Plate Bearing Test คืออะไร?
Plate Bearing Test หรือ Plate Load Test (การทดสอบการรับน้ำหนักบรรทุกของดิน) คือการทดสอบภาคสนามที่ใช้แผ่นเหล็กแข็ง (Rigid Plate) กดถ่ายน้ำหนักลงบนชั้นดินที่ระดับฐานรากทีละขั้น แล้วบันทึกความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยแรงกด (Applied Pressure) กับการทรุดตัว (Settlement) ของแผ่น ผลลัพธ์ที่ได้ตอบคำถามเชิงวิศวกรรมโดยตรง 2 ข้อ คือ กำลังแบกทานของดิน (Bearing Capacity) รับน้ำหนักได้เท่าไรก่อนวิบัติ และ ค่าโมดูลัสปฏิกิริยาดิน (Modulus of Subgrade Reaction, k) ซึ่งเป็นตัวแปรหลักในการออกแบบฐานรากแผ่และโครงสร้างผิวทางคอนกรีต
จุดที่ทำให้ Plate Bearing Test ต่างจากการเจาะสำรวจดินคือ การเจาะสำรวจให้ "ภาพชั้นดินตามความลึก" สำหรับออกแบบโดยรวม แต่ Plate Bearing Test คือการวัด "พฤติกรรมการรับน้ำหนักจริง" ของดิน ณ ตำแหน่งและระดับที่จะวางฐานราก จึงเป็นการยืนยันสมมติฐานการออกแบบในสนามอย่างเป็นรูปธรรม วิศวกรจึงนิยมใช้สองวิธีนี้ควบคู่กัน ไม่ใช่แทนกัน
Plate Bearing Test มีหลักการทางปฐพีกลศาสตร์อย่างไร?
หลักการของ Plate Bearing Test คือการจำลองฐานรากขนาดเล็กด้วยแผ่นเหล็ก เมื่อแผ่นรับน้ำหนัก แรงกดจะกระจายลงสู่ดินในรูป "กระเปาะความเค้น" (Stress Bulb) ที่มีอิทธิพลลึกลงไปประมาณ 1.5–2 เท่าของความกว้างแผ่น (B) พฤติกรรมที่วัดได้จึงสะท้อนดินเฉพาะโซนตื้นใต้แผ่นเท่านั้น เมื่อเขียนกราฟความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยแรงกดกับการทรุดตัว (Load–Settlement Curve) รูปร่างของกราฟจะบอกลักษณะการวิบัติของดินได้ทันที:
- การวิบัติแบบเฉือนทั่วไป (General Shear Failure) — พบในดินแข็ง/ทรายแน่น กราฟหักชัดเจนที่จุดวิบัติ อ่านค่ากำลังแบกทานประลัยได้ตรง
- การวิบัติแบบเฉือนเฉพาะที่/แบบทะลุ (Local/Punching Shear) — พบในดินอ่อน/ทรายหลวม กราฟโค้งต่อเนื่องไม่มีจุดหักชัด ต้องใช้เกณฑ์การทรุดตัวหรือวิธี Tangent Intersection ช่วยตีความ
อีกหลักการที่เป็นหัวใจของการแปลผลคือ ดินเหนียว (Cohesive Soil) และดินทราย (Cohesionless Soil) ตอบสนองต่อขนาดฐานรากต่างกัน — ในดินเหนียว กำลังแบกทาน ไม่ขึ้นกับขนาดฐานราก แต่การทรุดตัวเพิ่มตามขนาด ส่วนในดินทราย กำลังแบกทาน เพิ่มขึ้นตามขนาดฐานราก ความแตกต่างนี้คือเหตุผลที่ต้อง "แปลงค่า" จากแผ่นทดสอบเล็กไปสู่ฐานรากจริงด้วยสูตรคนละชุด (ดูหัวข้อการคำนวณด้านล่าง)
Plate Bearing Test ใช้มาตรฐานอะไรบ้าง?
