การก่อสร้างกำแพงกันดิน โดยใช้แผ่น ชีทไพล์ (Sheet Pile Wall)

Posted : 05 พฤศจิกายน 2562 Detail : การก่อสร้างอาคารหรือสิ่งก่อสร้างที่มีขนาดใหญ่ ในพื้นที่อันจำกัด ต้องมีการสร้างระบบกำแพงกันดินเพื่อป้องกันการพังทลายของดินเมื่อต้องขุดดินลงไปก่อสร้างฐานรากของอาคารหรือ ฐานรากของเสาตอม่อ ( Pylon ) รถไฟฟ้าที่ต้องก่อสร้างฐานรากในพื้นที่อันจำกัด และยังมีน้ำหนักจากยานพาหนะที่สร้างแรงสั่นสะเทือนจนเกิดผลกระทบต่อการเคลื่อนตัวของดินรอบๆ หลุมขุดที่จัดทำไว้ เพื่อลงไปทำงานโครงสร้างใต้ดินเป็นที่ทราบกันว่าชั้นดินในเขตกรุงเทพมหานคร ลึกลงไปจากผิวดินประมาณ 10.00-12.00 เมตร เป็นดินเหนียวที่ไม่มีค่าความเชื่อมแน่น และรับแรงเฉือนได้น้อย เมื่อมีการก่อสร้างใต้ดิน ระบบโครงสร้างชั่วคราวป้องกันดินพังจึงต้องถูกนำมาใช้ แผ่นเหล็กชีทไพล์ ( Sheet Pile Walls ) เป็นโครงสร้างป้องกันดินรูปแบบหนึ่งที่ถูกเลือกใช้ รูปแบบของ Sheet Pile Walls มีด้วยกันหลายแบบดังนี้ Cantilever sheet down Walls เป็นการตอกฝังแผ่นผนังให้จมลงไปในดินระยะที่ปลายล่างของผนังยึดแน่นและรับแรงดันดินด้านข้างได้โดยไม่ล้มตัวลง Anchored sheet batch Walls มีลักษณะคล้ายแบบ Cantilever sheet stack Walls แต่เพิ่มการใช้ Anchor หรือ Tie Rod เป็นตัวยึดส่วนบนของผนังกันดินเข้ากับดินหรือวัสดุที่มีการน้ำหนักถ่วงไว้ Brace Cuts หรือ Brace Cofferdam ความมั่นคงแข็งแรงจะขึ้นอยู่กับตัวค้ำยัน ( strut ) ซึ่งแผ่นเข็มพืดจะถูกตอกลงไปก่อนการขุดและติดตั้ง Wale และ Strut ที่ระดับที่ออกแบบไว้ก่อนการขุดซึ่งในที่นี้จะกล่าวถึงการใช้วิธีการใช้ Sheet Pile ระบบ Brace cut เป็นหลักเพราะเป็นระบบที่พบเห็นทั่วไปในการก่อสร้างในเขต กรุงเทพฯโดยจะกล่าวถึงทฤษฎีการออกแบบเพียงเล็กน้อยเพื่อให้ ทราบถึงหลักการ แนวทางในการออกแบบพร้อมแสดงรายการคำนวณ

