การก่อสร้างฐานรากบนชั้นดินอ่อนต้องให้ความสำคัญกับอะไรบ้าง กับ ศาสตราจารย์ ดร. สุขสันติ์ หอพิบูลสุข

แล้วต้องใช้ระยะเวลานานเท่าไรในการทดสอบ?

ภาพ: ตัวอย่างดินชั้นต่าง ๆ

“ระยะเวลาที่ใช้จะขึ้นอยู่กับความลึกของชั้นดิน”

ถ้าเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ในกรุงเทพมหานครก็อาจจะต้องเจาะสำรวจลงไปลึกถึง 40-50 เมตร แต่ถ้าเป็นโครงการขนาดเล็ก ก็เจาะลึกแค่ 10-20 เมตร โดยการเจาะสำรวจจะใช้เวลาประมาณ 1 วัน ต่อหนึ่งหลุมสำรวจ ส่วนการทดสอบในห้องปฏิบัติการอาจใช้เวลาหนึ่งถึงสองอาทิตย์ 

ขณะที่ ถ้าเป็นการทดสอบที่สนามก็จะสามารถแปลความหมายของผลทดสอบ เพื่อเปลี่ยนเป็นสมบัติทางวิศวกรรมได้ในเวลาที่สั้นกว่ามาก  

ควรเลือกก่อสร้างฐานรากแบบใดให้เหมาะกับชั้นดินอ่อน

ภาพ: ฐานรากแบบแผ่

ต้องขอเล่าภาพรวมให้เข้าใจกันก่อนว่า ฐานรากมีทั้งหมด 2 รูปแบบ คือฐานรากแผ่ (Spread Foundation) หรือฐานรากตื้น (Shallow Foundation) เป็นฐานรากใหญ่และวางอยู่ที่ระดับ 1.5 ถึง 2 เมตร จากผิวดิน ความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกจะอยู่กับขนาดของฐานราก 

ภาพ: เสาเข็ม

ส่วนฐานรากอีกรูปแบบ คือ ฐานรากเสาเข็ม (Piled foundarion) หรือฐานรากลึก (Deep foundation) โดยปลายเสาเข็มจะตั้งอยู่บนชั้นดินแข็ง เสาเข็มจะทำหน้าที่ถ่ายน้ำหนักจากโครงสร้างอาคาร ลงสู่ชั้นดินแข็ง

“การออกแบบฐานรากจะต้องพิจารณาถึง 2 ปัจจัย คือ ฐานรากจะต้องไม่วิบัติจากรับน้ำหนักบรรทุก และฐานรากต้องไม่ทรุดตัวมากเกินไป”

ภาพ: การก่อสร้างอาคาร

ปัญหาของดินอ่อนในกรุงเทพฯ คือ การทรุดตัวที่สูงและกินเวลานาน ดังนั้น ถึงแม้จะเลือกใช้ฐานรากแผ่ขนาดใหญ่ที่สามารถรับน้ำหนักได้โดยไม่เกิดการวิบัติของดินฐานราก แต่ฐานรากก็จะทรุดตัวมาก ฐานรากที่เหมาะกับพื้นที่กรุงเทพฯ จึงต้องเป็นฐานรากเสาเข็ม แต่ถ้าเราสร้างอาคารนอกเขตพื้นที่กรุงเทพฯ อย่างเช่น จังหวัดนครราชสีมาหรือโคราช ซึ่งพบชั้นดินแข็งในบริเวณตื้น วิศวกรก็มักจะเลือกใช้ฐานรากแผ่ เพราะก่อสร้างได้ง่าย แค่ขุดเปิดดินถึงระดับดินแข็ง ตั้งไม้แบบ วางเหล็กเสริม และเทคอนกรีต 

ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นหากเลือกฐานรากไม่เหมาะกับชั้นดิน

ภาพ: การก่อสร้างฐานรากขนาดใหญ่

“บางครั้งอาจเลือกฐานรากถูกแล้ว แต่ควบคุมการก่อสร้างไม่ถูก”

