การแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์

โครงสร้างอาคาร จะมีส่วนสำคัญที่สุด คือฐานราก เพราะรับน้ำหนักทั้งหมดของอาคาร ฐานรากโดยทั่วไป แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ ฐานรากแผ่และฐานรากเสาเข็ม หากฐานรากมีความมั่นคงและแข็งแรง จะทำให้การใช้งานอาคาร มีความปลอดภัย
                ฐานรากแผ่ คือฐานรากที่รับน้ำหนักทั้งหมดของอาคาร ซึ่งถ่ายลงมาจากเสาตอม่อ ลงสู่ฐานรากแผ่ และฐานรากแผ่ถ่ายน้ำหนักให้ดิน อีกทอดหนึ่ง
                ฐานรากเสาเข็ม คือฐานรากที่รับน้ำหนักทั้งหมดของอาคาร ซึ่งถ่ายลงมาจากเสาตอม่อ เช่นเดียวกับฐานรากแผ่ ต่างกันตรงที่ ถ่ายน้ำหนักลงสู่เสาเข็ม และเสาเข็มถ่ายน้ำหนักให้ดินที่อยู่รอบผิวเสาเข็มและปลายเสาเข็ม อีกทอดหนึ่ง
                เสาเข็ม มีหน้าที่รับน้ำหนักทั้งหมดของอาคาร ซึ่งถ่ายน้ำหนักลงมาจากส่วน ต่างๆ ของโครงสร้างอาคาร เช่น หลังคา พื้น บันได คาน และเสา เป็นต้น และถ่ายน้ำหนักที่รับมาทั้งหมดนี้ ไปยังชั้นดินรอบผิวเสาเข็มและปลายเสาเข็ม อีกทอดหนึ่ง
                ปัญหาที่มักเกิดขึ้นกับฐานรากเสาเข็ม ได้แก่ ความคลาดเคลื่อนในการตอกหรือติดตั้งเสาเข็ม ไม่สามารถตอกหรือติดตั้งเสาเข็ม ได้ตามตำแหน่งที่ออกแบบไว้ เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการเยื้องศูนย์ ซึ่งจะมีผลต่อพฤติกรรม ( behavior ) ที่เกิดขึ้นกับเสาเข็ม ดังนั้น เมื่อตอกเสาเข็มเสร็จแล้ว จะต้องตรวจสอบตำแหน่งของเสาเข็ม เปรียบเทียบกับตำแหน่งที่ออกแบบไว้ ระยะที่คลาดเคลื่อน จะเรียกว่าระยะเบี่ยงเบน ( deviation ) เพื่อหาระยะเยื้องศูนย์ระหว่างเสาตอม่อกับเสาเข็ม ซึ่งอาจเยื้องศูนย์แกนเดียวหรือสองแกน ก็ได้ และวิเคราะห์พฤติกรรม ที่เกิดขึ้นกับเสาเข็ม จากนั้นจึงแก้ไขตามพฤติกรรมที่เกิดขึ้น
                ผลจากการเยื้องศูนย์ของเสาเข็ม จะทำให้เกิดโมเมนต์เยื้องศูนย์เพิ่มขึ้นมา นอกเหนือจากแรงตามแนวแกน ซึ่งโมเมนต์เยื้องศูนย์ที่เพิ่มขึ้นมานี้ จะมีผลต่อพฤติกรรมที่เกิดขึ้นกับเสาเข็ม ทำให้การรับน้ำหนักของเสาเข็มแต่ละต้น ไม่เท่ากัน ตามทิศทางของโมเมนต์เยื้องศูนย์ เพราะเกิดแรงอัดและแรงดึงกระทำต่อเสาเข็ม ซึ่งไม่เป็นไปตามที่วิศวกรโครงสร้าง ออกแบบไว้ ดังนั้น จะต้องวิเคราะห์และแก้ไขตามพฤติกรรมที่เกิดขึ้นกับเสาเข็ม
                การตรวจสอบและแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์ จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขให้ถูกต้อง ก่อนจะเริ่มงานฐานราก การรับน้ำหนักที่เกิดขึ้นของเสาเข็มแต่ละต้น จะต้องไม่มากกว่า ความสามารถในการรับน้ำหนักปลอดภัยของเสาเข็ม มิฉนั้น จะต้องแก้ไข เช่น เพิ่มเสาเข็มหรือเพิ่มโครงสร้าง เป็นต้น เพื่อความปลอดภัย ในการใช้งานอาคาร รายละเอียดของการแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์ มีดังนี้
การแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์
                เนื่องจากฐานรากเสาเข็ม จะมีทั้งฐานรากเสาเข็มเดี่ยวและฐานรากเสาเข็มกลุ่ม ดังนั้น การแก้ไขจะอยู่ที่ ประเภทของฐานรากและจำนวนแกนที่เยื้องศูนย์ ดังนี้
                ฐานรากเสาเข็มกลุ่ม

                การแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์ ของฐานรากเสาเข็มกลุ่ม มีดังนี้
                1 ตรวจสอบระยะเบี่ยงเบน ของเสาเข็มแต่ละต้น ในแต่ละแกน
                2 คำนวณตำแหน่งจุดศูนย์ถ่วง ของกลุ่มเสาเข็ม ในแต่ละแกน โดยใช้สมการทางกลศาสตร์
                3 หาตำแหน่งเยื้องศูนย์ ( eccentric ) ซึ่งอาจเยื้องศูนย์แกนเดียวหรือสองแกน ก็ได้
                4 คำนวณโมเมนต์เยื้องศูนย์ ในแต่ละแกน
                5 คำนวณน้ำหนักที่ถ่ายลงเสาเข็มแต่ละต้น ในแต่ละแกน
                6 น้ำหนักทั้งหมดที่ถ่ายลงเสาเข็มแต่ละต้น จะต้องไม่มากกว่า ความสามารถในการรับน้ำหนักปลอดภัยของเสาเข็ม มิฉนั้น จะต้องแก้ไข เช่น เพิ่มเสาเข็มหรือเพิ่มโครงสร้าง เป็นต้น
                7 คำนวณเหล็กเสริมในเสาตอม่อ เนื่องจากมีโมเมนต์เยื้องศูนย์เพิ่มขึ้นมา นอกเหนือจากแรงตามแนวแกน
                8 คำนวณเหล็กเสริมในฐานราก เนื่องจากแรงกระทำและระยะของเสาเข็ม มีการปลี่ยนแปลงจากเดิม
                ฐานรากเสาเข็มเดี่ยว
                การแก้ไขค่อนข้างยุ่งยากกว่า ฐานรากเสาเข็มกลุ่ม แรงดัดจากโมเมนต์เยื้องศูนย์ จะต้องไม่ทำให้เกิดหน่วยแรงดึง ในเสาเข็ม มิฉนั้น จะต้องแก้ไข เช่น เพิ่มเสาเข็มหรือเพิ่มโครงสร้าง เป็นต้น

