ทดสอบเสาเข็มรับแรงถอนคืออะไร
การทดสอบเสาเข็มรับแรงถอน คือการให้แรงดึงขึ้นในแนวดิ่งที่หัวเสาเข็มอย่างค่อยเป็นค่อยไปเป็นขั้น ๆ แล้ววัดการยกตัวของหัวเสาเข็มในแต่ละขั้น ผลที่ได้คือกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงดึงกับการยกตัว ซึ่งบอกทั้งว่าเสาเข็มต้านแรงถอนได้เท่าไหร่ และเริ่มเลื่อนขึ้นที่แรงระดับใด
มาตรฐานที่ใช้อ้างอิงคือ ASTM D3689/D3689M-25 Standard Test Methods for Deep Foundation Elements Under Static Axial Tensile Load ซึ่งกำหนดวิธีติดตั้ง ขั้นการให้แรง เวลาค้างแต่ละขั้น การวัด และรูปแบบการรายงาน โครงสร้างของมาตรฐานนี้คู่ขนานกับ ASTM D1143 ที่ใช้กับการทดสอบแรงกด ต่างกันที่ทิศทางของแรง
ต่างจาก Pull-out Test ของพุกเคมียังไง
สองคำนี้ถูกใช้สลับกันบ่อยจนเข้าใจผิด แต่เป็นการทดสอบคนละงาน คนละมาตรฐาน และคนละเครื่องมือ
← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →
| หัวข้อ | Uplift / Tension Test (เสาเข็ม) | Pull-out Test (พุกเคมี/สตัดเกลียว) |
|---|---|---|
| ทดสอบอะไร | เสาเข็มทั้งต้นที่ฝังอยู่ในดิน | พุกเคมีหรือสตัดเกลียวที่ฝังในเนื้อคอนกรีต |
| อะไรต้านแรง | แรงเสียดทานระหว่างผิวเสาเข็มกับดิน บวกน้ำหนักตัวเสาเข็ม | แรงยึดเหนี่ยวระหว่างเคมีภัณฑ์กับเนื้อคอนกรีตและก้านเหล็ก |
| มาตรฐาน | ASTM D3689/D3689M-25 | ASTM E488 |
| ระดับแรง | หลักสิบถึงหลายร้อยตัน | หลักกิโลกรัมถึงหลักตัน |
| ระบบให้แรง | แม่แรงไฮดรอลิกบนคานปฏิกิริยาที่วางบนจุดรองรับสองข้าง | ชุดดึงแบบพกพาที่วางบนผิวคอนกรีตโดยตรง |
| ใช้ตอบคำถาม | ฐานรากต้านแรงยกจากลม แรงลอยตัว หรือโมเมนต์ได้ไหม | จุดยึดที่ติดตั้งไว้รับแรงดึงตามที่ออกแบบได้ไหม |
สรุปสั้น ๆ คือถ้ากำลังหาการทดสอบว่าเสาเข็มถูกดึงขึ้นได้ไหม บทความนี้คือเรื่องที่ต้องอ่าน แต่ถ้ากำลังหาการทดสอบพุกเคมีหรือสตัดเกลียวที่ฝังในคอนกรีต ให้อ่านที่ Pull-Out Test คู่มือทดสอบแรงดึงถอนพุกเคมีและสตัดเกลียว ตาม ASTM E488 แทน
งานแบบไหนที่ต้องทดสอบแรงถอน
โครงสร้างที่ต้องทดสอบแรงถอน คือโครงสร้างที่มีสภาวะการใช้งานบางช่วงที่เสาเข็มถูกดึงขึ้นแทนที่จะถูกกดลง
- โครงการโซลาร์ฟาร์ม — แรงลมใต้แผงยกโครงสร้างขึ้น ในขณะที่น้ำหนักตัวโครงสร้างเบามาก แรงถอนจึงมักเป็นตัวคุมการออกแบบ อ่านชุดการทดสอบทั้งโครงการที่ โครงการโซลาร์ฟาร์มต้องทดสอบเสาเข็มอะไรบ้าง
