9

สมรรถนะของเสาเข็มระบบเจาะเปยกดวยสารละลายเบ็นโทไนทในชั้นดินกรุงเทพ Performance of Bentonite Bored Piles Constructed in Bangkok Subsoil

ณรงค ทัศนนิพันธ และ ทัชชะพงษ ประเวศวรารัตน

บริษัท ซีฟโก จํากัด 61/141 ถนนพระราม 9 หวยขวาง กรุงเทพ 10320 โทร 6439561–72, 2472290-4, โทรสาร 2462177

Home page: www.seafco.co.th E-mail: seafco@seafco.co.th

บทคัดยอ

เสาเข็มระบบเจาะเปยกไดรับความนิยมใชกันอยางแพรหลายในประเทศไทยมามากกวา 20 ปแลว มีผูประกอบการทองถิ่นและมาจากตางประเทศรวมกันกวา 10 ราย เสาเข็มชนิดนี้สามารถกอสรางใหมีขนาดใหญและลึกไดมากไมมีขอจํากัดไมเหมือนเสาเข็มชนิดหลอสําเร็จแลวตอกลงในดิน และสามารถออกแบบใหเสาเข็มแตละตนรับน้ําหนักไดสูงถึง 2,000 ตัน แมนเสาเข็มระบบนี้จะมีขอดีหลายประการแตหากผูเกี่ยวของมีความรูความชํานาญไมเพียงพอและไมเขาใจขั้นตอนการกอสราง และไมควบคุมคุณภาพที่เพียงพอแลว เสาเข็มชนิดนี้อาจมีสมรรถนะการรับน้ําหนักไมไดตามที่ออกแบบไวทําใหเกิดความเสียหายตอโครงสรางอยางรุนแรงได ในตางประเทศเชน ประเทศอังกฤษมีการกําหนดมาตรฐานและขอกําหนดสําหรับปฏิบัติ เชน BS, CP8004 (for foundation) จัดทํ าโดย British standard, Institution of Civil Engineers (ICE) และโดย Federal of piling specialists (FPS) ส ว น ใน ป ร ะ เท ศ อ เม ริ ก าจ ะ มี American Concrete Institute (ACI), Deep Foundation Institute (DFI) แ ล ะ American Association of the State Highway and Transportation Officials (AASHTO) จัดทํามาตรฐานและขอกําหนดที่คลายกันออกมา เชน ACI 336.1.94 สวนในประเทศไทยขณะนี้ยังไมมีการรวบรวมขอกําหนดในการทําเสาเข็มเจาะใหเปนมารตฐานเดียวกันอยางเปนทางการ จึงนาจะมีมีการรวมมือระหวางภาครัฐ, สถาบันทางวิชาการและผูเชี่ยวชาญในสาขานี้ ทําการออกขอกําหนดและมาตรฐานขึ้นมาเพื่อใชในประเทศ บทความนี้บรรยายถึงสมรรถนะของเสาเข็มที่กอสรางอยางไมถูกวิธีและไมไดมาตรฐานไวดวย Abstract

Piles bored under slurry or wet process bored piles have become popular and been used in Thailand over 20 years already. There are more than 10 piling contractors locally and from an overseas. This type of pile is versatile and can be constructed in various sizes and to a great depth unlike pre-cast driven piles. It can

be designed to carry the safe load up to 2,000 tons per pile. Although this bored pile type has many advantages, the performance of pile highly depends on the construction experience and knowledge of the piling contractors. Sometimes, poor performance of piles, which cannot carry the designed load can lead to severe damages to, the superstructure supported. In this regard, to control the construction quality necessitates a standard specification for this pile type. In overseas countries like the UK, standards and codes of practice such as BS, CP 8004 (for foundation) have been developed by the British Standards Institution and by the Institution of Civil Engineers (ICE) and the Federation of Piling Specialists (FPS). In the USA, ACI, the Deep Foundation Institute (DFI) and AASHTO have developed the similar standards and specifications such as ACI 336.1,94. At present in Thailand there is no unified piling specification to follow and construct the piles to the same standard covering both integrity and load carrying capacity. It is recommended that a national piling specification needs to be jointly developed by the authorities, engineering institutions and professionals. Performances of poorly constructed piles are also discussed in this paper. 1. บทนํา เสาเข็มเจาะหลอในที่ ( Cast In-Situ Bored Piles) หมายถึงเสาเข็มที่ผลิตขึ้นโดยมีหลักการงายๆ ที่ Tomlinson (1994) กลาวไวคือทําการขุดเจาะดินใหไดขนาดความกวาง, ความลึกตามที่ออกแบบไว แลวทําการเทคอนกรีตลงไปในรูที่เจาะไวลวงหนาใหเต็ม หลักการดังกลาวมาขางตนคอนขางจะดูงาย แตการปฏิบัติในสนามมีความยุงยากดวยขั้นตอนที่ตองทําตามลําดับ หากทํางานลัดขั้นตอนหรือชํานาญไมเพียงพอ อาจจะทําใหเสาเข็มมีความสมบูรณ (Integrity) ไมเพียงพอและการรับน้ําหนัก (Load Carrying Capacity) ไมเปนไปตามที่ออกแบบไว บทความนี้จะกลาวถึงการกอสรางและวิธีควบคุมที่สําคัญที่ไมสามารถตัดออกไดและหากกอ

การประชุมใหญวิชาการทางวิศวกรรม ประจําป 2542จัดโดย สมาคมวิศวกรรมสถานแหงประเทศไทยในพระบรมราชูปถัมภ , ณ. ศูนยประชุมแหงชาติสิริกิตติ์, 1-2 พฤศจิกายน 2542