                 การหาระยะเยื้องศูนย์ ที่ไม่ทำให้เกิดหน่วยแรงดึง ในเสาเข็ม จะใช้สมการหน่วยแรงตามแนวแกนและหน่วยแรงดัด ดังนี้                S = P/A ± M*c/I                โดยที่ S คือผลรวมของหน่วยแรงตามแนวแกนและหน่วยแรงดัด
                P คือน้ำหนักที่ถ่ายลงเสาเข็ม
                A คือพื้นที่หน้าตัดของเสาเข็ม
                M คือโมเมนต์เยื้องศูนย์ ในแต่ละแกน
                c คือระยะที่ต้องการหาหน่วยแรง ในแต่ละแกน
                I คือโมเมนต์อิเนอร์เชียของหน้าตัดเสาเข็ม ในแต่ละแกน
                การหาระยะเยื้องศูนย์ ที่ไม่ทำให้เกิดหน่วยแรงดึง ในเสาเข็ม จะขึ้นอยู่กับหน้าตัดของเสาเข็ม เพราะเกี่ยวข้องกับ ค่า I และ c ซึ่งระยะเยื้องศูนย์ ที่ไม่ทำให้เกิดหน่วยแรงดึง จะต้องมีผลรวมของหน่วยแรงด้านค่าน้อย ในทุกแกน เป็นศูนย์ ดังสมการ
                S = P/A-M*c/I = 0 กรณีหน้าตัดเสาเข็มเป็นสี่เหลี่ยม จะได้
                P/A-6*M/B/(L^2) = 0
                P/A-6*P*e/A/L = 0
                P/A(1-6*e/L) = 0
                1-6*e/L = 0
                e = L/6
                ดังนั้น ระยะเยื้องศูนย์ ที่ไม่ทำให้เกิดหน่วยแรงดึง ในเสาเข็มหน้าตัดสี่เหลี่ยม ในแต่ละแกน จะอยู่ที่ 1/6 ของความยาวหน้าตัดเสาเข็ม ทำนองเดียวกัน ระยะเยื้องศูนย์ของเสาเข็มกลม จะอยู่ที่ 1/8 ของเส้นผ่านศูนย์กลางเสาเข็ม หากมีระยะเยื้องศูนย์สองแกน ระยะเยื้องศูนย์จะต้องอยู่ภายในพื้นที่เคิร์น ( Kern area )
                วิธีการแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์ คือการจัดการโมเมนต์เยื้องศูนย์และหน่วยแรงดึง เป็นหลัก ไม่ใช่ขยายฐาน ครับ
 ตัวอย่างการแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์
Location : B8
                Loadings :
                area = 4.00*5.75 = 23.00 m^2
                estimated LL&LL = 1,200 kg/m^2
                floor loading = 23.00*1,200*3 = 82,800 kg
                roof loading = 23.00*800 = 18,400 kg
                total loading = 101,200 kg

                 x = 0.13/2 = 0.065 m
                y = 1.78/2 = 0.89 m
                ex = 0.065-0.04 = 0.025 m
                My = 101,200*0.025 = 2,530 kg m

                C = T = 2,530*0.065/(0.065^2+0.065^2) = 19,462 kg
                Max = 70,062 kg => overload
                Min = 31,138 kg

Location : B9
                Loadings :
                area = 4.00*5.75 = 23.00 m^2
                estimated LL&LL = 1,200 kg/m^2
                floor loading = 23.00*1,200*3 = 82,800 kg
                roof loading = 23.00*800 = 18,400 kg
                total loading = 101,200 kg

                 x = 0.09/2 = 0.045 m
                y = 1.70/2 = 0.85 m
                ex = 0.045 m
                ey = 0.89-0.85 = 0.04 m
                Mx = 101,200*0.04 = 4,048 kg m
                My = 101,200*0.045 = 4,554 kg m

                C = T = 4,048*0.85/(0.85^2+0.85^2) = 2,381 kg
                C = T = 4,554*0.045/(0.045^2+0.045^2) = 50,600 kg
                Max = 98,819 kg => overload
                Min = 2,381 kg

UB1 ( 0.60*1.40 m )
Location : line B

                 M = 5,177 kg m                As = 3.25 cm^2 => 4.28
                use 5DB20 mm
                V = 101,886 kg
                use 2RB12 mm @0.10

UB2 ( 0.60*1.40 m )
Location : line 9 

                 M = 18,394 kg m
                As = 11.53 cm^2 => 15.22
                use 5DB20 mm
                V = 109,483 kg
                use 3RB12 mm @0.10

หลักการเพิ่มโครงสร้าง
                1 จะต้องให้จุดศูนย์ถ่วงของเสาตอม่อ ฐานราก และกลุ่มเสาเข็ม อยู่ในตำแหน่งเดียวกัน เพื่อตัดโมเมนต์เยื้องศูนย์ออกไป
                2 โครงสร้างที่เพิ่มขึ้นมา จะเป็นคานรับเสาอาคาร
                3 จำนวนคานรับเสาอาคาร จะขึ้นอยู่กับจำนวนแกนที่เยื้องศูนย์
                4 น้ำหนักที่ถ่ายลงฐานราก จะต้องไม่มากกว่า ความสามารถในการรับน้ำหนักปลอดภัยของเสาเข็ม มิฉนั้น จะต้องเพิ่มเสาเข็ม
                ที่กล่าวมานี้ ผมหวังว่า ผู้สนใจที่เข้ามาอ่าน คงได้ความรู้และมีความเข้าใจ ในเรื่องการแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์ ดียิ่งขึ้น ซึ่งวิธีการที่ถูกต้อง ในการแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์ คือการจัดการโมเมนต์เยื้องศูนย์และหน่วยแรงดึง เป็นหลัก ไม่ใช่ขยายฐาน ครับ