1. หลักการออกแบบระบบผนังกันดิน

1.1 แนวทางในการออกแบบ ในการออกแบบ Sheet Pile ในระบบ Brace Cut ในดินเหนียวอ่อนมีข้อคำนึงถึงดังนี้
1 ) แผ่น Sheet Pile ต้องสามารถต้านทานแรงกระทำด้านข้างจากดิน แรงดันน้ำ SurCharge โดยปราศจากการเกิด Buckling ในแผ่น Sheet Pile
2 ) ในโครงสร้างของระบบ Bracing ต้องแข็งแรงเพียงพอที่จะต้านทานการเคลื่อนตัวของดิน
3 ) เพื่อหลีกเลี่ยงการเคลื่อนตัวของดินโดยรอบควรใช้ระบบ Pre-Load หรือ Jacking กับ Strut
4 ) Bracing ยังสามารถถ่ายน้ำหนักไปยังโครงสร้างถาวรและไม่ทำให้โครงสร้างถาวรเกิดอันตราย
5 ) Sheet Pile ควรสามารถถอนขึ้นมาใช้ได้อีก ( Re-use )
1.2 การคำนวณแรงดันดินด้านข้าง ของระบบ Sheet Pile With Brace Cut ซึ่งประกอบด้วยแรงดันจากมวลดิน ถ่ายผ่านเม็ดดิน และแรงดันน้ำเข้าสู่ Sheet Pile จำเป็นต้องทราบถึงรูปแบบการวิบัติ เพื่อนำไปสู่การจำลองชนิดของการคำนวณ ( Model Simulation ) ให้ใกล้เคียงกับความเป็นจริง ในระบบ Sheet Pile With Brace Cut การออกแบบต้องคำนวณถึงแรงดันทางด้านข้าง ( entire horizontal stress ) การเกิด Heave ในบริเวณที่ขุดดินออกไป และ เสถียรภาพของระบบ Sheet Pile ทั้งหมด ( Overall Stability ) การวิบัติที่จะเกิดขึ้นได้ในระบบนี้คือการเกิด Heave ในบริเวณหลุมขุดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในโครงการที่การขุดเป็นบริเวณกว้าง และเกิดการเคลื่อนตัวของดินโดนรอบ กำแพง Sheet Pile With Brace Cut ในกรณีที่เกิดการเคลื่อนตัวมาก จำเป็นต้องใช้ระบบกำแพงกันดินที่แข็งแรงกว่า
รูปแบบของ Diagram แสดงแรงดันดินใน Sheet Pile With Brace Cut ที่นิยมใช้มากที่สุด เป็น Diagram ที่นำเสนอโดย Peck ( 1969 ) โดยแยกเป็นสมการเพื่อหา แรงดันในทรายและแรงดันในดินในสภาพ Undrained Cohesion ค่า Ø = 0
2. การออกแบบ Braced Cuts ในการออกแบบ Braced Cuts จะออกแบบแต่ละชิ้นส่วนใน Braced Cuts หลังจากทราบค่าแรงดันด้านข้าง ( Lateral Eath Pressure ) รายละเอียดของการออกแบบแต่ละส่วนมีดังนี้
2.1 การออกแบบ Strut  Strut เป็นชิ้นส่วนประเภทเสารับแรงอัดวางในแนวนอนที่รับ Bending Moment โดยมีระยะห่างในแนวดิ่งไม่น้อยกว่า 2.75 เมตร และการรับน้ำหนักของ Strut จะขึ้นอยู่กับค่า Slenderness Ratio L/R ของชิ้นส่วนที่จะสร้างเป็น Strut คำนวณหาแรงปฏิกิริยาที่กระทำสู่ Strut จากผนังแผ่น Sheet Pile เมื่อทราบค่าของ Strut Load แล้วสามารถคำนวณหาขนาดหน้าตัดและความยาวของ Strut โดยวิธีการออกแบบชิ้นส่วนรับแรงอัด
2.2 การออกแบบ แผ่น Sheet Pile 
1 ) ออกแบบโดยการพิจารณาค่า Bending Moment สูงสุดที่กระทำผนัง Sheet Pile / ความกว้างผนัง 1.00 เมตร
2 ) ค่า Bending Moment พิจารณาใช้ค่าสูงสุดที่กระทำต่อผนังใช้ออกแบบ
3 ) คำนวณหาค่า Section Modulus ได้จากวิธีการคำนวณหาชิ้นส่วนต้านทานแรงดัด
4 ) ค่า allowable Flexural Stress ของ Sheet Pile สามารถค้นหาข้อมูลได้จากผู้จำหน่ายหรือผู้ให้เช่าแผ่น Sheet Pile
2.3 การออกแบบ Wale
1 ) Waleเป็นชิ้นส่วนที่เป็นคานต่อเนื่อง คือมี Support ที่ตำแหน่งของ Strut แรงที่กระทำสู่Wale คือแรงดันดินถ่ายผ่าน ผนังแผ่น Sheet Pile เป็นลักษณะ Linier หรือ Distribution Load
2 ) คำนวณหาค่า Bending Moment
3 ) คำนวณหาค่า Section Modulus และทำตามวิธีคำนวณชิ้นส่วนรับแรงดัด แต่ควรเลือกหน้าตัดให้มีขนาดเท่ากันกับ Strut เพื่อความสะดวกในการเชื่อมยึดกัน