10

สรางลัดขั้นตอนแลวจะเกิดความเสียหายตอสมรรถนะดานความสามารถในการรับน้ําหนักของเสาเข็มที่ผลิตเสร็จแลว 2. เสาเข็มระบบเจาะเปยกและชั้นดินกรุงเทพ เสาเข็มระบบเจาะเปยกในกรุงเทพไดนํามาใชกันมากกวา 20 ปแลว ขนาดเสาเข็มที่ใชกันมีขนาดเสนผาศูนยกลางตั้งแต 80 ซม. ถึง 150 ซม. ปลายเสาเข็มลึกประมาณ 60 เมตรซึ่งเปนความลึกปกติที่ออกแบบกันอยางแพรหลาย ที่ราบลุมกรุงเทพฯโดยทั่วไปประกอบดวยดินทรายที่ถูกน้ําพัดพามาตกตะกอนเมื่อยุคที่ 4 ของประวัติศาสตรโลก เปนตะกอนดินและตะกอนทรายสลับกันไปมาเปนชั้นๆ จนถึงความลึกอยางนอย 550 เมตรจึงจะพบชั้นหิน รูปที่ 1 แสดงชั้นดินกรุงเทพฯโดยสังเขปถึงความลึกป ระม าณ 60 เม ตร ดิ นชั้ น บนสุ ด 2-3 เม ตรแรกจะ เป น ดิน แตกระแหง(Weathered Crust) คลุมชั้นดินออนไว และต่ําจากนั้นลงมาจะเปนชั้นดินออนกรุงเทพฯ ถึงระดับประมาณ 12 เมตรและคอยๆเปลี่ยนสภาพเปนดินออนปานกลาง (Medium Clay) ถึงระดับความลึกประมาณ 15-18 เมตรและตอดวยช้ันดินแข็งสวนชั้นทรายชั้นแรกมีความหนาประมาณ 5-10 เมตร จะพบที่ความลึกประมาณ 25 ถึง 30 เมตร ต่ําจากชั้นทรายชั้นแรกลงไปจะเปนชั้นดินแข็งและชั้นทรายแนนสลับกันไปมา แรงดันน้ําใตดิ น (Actual Pore Pressure) ในชั้ น ดินอ อนมีสภ าพ เป น Hydrostatic Pressure และคอยๆ เปลี่ยนเปน Piezometric Drawn Down ที่ใกลระดับลางของชั้นดินออน (รูปที่ 1) จากผลของ Piezometric Drawn Down ทําให Effective Overburden Pressure ในชั้นทรายชั้นแรกและในชั้นถัดๆ ไปเพิ่มสูงขึ้นประมาณ 20 ตันตอตารางเมตร แรงดันน้ําที่ลดลงในชั้นทราย (Depressurization of Sand Layers) เกิดขึ้น เนื่ องจากการสูบน้ํ าบาดาลขึ้นมาใช 3. วิธีการกอสราง โดยทั่วไปเสาเข็มระบบเจาะเปยกจะใชสารละลายเบ็นโทไนทชวยปองกันไมใหหลุมเจาะพังทลาย การเจาะจะใชเคร่ืองเจาะระบบ

Rotary ติดสวาน (Auger) และถังขุดเจาะ (Bucket) ในชั้นดินออนชั้นแรกจะใชปลอกเหล็กชั่วคราวปองกันการพังทลาย สวนชั้นที่ลึกลงไปต่ํากวาระดับปลอกเหล็กจะใชแรงดันของสารละลายเบ็นโทไนทตานผนังรูเจาะไมใหพังทลายหรือบีบตัว เมื่อขุดเจาะแลวเสร็จตองทําความสะอาดหลุมเจาะโดยการใช Cleaning Bucket หรือใชวิธีทําความสะอาดสารละลายเบ็นโทไนทแบบ Recycle แลวจึงลงเหล็กเสริม แลวทําการเทคอนกรีตผานทอเทใตน้ํา (Tremie Pipe) รูปที่ 2 เปนขั้นตอนการกอสรางโดยสังเขป การกอสรางเสาเข็มเจาะระบบเปยกลึก 60 เมตรจะใชเวลาประมาณ 10-20 ชั่วโมงตอตน โดยเวลาดังกลาวยังไมรวมเวลาที่อาจเสียไปเนื่องจากปญหาการจราจร, เครื่องจักรชํารุด หรือจากเหตุอื่นๆ ที่ไมคาดคิดไว 4. สารละลายเบ็นโทไนท (Bentonite Slurry) เสาเข็มระบบเจาะเปยกโดยใชสารละลายเบ็นโทไนทชวยในการขุดเจาะไดรับการพิสูจนวาไดผลดีมาแลวเปนเวลานาน มีเพียงสวนนอยที่เกิดปญหาและมีคุณภาพต่ํา Hutchinson et al (1974)ไดสรุปไววา สารละลายเบ็นโทไนทมีหนาที่ (Functions) หลายประการคือ (ก) ทําหนาที่ปองกันไมใหผนังรูเจาะพังโดยการสรางแรงดันตานไว (ข) คงอยูในหลุมเจาะจนกวางานกอสรางจะเสร็จโดยไมไหลซึมหายเขาไปในชั้นดิน (ค) สามารถลอยแขวนตะกอนดินจากการขุดเจาะไมใหตกทับถมที่กนรูเจาะ (ง) สามารถถูกแทนที่โดยคอนกรีตที่เทผานทอเทไดหมดโดยงาย ซึ่งจะทําใหไดแรงยืดหนวงที่ดีระหวางคอนกรีตผิวเสาเข็มกับผนังรูเจาะ (จ) สามารถแยกเศษดินทรายที่ลอยแขวนออกอยูไดดวยการรอนผานตะแกรง ทําใหสามารถนํากลับมาใชไดอีก (ฉ) สามารถปมสูบไดโดยงาย จะเห็นวาคุณสมบัติขอ (ก) ถึง (ค) ตองการสารละลายที่หนักและเหนียว (Thick slurries) ขณะที่คุณสมบัติขอ (ง) ถึง ขอ(จ) ตองใชสารละลายที่เบาและไมเหนียว (Fluid slurries) ดูตารางที่ 1 Reese et al (1985) รายงานวาสารละลายเบ็นโทไนทที่ดีเลิศดังกลาวไมมี แตสารละลายเบ็นโทไนทสามารถทําหนาที่ทุกขั้นตอนอยางไดผลนั้นมีความเปนไปไดดวยการควบคุมที่ดี (An Ideal Slurry, therefore, is impossible. However, an effective slurry is possible with control.)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 2 0 4 0 6 0