- เสาส่งไฟฟ้าแรงสูงและเสาสื่อสาร — โมเมนต์จากแรงลมทำให้ขาฐานด้านหนึ่งถูกกด อีกด้านหนึ่งถูกดึงขึ้น
- ป้ายโฆษณาขนาดใหญ่ — กลไกเดียวกับเสาส่ง พื้นที่รับลมกว้างแต่น้ำหนักตัวน้อย
- ชั้นใต้ดินและสระว่ายน้ำที่ต้านแรงลอยตัว — เมื่อระดับน้ำใต้ดินสูง แรงดันน้ำดันโครงสร้างขึ้น เสาเข็มทำหน้าที่ยึดโครงสร้างไว้กับดิน
- อาคารสูงที่ต้านโมเมนต์จากแรงลมหรือแผ่นดินไหว — เสาเข็มริมนอกของกลุ่มอาจกลายเป็นเสาเข็มรับแรงดึงเมื่อโมเมนต์ทำงานเต็มที่
- โครงสร้างยึดรั้ง (anchor pile) ของงานเขื่อนและงานริมน้ำ
ติดตั้งระบบทดสอบอย่างไร
องค์ประกอบเหมือนการทดสอบแรงกด คือมีระบบให้แรง ระบบต้านแรง และระบบวัด แต่กลับทิศทาง แรงกดใช้น้ำหนักถ่วงหรือเสาเข็มข้างเคียงเป็นตัวต้าน ส่วนแรงถอนต้องมีคานปฏิกิริยาพาดข้ามเสาเข็มทดสอบแล้วถ่ายแรงลงจุดรองรับสองข้าง
1. คานปฏิกิริยาและจุดรองรับ
คานเหล็กพาดข้ามหัวเสาเข็มทดสอบ ปลายทั้งสองข้างวางบนจุดรองรับ ซึ่งอาจเป็นเสาเข็มข้างเคียง แท่นคอนกรีต หรือฐานรองรับที่จัดเตรียมไว้ ระยะจากจุดรองรับถึงเสาเข็มทดสอบต้องมากพอที่แรงกดลงของจุดรองรับจะไม่ไปอัดดินรอบเสาเข็มทดสอบจนเพิ่มแรงเสียดทานเทียม ๆ ทำให้ค่าที่วัดได้สูงกว่าความจริง
2. จุดต่อที่หัวเสาเข็ม
จุดนี้คือจุดอ่อนที่สุดของการทดสอบแรงถอน เพราะต้องส่งแรงดึงจากแม่แรงเข้าไปในเสาเข็มโดยตรง สำหรับเสาเข็มคอนกรีตต้องใช้เหล็กเสริมที่ยื่นจากหัวเสาเข็มหรือระบบยึดที่ออกแบบเฉพาะ ถ้าจุดต่อรับแรงไม่ไหว จะเกิดการวิบัติที่หัวเสาเข็มก่อนที่ดินจะแสดงกำลังจริง ผลที่ได้จะต่ำกว่าความจริงและใช้ประเมินไม่ได้
3. ระบบวัดการยกตัว
มาตรวัดการเคลื่อนตัวติดตั้งที่หัวเสาเข็ม ยึดกับคานอ้างอิงที่แยกอิสระจากทั้งคานปฏิกิริยาและจุดรองรับ ถ้าคานอ้างอิงไปพาดบนสิ่งที่ขยับตามระบบให้แรง ค่าที่อ่านได้จะผิดทันที
เทียบแรงอัดกับแรงถอน ต่างกันตรงไหน
← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →
| หัวข้อ | รับแรงอัด (Compression) | รับแรงถอน (Tension / Uplift) |
|---|---|---|
| กลไกที่ต้านแรง | แรงเสียดทานรอบผิว + แรงแบกทานที่ปลายเสาเข็ม | แรงเสียดทานรอบผิว + น้ำหนักตัวเสาเข็ม (ไม่มีแรงแบกทานที่ปลาย) |
| ผลของหน่วยแรงในดิน | การกดทำให้ดินรอบเสาเข็มถูกอัดแน่นขึ้น | การดึงทำให้หน่วยแรงในดินรอบเสาเข็มลดลง แรงเสียดทานจึงต่ำลงตาม |
