2. งานทดสอบกำลังรับน้ำหนักของเสาเข็ม (Pile Capacity Test)

  • Static Pile Load Test
  • High Strain Dynamic Pile Load Test
  • Bi-Direction Test


Static Pile Load Test
การทดสอบกำลังรับน้ำหนักบรรทุกของเสาเข็มแบบสถิตยศาสตร์มีวิวัฒนาการมาโดยตลอด เริ่มจากการทดสอบโดยการจัดวางน้ำหนักบรรทุก(Dead Weight) โดยตรงบนหัวเสาเข็ม ต่อมาจึงมีการพัฒนาเอาระบบแม่แรงไฮดรอลิกมาใช้ในการควบคุมการเพิ่มน้ำหนักบรรทุกทดสอบ และวัดการทรุดตัวหรือเคลื่อนตัวของเสาเข็มทดสอบด้วยมาตรวัดการเคลื่อนตัวทั้งที่เป็นแบบ Dial Gauge หรือ แบบมาตรวัดไฟฟ้า เช่น LVDT เป็นต้น การทดสอบดังกล่าวนี้ถูกรองรับเป็นไปตามมาตรฐานการทดสอบของ ASTM D-1143 ในปัจจุบันถึงแม้ว่าจะมีการคิดค้นวิธีการทดสอบกำลังรับน้ำหนักบรรทุกของเสาเข็มแบบใหม่ๆ ซึ่งสามารถดำเนินการทดสอบได้สะดวกและรวดเร็วกว่าเดิมมาก เช่น Dynamic Pile Load Test, Statnamic Pile Load Test, Osterberg Cell หรือ Bi-Direction Test ก็ตาม แต่การทดสอบทางตรงโดยวิธีการทดสอบแบบ Static Pile Load Test ยังถือเป็นการทดสอบมาตราฐานสำหรับการอ้างอิง และมีความเที่ยงตรงและแม่นยำกว่าการทดสอบแบบอื่นๆเนื่องจากเป็นการให้น้ำหนักกระทำและวัดการทรุดตัวหรือการเคลื่อนตัวที่เกิดขึ้นจริง และยังคงเป็นที่นิยมในการทดสอบกำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มมาจนถึงปัจจุบัน

นอกจากนี้การทดสอบ Static Load Test ในเสาเข็มยังสามารถทำการติดตั้งเครื่องมือวัดเพิ่มเติมเช่น Strain Gauge, Fiber Optic และ Extensometer ลงในเสาเข็มทดสอบ และทำการตรวจวัดค่าต่างๆในขณะทำการทดสอบ เพื่อนำมาประเมินหาหน่วยแรงระหว่างเสาเข็มกับมวลดินรอบข้าง เพื่อนำไปสู่การได้ค่าพารามิเตอร์ตามสภาพหน้างานจริงที่สามารถนำไปออกแบบเสาเข็มให้ประหยัดและเหมาะสมกับสภาพพื้นที่และน้ำหนักบรรทุกที่ต้องการโดยยังคงมีค่าสัดส่วนความปลอดภัยเป็นไปตามที่กำหนด

       

       

        


High Strain Dynamic Pile Load Test

ในปัจจุบันการทดสอบกำลังรับน้ำหนักเสาเข็มแบบพลศาสตร์ หรือ Dynamic Load Test (DLT) ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวาง ลักษณะการทดสอบจะใช้ตุ้มน้ำหนักปล่อยกระแทกที่หัวเสาเข็มให้เสาเข็มเกิดการเคลื่อนตัวแรงกระแทกจากตุ้มน้ำหนัก จะทำให้เกิดคลื่นความเค้นอัดเคลื่อนที่ลงในเสาเข็ม ด้วยความเร็วคลื่นที่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเสาเข็ม โดยคลื่นความเค้นดังกล่าวจะสะท้อนกลับเมื่อแรงต้านทานจากแรงเสียดทาน, แรงต้านที่ปลายเข็ม, คุณสมบัติของเสาเข็มและพื้นที่หน้าตัดเกิดการเปลี่ยนแปลง คลื่นความเค้นที่เกิดขึ้นในระหว่างการทดสอบจะถูกบันทึกโดย Strain transducers และ Accelerometers ที่ถูกติดตั้งบริเวณหัวเสาเข็ม สัญญาณจากการทดสอบจะถูกแปลงให้อยู่ในรูปของแรงและความเร็ว เพื่อนำไปใช้ในการวิเคราะห์หากำลังรับน้ำหนักทางสถิตศาสตร์ (แรงเสียดทานผิวและแรงต้านทานปลายเข็ม) ด้วยโปรแกรม CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program) การทดสอบแบบพลศาสตร์ เป็นที่ยอมรับทั่วไปและมีมาตรฐานรองรับคือ ASTM D 4945