P o re P re ssure (t/m 2 )

Weathered Crust0

10

20

30

40

50

Dep

th (m

)

������������

Medium to Very Stiff Clay(CH)����������������������

������������������������������������������������������������������

Dense to Very DenseSand (SM)

��������Bangkok Soft Clay (BSC)

(CH)

��������

Hard Clay (CL)��������������������������������������������������������������������������������������������������������������

Dense to Very DenseSand (SM)

60

Su = 10 - 20 KPaγt = 14-16 KN/m3

Su = 40 - 140 KPaγt = 17-21.0 KN/m3

SPT-N = 20 - 50γt = 20.0 KN/m3

Su = 250 KPaγt = 21.2 KN/m3

SPT-N = 50 - 100γt = 20.0 KN/m3

Hyrostatic Line

Actual P

iezometric D

raw D

own Line

Average EngineeringParameters

รูปที่ 1 รูปตัดแสดงชั้นดินกรุงเทพ และ Piezometric drawdown

INSTALLATION OFTEMP. CASING

DRILLING REINFORCEMENTINSTALLATION

CONCRETING(TREMIE METHOD)

REMOVAL OFTEMP. CASING

TEMPORARYCASING

VIBRATOR

REINFORCEMENTCAGE TREMIE PIPE

BUCKET

รูปที่ 2 ขั้นตอนการกอสรางเสาเข็มระบบเจาะเปยก

11

รูปที่ 3 Surface Filtration (Reese et al, 1985)

ตารางที่ 1 Slurry specifications

Shear Parameter Function of Suspension Viscosity Strength Density Fluid Loss pH

Form filter cake and stabilize bore by hydrostatic pressure application

Moderate to High

Moderate to High

High Moderate to Low

Reduce cavitation caused by tool disturbance High High --- Moderate Low Minimize loss of fluid in previous strata High High --- --- Low Minimize loss of fluid in excavation spoil Low Low --- --- --- Prevent accumulation of dense particles at base of excavation prior to concreting

High High High --- ---

Ensure free flow of concrete from tremie and easy displacement of bentonite from excavation and reinforcement

Low Low Low --- Low

Allow easy pumping of bentonite fluid Low Low Low --- --- Prevent sedimentation in pipes and tanks Moderate High High --- ---

4.1. คุณสมบัติของสารละลายเบ็นโทไนทและการตรวจสอบ สารละลายเบ็นโทไนทจากขอกําหนดหลายประเทศไดแสดงไวใน ตารางที่2 สําหรับประเทศไทยยังไมมีการกําหนดเปนมาตรฐานไว ผูออกแบบจึงเลือกจากมาตรฐานใดมาตรฐานหนึ่งในตารางที่ 2 มาใช ซึ่งบางมาตรฐานก็ไมเหมาะสมกับชั้นดินกรุงเทพฯ แตไมวาจะใช มาตรฐานใดใน ตารางที่ 2 ก็ตองทําการผสมและควบคุมคุณสมบัติใหถูกตองในทุกขั้นตอน กลาวคือจะตองตรวจสอบ Density, March Viscosity, pH Value, Sand Content และ Fluid Loss การผสมสารละลายเบ็นโทไนท โดยทั่วไปถาใชอัตราสวนผสมระหวาง 3.5.-6.0% จะไดคา Density ระหวาง1.02-1.04 g/cm3 สารละลายซึ่งผสมขึ้นครั้งแรกนี้ เมื่อนําไปใชและนํากลับมาทําความสะอาดเพื่อนําไปใชใหม คา Density จะเพิ่มมากขึ้นจนถึงจุดหนึ่งที่สูงกวา 1.20 g/cm3 จะตองทําการปรับปรุงคุณสมบัติใหม หรือทิ้งสารละลายชุดนี้ไป 4.2. การจับตัวเปนกอนของสารละลายเบนโทไนทท่ีผนังรูเจาะ ขณะที่สารละลายเบนโทไนทสรางแรงดันตานไมใหรูเจาะพังอยูนั้นจะมีบางสวนของสารละลายเบนโทไนทแทรกซึมเขาไปอุดชองวางระหวางเม็ดทรายในชั้นดินทรายและเหลือเนื้อเบ็นโทไนทจากสารละลายจับตัวกันเปนกอน (Filter Cake) ที่ผนังรูเจาะ การกอตัวและความหนาของ Filter Cake รูปที่ 3 และ รูปที่ 4 จะเกิดขึ้นตอเนื่องตลอดเวลาเมื่อปริมาณน้ําหายเขาไปในดินมากขึ้น Filter Cake ก็จะหนามากขึ้นดวย หากไมสามารถขจัดออกไดในขั้นตอนการเทคอนกรีต ก็จะทําใหคาแรงฝดระหวางผิวเสาเข็มและผนังรูเจาะลดลง Surface Filtration จะเกิดที่ผิวดินกอนและแทรกซึมตอเนื่องเขาไปอุดชองวางในชั้นดินที่ลึกเขาไปหนา

