ออกแบบเสาเข็ม3. 3.13.1 บทนําบทนํา
ฐานรากลึก คือ ฐานรากที่ใชเสาเข็มทําหนาที่ถายน้ําหนักหรือแรงสูชั้นดินในลักษณะแรงเสียดทานรอบ
เสาเข็ม (Skin friction) และแรงแบกทานที่ปลายเสาเข็ม (End bearing) สามารถแบงประเภทของ
เสาเข็มออกเปน 2 ประเภท ตามลักษณะการรับน้ําหนัก
1) เสาเข็มเสียดทานหรือเสาเข็มลอย (Friction/Floating pile) คือเสาเข็มที่รับน้ําหนัก
บรรทุกโดยแรงเสียดทานรอบเสาเข็มเปนสวนใหญ
2) เสาเข็มดาล (End bearing pile) คือเสาเข็มที่มีแรงตานที่ปลายเสาเข็มสูงมากเมื่อ
เปรียบเทียบกับแรงเสียดทานรอบเสาเข็ม
5. 3.23.2 ประเภทของเสาเข็มประเภทของเสาเข็ม
เสาเข็มอาจจําแนกตามชนิดของวัสดุ วิธีการผลิต หรือวิธีการกอสรางไดดังนี้
ก) จําแนกตามชนิดของวัสดุ ไดแก เสาเข็มไม เสาเข็มคอนกรีต เสาเข็มคอนกรีตเสริมเหล็ก
เสาเข็มคอนกรีตเสริมเหล็กและลวดอัดแรง เสาเข็มเหล็กรูปพรรณ และเสาเข็มประกอบ
เชน เหล็กรูปพรรณชนิดทอกลมที่เติม (Filled) ดวยคอนกรีต หรือเสาเข็มคอนกรีตที่มี
แกนเหล็กรูปพรรณ เปนตน
ข) จําแนกตามวิธีการผลิต ไดแก เสาเข็มหลอในที่ (Cast-in-situ piles) และเสาเข็ม
สําเร็จรูป (Precast or Prefabricated piles) ซึ่งอาจเปนเสาเข็มคอนกรีตเสริม
เหล็ก หรือเสาเข็มคอนกรีตอัดแรง
6. 3.23.2 ประเภทของเสาเข็มประเภทของเสาเข็ม
เสาเข็มอาจจําแนกตามชนิดของวัสดุ วิธีการผลิต หรือวิธีการกอสรางไดดังนี้
ค) จําแนกตามวิธีการกอสราง ไดแก เสาเข็มเจาะ (Bored piles) เสาเข็มตอก (Driven
piles) เสาเข็มเจาะเสียบ (Pre-auger piles) และเสาเข็มเหล็กชนิดหลายทอนตอ
ติดตั้งโดยการกดหรือสั่นสะเทือน (Vibrating or Ramming) เปนตน
ง) จําแนกตามการเคลื่อนตัวของดินในระหวางการติดตั้งเสาเข็ม ไดแก เสาเข็มเคลื่อนตัว
มาก (Very large displacement pile) (เสาเข็มตอกปลายปด) เสาเข็มเคลื่อนตัว
นอย (Small displacement pile) (เสาเข็มตอกปลายเปดและเสาเข็มตอกรูปตัว H)
และเสาเข็มไมมีการเคลื่อนตัว (No displacement pile) (เสาเข็มเจาะ)
10. 3.33.3 เสาเข็มตอกเสาเข็มตอก
Drop Hammer เปนชนิดที่ไดรับความนิยมตอเนื่องมาเปน
ระยะเวลานานจนถึงปจจุบัน ประกอบดวยตุมน้ําหนัก (ขนาดตั้งแต 2.5
- 12 ตัน) โยงยึดกับเครื่องกวานดวยสลิงและรอก การตอกทําไดโดยใช
เครื่องกวานดึงตุมน้ําหนักใหยกตัวสูงขึ้นตามระยะที่ตองการ แลวปลอย
ใหตกกระแทกเสาเข็มอยางอิสระ (Free drop) ตุมน้ําหนักประเภทนี้
ใชตอกเสาเข็มไดทุกประเภท มีคาใชจายต่ํา แตมีประสิทธิผลในการสง
ถายพลังงานไปยังเสาเข็มคอนขางต่ํา (เกิดการสูญเสียพลังงานมาก)
3.3.1 ระบบของตุมน้ําหนักที่ใชตอกเสาเข็ม
Drop Hammer
Ram
Hammer cushion
Pile cap
Pile
Pile cushion