| รูปแบบการวิบัติที่ต้องระวัง | ปลายเสาเข็มจมลงในดิน หรือเสาเข็มแตกจากแรงอัด | เสาเข็มเลื่อนขึ้นทั้งต้น รอยต่อเสาเข็มขาด หรือคอนกรีตหัวเสาเข็มแตกที่จุดต่อ |
| ค่าที่มักได้เมื่อเทียบกัน | สูงกว่า | ต่ำกว่าอย่างชัดเจน โดยเฉพาะเสาเข็มที่พึ่งแรงแบกทานปลายเป็นหลัก |
| มาตรฐาน | ASTM D1143/D1143M | ASTM D3689/D3689M-25 |
รายละเอียดของการทดสอบแรงกดและวิธีอ่านกราฟ อ่านได้ที่ Static Pile Load Test การทดสอบกำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มแบบสถิต ส่วนภาพรวมของทุกวิธีทดสอบเสาเข็มดูได้ที่ ทดสอบเสาเข็ม มีกี่แบบ
ทำไมกำลังรับแรงถอนถึงต่ำกว่ากำลังรับแรงอัด
เหตุผลหลักมีสองข้อ
ข้อแรก แรงแบกทานที่ปลายหายไปทั้งหมด เมื่อเสาเข็มถูกกด ดินใต้ปลายเสาเข็มช่วยรับแรงร่วมกับแรงเสียดทานรอบผิว แต่เมื่อเสาเข็มถูกดึงขึ้น ปลายเสาเข็มลอยออกจากดิน ส่วนที่เคยช่วยรับแรงหายไป เหลือแค่แรงเสียดทานรอบผิวบวกน้ำหนักตัวเสาเข็มเท่านั้น เสาเข็มที่ออกแบบให้พึ่งแรงแบกทานปลายเป็นหลัก เช่น เสาเข็มที่ปลายฝังในชั้นทรายแน่นหรือชั้นหิน จะเห็นความต่างนี้ชัดที่สุด
ข้อสอง แรงเสียดทานขณะดึงต่ำกว่าขณะกด แรงเสียดทานรอบผิวขึ้นกับหน่วยแรงตั้งฉากที่ดินกดเข้าหาผิวเสาเข็ม เมื่อดึงเสาเข็มขึ้น หน้าตัดเสาเข็มมีแนวโน้มหดตัวเล็กน้อยตามหลักปัวซอง และดินรอบข้างคลายตัว หน่วยแรงตั้งฉากจึงลดลง ส่งผลให้แรงเสียดทานที่ใช้ได้จริงต่ำกว่าตอนกด
อัตราส่วนระหว่างกำลังรับแรงถอนกับกำลังรับแรงอัดขึ้นกับชนิดดิน รูปทรงเสาเข็ม วิธีติดตั้ง และสัดส่วนของแรงแบกทานปลายในแต่ละงาน ไม่มีตัวคูณตัวเดียวที่ใช้ได้ทุกที่ ค่าที่ใช้ออกแบบต้องมาจากการทดสอบหน้างานจริง หรือจากการวิเคราะห์ของวิศวกรผู้ออกแบบที่มีข้อมูลดินของโครงการนั้น
ข้อควรระวังในการทดสอบแรงถอน
น้ำหนักตัวเสาเข็มต้องนับหรือไม่นับ ต้องตกลงกันก่อน น้ำหนักตัวเสาเข็มช่วยต้านแรงดึงอยู่แล้ว บางสเปกให้นับรวมเป็นส่วนหนึ่งของกำลังต้านแรงถอน บางสเปกให้หักออกเพื่อดูเฉพาะกำลังของดิน สองแนวทางนี้ให้ตัวเลขต่างกัน จึงต้องระบุให้ชัดในแผนทดสอบก่อนเริ่ม ไม่ใช่มาตีความทีหลัง
รอยต่อเสาเข็มคือจุดเสี่ยง เสาเข็มที่ต่อเป็นท่อน ๆ ด้วยรอยเชื่อมถูกออกแบบมาให้รับแรงอัดเป็นหลัก เมื่อถูกดึง แรงทั้งหมดต้องผ่านรอยเชื่อม ถ้ารอยเชื่อมไม่สมบูรณ์ เสาเข็มอาจขาดที่รอยต่อก่อนที่ดินจะแสดงกำลังจริง กรณีนี้ต้องตรวจคุณภาพรอยเชื่อมก่อนตัดสินใจทดสอบ