หลายมิลลิเมตรหรืออาจถึงหลายเมตรเรียกวา Deep Filtration หลังจากเสร็จสิ้นการเจาะแลวสารละลายในรูเจาะตองไดรับการทําความสะอาดเพื่อขจัด Filter Cake ที่ผนังรูเจาะและทดสอบคุณสมบัติของสารละลายที่เก็บจากกนหลุมกอนเทคอนกรีต Wates & Knight (1975) สรุปการจากงานวิจัยวา หากปลอยใหสารละลายเบ็นโทไนทอยูนิ่งๆ โดยไมถูกรบกวน (Non Agitation) เปนเวลานาน Filter Cake จะกอตัวที่ผนังรูเจาะหนา และมาตรฐาน ACI336.1.94 แนะนําวาไมควรปลอยใหสารละลายในรูเจาะอยูนิ่ง ๆ โดยไมมีการกวน (Non Agitation) นานเกินกวา 4 ชั่วโมง หากเวลาระหวางการขุดเจาะแลวเสร็จจนถึงเวลาเริ่มเทคอนกรีตนานเกิน 24 ชั่วโมง ตองทําการขุดควานรูเจาะใหมเพื่อให Filter Cake หลุดออก แลวทําความสะอาดสารละลายและทดสอบสารละลายที่กนหลุมใหมอีกคร้ังกอนทําการเทคอนกรีตจึงจะไดแรงเสียดทานระหวางผิวเสาเข็มกับผิวรูเจาะที่ดี 5. เหล็กเสริมเสาเข็ม ปริมาณเหล็กเสริมในเสาเข็มขึ้นอยูกับชนิดของฐานรากกลาวคือหากรับแรงกดอยางเดียว เหล็กเสริมยืนจะใชประมาณ 0.5% ของหนาตัดเสาเข็ม หากตองรับโมเมนทดัด หรือแรงดันดานขาง ปริมาณเหล็กเสริมขึ้นอยูกับการคํานวณ อยางไรก็ดีปริมาณเหล็กเสริมยืนไมควรมีปริมาณเกิน 1% ของหนาตัดเสาเข็มเพราะหากปริมาณมากเกินไป เมื่อเทคอนกรีตใตน้ําผานทอเทคอนกรีตอาจไหลผานเหล็กเสริมยืนออกไปไมได ทําใหเหล็กเสริมไมมีคอนกรีตหุม (รูปที่ 5)

รูปที่ 4 Deep Filtration (Reese et al, 1985)

12

6. คอนกรีตในงานเสาเข็มเจาะ การรับน้ําหนักของเสาเข็มน้ําหนักจะถายลงโดยตรงที่หัวเสาเข็มกอนแลวจึงถายตอไปสูดินในรูปของแรงเสียดทานที่กระทําตอผิวของเสาเข็ม และแรงที่เหลือจากแรงเสียดทานจะถายไปที่ปลายเสาเข็ม ดังนั้นคุณภาพคอนกรีตตัวเสาเข็มตองดี และรับน้ําหนักไดอยางปลอดภัย คอนกรีตเสาเข็มระบบเจาะเปยกเปนการเทผานทอเท (Tremie Pipe) ไมสามารถจะจี้ใหไหลหรือทําใหแนนโดยเคร่ืองจี้ได คอนกรีตสด (Fresh Concrete) จะไหลออกจากปลายทอเทแทนที่สารละลายเบ็นโทไนทโดย Gravity Action เทานั้นและคอนกรีตจะไหลแทนที่สารละลายเบ็นโทไนทไดดีเพียงใดขึ้นอยูกับผลตาง Density ของคอนกรีตกับสารละลายเบ็นโทไนทซึ่งมีอัตราสวนอยูระหวาง 1.80 ถึง 2.01 การไหลและความสามารถแทนที่สารละลายเบ็นโทไนทของคอนกรีตยังขึ้นอยูกับ Flowable และ Workability ของคอนกรีตสด ดังนั้นการเลือกสวนผสม (Mixed Design) นอกเหนือจาก Strength แลว ยังตองพิจารณาเรื่อง Workability และระยะเวลาหนวงการแข็งตัว (Retardation Time) ดวยสําหรับคอนกรีตที่เทแลว

ไหลแทนที่สารละลายเบ็นโทไนทไดสมบูรณนั้น ตองออกแบบสวนผสมใหมีคุณสมบัติหลักดังนี้คือ เปน Flowable Concrete และมีสภาพเปน Plastic Concrete โ ด ยส ม่ํ า เส ม อ โด ย มี Initial Shear Strength ข อ งคอนกรีตไมสูงเกินไปเพื่อปองกันการไหลไมทั่วถึง และคอนกรีตตองเป น ช นิ ด Self Compaction Concrete,ค อน ก รี ต ต อ งยึ ด เก าะกั น ดี (Cohesive Concrete) ไมแยกตัว (Segregation) ในระหวางการเท และไมมีน้ําสวนเกินเยิ้ม (Bleeding) ออกจากคอนกรีต เพราะการเกิด Bleeding ทําใหเกิดการแยกตัว (Disintregate) และเกิดโพรง (Void), ระยะเวลาที่คอนกรีตเร่ิมเหนียวหนืดหรือเร่ิมกอตัว (Stiffen or Set) ตองมีเวลานานพอเหมาะกับรปริมาณคอนกรีตที่ เทและคอนกรีตตองคงสภาพ Workability ใหเทไดตลอดเวลาจนกวาการเทจะเสร็จสิ้น จากคุณสมบัติขางตนจะทําใหคอนกรีตแทนที่สารละลายฯไดโดยสมบูรณ Xanthakos (1994) ไดศึกษาและรายงานวาคอนกรีตที่ยังเหลวและมี Workability ดีเมื่อเทผานทอเทอยางถูกวิธีระดับของคอนกรีตในหลุมเจาะที่สูงเพิ่มขึ้นจะครูดเอาเบ็นโทไนทที่กอตัวเปนกอน (Filter Cake) ที่ผนังรูเจาะและที่ผิวเหล็กเสริมออกไดสะอาด (รูปที่ 6ก และ 6ข) อันจะทําใหคาความยึดหนวง (Bond) ระหวางคอนกรีตกับผนังรูเจาะและระหวางเหล็กกับคอนกรีตดี มวลหยาบควรเลือกใชเปน Round Shape หลีกเลี่ยงการใช Flakie Shape เพราะ Flakie Shape จะทําให Workability ของคอนกรีตต่ํา นอกจากนั้นควรเพิ่ มสาร Admixture ประเภท Plasticizers เพื่ อ เพิ่ ม Workability ตารางที่3 เปนขอกําหนดของคอนกรีตทั่วไปที่ใชในงานเสาเข็มเจาะในกรุงเทพมหานครและใชไดผลดี