11. 3.33.3 เสาเข็มตอกเสาเข็มตอก
Single-Acting Hammer เปนปนจั่นที่ใชไอน้ํา (Steam)
แรงอัดอากาศ (Air pressure) หรือแรงดันไฮดรอลิค (Hydraulic
pressure) ยกตุมน้ําหนักขึ้นสูงตามตองการ แลวปลอยใหตก
กระแทกเสาเข็มอยางอิสระ ปนจั่นประเภทนี้มีตุมน้ําหนักขนาดตั้งแต
2.5 - 20 ตัน และใชตอกเสาเข็มไดทุกประเภท มีประสิทธิผลสูง
3.3.1 ระบบของตุมน้ําหนักที่ใชตอกเสาเข็ม
Single-Acting Hammer
Exhaust
Cylinder
Intake
Ram
Hammer cushion
Pile cap
Pile cushion
Pile
12. 3.33.3 เสาเข็มตอกเสาเข็มตอก
Double-Acting Hammer เปนปนจั่นที่ใชไอน้ํา แรงอัด
อากาศ หรือแรงดันไฮดรอลิค ในการยกตุมน้ําหนักขึ้นและเรง
ความเร็วในการตกกระแทก ปนจั่นชนิดนี้จึงมีประสิทธิภาพสูงมาก
และมีขนาดเล็กกวา Single-Acting Hammer
3.3.1 ระบบของตุมน้ําหนักที่ใชตอกเสาเข็ม
13. 3.33.3 เสาเข็มตอกเสาเข็มตอก
Diesel Hammer ทํางานโดยการอัดฉีดน้ํามันเขาไปในหอง
เผาไหมในขณะที่ตุมน้ําหนักกําลังตกกระแทกเสาเข็ม ทําใหเกิดการจุด
ระเบิดสวนผสมระหวางอากาศและน้ํามัน ดันใหตุมน้ําหนักเคลื่อนที่
กลับขึ้นไปยังตําแหนงเดิม ปนจั่นประเภทนี้ไมเหมาะสมกับการตอก
เสาเข็มในชั้นดินออนที่หนามาก เนื่องจากการจุดระเบิดเกิดไดอยางไม
เต็มที่ (เสาเข็มเคลื่อนตัวมาก) ปนจั่น Diesel Hammer ที่มีใชใน
ประเทศไทย (ขนาด 1.8 - 4.5 ตัน) จึงไมเหมาะที่จะใชในการตอก
เสาเข็มขนาดใหญ
3.3.1 ระบบของตุมน้ําหนักที่ใชตอกเสาเข็ม
Diesel Hammer
Ram
Hammer cushion
Pile cap
Pile cushion
Pile
Anvil
14. 3.43.4 เสาเข็มเจาะแหงเสาเข็มเจาะแหง
เสาเข็มเจาะแหง มีความแตกตางจากเสาเข็มตอกตรงที่เสาเข็มประเภทนี้เปนเสาเข็มที่หลอในที่ เสาเข็ม
เจาะแหงเหมาะสําหรับชั้นดินที่มีระดับน้ําใตดินต่ํามาก และเปนดินเชื่อมแนน (Cohesive soils) ที่มีกําลัง
ตานทานแรงเฉือนสูงปานกลาง เชน ดินเหนียว หรือดินเหนียวปนทราย ความเชื่อมแนนจะปองกันไมให
หลุมเจาะพังทลาย
เสาเข็มประเภทนี้เหมาะสําหรับดินในแถบภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย ซึ่งมีความแข็ง
มากและไมสามารถทําการตอกเสาเข็มใหไดความลึกตามตองการ และสามารถประยุกตใชกับดินเหนียวออน
ในแถบกรุงเทพมหานครและปริมณฑลได แตตองระวังมิใหทําการเจาะหลุมเจาะจนถึงชั้นทราย อันจะเปน
สาเหตุใหเกิดการพังทลายของหลุมเจาะ เนื่องจากปรากฏการณทรายเดือด (Boiling)
37. 3.63.6 เสาเข็มกดเสาเข็มกด
4) เทมอรตาลงในเสาเข็มเหล็ก เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของเสาเข็ม กะเทาะคอนกรีตหุมเสาตอมอจน
ถึงเหล็กเสริมและนําเหล็กรูปตัวซีมาเชื่อมตอเขากับเหล็กแกน เพื่อเพิ่มแรงยึดเกาะระหวางเสาตอมอกับฐาน