มาตรฐานหลักของ Plate Bearing Test ในประเทศไทยคือ มยผ. 1253-62 ส่วนมาตรฐานสากลที่ยังใช้งานอยู่คือ ASTM D1195/D1195M (แบบให้น้ำหนักซ้ำ) และ ASTM D1196/D1196M (แบบไม่ให้น้ำหนักซ้ำ) โดยเลือกใช้ตามวัตถุประสงค์ของงานดังตาราง:
← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →
| มาตรฐาน | ขอบเขตการใช้งาน |
|---|---|
| มยผ. 1253-62 | มาตรฐานกรมโยธาธิการและผังเมือง (DPT) — การทดสอบความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกของพื้นดิน (Plate Bearing Test) มาตรฐานไทยที่ใช้อ้างอิงงานในประเทศโดยตรง |
| ASTM D1196 / D1196M | Nonrepetitive Static Plate Load Test — หาความสัมพันธ์น้ำหนัก–การทรุดตัวสำหรับประเมินและออกแบบผิวทางถนนและสนามบิน |
| ASTM D1195 / D1195M | Repetitive Static Plate Load Test — ทดสอบแบบให้น้ำหนักซ้ำ ใช้หาค่าโมดูลัสยืดหยุ่นของชั้นทาง |
| ASTM D1194 (ยกเลิก) | เดิมเป็นมาตรฐานหากำลังแบกทานของดินสำหรับฐานรากแผ่ ปัจจุบันถูกถอน (Withdrawn) แต่ข้อกำหนดงานในไทยจำนวนมากยังอ้างชื่อนี้อยู่ |
| BS 1377-9 | มาตรฐานสหราชอาณาจักร งานทดสอบในสนาม รวม In-situ Plate Loading Test |
| IS 1888 | มาตรฐานอินเดีย Method of Load Test on Soils ที่ใช้อ้างอิงแพร่หลายในภูมิภาค |
| AASHTO / กรมทางหลวง | ใช้หาค่าโมดูลัสปฏิกิริยาดิน (k) สำหรับออกแบบผิวทางคอนกรีต (Rigid Pavement) |
หมายเหตุ: เมื่ออ้างอิงมาตรฐานควรตรวจสอบฉบับปีล่าสุดจาก ASTM และข้อกำหนดงานของไทยจาก กรมโยธาธิการและผังเมือง (มยผ.) และ วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย (วสท.)
ส่วนคำถามว่าโครงการแบบไหนที่ "กฎหมายบังคับ" ให้ทำ Plate Bearing Test อ่านรายละเอียดเงื่อนไขตามกฎกระทรวงฐานราก 2566 ได้ที่บทความ Plate Bearing Test กฎหมายบังคับเมื่อไหร่?
การทดสอบใช้เครื่องมืออะไรบ้าง และต้องสอบเทียบอย่างไร?
ชุดทดสอบ Plate Bearing Test ประกอบด้วยเครื่องมือหลัก 4 ส่วน คือ แผ่นเหล็กทดสอบ ระบบให้น้ำหนัก ระบบน้ำหนักต้าน และมาตรวัดการทรุดตัว ซึ่งทุกชิ้นส่งผลต่อความแม่นยำของผลทดสอบโดยตรง:
- แผ่นเหล็กทดสอบ (Bearing Plate) — แผ่นกลม/สี่เหลี่ยมแข็ง หนาไม่น้อยกว่า 25 มม. ขนาดมาตรฐาน 300, 450, 600 และ 750 มม. (มักซ้อนกันเพื่อให้แผ่นเกร็งและกระจายแรงสม่ำเสมอ)
- แม่แรงไฮดรอลิก + เกจวัดแรง/Load Cell — ให้น้ำหนักและวัดแรงกดที่ผ่านการสอบเทียบแล้ว
- ระบบน้ำหนักต้าน (Reaction System) — ใช้ตุ้มถ่วง (Kentledge) หรือสมอยึดดิน (Anchor/Reaction Piles) เพื่อสร้างแรงต้านให้แม่แรงดันแผ่นได้
- มาตรวัดการทรุดตัว (Dial Gauge / LVDT) — ติดตั้ง 2–4 ตัวรอบแผ่นบนคานอ้างอิง (Reference Beam) ที่อยู่นอกเขตอิทธิพล แล้วอ่านค่าเฉลี่ยเพื่อลดความคลาดเคลื่อนจากการเอียง
แม่แรง เกจวัดแรง และ Load Cell ต้องผ่านการสอบเทียบกับห้องปฏิบัติการที่รับรอง และคานอ้างอิงของมาตรวัดการทรุดตัวต้องตั้งบนหมุดที่อยู่ห่างจากแผ่นและขาตั้งน้ำหนักต้านเพียงพอ มิฉะนั้นค่าการทรุดตัวที่อ่านได้จะคลาดเคลื่อน
ขั้นตอนการทดสอบและการบันทึกข้อมูลทำอย่างไร?