รูปที่ 5 เหล็กเสริมที่มีปริมาณมากเกินไป (Flemming et al, 1977)

ตารางที่ 2 คุณสมบัติของสารละลายเบนโทไนทที่รวบรวมมาจากแหลงตาง ๆ

Authors FPS (1975, 1977)

Hutchingson et al. (1975)

FDOT (1987, 1988)

Reese and O' Neil (1988)

ICE (1988) ACI (1989) *AASHTO (1992)

*Majano & O' Neil (1993)

*ICE & FPS (1996)

Slurry Type Bentonite Calcium Bentonite

Bentonite or

Attapulgite

Bentonite or Attapulgite Bentonite Bentonite or Polymer Bentonite or

Attapulgite Bentonite Bentonite

Density (gm/cc) <1.10 1.024 to 1.218 1.03 to 1.20 1.03 to 1.20 <1.10

<1.36 (bearing pile) <1.12 (firction pile) <1.02 (Polymer)

1.03 to 1.10 1.03 to 1.20

1.02 to 1.07 1.02 to 1.13

<1.10 <1.15

pH 9.5 to 12 <11.7 8 to 12 8 to 11 9.5 to 12 8 to 12 8 to 11 8 to 11

8 to 10 8 to 10

9.5 to 10.8 9.5 to 11.7

Sand Content <6% (by weight)

<35% (by weight)

<4% (by volume) - -

<4% (bearing pile) <25% (friction pile)

<1% (Polymer)

<4% <4%

(by volume)

<4 % <10%

<2% <2%

Marsh Funnel Viscosity (sec/Qt)

30 to 90 - 28 to 40 28 to 45 30 to 90 26 to 50 28 to 45 28 to 45

32 to 60 32 to 60

30 to 70 < 90

Plastic Viscosity (cP) <20 <20 <20 - <20 - - 6 to 8.5

6 to 10.0 -

Yield Point (Pa) - - - - - - - 2 to 6.0

2 to 6.5 -

10 min. Gel Strength (Pa) 4 to 40 3.6 to 20 1.9 to 10 - 4 to 40 - - - 4 to 40

4 to 40Differential Head

(m) >1 - - - - 1.5 - - -

Fluid Loss (30 minute test) - - - - - - - - < 40

<60

**Maximum Contact Time

(hr.)- - - - - - - 4 -

Notes : * Upper line for as supplied to pile and lower line for sample from pile prior to placing concrete** Without agitation and sidewall cleaning

13

ตารางที่ 3 คุณสมบัติของคอนกรีตที่ใชในงานเสาเข็มเจาะ

Cylinder compressive strength at 28 days

210-280 ksc.

Cement content Not less than 375 kg/cu.m. Slump 17.5-22.5 cm. Retardation time More than 6 Hrs. Max. size aggregate Less than 20 mm. Water cement ratio Less than 0.60

7. การทําความสะอาดกนหลุมและทดสอบสารละลายฯ การเจาะดินจะมีเศษดินและตะกอนตกสะสมที่กนหลุมและสารละลายจะขนเหนียวไมเหมาะที่คอนกรีตจะแทนที่ไดหมด จึงตองทําความสะอาดกนหลุมอาจใช Cleaning Bucket หรือระบบ Recycle (Air Lift) เพื่อแยกตะกอนดินทรายออกจากสารละลายและทําการเก็บตัวอยางสารละลายที่กนหลุมขึ้นมาทําการทดสอบคุณสมบัติตางๆ ขั้นตอนนี้สําคัญเพราะหากกนหลุมไมสะอาดหรือสารละลายเหนียวหนักเกินไปคอนกรีตจะไลแทนที่สารละลายไดไมหมด (รูปที่ 7) ทําใหแรงแบกทาน

ที่ปลายเสาเข็มลดลงหรืออาจเกิด Soft toe การทําความสะอาดนี้เปนขั้นตอนสําคัญไมสามารถลัดขั้นตอนได แตเปนที่นาเสียดายและนาอันตรายที่พบวายังมีผูประกอบการหลายรายทั้งจากทองถิ่นและจากตางประเทศกอสรางลัดขั้นตอนโดยละเวนไมปฏิบัติในขั้นตอนนี้ ทําใหเสาเข็มที่กอสรางแลวมีสมรรถนะในการรับน้ําหนักต่ํากวาปกติ 8. การควบคุมการเทคอนกรีตใตน้ําที่ผานทอเท การเทคอนกรีตใตน้ําที่ผานทอเท (Tremie Concrete) เปนขั้นตอนที่สําคัญสูงสุดเพราะเปนการหลอผลิตภัณฑที่จะนําไปใชงาน (End Product) หากควบคุมการเทคอนกรีตไมดีและผิดขั้นตอนจะทําใหความสมบูรณ (Integrity) ของเสาเข็มเสียหายและสมรรถนะในการรับน้ําหนักลดลง ปญหาตางๆ ในการเทคอนกรีตใตน้ําสามารถสรุปไดดังนี้คือ 8.1 เทคอนกรีตรถแรก (First Batch) ทะลุตั วกันน้ํ า (Plug) ทํ าให

คอนกรีตผสมกับสารละลายโดยตรง 8.2 วางปลายทอหางจากกนหลุมมากเกินไป ทําใหคอนกรีตกนหลุม

ผสมกับสารละลายเบ็นโทไนท (รูปที่ 8) 8.3 รอยตอทอเทรั่ว ทําใหไหลเขาสะสมในทอเท อาจทําใหคอนกรีตใน