• เหล็กค้ำยันรอบ ( Wale ) เป็นส่วนของโครงสร้างที่ต้านทานแรงกระทำทางด้านข้างจากเข็มพืด ( Sheet Pile )  ซึ่งจะถ่ายแรงเป็นแรงกระจาย ( Uniform Horizontal Force ) เข้าสู่เหล็กค้ำยันรอบ       ( Wale )
• เหล็กค้ำยัน ( Strut ) เป็นส่วนโครงสร้างที่รับแรงตามแนวแกนที่ถ่ายจากเหล็กค้ำยันรอบ (Wale) และรับแรงจากแนวดิ่งที่ถ่ายลงจากเหล็กแผ่นพื้น ( Platform ) ซึ่งนำมาวางไว้บนโครงสร้าง Strut เพื่อใช้ประโยชน์ในการก่อสร้าง โดยทั่วไปเหล็กค้ำยัน จะมี 2 ชนิดคือ เหล็กค้ำยันทางด้านยาวและด้านขวางและแบ่งเป็นชั้นๆตามระดับความลึก ของการขุดและจะติดตั้ง Kirin Jack ไว้ที่Strut ด้วยเพื่อทำการอัดแรงล่วงหน้า ( Pre-Load ) ออกทั้ง 4 ด้านของภายในกำแพงเพื่อประโยชน์ในการรับแรงดันได้ดีขึ้น

• เสาค้ำยันหลัก ( King Post ) เป็นส่วนที่รับแรงจากเหล็กค้ำยัน (Strut) ในแนวดิ่งแล้วถ่ายลงสู่ดินทำหน้าที่เหมือนเสาในอาคารขนาดใหญ่ บางที่ยังออกแบบให้เป็นฐานรองรับปั้นจั่นเสาสูง (Tower Crane ) ในการขนส่งวัสดุอีกด้วย

3. ข้อพิจารณาในการก่อสร้างระบบโครงสร้างกำแพงกันดิน Sheet Pile With  BraceCut
1 ) แนวการตอกเหล็กแผ่นพืด ( Sheet Pile ) ต้องอยู่ห่างจากขอบฐานรากโดยมีระยะพอเพียง สำหรับการติดตั้งและรื้อถอนไม้แบบฐานราก
2 ) เสาค้ำยันหลัก ( King Post ) ที่ทำการตอกเพื่อรับน้ำหนักที่ถ่ายจากค้ำยัน ( Strut ) ต้องมีความยาวตามกำหนดและได้แนวดิ่ง