คอนกรีตหัวเสาเข็มแตกที่จุดต่อ คอนกรีตรับแรงดึงได้น้อยมาก การส่งแรงดึงหลายสิบตันเข้าหัวเสาเข็มคอนกรีตต้องออกแบบจุดต่อให้ถ่ายแรงผ่านเหล็กเสริมอย่างถูกวิธี ถ้าคอนกรีตแตกก่อน การทดสอบต้องหยุดและผลที่ได้ใช้ประเมินกำลังของดินไม่ได้
จุดรองรับคานปฏิกิริยาต้องอยู่ห่างพอ ตามที่กล่าวไว้ในหัวข้อการติดตั้ง แรงกดของจุดรองรับที่อยู่ใกล้เกินไปจะไปอัดดินรอบเสาเข็มทดสอบ ทำให้แรงเสียดทานที่วัดได้สูงกว่าสภาพจริง ซึ่งเป็นความผิดพลาดในทิศทางที่อันตราย
เวลาที่ปล่อยให้ดินคืนตัวหลังติดตั้ง เช่นเดียวกับการทดสอบแรงกด เสาเข็มที่เพิ่งตอกหรือเพิ่งเจาะเสร็จยังไม่ได้กำลังเต็มที่ เพราะดินรอบข้างถูกรบกวนและแรงดันน้ำส่วนเกินยังไม่สลาย การทดสอบเร็วเกินไปจะได้ค่าต่ำกว่าความจริง ระยะเวลาที่เหมาะสมขึ้นกับชนิดดินและวิธีติดตั้ง ควรกำหนดร่วมกับผู้ออกแบบ
อ่านผลอย่างไร
กราฟแรงดึงกับการยกตัวอ่านคล้ายกราฟของการทดสอบแรงกด สิ่งที่ดูมีสามอย่าง คือการยกตัวรวมที่แรงทดสอบสูงสุดต้องไม่เกินเกณฑ์ในสเปก การยกตัวคงค้างหลังปลดแรงต้องอยู่ในเกณฑ์ และรูปร่างกราฟต้องไม่พุ่งขึ้นชันจนแสดงว่าเสาเข็มเริ่มเลื่อนขึ้นทั้งต้นก่อนถึงแรงทดสอบสูงสุด
สัญญาณวิบัติของแรงถอนมักชัดกว่าแรงกด เพราะเมื่อแรงเสียดทานถูกใช้จนหมด เสาเข็มจะเลื่อนขึ้นต่อเนื่องโดยแรงแทบไม่เพิ่ม ทำให้กราฟหักมุมชัดเจน ต่างจากแรงกดที่ปลายเสาเข็มยังช่วยรับแรงไว้บางส่วนแม้แรงเสียดทานจะหมดแล้ว
ค่าใช้จ่ายและการเตรียมงาน
ค่าบริการทดสอบแรงถอนขึ้นกับแรงดึงสูงสุดที่ต้องให้ ชนิดและขนาดเสาเข็ม วิธีจัดระบบคานปฏิกิริยาและจุดรองรับ จำนวนจุดทดสอบ และตำแหน่งหน้างาน จึงคิดตามขอบเขตงานจริงเป็นรายโครงการ กรุณาติดต่อรับใบเสนอราคาฟรีภายใน 24 ชั่วโมง พร้อมแจ้งแรงถอนออกแบบ ชนิดเสาเข็ม และตำแหน่งโครงการ
หมายเหตุ: ราคาทุกรายการยังไม่รวมค่าเดินทางและค่าขนย้ายเครื่องมือ ซึ่งคิดเพิ่มตามระยะทางของหน้างาน ดูบริการทดสอบเสาเข็มทั้งหมดได้ที่หน้า ทดสอบเสาเข็ม
เนื้อหาอธิบายหลักการทดสอบแรงถอนเพื่อความเข้าใจเบื้องต้นเท่านั้น แรงถอนออกแบบ เกณฑ์การยกตัวที่ยอมให้ การนับหรือไม่นับน้ำหนักตัวเสาเข็ม จำนวนจุดทดสอบ และการออกแบบจุดต่อที่หัวเสาเข็ม ต้องกำหนดโดยวิศวกรผู้ออกแบบของโครงการนั้น