. และมีแรงกดเกิดขึ้นจากโครงสร้างเท่ากับ 10 ตัน ดังนั้น จะต้องทำฐานรากให้มีพื้นที่ผิว 2 ตร.ม. เป็นต้น
สรุปได้ว่าเสาเข็มมีความสำคัญต่อโครงสร้างเป็นอย่างมากที่สุด ดังนั้นโครงสร้างที่ก่อสร้างและเกิดปัญหาขึ้น เช่น การต่อเติมที่สร้างขึ้นภายหลัง จึงมักเกิดการทรุดตัวไม่เท่ากับโครงสร้างที่สร้างก่อน ขอจบเรื่องเสาเข็มอย่างง่ายครับ