3 ) ค้ำยัน ( Strut ) และรัดรอบ ( Wale ) ต้องได้แนวตรงเพื่อให้สามารถถ่ายแรงได้ตามแนวแกนตามวัตถุประสงค์
4 ) แนวการเชื่อมของโครงสร้างที่เป็นเหล็กต้องเชื่อมให้ได้ความยาวและขนาดการเชื่อมที่ได้รับการออกแบบ มาอย่างเคร่งครัด เพื่อความแข็งแรงและความปลอดภัยของโครงสร้าง
5 ) ภายหลังจากการติดตั้งระบบกันดินแล้วเสร็จและมีการขุดดินในหลุมขุดแล้วจะต้องมีการตรวจสอบการเคลื่อนตัวของกำแพงกันดินทุกวันก่อนทำการก่อสร้าง จนกว่าการก่อสร้างในส่วนใต้ดินนั้นแล้วเสร็จ เพื่อนำมาเป็นข้อมูลในการพิจารณาเสถียรภาพ ( Stability ) ของกำแพงกันดินว่ามีความปลอดภัยหรือไม่
4. การก่อสร้างกำแพงกันดิน
ก่อนลงมือก่อสร้างจะต้องศึกษารายละเอียดในแบบทั้งหมด ให้เข้าใจอย่างชัดเจนก่อนการทำงาน
วิธีการก่อสร้างมีขั้นตอนดังนี้
1 ) ต้องสำรวจหาข้อมูลว่าบริเวณใต้ดินนั้นๆมีระบบสาธารณูปโภคอยู่หรือไม่เช่นท่อไฟฟ้า ท่อประปา ถ้ามีต้องทำการเคลื่อนย้ายให้พ้นจากแนวพื้นที่ก่อสร้างก่อน เพื่อป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้น
2 ) เลือกเครื่องมือให้เหมาะสมกับสภาพหน้างานเช่น เครื่องตอกและถอนแผ่นเหล็กพืด ( Sheet Pile ) ในปัจจุบันนี้นิยมใช้รถแบคโฮขนาด PC300, PC500 ติดตั้งหัวไวร์โบร์ ( Vibro Hammer ) ซึ่งมีความสะดวกในการเคลื่อนย้าย และทำงานตอกและถอนแผ่นเหล็กพืด ( Sheet Pile ) ใช้พื้นที่ในการทำงานไม่มากนักเทียบกับเครื่องจักรแบบเดิมที่เป็นรถเครนตีนตะขาบ ( Crawer Crane ) และควรจัดพื้นที่สำหรับทางขนส่งดินขุดออกจากหลุมขุดด้วย
3 ) ทำการวางแนวการตอกแผ่นเหล็กพืด ( Sheet Pile ) โดยทั่วไปให้ห่างจากแนวหล่อโครงสร้างประมาณ 1.00 -1.50 เมตรตามความเหมาะสม
4 ) ปักแผ่นเหล็กพืด ( Sheet Pile ) ตามแนวที่วางไว้และทำการตอกแผ่นเหล็กพืด ( Sheet Pile ) ทีละแผ่นให้ได้ระดับที่ต้องการ
5 ) ติดตั้งเหล็กรัดรอบ ( Wale ) และเหล็กค้ำยัน ( Strut ) วางตามแนวที่กำหนดและทำการเชื่อมติดกันที่จุดต่อในส่วนเหล็กค้ำยันในช่วงกลางหลุมขุดต้องมีการติดตั้ง Kirin Jack เพื่อการอัดแรงค้ำยัน ( Pre-load ) ให้เกิดการอัดออกทุกทิศทางของกำแพงกันดิน ในการก่อสร้างจริงมีการทำงานเสาเข็มเสร็จก่อนการทำงานระบบป้องกันดิน ดังนั้นการขุดดินเพื่อติดตั้งระบบค้ำยันทั้งเหล็กรัดรอบ ( Wale ) และเหล็กค้ำยัน ( Strut ) ในแต่ละขั้นต้องขุดดินและตัดหัวเสาเข็มลงไปทีละชั้นด้วยเพราะเสาเข็มทำให้ไม่สามารถขุดดินลงไปได้
5. การตรวจสอบเสถียรภาพ ของกำแพงกันดิน ( Sheet Pile Wall Stability ) 
หลังจากที่มีการติดตั้งโครงสร้างระบบกำแพงกันดินโดยต้องมีการตรวจสอบทั้งวัสดุและวิธีการในการติดตั้งอย่างเคร่งครัดในทุกขั้นตอนการติดตั้ง หลังจากนั้นเมื่อมีการขุดดินและมีการลงไปทำงานในพื้นที่ภายในกำแพง โครงสร้างกำแพงกันดิน จะอยู่ในสภาวะรับน้ำหนักกระทำทั้งจากแรงดันดินที่พยายามเคลื่อนตัวเข้าหา หลุมขุดและมีแรงสั่นสะเทือนจากเครื่องจักรหรือการสัญจรของยวดยาน หรือน้ำหนักบรรทุก จาก Surcharge Load รวมทั้งจากน้ำฝนที่จะช่วยเพิ่มน้ำหนักกดลงในดินรอบกำแพง ที่จะส่งผลต่อการเคลื่อนตัวเข้าหากันให้เกิดการเสียรูปของกำแพง
จากปัจจัยต่างๆที่กล่าวมา มีผลที่จะก่อให้เกิดการวิบัติหรือพังลงของโครงสร้างกำแพงกันดิน ซึ่งจะเกิดความเสียหาย ทั้งชีวิตและทรัพย์สินเป็นอันมาก จึงต้องมีมาตรการควบคุมและเฝ้าติดตามไม่ให้เกิดเหตุขึ้นโดยการจัดทำแผนตรวจสอบเสถียรภาพของกำแพงกันดิน เพื่อเฝ้าระวังการเกิดเหตุ โดยตรวจสอบดังนี้