ตัวอย่างการแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์

Location : B8
Loadings :
area = 4.005.75 = 23.00 m^2 estimated LL&LL = 1,200 kg/m^2 floor loading = 23.001,2003 = 82,800 kg roof loading = 23.00800 = 18,400 kg
total loading = 101,200 kg

            x = 0.13/2 = 0.065 m
            y = 1.78/2 = 0.89 m
            ex = 0.065-0.04 = 0.025 m
            My = 101,200*0.025 = 2,530 kg m



            C = T = 2,530*0.065/(0.065^2+0.065^2) = 19,462 kg
            Max = 70,062 kg => overload
            Min = 31,138 kg

Location : B9
Loadings :
area = 4.005.75 = 23.00 m^2 estimated LL&LL = 1,200 kg/m^2 floor loading = 23.001,2003 = 82,800 kg roof loading = 23.00800 = 18,400 kg
total loading = 101,200 kg

            x = 0.09/2 = 0.045 m
            y = 1.70/2 = 0.85 m
            ex = 0.045 m
            ey = 0.89-0.85 = 0.04 m
            Mx = 101,200*0.04 = 4,048 kg m
            My = 101,200*0.045 = 4,554 kg m



            C = T = 4,048*0.85/(0.85^2+0.85^2) = 2,381 kg
            C = T = 4,554*0.045/(0.045^2+0.045^2) = 50,600 kg
            Max = 98,819 kg => overload
            Min = 2,381 kg

UB1 ( 0.60*1.40 m )
Location : line B

            M = 5,177 kg m
            As = 3.25 cm^2 => 4.28
            use 5DB20 mm
            V = 101,886 kg
            use 2RB12 mm @0.10

UB2 ( 0.60*1.40 m )
Location : line 9

            M = 18,394 kg m
            As = 11.53 cm^2 => 15.22
            use 5DB20 mm
            V = 109,483 kg
            use 3RB12 mm @0.10

หลักการเพิ่มโครงสร้าง
1 จะต้องให้จุดศูนย์ถ่วงของเสาตอม่อ ฐานราก และกลุ่มเสาเข็ม อยู่ในตำแหน่งเดียวกัน เพื่อตัดโมเมนต์เยื้องศูนย์ออกไป
2 โครงสร้างที่เพิ่มขึ้นมา จะเป็นคานรับเสาอาคาร
3 จำนวนคานรับเสาอาคาร จะขึ้นอยู่กับจำนวนแกนที่เยื้องศูนย์
4 น้ำหนักที่ถ่ายลงฐานราก จะต้องไม่มากกว่า ความสามารถในการรับน้ำหนักปลอดภัยของเสาเข็ม มิฉนั้น จะต้องเพิ่มเสาเข็ม
ที่กล่าวมานี้ ผมหวังว่า ผู้สนใจที่เข้ามาอ่าน คงได้ความรู้และมีความเข้าใจ ในเรื่องการแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์ ดียิ่งขึ้น ซึ่งวิธีการที่ถูกต้อง ในการแก้ไขเสาเข็มเยื้องศูนย์ คือการจัดการโมเมนต์เยื้องศูนย์และหน่วยแรงดึง เป็นหลัก ไม่ใช่ขยายฐาน ครับ

Cr. https://www.bloggang.com/viewdiary.php?id=engnr&month=01-2018&date=28&group=2&gblog=22

บริษัท พี เอส ซี กรุ๊ป(1988) จำกัด จำหน่าย เสาเข็มคอนกรีตอัดแรง ท่อระบายน้ำคอนกรีตอัดแรง (แบบเหลี่ยม) ท่อระบายน้ำคอนกรีตอัดแรง (แบบกลม) แผ่นพื้นคอนกรีตอัดแรงสำเร็จรูป