ทอแยกตัว 8.4 ไมมีการทําความสะอาดสารละลายในหลุมเจาะแลไมมีการเก็บตัว

อยางสารละลายที่กนหลุมมทดสอบกอนเทคอนกรีตทําใหไมสามารถทราบสถาวะของหลุมเจาะอันอาจทําใหเกิดปญหาติดตามมาเชนมีตะกอนกันหลุมมาก, ปริมาณทรายสูง, Filter Cake หนา ฯลฯ ทําใหเสาเข็มดอยคุณภาพ สมรรถนะในการรับน้ําหนักไดต่ํา

8.5 ระหวางการเทคอนกรีตฝงปลายทอในคอนกรีตลึกมากเกินไป ทําใหคอนกรีตที่ไหลออกจากปลายทอไมสามารถดันคอนกรีตชุดเกาขึ้นเติมหนาตัดรูเจาะ ทําใหคอนกรีตชุดหลังแทรกตัวขึ้นรอบๆ ทอเทเทานั้นทําใหครูด filter cake ไมออกและกลบทับสิ่งสกปรกหนาผิวคอนกรีต (รูปที่9)

8.6 ชักปลายทอเทพนผิวหนาคอนกรีตทําใหเทคอนกรีตไมตอเนื่อง 8.7 ทําการชักทอเทขึ้นๆ ลงๆ (Jarring) ทําใหสารละลายแทรกลงขาง

ทอหรือคอนกรีตพลิกกลับ (รูปที่ 10)

รูปที่ 8 ปลายทอหางกนหลุมมากเกินไป (Reese et al, 1985)

รูปที่ 6ก การเทคอนกรีตผานทอ Tremie (Reese et al, 1985)

รูปที่ 6ข เทคอนกรีต Tremie อยางถูกวีธีจะสามารถครูด filter cake ออกได (Reese et al, 1985)

รูปที่ 7 กนหลุมตะกอนหนาคอนกรีตแทนที่ไมหมด (Flemming et al, 1977)

14

8.8 ตะกอนกนหลุมมากและผสมกับคอนกรีตทีเทชุดแรกและไลตะกอนขึ้นไมหมด ทําใหกําลังแบกทานปลายเสาเข็มลดลง (รูปที่ 7 และรูปที่ 8)

8.9 ตะกอนกนหลุมมาก ผสมกับคอนกรีตที่เทชุดแรกและถูกดันขึ้นมา

ขางบนบางสวนอาจติดคางโครงเหล็ก (รูปที่ 11)

8.10 คอนกรีต Workability ไมดี อาจมาจากสวนผสมผิด, รูปรางหินแบนมาก, ทําใหเทแลวไมลื่นไหลหรือไหลไมเต็มหนาตัดเสาเข็ม ทําใหสารละลายแทรกตัว, คอนกรีตที่มีน้ําสวนเกินเยิ้มออกมามากทําใหคอนกรีตแยกตัว ดังรูปที่ 12

8.11 คอนกรีตมี Slump ต่ําไป ทําให Flowability ไมดี 8.12 มีระยะเวลาหนวงการแข็งตัวนอยไปคอนกรีตเกิดกระดาง (Stiff)

หรือแข็งตัว (Initial Set) กอนเทคอนกรีตเสร็จ ทําใหเสาเข็มเสียหาย

9. ผลกระทบอันเนื่องจากเวลากอสราง เปนที่ยอมรับกันวาหากเวลาในการกอสรางเสาเข็มแตละตนสั้นลงมาเทาใดก็จะไดสมรรถนะของเสาเข็มดีขึ้นเทานั้น ดังนั้นในการกอสรางตองเตรียมการใหสามารถกอสรางไดอยางถูกตองและรวดเร็ว หากมีสาเหตุสุดวิสัยทําใหการกอสรางเกิน 24 ชั่วโมง ACI 336.1 94 แนะนําวา ตองทําการควานรูเจาะใหมและเปลี่ยนถายสารละลายกอนทําการเทคอนกรีตซึ่งสอดคลองกับขอแนะนําของ Fleming et al (1977) ที่เสนอแนะวาใหทําการเทคอนกรีตเสาเข็มระบบเจาะเปยกใหแลวเสร็ภายใน 24 ชั่วโมงหลังการขุดเจาะแลวเสร็จ ขอเสนอแนะขางตนนี้มีเหตุผลเพราะในขณะทําการขุดเจาะสารละลายเบ็นโทไนทจะถูกรบกวน (Agitated) ตลอดเวลา ทําให Filter Cake กอตัวชาและนอย หลังการขุดเจาะหรือ Recycle แลวเสร็จ Filter Cake จะเริ่มกอตัวมากเนื่องจากสารละลายจะอยูนิ่ง ๆ รูปที่ 11 โพรงเกิดจากตะกอนดินติดคางบนโครงเหล็ก

รูปที่ 12 คอนกรีตที่เกิดการแยกตัว

รูปที่ 13 Effect of construction time on shaft capacity of bored piles. (Thasnanipan et al, 1998)

32

29 (pile age at load testing, days)

25

15

19

32 32

24

18 27

39

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0

Construction Time (hours)