• ทำการคำนวณเพื่อคาดการณ์การเคลื่อนตัวของดินสูงสุดและแบ่งการเฝ้าระวังเป็นช่วงต่างๆ เช่นเมื่อมีการเคลื่อน 75% จากการคาดการณ์ ต้องดำเนินการอย่างไร 85% จากการคาดการณ์ ต้องดำเนินการอย่างไรหรือเมื่อเข้าใกล้ 100% จากการคาดการณ์  ต้องดำเนินการอย่างไร โดยต้องจัดทำเป็นระเบียบปฏิบัติ ( Procedure ) ให้ชัดเจน
• ติดตั้ง Inclinometer เพื่อตรวจสอบการเคลื่อนตัวของกำแพงกันดินเพื่อนำข้อมูลมาใช้คำนวณหาการเคลื่อนตัวของดิน ทุก 1ครั้ง/สัปดาห์หรืออาจมากกว่าโดยกำหนดตำแหน่งและจำนวนการติดตั้งให้เหมาะสม
• ตั้งตั้งอุปกรณ์เพื่อตรวจสอบการทรุดตัวของดินรอบกำแพงกันดิน ( Surface Settlement )
• ข้อมูลทั้งหมดต้องถูกนำไปวิเคราะห์เพื่อการควบคุมความปลอดภัยของกำแพงกันดิน

6.  การรื้อถอนโครงสร้างกำแพงกันดิน
หลังจากทำการก่อสร้างโครงสร้างใต้ดินแล้วเสร็จ เราต้องทำการรื้อถอนโครงสร้างกำแพงกันดินชั่วคราวออก โดยมีขั้นตอนดังนี้
1 ) ถมดินลงไปในบ่อหลุมขุดให้ถึงระดับใต้ค้ำยัน
2 ) รื้อถอนค้ำยันและเหล็กรัดรอบออก
3 ) ถมดินหรือทรายให้เต็มระดับดินรอบหลุมขุด
4 ) ถอนแผ่นเหล็กพืด ( Sheet Pile ) ออกโดยเรียงลำดับตามแนวทีละแนว
5 ) ในกรณีที่มีการปักแผ่นเหล็กพืด ( Sheet Pile ) ในระดับลึกมากเช่น 10.00 เมตร ขึ้นไปควรคำนึงถึงการเคลื่อนตัวของดินด้วย วิธีหนึ่งที่จะทำการป้องกันการเคลื่อนตัวของดินคือการอัดน้ำปูน ลงไปที่ระดับปลายความลึกแผ่นเพื่อแทนที่ช่องว่างของดิน น้ำปูนมีส่วนผสมของ Cement และ Bentonite โดยต่อท่อTremie pipe และใช้เครื่อง Grout Pump อัด Cement Bentonite ลงไปในขณะที่ทำการถอนแผ่นให้น้ำปูนล้นขึ้นมาถึงพื้นด้านบน โดยมีระยะห่างการส่งท่อลงใต้ดินทุกๆ 5.00 เมตร

6 ) ทำการถอนแผ่นออกทีละแถวจนแล้วเสร็จ
จากขั้นตอนการออกแบบและก่อสร้างระบบกำแพงกันดิน จะเห็นได้ว่าต้องอาศัยข้อมูลจากการสำรวจชั้นดิน การออกแบบจากผู้มีประสบการณ์โดยตรง และการควบคุมการก่อสร้างทุกขั้นตอนตั้งแต่การเตรียมสถานที่ วางแนวการปักตอก Sheet Pile งานติดตั้งโครงสร้างส่วนประกอบ และการอัดแรง pvc-load ด้วย Kirin Jack ซึ่งแต่ละขั้นตอนต้องควบคุมดูแลอย่างใกล้ชิด รวมถึงเมื่อมีการขุดดินภายในกำแพง ต้องมีการตรวจสอบความแข็งแรงปลอดภัยของกำแพงทั้งหมด เมื่อถึงขั้นตอนการรื้อถอน จะต้องมีการวางแผนและควบคุมให้มีการปฏิบัติตามแผนเป็นอย่างดีเพื่อป้องกันความเสียหายจากการเคลื่อนตัวของดิน
ดังนั้นเมื่อไล่เรียงทุกขั้นตอนจากต้นจนจบงานกำแพงใต้ดิน ซึ่งเป็นโครงสร้างพิเศษ ผู้ทำงานเกี่ยวข้องในทุกขั้นตอนต้องมีความชำนาญ และต้องใช้ความระมัดระวังเป็นอย่างสูง ในการปฏิบัติงาน วิศวกรควบคุมงาน ต้องเฝ้าติดตาม และตรวจสอบอย่างใกล้ชิด เพื่อให้งานทุกขั้นตอนได้คุณภาพ และความปลอดภัยอย่างสูง

reservoir : https://www.jorihulkkonen.com
category : ฟุตบอล