อย่างที่ได้กล่าวไปก่อนหน้านี้ว่า ฐากรากของอาคารบนดินเหนียวอ่อนอย่างเช่นในแถวกรุงเทพมหานครและปริมณฑลต้องเป็นฐานรากเสาเข็ม ซึ่งไม่น่าจะมีปัญหาในทางวิศวกรรม แต่ก็ยังปรากฏปัญหาให้เห็นอยู่เนืองๆ ส่วนใหญ่ปัญหามักเป็นเรื่องการออกแบบเสาเข็มหรือการควบคุมงานก่อสร้างที่ไม่เหมาะสม เช่น ปลายเสาเข็มไม่ได้อยู่บนชั้นดินแข็ง หรือปลายเสาเข็มอยู่ในชั้นดินที่มีความแข็งแรงต่างกันมาก

ซึ่งปัญหาเหล่านี้ทำให้เกิดการทรุดตัวที่แตกต่างกัน (Differential Settlement) ถ้าฐานรากทุกฐานเกิดการทรุดตัวเท่ากัน อาคารจะไม่เสียหาย แต่อาคารจะจมลงโดยไม่แตกร้าว ถึงแม้อาคารจะไม่เกิดความเสียหาย แต่อาคารจะไม่สามารถใช้ได้ตามวัตถุประสงค์ ซึ่งเป็นปัญหาในด้านการใช้งาน หรือ Serviceability 

แตกต่างจากกรณีการทรุดตัวของฐานรากที่ไม่เท่ากันทุกฐาน สมมุติว่าฐานรากหนึ่งของอาคารเกิดการทรุดตัวอย่างมาก ขณะที่ฐานรากอื่นไม่เกิดการทรุดตัวหรือเกิดการทรุดตัวแต่น้อยมาก องค์อาคารหลัก เช่น เสาและคาน จะเกิดความเสียหาย และเกิดการวิบัติในที่สุด

ภาพ: เสาเข็มแบบ Micro Pile

ความเสียหายในลักษณะเช่นนี้ แก้ไขได้โดยการหยุดการทรุดตัวชองฐานราก และตามด้วยแก้ไขและเสริมความแข็งแรงของผนังและองค์อาคารที่เสียหาย ได้แก่ คาน เสา และพื้น การหยุดการทรุดตัวของฐานรากทำโดยการเสริมความแข็งแรงของฐานราก ซึ่งมีด้วยกัน 2 เทคนิคหลักๆ คือ

• Underpinning เป็นการเสริมเสาเข็มใหม่ให้กับฐานรากเดิม เพื่อเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุก โดยไม่ได้ปรับปรุงสมบัติทางวิศวกรรมของดินฐานราก เสาเข็มที่ใช้มักมีขนาดเล็ก ที่เรียกว่า Micro Pile ขนาดประมาณ 4-6 นิ้ว ยาวท่อนละประมาณ 1 เมตร และติดตั้งโดยการกดลงไปที่ฐานรากเดิมหรือใกล้ฐานรากเดิม ต่อกันเป็นท่อนๆ  แล้วทำฐานรากใหม่บนหรือใต้ฐานรากเดิม เสาเข็ม Micro Pile อาจทำจากคอนกรีตหรือเหล็กก็ได้
• Jet Grouting เป็นวิธีการปรับปรุงดินฐานรากให้มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น เทคนิคนี้ทำได้รวดเร็วและสะอาดกว่าการทำ Underpinning เหมาะกับอาคารที่ไม่สูงมาก เช่น อาคารชั้นเดียวหรือสองชั้น และมีความเหมาะสมอย่างมากกับอาคารที่ใช้ฐานรากแผ่และดินฐานรากเป็นดินร่วน เช่น ทรายหลวม สารเคมีที่ใช้จะเป็นพียูโฟม (PU Foam) โดยโฟมจะเข้าไปอุดโพรงใต้ฐานราก รวมทั้งเสริมความแข็งแรงในชั้นดินอ่อน/ดินหลวมตลอดความลึก พียูโฟมจะแข็งตัวในเวลาอันสั้น (ภายในไม่เกิน 3 นาที)  

เทคโนโลยีที่น่าสนในอนาคต ที่ช่วยเสริมความแข็งแรงให้กับการก่อสร้างบนชั้นดินอ่อนมีอะไรบ้าง?