Act

ual /

Est

imat

ed S

haft

Cap

acity

������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������

Bentonite

������������������������������������������������

������������������

����������������

������������������

����������������

������������������

������������������

Mix zone

Newconcrete

Previousconcrete

����������������������������������

1 2 3

1. คอนกรีตขึ้นเต็มหนาตัด 2. คอนกรีตบางสวนแทรกขึ้นขางทอเท

3. คอนกรีตแทรกขึ้นขางทอเทท้ังหมด

รูปที่ 9 ปลายทอเทฝงในคอนกรีตลึกมากเกินไป

รูปที่ 10 การชักทอเทคอนกรีตขึ้น ๆ ลง ๆ เปนการเทคอนกรีตใตน้ําที่ผิดวิธี

������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������ Rigidification

area

Fluidizationarea

1. ทอเคล่ือนท่ีลง1 2 3

2. ทอเคล่ือนท่ีข้ึน 3.คอนกรีตพลิกกลบตะกอน

Mix zone

15

ในรูปที่13 เปนงานวิจัยที่ผูเขียนและคณะ (Thasnanipan et al, 1998) ไดทําการศึกษาจากผลการทดสอบเสาเข็มจํานวน 11 ตนที่มีการติดตั้งอุปกรณวัดแรงในตัวเข็ม (Fully Instrumented Piles) ในชั้นดินกรุงเทพฯ พบวาสมรรถนะการรับแรงเสียดทานผิว (Shaft Friction Capacity) ของเสาเข็มระบบเจาะเปยกจะคอยๆลดลงเมื่อใชเวลาที่กอสรางเพิ่มยาวขึ้น 10. เสาเข็มท่ีมีสมรรถนะต่ํา เสาเข็มที่มีสมรรถนะต่ําแยกเปน 2 ประเภทคือ (ก) รับน้ําหนักไดต่ําและ (ข) สภาพตัวเสาเข็มไมสมบูรณ ซึ่งกรณีหลังนี้อาจรับน้ําหนักไดต่ําดวย 10.1. เสาเข็มท่ีรับน้ําหนักไดต่ํา (Low Carrying Load Capacity) สวนใหญเกิดจากไมทําการทดสอบสารละลายกนหลุมกอนเทคอนกรีต, กนหลุมไมสะอาด, ไมทําความสะอาดสารละลาย และปลอยสารละลายอยูนิ่งๆ นานเกินไปจน Filter Cake กอตัวหนาที่ผนังรูเจาะ ในโครงการหนึ่ง ผูประกอบการเสาเข็มรายแรก ไดกอสรางเสาเข็มขนาดเสนผาศูนยกลาง 1.50 ม. ลึก 60.00 ม. (Pile A) เมื่อทําการทดสอบรับน้ําหนักสูงสุดไดเพียง 1,500 ตัน และมีคาทรุดตัว 50 มม. ซึ่งกําลังรับน้ําหนักที่ทดสอบไดต่ํามากเมื่อเทียบกับการคํานวณจากขอมูลผลการสํารวจดิน ตอมาผูประกอบการรายที่สอง ไดรับมอบหมายใหเขาทําเสาเข็มแทนผูประกอบการรายแรก จึงทําเข็มทดสอบกลุมใหมขนาด เสนผาศูนยกลาง 1.50 ม. แตลึกเพียง 55 ม. พรอมอัดฉีดน้ําปูนที่ปลาย ทดสอบจนน้ําหนักบรรทุกถึง 2500 ตัน คาทรุดตัวเพียง 28 มิลลิเมตร (Pile B) ตามรูปที่14 ซึ่งตอมาทราบวา Pile A ไมไดทําความสะอาดกนหลุม, ไมทําความสะอาดสารละลาย และปลอยใหสารละลายอยูนิ่งๆ กวา 20 ชั่วโมงและไมมีขอมูลสารละลายที่กนหลุมกอนการเทคอนกรีต

10.2. สภาพเสาเข็มไมสมบูรณ (Poor Integrity Piles) สวนใหญจะเกิดจากสาเหตุตาง ๆ คือ ไมทําความสะอาดกนหลุม, ไมทําความสะอาดสารละลาย, สวนผสมคอนกรีตไมดี, เทคอนกรีตใตน้ําผิดวิธี คอนกรีตรถแรกเททะลุ ซึ่งความไมสมบูรณนี้จะตรวจพบไดจากการทดสอบดวย Sonic Logging Test ตามที่ภัคพงศ และ คณะ (2542) ไดทําการวิจัยไว ดังตัวอยางรูปที่15(ก ) ถึงรูปที่ 15(จ) รูป (ก) พบกอนดินขนาดเล็กแทรกตัวอยูที่บริเวณหัวเสาเข็ม รูป (ข) พบคอนกรีตเปนปูนทรายบริเวณหัวเสาเข็ม เนื่องจากคอนกรีตเกิด

การเยิ้ม (bleeding) รูป (ค) พบคอนกรีตที่มีกําลังต่ํา มีสารละลายเบ็นโทไนทปนที่บริเวณหัว

เสาเข็ม รูป (ง) พบตะกอนดินเปนบริเวณกวางในเนื้อคอนกรีตที่ระดับ 12.5 ถึง 13

เมตร รูป (จ) พบคอนกรีตที่ปลายเสาเข็มแยกตัวและผสมกับสารละลาย 11. เสาเข็มท่ีมีสมรรถนะสูง (Pile with High Performance) เสาเข็มเจาะแบบเปยกไมวาจะเจาะเปนรูปทรงกลมหรือ รูปทรงเหลี่ยม (Barrette) ถาทําการกอสรางตามขั้นตอนอยางถูกวิธีแลว จะสามารถรับน้ําหนักบรรทุกไดสูงตามที่ออกแบบไว ตัวอยางเชน เสาเข็ม

รูปที่ 15 ความไมสมบูรณของเสาเข็มจาก Sonic logging test (ภัคพงศ และคณะ 2542)

(ง)

(ข) (ก)

(ค)

(จ)

0

10

20

30

40

50

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Loa d (ton)

Set

tlem

ent (

mm

)