รากใหม เจาะรูที่เสาตอมอและรอยเหล็กเสริมผาน และทําการเชื่อมเหล็กเสริมใหเปนตะแกรงใหมีระยะหาง
เพียงพอที่จะตานทานโมเมนตดัด
41. 3.63.6 เสาเข็มกดเสาเข็มกด
Shoring
I-Beam
Existing pier
Shoring
8) ทําการยกปรับระดับเสาตอมอพรอมกันทุกตน โดยการยกปรับระดับเปนขั้นๆ ทุกครั้งที่มีการปรับ
ระดับ ตองขันตัวค้ํายัน (Shoring) ตามเสมอ
9) หลังจากไดระดับความสูงตามตองการแลว นําแมแรงออก และใสเหล็กตัว I เขาที่กึ่งกลางของเสา
ตอมอ และหลอเสาตอมอใหกลับสูสภาพเดิม
62. Kishida and Meyerhof (1965) เสนอความสัมพันธระหวางมุมเสียดทานภายในหลังตอกเสาเข็ม
กับมุมเสียดทานภายในของทรายกอนตอกเสาเข็มดังนี้
3.93.9 การประมาณน้ําหนักบรรทุกประลัยของเสาเข็มเดี่ยวการประมาณน้ําหนักบรรทุกประลัยของเสาเข็มเดี่ยว
ในชั้นทรายโดยวิธีสถิตยศาสตรในชั้นทรายโดยวิธีสถิตยศาสตร
0
1
40
2
φ
φ
+ °′
=′
เมื่อ φ′1 คือมุมเสียดทานภายในหลังตอกเสาเข็ม และ φ′0 คือมุมเสียดทานภายในกอนตอกเสาเข็ม
มุม 40 องศา ในสมการ บงบอกวาการตอกเสาเข็มในทรายที่มีมุมเสียดทานภายในเทากับ 40 องศา จะไม
กอใหเกิดการเปลี่ยนแปลงปริมาตร
65. 3.103.10 พื้นที่หนาตัดและพื้นที่รอบรูปของเสาเข็มพื้นที่หนาตัดและพื้นที่รอบรูปของเสาเข็ม
เสาเข็มหนาตัดปด (Closed-section pile) คือ เสาเข็มซึ่งผิวสัมผัสระหวางดินและเสาเข็มเกิดขึ้น
ตามแนวเสนรอบรูปของเสาเข็มไดอยางสมบูรณ เสาเข็มประเภทนี้ไดแกเสาเข็มทุกชนิด ยกเวนเสาเข็มรูปตัว
H (H pile) และเสาเข็มกลวง (Open-end pipe pile) การคํานวณพื้นที่หนาตัดปลายเสาเข็มและพื้นที่
รอบรูปเสาเข็มของเสาเข็มหนาตัดปดกระทําไดอยางงายดาย
เสาเข็มหนาตัดเปด (Open-section pile) คือ เสาเข็มที่มีผิวสัมผัสระหวางดินและเสาไมคอยดี
เสาเข็มประเภทนี้ไดแก เสาเข็มกลวง และเสาเข็มรูปตัว H พื้นที่สัมผัสที่ไมดีนี้กอใหเกิดความยุงยากในการ
คํานวณพื้นที่หนาตัดปลายเสาเข็มและพื้นที่รอบรูปเสาเข็ม
70. Meyerhof (1956) ไดเสนอความสัมพันธระหวางแรงเสียดทานประลัยรอบเสาเข็ม (fs) และกําลัง
ตานทานที่ปลายเข็ม (qb) กับคา SPT ซึ่งสามารถใชไดกับทั้งเสาเข็มในชั้นดินเหนียวและทราย ตอมา
Decourt (1982 และ 1995) ไดพัฒนาความสัมพันธดังกลาวในรูปของสมการดังตอไปนี้
3.113.11 การประมาณน้ําหนักบรรทุกประลัยการประมาณน้ําหนักบรรทุกประลัย
จากผลทดสอบในสนามจากผลทดสอบในสนาม
3.11.2 การทดสอบการทะลุทะลวงมาตรฐาน
2
60
(2.8 10) kN/msf Nα= +
2
60
( ) kN/mb b b
q K N=
เมื่อ N60 คือคาตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐานในสนาม α เทากับ 1 สําหรับเสาเข็มเคลื่อนตัวในดินทุกชนิด และ