ขั้นตอนการทดสอบ Plate Bearing Test แบ่งเป็น 6 ขั้นหลัก ตั้งแต่การเตรียมหลุมจนถึงการปลดน้ำหนัก โดยแต่ละขั้นมีเกณฑ์เวลาและข้อมูลที่ต้องบันทึกชัดเจนตามตาราง:
← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →
| ขั้นตอน | สิ่งที่ทำ | เวลา/เกณฑ์ | ข้อมูลที่บันทึก |
|---|---|---|---|
| 1. เตรียมหลุมทดสอบ | ขุดหลุมถึงระดับฐานรากที่ออกแบบ ปรับผิวดินให้เรียบ วางแผ่นเหล็กบนทรายปรับระดับบาง ๆ ให้แนบสนิท | ก่อนเริ่มทดสอบ — ระวังไม่รบกวนดินก้นหลุม | ระดับหลุม สภาพดินก้นหลุม ขนาดแผ่นที่ใช้ |
| 2. ติดตั้งเครื่องมือ | ติดตั้งแม่แรงไฮดรอลิก ระบบน้ำหนักต้าน (Kentledge/สมอยึดดิน) และมาตรวัดการทรุดตัว 2–4 ตัวบนคานอ้างอิง แล้วตั้งค่าศูนย์ | เครื่องมือวัดแรงต้องผ่านการสอบเทียบ | ค่าอ่านเริ่มต้น (ศูนย์) ของมาตรวัดทุกตัว |
| 3. ให้น้ำหนักขั้นแรก | เพิ่มน้ำหนักขั้นละประมาณ 1/5 ของน้ำหนักประลัยที่คาดการณ์ (หรือเท่ากับหน่วยแรงออกแบบ) | เพิ่มน้ำหนักช้า ๆ สม่ำเสมอ | หน่วยแรงกดจากเกจ/Load Cell |
| 4. คงน้ำหนักและบันทึก | คงน้ำหนักแต่ละขั้นจนการทรุดตัวเข้าสู่สภาวะคงที่ แล้วจึงเพิ่มขั้นถัดไป | อัตราการทรุดตัวน้อยกว่า 0.02–0.025 มม./นาที หรือครบเวลาที่มาตรฐานกำหนด | การทรุดตัวจากมาตรวัดทุกตัวตามช่วงเวลาที่กำหนดในแต่ละขั้น |
| 5. ทดสอบจนถึงเกณฑ์ยุติ | ทำซ้ำขั้นที่ 3–4 จนเกิดการวิบัติ หรือถึงเกณฑ์ที่กำหนด | การทรุดตัวถึงเกณฑ์ (เช่น 25 มม.) หรือน้ำหนักถึง 1.5–3 เท่าของน้ำหนักออกแบบ | น้ำหนัก–การทรุดตัวที่จุดยุติ ลักษณะการวิบัติ (ถ้ามี) |
| 6. ปลดน้ำหนัก | ลดน้ำหนักเป็นขั้น ๆ จนหมด แล้วเขียนกราฟ Load–Settlement Curve | รอจนค่าการคืนตัวคงที่ | การคืนตัว (Rebound) และการทรุดตัวถาวร |
ข้อมูลน้ำหนัก–การทรุดตัวที่บันทึกครบทุกขั้นคือวัตถุดิบสำคัญของการวิเคราะห์ หากบันทึกไม่ครบหรือคานอ้างอิงถูกรบกวนระหว่างทดสอบ กราฟที่ได้จะแปลผลผิดทั้งเส้น
วิเคราะห์ผลและคำนวณอย่างไร?