P ile B

P ile A

รูปที่ 14 Load settlement curve ของ pile A และ pile B

16

เจาะรูปเหลี่ยมขนาด 1.50x3.00เมตร เจาะลึก 57 เมตรในชั้นดินกรุงเทพรับน้ําหนักบรรทุกปลอดภัย 2,000ตัน ใชเวลากอสรางนาน 75 ชั่วโมงแตมีการทําความสะอาดหลุมเจาะและทดสอบสารละลายฯที่กนหลุมกอนการเทคอนกรีตอยางเปนขั้นตอน สามารถรับน้ําหนักทดสอบไดสูงสุดถึง 5,290 ตัน (Thasnanipan et al 1999) รูปที่16 12. บทสรุป (Conclusions) การเจาะและหลอคอนกรีตเสาเข็มระบบเจาะเปยกไมสามารถควบคุมคุณภาพไดดวยตาเปลา เนื่องจากเปนการทํางานภายใตสารละลายเบ็นโทไนท สมรรถนะของเสาเข็มชนิดนี้จึงขึ้นอยูกับความรู เร่ืองวิศวกรรมปฐพี, ความรูเร่ืองคุณสมบัติของเบนโทไนท, เร่ืองคอนกรีตเทคโนโลยี และความชํานาญงานของผูรับเหมาอยางแทจริง และเสาเข็มระบบนี้เปนระบบที่ดีสําหรับโครงสรางสมัยใหมซึ่งอาจจะยังไมมีระบบใดมาแทนที่ไดโดยงาย ปจจุบันมีผูประกอบการมากรายและมีมาตรฐานการผลิตเสาเข็มชนิดนี้แตกตางกันหลากหลายระดับ เพื่อยกระดับการผลิตของผูประกอบการในประเทศไทยใหมีมาตรฐานเดียวกันเพื่อทําใหเสาเข็มมีคุณภาพและสมรรถนะในการรับน้ําหนักไดสูงทัดเทียมกันนั้น องคกรของรัฐ, สถาบันทางวิชาการ และผูชํานาญการควรจะรวมมือกันรางขอกําหนดและมาตรฐานเพื่อใชเปนมาตรฐานที่เหมาะสมสําหรับประเทศไทยและ ใหทัดเทียมกับนานาประเทศ 13. กิตติกรรมประกาศ ขอขอบคุณผูรวมงานบริษัท ซีฟโก จํากัด ทุกคนที่ไดใหความชวยเหลือในการ พิมพ และจัดเรียงหนาสําหรับบทความนี้ 14. เอกสารอางอิง 1. AASHO (1992), Standard and specification for highway bridges. 2. ACI (1994), Standard specification for end bearing drilled piers,

(ACI 336.1) 3. ADSC (1995) Standard and specification for the foundation

drilling industry. (Incorporating ACI 336.1 94) 4. ADSC and DFI (1989), Drill shaft inspector’s manual. 5. British Standard Institution, BS8004: Code of practice for

foundation, BSI London.

6. Flemming, W. G. K. and Sliwinski, Z. J. (1977), The use and influence of bentonite in bored pile construction, CIRIA report PG3.

7. Hutchinson, M. T. , Daw, G. P., Shotton, P.G. and James, A. N. (1975), The properties of bentonite slurries used in diaphragm walling and their control., Diaphragm Walls and Anchorages, ICE, London, pp.33-39.

8. Reese, L. C. and Tucker, K. L. (1985), Bentonite slurry in constructing drilled piers, Drilled piers and caisson II, ASCE convention., Denver, Colorado, USA.

9. Sliwinski, Z. J. and Fleming, W. G. K. (1974), Practical consideration affecting the performance of diaphragm walls, Proceedings of the conference on diaphragm wall and anchorage, ICE, London.

10. Thasnanipan N., Baskaran G. & Anwar, M. A (1998), Effect of construction time and bentonite viscosity on shaft capacity of bored piles, 3rd Intl. Geotechnical seminar on deep foundations on bored and auger piles, Ghent, Belgium, Balkema, pp. 171-177.

11. Thasnanipan N., Anwar M.A., Muang, A.W. & Tansengs, P. (1999), Performance comparison of bored and excavated piles in the layered soils of Bangkok., Symposium on Innovative solutions in structural and geotechnical engineering, In honor of professor Seng Lip Lee, AIT, Bangkok., Thailand, pp. 345-353.

12. The Institution of Civil Engineers, ICE (1996), Specification for piling and Embedded Retaining wall (1996) Thomas Telford. London.

13. Tomlinson, M. J. (1994), Pile design and construction practice (4th edition), E & FN Spon.

14. Wates, J. A. and Knight. K. (1975), The effect of bentonite on the skin friction in cast in place piles and diaphragm walls, Proc. of 6th regional conf. For Africa on soil mechanics and foundation engineering, Dorhan, South Africa, pp. 183 –188.

15. Xanthakos, P. P. (1994), Slurry wall as structural systems 2nd edition, McGraw-Hill, Inc.

16. ณรงค ทัศนนิพันธ (2524), การตรวจสอบคุณสมบัติในสนามของสารละลายเบ็นโทไนท ที่ใชในการกอสรางเสาเข็มเจาะขนาดใหญ, เอกสารวิชาการเลมที่ 1, วสท., หนา 63 ถึง 70

17. ณรงค ทัศนนิพันธ (2540), ความกาวหนาทางเทคนิคการกอสรางเสาเข็มเจาะในกรุงเทพ ในปจจุบัน, การสัมนาทางวิชาการเรื่องฐานราก 40, จัดโดย ว.ส.ท., ณ. โรงแรมเซ็นทรัลพลาซา,ลาดพราว, หนา 1-26

18. ภัคพงศ ศรีวรรณวิทย, จรุง หิรัญออน และ สมบูรณ พิมสาร (2542), การทดสอบความสมบูรณของเสาเข็มเจาะลึกมากกอสรางในชั้นดิน

0

20

40

60

80

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Applied Load (Tons)

Pile

Hea

d M

ovem

ent (

mm

)

Barrette1.50mx3.0m pile tip at -57.5m

รูปที่ 16 ผลทดสอบการรับน้ําหนักของ barrette

17

กรุงเทพ โดยวิธี Sonic Logging และการแปลคลื่นสัญญาณ, การประชุมใหญทางวิชาการ 2542, จัดโดย วสท.