สำหรับเสาเข็มตอกการทดสอบดังกล่าวนี้สามารถทำได้ใน 2 ลักษณะ คือ Initial Driving Test และ Restrike Test Initial Driving Test เป็นการทดสอบขณะที่ทำการตอกเสาเข็ม หน่วยแรงเค้นสูงสุด (แรงอัดและแรงดึง), Blow Count สภาพความสมบูรณ์ของเสาเข็ม ความสามารถในการรับน้ำหนักของเสาเข็มด้วยวิธี Case Method สามารถตรวจสอบและบันทึกได้ในแต่ละครั้งของการตอกเข็ม การทดสอบแบบนี้จะทำให้ทราบข้อมูลต่างๆ ได้อย่างชัดเจน รวมถึงป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับเสาเข็มในระหว่างการตอก ทำให้สามารถควบคุมงานตอกเสาเข็มให้ได้ตามข้อกำหนด Restrike Test เป็นการทดสอบที่ได้หลังการตอกเสาเข็มไปแล้วระยะเวลาหนึ่ง เพื่อประเมินถึงกำลังรับน้ำหนักบรรทุกของเสาเข็มช่วงเวลาที่ใช้งาน โดยปกติกำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มจะเพิ่มขึ้นตาม Soil set-up หรือ ระยะเวลาหลังการตอกเข็ม ระยะเวลาดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับลักษณะและคุณสมบัติของดิน

           

                
 

Bi-Direction Test
 
Bi-Direction Test เป็นการทดสอบ Static Load Test ประเภทหนึ่งที่ไม่ต้องอาศัยระบบแรงปฏิกิริยาภายนอก แต่อาศัยแรงเสียดทานผิวและแรงต้านปลายเสาเข็ม เป็นแรงปฏิกิริยา โดยติดตั้งแม่แรงไฮดรอลิกไว้ในเสาเข็มโดยตรงในตำแหน่งที่กำหนด การควบคุมแม่แรงไฮดรอลิก กระทำผ่านท่อเหล็กที่เชื่อมต่อขึ้นมาตามแนวแกนเสาเข็มจนถึงระดับเหนือพื้นดิน นอกจากนี้ท่อเหล็กดังกล่าวยังใช้ติดตั้ง Tell-Tale เพื่อวัดการเคลื่อนตัวของด้านล่างของแม่แรงไฮดรอลิกในขณะที่การเคลื่อนที่ของหัวเสาเข็มสามารถตรวจวัดได้ด้วยอุปกรณ์วัด (Dial Gauge) เช่นเดียวกับการทดสอบ Static Load Test ทั่วไป  มีมาตรฐานรองรับคือ ASTM D8169 เมื่อเริ่มการทดสอบแม่แรงไฮดรอลิกจะถูกเพิ่มแรงดันอย่างต่อเนื่องไปที่น้ำหนักบรรทุกสูงสุดที่กำหนดไว้ หรือ เป็นขั้นตอนเช่นเดียวกับขั้นตอนการทดสอบ Static Load Test เมื่อเพิ่มแรงดันให้แก่แม่แรงไฮดรอลิก จะเกิดแรงดันขึ้นกระทำต่อเสาเข็มเท่ากับแรงดันลงที่กระทำต่อกับฐานรากปลายเสาเข็ม (End Bearing) ซึ่งจะมีผลทำให้เสาเข็มยกตัวลอยขึ้นในขณะที่ดินฐานรากใต้เสาเข็ม ถูกกดให้ต่ำลงซึ่งการเคลื่อนที่ทั้ง 2 นี้จะถูกวัดอย่างละเอียดด้วย Dial Gauge ที่หัวเสาเข็ม และ Tell-Tale ตามลำดับ