สําหรับเสาเข็มไมเคลื่อนตัวในดินเหนียว และเทากับ 0.5 - 0.6 สําหรับเสาเข็มไมเคลื่อนตัวในดินเม็ดหยาบ
60
( )b
N คือคาเฉลี่ยของตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐานที่บริเวณปลายเข็ม และ Kb คือแฟคเตอรปลายเข็ม
88. 3.133.13 น้ําหนักบรรทุกยอมใหของเสาเข็มเดี่ยวน้ําหนักบรรทุกยอมใหของเสาเข็มเดี่ยว
Whitaker and Cooke (1966) ศึกษาอิทธิพลของรูปรางเสาเข็มตอพฤติกรรมการรับน้ําหนัก โดย
ติดตั้งมาตรวัดแรง (Load cell) ที่ผิวและปลายเสาเข็ม
ผลทดสอบแสดงใหเห็นวาเมื่อมีน้ําหนักบรรทุกกระทําบนเสาเข็ม แรงเสียดทานรอบเสาเข็มจะเกิดขึ้น
อยางรวดเร็วและมีความสัมพันธเชิงเสนตรงกับการเคลื่อนตัว แรงเสียดทานนี้เกิดขึ้นอยางเต็มที่ เมื่อเกิดการ
เคลื่อนตัวของเสาเข็มเพียงแค 0.5 เปอรเซ็นต ของเสนผานศูนยกลางเสาเข็ม ตอจากนั้น แรงเสียดทานนี้
อาจมีคาคงที่หรือลดลง ตามการเคลื่อนตัวของเสาเข็ม ในขณะที่ แรงแบกทานที่ปลายเข็มจะเกิดขึ้นอยาง
เต็มที่ เมื่อเกิดการทรุดตัวประมาณ 10 - 20 เปอรเซ็นต ของเสนผานศูนยกลางที่ปลายเข็ม
91. 3.143.14 แรงฉุดลงของเสาเข็มแรงฉุดลงของเสาเข็ม ((Negative Skin FrictionNegative Skin Friction :: NFNF))
แรงฉุดลงของเสาเข็ม คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหวางมวลดินกับเสาเข็ม อันเปนผลจากการที่ดิน
บริเวณรอบเสาเข็มเกิดการเคลื่อนตัวมากกวาการทรุดตัวของเสาเข็ม สภาพที่ทําใหเกิดแรงฉุดลง คือปลาย
เสาเข็มวางตัวในชั้นที่มีการทรุดตัวนอยและมีชั้นดินอัดตัวสูง (Highly compressive soil) เชน ดิน
เหนียวออน วางตัวอยูดานบน แรงฉุดลงจะเกิดในชั้นดินเหนียวออน ตั้งแตหัวเสาเข็มจนถึงจุดสะเทิน
(Neutral point) ซึ่งเปนจุดที่การเคลื่อนตัวของมวลดินกับเสาเข็มประมาณเทากัน
93. 3.143.14 แรงฉุดลงของเสาเข็มแรงฉุดลงของเสาเข็ม ((Negative Skin FrictionNegative Skin Friction :: NFNF))
3.14.1 สาเหตุของการเกิดแรงฉุดลง (Cause of Negative Skin Friction)
ในชั้นดินกรุงเทพ
1) ผลของการอัดตัวคายน้ําปฐมภูมิอันเนื่องจากความเคนที่กระทําบนผิวดิน เชน การถมดิน ฉุด
ใหเสาเข็มจมลง ในกรณีนี้ จุดสะเทิน (Neutral point) จะอยูบริเวณเสนขอบเขตระหวาง
ดินเหนียวออนกับดินเหนียวแข็งปานกลาง
2) การสูบน้ําบาดาลทําใหเกิดการเปลี่ยนแปลงความเคนประสิทธิผลในแนวดิ่ง เนื่องจากการ
ลดลงของความดันน้ํา (Pore pressure)
3) ผลจากการตอกเสาเข็ม เนื่องจากการตอกเสาเข็มเปนการรบกวนดินรอบขาง และทําใหเกิด
ความดันน้ําสวนเกิน (Excess Pore Pressure) ซึ่งมีผลทําใหดินเกิดการทรุดตัวดวย
น้ําหนักของดินเอง กรณีเชนนี้ มักเกิดกับดินที่มีคาความไวตัว (Sensitivity) สูง