การวิเคราะห์ผล Plate Bearing Test คือการอ่านกราฟ Load–Settlement Curve เพื่อหาค่ากำลังแบกทานและค่า k แล้ว "แปลง" ค่าจากแผ่นทดสอบขนาดเล็กให้สอดคล้องกับฐานรากจริงที่ใหญ่กว่าด้วยสูตรทางปฐพีกลศาสตร์ โดยเริ่มจากการอ่านรูปร่างของกราฟดังรูป
1. กำลังแบกทานประลัย (Ultimate Bearing Capacity)
ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังแบกทานของแผ่นกับฐานรากจริงขึ้นกับชนิดดิน:
2. การคาดการณ์การทรุดตัวของฐานรากจริง (Settlement)
ภายใต้หน่วยแรงกดเท่ากัน ประเมินการทรุดตัวของฐานรากจริงจากการทรุดตัวของแผ่นตามสูตรของ Terzaghi & Peck (1948):
3. ค่าโมดูลัสปฏิกิริยาดิน (Modulus of Subgrade Reaction, k)
ค่า k คือความชันของกราฟหน่วยแรงกดต่อการทรุดตัว ใช้มากในการออกแบบผิวทางคอนกรีตและฐานรากแบบ Beam/Raft on Elastic Foundation:
ค่า k จากแผ่นทดสอบยังต้องปรับแก้ตามขนาดฐานราก/แผ่นพื้นจริงก่อนนำไปออกแบบ (Terzaghi, 1955):
การนำค่ากำลังแบกทานหรือค่า k จากแผ่นเล็กไปใช้กับฐานรากจริงโดยตรงโดยไม่ปรับขนาด เป็นข้อผิดพลาดที่พบบ่อยและอันตราย โดยเฉพาะในดินทรายซึ่งทั้งกำลังและการทรุดตัวไวต่อขนาดมาก
Plate Bearing Test ใช้กับงานประเภทไหนบ้าง?
งานที่ใช้ Plate Bearing Test แบ่งได้ 2 กลุ่มหลัก คืองานฐานรากอาคารและงานถนน/พื้นคอนกรีต ซึ่งต้องการคำตอบจากการทดสอบคนละด้าน:
งานฐานรากและอาคาร
- ยืนยันกำลังแบกทานของดินสำหรับ ฐานรากแผ่ (Spread/Raft Footing) ของอาคารเตี้ยและสิ่งก่อสร้างน้ำหนักไม่มาก
- ตรวจรับคุณภาพ ดินถมบดอัด หรือการ ปรับปรุงคุณภาพดิน (Ground Improvement) ว่ารับน้ำหนักได้ตามที่ออกแบบ
- ออกแบบ พื้นโรงงาน/พื้นรับน้ำหนักจร (Slab on Grade)
งานถนนและพื้นคอนกรีต
- หาค่า k (Modulus of Subgrade Reaction) สำหรับออกแบบผิวทางคอนกรีต (Rigid Pavement) ตามทฤษฎี Westergaard
- ตรวจรับชั้นรองพื้นทาง (Subgrade/Subbase), ลานคอนกรีต, ลานจอด และทางวิ่งสนามบิน (Runway/Taxiway)
Plate Bearing Test มีข้อจำกัดอะไรบ้าง?
