การรับน้ำหนักของบ้านและอาคาร แบบแรกก็คือเส้นรอบรูปของเสาเข็มXความยาวของเสาเข็มXค่าแรงเสียดทางของดินที่บริเวณที่ตอกเสาเข็ม ตัวอย่างเช่น เสาเข็มลักษณะหน้าตัดเป็นตัว I (ไอ) มีเส้นรอบรูปประมาณ 110 เซนติเมตร ยาว 12 เมตร และค่าแรงเสียดทานของดินประมาณ 800 กิโลเมตรต่อตารางเมตร เสาเข็มต้นนั้นก็จะรับน้ำหนักได้ 1.10x12x800 = 10,560 กิโลกรัม (10 ตัน)
ตัวเลขนี้สมมุติขึ้นมาเพื่อแสดงวิธีการคำนวณการรับน้ำหนักของเสาเข็มอย่างง่ายเพื่อความเข้าใจหลักการเท่านั้น เพราะในการคำนวณจริงจะซับซ้อนกว่านี้ เนื่องจากแรงเสียดทานของดินแต่ละที่และแต่ละความลึกจะมีค่าไม่เท่ากัน ซึ่งจะต้องเจาะสำรวจเพื่อหาคุณสมบัติของดินบริเวณที่จะสร้างอาคาร โดยเฉพาะอาคารขนาดใหญ่ต้องมีข้อมูลดินเพื่อนำมาคำนวณออกแบบ แต่ถ้าเป็นการสร้างอาคารในพื้นที่ที่ทราบข้อมูลอยู่แล้ว เนื่องจากเคยมีการก่อสร้างมาแล้วมากมาย เช่น พื้นที่ กทม. วิศวกรก็ประมาณการการรับน้ำหนักได้ด้วยการอาศัยข้อมูลที่มีอยู่ ออกแบบความยาวเสาเข็มได้ หรือได้ข้อมูลจากบริษัทตอกเสาเข็ม ทั้งนี้คงต้องเป็นวิศวกรที่มีประสบการณ์ถึงจะกำหนดได้
ตัวอย่างการใช้การรับน้ำหนักของเสาเข็มด้วยแรงเสียดทาน ก็คือบ้านจัดสรรสองชั้นทั่วไปใน กทม. อาจใช้เสาเข็มที่มีความยาวประมาณ 12-16 เมตรก็เพียงพอ ไม่ต้องยาวถึง 21 เมตร ซึ่งเป็นความลึกของชั้นดินแข็งของเขต กทม. แต่ถ้าบ้านที่สร้างเองอาจขอให้ใช้เสาเข็มที่ยาวถึงชั้นดินแข็งก็ได้ครับ เพื่อไม่ให้เกิดการทรุดตัวในอนาคต
ส่วนการรับน้ำหนักของเสาเข็มด้วยแรงกดที่ปลาย คือการให้เสาเข็มรับแรงด้วยปลายเสาเข็มที่ชั้นดินแข็ง และต้องตอกเสาเข็มจนกระทั่งตอกไม่ลง ซึ่งมีการวัดการตอกเสาเข็มจนกดไม่ลงและรับน้ำหนักได้ตามการออกแบบ วิศวกรต้องคำนวณเพื่อหาค่าการตอกกี่ครั้งต่อการทรุดตัวในดินในระยะสุดท้ายของการตอกเสาเข็ม
ตัวอย่างเช่น การสร้างอาคารพาณิชย์ที่ออกแบบให้ใช้เสาเข็มตอกจะต้องให้เสาเข็มรับน้ำหนักด้วยแรงกดที่ปลาย นอกจากนี้อาคารขนาดใหญ่มากๆ ทางด่วนยกระดับ รถไฟฟ้าบนดิน เหล่านี้ต้องออกแบบใช้เสาเข็มที่รับแรงกดเท่านั้น และชั้นดินที่รับแรงกดได้มากขนาดนั้นอยู่ที่ความลึกประมาณ 50 เมตร ไม่ใช่ 21 เมตร
จากที่ผมอธิบายเรื่องการรับน้ำหนักจึงทำให้ทราบว่าเสาเข็มแบ่งได้ 2 ประเภท คือเสาเข็มตอกและเสาเข็มเจาะ ในกรณีของเสาเข็มเจาะที่ใช้กับโครงสร้างไม่ใหญ่มาก ได้แก่ บ้านพักหรืออาคาร ความยาวของการเจาะเข็มเจาะลงไปจนถึงระดับชั้นดินแข็ง ชั้นแรกประมาณ 18-21 เมตรก็เพียงพอครับ
ส่วนการกำหนดขนาดและจำนวนของเสาเข็มนั้น วิศวกรโครงสร้างจะต้องคำนวณหาน้ำหนักที่ถ่ายลงจากพื้นสู่คานและถ่ายลงเสาของแต่ละชั้น สะสมรวมลงมาจนถึงชั้นล่างสุด ลงสู่เสาตอม่อที่อยู่ใต้ดิน และผ่านฐานรากจนไปสู่เสาเข็ม ซึ่งน้ำหนักของแต่ละจุดในโครงสร้างอาคารจะไม่เท่ากัน บริเวณกลางอาคารจะมีน้ำหนักลงมากว่าริมอาคาร ดังนั้นในแต่ละจุดที่เสาถ่ายน้ำหนักลงจึงมีจำนวนเสาเข็มไม่เท่ากัน เช่น รอบนอกของบ้านอาจมีเสาเข็มเพียงต้นเดียวต่อฐานราก แต่กลางบ้านอาจมีตั้งแต่ 2 ต้น 3 ต้น หรือมากกว่าก็เป็นได้
ซึ่งฐานรากที่มีเสาเข็มต้นเดียวเรียกว่าเสาเข็มเดี่ยว ส่วนฐานรากที่มีเสาเข็มหลายต้นเรียกว่าเสาเข็มกลุ่ม และยังต้องมีข้อกำหนดเรื่องระยะห่างของเสาเข็มกลุ่มด้วยว่าจะต้องมีระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของเสาเข็มอย่างต่ำแต่ละต้นเท่ากับ 3 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเสาเข็ม ทั้งนี้เพราะถ้าเสาเข็มอยู่ชิดกันเกินไปก็จะทำให้การรับน้ำหนักได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ
เรื่องของเสาเข็มเป็นเรื่องที่มีความสำคัญยิ่ง ต้องมีการควบคุมการทำงาน เช่น ต้องตอกให้อยู่ในตำแหน่งที่ออกแบบไว้ ไม่เช่นนั้นจะเกิดแรงเยื้องศูนย์ ถ้ามากก็อาจทำให้ฐานรากหลุดออกจากเสาเข็ม ทำให้อาคารทรุดพังได้ครับ
โปรย..
“เสาเข็มเจาะที่ใช้กับโครงสร้างที่ไม่ใหญ่มาก เช่น บ้านพักหรืออาคาร ความยาวของการเจาะเข็มเจาะลงไปจนถึงระดับชั้นดินแข็ง ชั้นแรกประมาณ 18-21 เมตรก็เพียงพอแล้ว”
24/10/2556