ภาพ: เสาเข็มเหล็ก

“นำเทคนิคที่มีอยู่เดิมมาปรับให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น”

จริง ๆ แล้วเทคโนโลยีด้านงานฐานรากทุกวันนี้ของบ้านเรา เป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสมทางวิศวกรรมในเกณฑ์ที่ดีมากอยู่แล้ว แต่ถ้าพูดถึงเทรนด์ในอนาคต ผมอยากจะชวนมองเรื่องของ Sustainable Technology โดยนำเทคนิคที่มีอยู่เดิมมาปรับให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น โดยต้องมีต้นทุนการสร้างและระยะเวลาการทำงานที่เหมาะสม เพื่อให้สอดคล้องกับนโยบายภาครัฐ รวมทั้งนโยบายของหลายประเทศทั่วโลก ที่ร่วมกันลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก 

ตัวอย่างเช่น เสาเข็มที่ทำจากคอนกรีต อาจปรับเปลี่ยนเป็นวัสดุอื่นที่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์/ก๊าซเรือนกระจกต่ำ เช่น จีโอพอลิเมอร์ เป็นส่วนผสมของเถ้าลอยกับสารเคมีที่เป็นด่างสูง ๆ และมีกำลังอัดสูงเทียบเท่าคอนกรีต แต่ปลดปล่อยกาซเรือนกระจกต่ำกว่ามาก

หรือแม้แต่การประยุกต์ใช้เสาเข็มเหล็กแทนเสาเข็มคอนกรีต  การติดตั้งเสาเข็มเหล็กทำได้รวดเร็ว สั่นสะเทือนต่ำ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มากกว่าการติดตั้งเสาเข็มตอกและเสาเข็มเจาะ การติดตั้งเสาเข็มเจาะในชั้นดินเหนียวอ่อน จะต้องขุดดินออกเพื่อทำเป็นหลุม แล้วจึงใส่เหล็กเสริมและเทคอนกรีต กระบวนการดังกล่าวมีความซับซ้อนและสกปรกกว่าการติดตั้งเสาเข็มเหล็ก การประยุกต์ใช้เสาเข็มเหล็กจึงถือเป็นอีกหนึ่ง Sustainable Technology ที่น่าสนใจ ที่จะต้องพัฒนาต่อให้มีต้นทุนการก่อสร้างต่ำและมีความสามารถใช้กับอาคารสูง เพื่อใช้ทดแทนเสาเข็มเจาะในอนาคต

ศาสตราจารย์ ดร. สุขสันติ์ หอพิบูลสุข

• Prof. Suksun Horpibulsuk, Ph.D. Senior Professional Engineer (Civil Engineering) accredited by Council of Engineers, THAILAND

• Science and Technology Professional in Engineering Geology accredited by Council of Science and Technology Professionals, THAILAND

• Associate Fellow, Academy of Science,  The Royal Society of Thailand, THAILAND

• Outstanding National Researcher (Engineering and Industry), National Research Council of Thailand

• Chair Professor, National Science and Technology  Development Agency (NSTDA), THAILAND

• Professor, School of Civil Engineering, and Director, Center of Excellence in Innovation for Sustainable Infrastructure Development, Suranaree University of Technology

สนใจความรู้เกี่ยวกับการก่อสร้างในด้านอื่น ๆ ไปอ่านกันต่อได้เลยที่

• พูดคุยเรื่องเทรนด์การสร้างบ้านพร้อมลดคาร์บอนกับ ดร.อรรจน์ เศรษฐบุตร
• เทคโนโลยีกับสิ่งแวดล้อมที่น่าสนใจในปัจจุบัน กับ ดร.ฉัตรตรี ภูรัต
• เรื่องน่ารู้เกี่ยวกับการก่อสร้างถนนคอนกรีตในประเทศไทยกับ ศาสตราจารย์ ดร. พานิช วุฒิพฤกษ์