ข้อจำกัดหลักของ Plate Bearing Test คือขอบเขตอิทธิพลของแผ่นทดสอบที่ลึกเพียงโซนตื้นใต้แผ่น ทำให้ผลทดสอบไม่สามารถแทนการเจาะสำรวจดินได้ทั้งหมด:
แผ่นทดสอบมีอิทธิพลลึกเพียงประมาณ 2 เท่าของความกว้างแผ่น หากมีชั้นดินอ่อนซ่อนอยู่ลึกกว่านั้นใต้ฐานรากจริงที่ใหญ่กว่ามาก ผลทดสอบจะ "ดูดีเกินจริง" และนำไปสู่การออกแบบที่ไม่ปลอดภัย จึงต้องใช้ร่วมกับการเจาะสำรวจดินเสมอ
- ผลกระทบจากขนาด (Scale Effect) — เด่นมากในดินทราย ต้องปรับสูตรก่อนใช้กับฐานรากจริง
- ไม่สะท้อนการทรุดตัวระยะยาวในดินเหนียว — การทดสอบใช้เวลาสั้น จึงไม่ครอบคลุมการทรุดตัวจากการอัดตัวคายน้ำ (Consolidation) ที่ใช้เวลาเป็นเดือนถึงปี
- ต้องการน้ำหนักต้านมาก — การทดสอบกำลังสูงต้องใช้ตุ้มถ่วง/สมอยึดจำนวนมาก ซึ่งมีข้อจำกัดด้านพื้นที่และความปลอดภัยหน้างาน
- ไวต่อการรบกวนก้นหลุม — สภาพดินก้นหลุมที่ถูกรบกวนและการปรับระดับที่ไม่ดีทำให้ค่าคลาดเคลื่อน
Plate Bearing Test ต่างจากการทดสอบดินวิธีอื่นอย่างไร?
ความแตกต่างสำคัญคือ Plate Bearing Test วัด "การรับน้ำหนักจริง" ที่ระดับฐานรากตื้น ขณะที่วิธีอื่นให้ข้อมูลชั้นดินตามความลึก วิศวกรจึงมักใช้หลายวิธีร่วมกันเพื่อให้ได้ภาพรวมที่ครบถ้วน:
- Plate Bearing Test — ทดสอบการรับน้ำหนัก "จริง" ที่ระดับฐานรากตื้น ให้กำลังแบกทานและค่า k โดยตรง
- SPT (N-Value) — วัดความแน่น/ความแข็งของดินตามความลึก เหมาะกับการออกแบบเสาเข็มลึก
- CPT (Cone Penetration Test) — วัดแรงต้านอย่างต่อเนื่อง เหมาะกับการแบ่งชั้นดินอ่อนอย่างละเอียด
- การเจาะสำรวจดิน (Soil Boring) — ให้ภาพชั้นดินทั้งหมดและ Boring Log สำหรับการออกแบบโดยรวม
สรุปคือ Plate Bearing Test เหมาะกับงานฐานรากตื้นและงานทาง ส่วนงานเสาเข็มและอาคารสูงต้องอาศัยการเจาะสำรวจดินเป็นหลัก ดูแนวทางการเลือกวิธีและช่วงราคางานทดสอบดินเพิ่มเติมได้ ส่วนค่าบริการ Plate Bearing Test ขึ้นกับจำนวนจุด ขนาดแผ่น และระบบน้ำหนักต้านที่ต้องใช้ — ติดต่อรับใบเสนอราคาฟรีภายใน 24 ชม. ที่ 064-746-9601 หรือ LINE @spnth
บทความนี้จัดทำเพื่อเป็นความรู้ทางวิศวกรรม การเลือกขนาดแผ่น เกณฑ์การให้น้ำหนัก และการแปลผลเพื่อการออกแบบ ควรอยู่ภายใต้ดุลยพินิจของวิศวกรผู้มีใบอนุญาตและสอดคล้องกับมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง