foundation engineeringeng.sut.ac.th/ce/oldce/suksun/chapter1.pdfการทดสอบก าล...

วิศวกรรมฐานรากวิศวกรรมฐานราก

FFoundation oundation EEngineeringngineering

รองศาสตราจารยรองศาสตราจารย ดรดร.. สุขสุขสันติ์สันติ์ หอพิบูลสุขหอพิบูลสุข สาขาวิชาวิศวกรรมโยธาสาขาวิชาวิศวกรรมโยธา

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรสุรนารีนารี

การสํารวจชั้นดนิและการทดสอบในสนามการสํารวจชั้นดนิและการทดสอบในสนาม11 (SITES INVESTIGATION AND IN(SITES INVESTIGATION AND IN--SITU TESTING)SITU TESTING)

1.1 1.1 บทนําบทนํา

จากความรูในวิชาปฐพีกลศาสตร ทําใหไดทราบถึงขบวนการกําเนิดของดิน คุณสมบัติพื้นฐานและ

คุณสมบัติทางวิศวกรรมของดิน (กําลังตานทานแรงเฉือน การทรุดตัว และความซึมผานไดของน้ํา) กอนที่จะ

กลาวถึงการออกแบบในงานวิศวกรรมปฐพี วิศวกรจําเปนที่จะตองทราบลักษณะชั้นดินที่แทจริง และ

ผลทดสอบดินทั้งในหองปฏิบัติการและในสนามที่ความลึกตางๆ สําหรับการกอสรางโครงการใหญๆ ดังนั้น

การสํารวจชั้นดินอยางเหมาะสมเปนสิ่งที่จําเปนอยางมาก

1.1 1.1 บทนําบทนํา

• เพื่อหาลักษณะชั้นดนิ

• เพื่อเก็บตัวอยางดินคงสภาพสําหรับหาคณุสมบตัิเชิงวิศวกรรม และตัวอยางดินแปรสภาพสาํหรับหาคุณสมบตัิพื้นฐานในหองปฏบิตัิการ

• เพื่อหาความลึกของชั้นดินแข็ง

• เพื่อทําการทดสอบในสนาม (In-situ tests) เชน การทดสอบการซึมผานไดของน้ํา การทดสอบกําลังตานทานแรงเฉือนโดยใชใบพดั (Vane shear test) และการทดสอบทะลุทะลวงมาตรฐาน (Standard penetration test) เปนตน

• เพื่อสังเกตสภาพการระบายน้าํของชั้นดิน

• เพื่อวิเคราะหปญหาที่อาจจะเกิดขึ้นในสนาม โดยการสังเกตจากโครงสรางที่อยูใกลเคียง

จุดมุงหมายของการเจาะสํารวจชั้นดินมีดงันี้

1.2 แผนการเจาะและสํารวจชั้นดิน

1) การรวบรวมขอมูลที่เกี่ยวของกับโครงสราง ขั้นตอนนี้จะทาํการรวมขอมูลที่จาํเปน เชน ชนิดของโครงสราง น้ําหนักจากเสาและกําแพง เปนตน

2) การรวบรวมขอมูลสภาพชั้นดนิทีม่ีอยู สามารถหาไดจากแผนที่สํารวจทางธรณี คูมือการทดสอบดนิของกรมทางหลวง และรายงานขอมูลดนิสําหรับโครงการกอสรางที่อยูใกลเคียง เปนตน

3) การสํารวจพื้นทีท่ี่จะทาํการกอสราง เชน ชนิดของพืชผักในสนาม การเปดหนาดนิ รอยแตกบนกําแพงของอาคารใกลเคียง เปนตน

4) การสํารวจพื้นที่อยางละเอียด ขั้นตอนนีป้ระกอบดวยการทําหลุมสํารวจหลายๆ หลุม และการเก็บตัวอยางคงสภาพและแปรสภาพที่ระดบัความลึกตางๆ เพื่อการจําแนกดวยตา และการทดสอบในหองปฏบิตัิการ


ขอแนะนําสําหรับระยะหางระหวางหลุมเจาะ (Sower, 1979)

30-15150-60300-150บอยืม (สําหรับดินถมบดอัด)

30150300ทางหลวง

1-2 สําหรับแตละหนวย730ตอมอสะพาน หอสูง

3153060อาคารชั้นเดียวหรือสองชัน้

4153050อาคารหลายชั้น

ไมแนนอนธรรมดาสม่ําเสมอ

จํานวนหลุมเจาะอยางนอยระยะหางระหวางหลุมเจาะ (เมตร)

สภาพชั้นดินตามแนวราบ

โครงการ


ขอแนะนําสําหรับการกําหนดความลึกหลุมเจาะสําหรับงานฐานรากตื้น (Sower, 1979)

6 (จํานวนชั้น)0.7กวางและหนัก

3 (จํานวนชั้น)0.7แคบและเบา

ความลึกหลุมเจาะ (เมตร)ประเภทของอาคาร


การประมาณความลกึของหลุมสํารวจ

1.3 1.3 วิธีการเจาะหลุมสํารวจวิธีการเจาะหลุมสํารวจ

วิธีที่งายที่สุดคือการใชสวาน สามารถใชเจาะหลุม

สํารวจไดไมลึกมากนัก (ประมาณ 3 ถึง 5 เมตร) สวาน

มือเหมาะสําหรับงานสรางอาคารเล็กๆ และงานกอสราง

ถนน

ดินตัวอยางที่ไดจากการเจาะสํารวจโดยวิธีนี้เปน

ดินตัวอยางแปรสภาพ (Disturbed samples) ซึ่ง

สามารถใชในการหาคุณสมบัติพื้นฐาน

สวานมือ (a) สวาน Iwan (b) สวาน Slip


สวานตอเนื่องแบบขั้นบันได

การเจาะสํารวจที่ระดับความลึกมาก วิธีที่นิยมใช

ทั่ ว ไ ป คื อ ก า ร ใ ช ส ว า น ต อ เ นื่ อ ง แ บ บ ขั้ น บั น ไ ด

(Continuous flight augers)

สวานประเภทนี้มีความยาวประมาณ 90 ถึง 150

เซนติเมตร ตอทอน ระหวางทําการเจาะ ทอนที่สอง

สามารถตอกับทอนที่หนึ่งได ทําใหเกิดความตอเนื่องใน

การเจาะ


กานเจาะ

หัวเจาะกระแทก

วิธีการเจาะแบบเปยก (Wash boring)

วิธีการที่ใชในการเจาะหลุมสํารวจโดยตอก

ปลอกกันดิน (Casing) ยาวประมาณ 2 ถึง 3

เมตร ลงไปในดิน

อุปกรณเจาะสํารวจประกอบดวย 1) หัวเจาะ

กระแทก (Chopping bit) และ 2) กานเจาะ

(Drill rod) ซึ่งจะเปนทอกลวงและใชประกอบกับ

หัวเจาะกระแทก กานเจาะยาวตั้งแต 0.5-3.0

เมตร และตอกันดวยขอตอเกลียว


การเจาะแบบเปยก (Wash boring)


วิธีเจาะกระแทก (Percussion Drilling)

วิธีหนึ่งที่ใชเจาะหลุมทดสอบ โดยเฉพาะอยางยิ่งในดินแข็งหรือหิน วิธีนี้คลายกับการเจาะแบบเปยก

(Wash boring) เพียงแตวาหัวเจาะจะมีขนาดใหญและหนักกวามาก ในบางกรณีอาจไมจําเปนตองใช

ปลอกกันดิน


วิธี Rotary Drilling

ใชในการเจาะสํารวจสภาพหินและดิน อุปกรณที่ใชในการเจาะหลุม ประกอบดวย กานเจาะแบบกลวง

(Hollow drill rod) หลายๆ ทอนตอกัน โดยปลายลางติดกับหัวเจาะ (Bit) ซึ่งอาจจะเปนหัวเจาะตัด

(Cuting bit) หรือหัวเจาะเก็บตัวอยาง (Coring bit)

หัวตดั (Cutting bits) หัวเก็บตัวอยาง (Coring bits)

1.4 1.4 วิธีการเก็บตัวอยางวิธีการเก็บตัวอยาง

1. ตัวอยางดินแปรสภาพ (Disturbed samples) คือ ตัวอยางดินที่ถูกรบกวนเนื่องจากวิธีการเก็บ

ตัวอยางดินหรือการขนสง จนทําใหโครงสรางของเม็ดดินและปริมาณความชื้นเปลี่ยนไป ไดแก ตัวอยางดิน

ที่เก็บจากการเจาะโดยใชสวานมือ หรือกระบอกผาซีก (Split spoon) เปนตน

ตัวอยางดินประเภทนี้เหมาะสําหรับใชในการทดสอบหาคุณสมบัติพื้นฐาน (Basic/Physical

properties) ของดิน ไดแก การกระจายขนาดของเม็ดดิน หนวยน้ําหนัก ปริมาณความชื้น และพิกัดอัต

เตอรเบอรก เปนตน

ตัวอยางดินออกเปน 2 ชนิด


2. ตัวอยางดินคงสภาพ (Undisturbed sample) คือ ตัวอยางดินที่เก็บจากสนามโดยพยายามรักษา

องคประกอบและโครงสรางของดินใหเหมือนกับสภาพจริงในสนาม ไดแก ตัวอยางดินที่เก็บโดยใชกระบอก

เปลือกบาง (Thin-walled tube) หรือกระบอกลูกสูบ (Piston sampler) เปนตน

ดินตัวอยางชนิดนี้จะใชทดสอบคุณสมบัติทางวิศวกรรมของดิน อันไดแก การทดสอบการอัดตัวคาย

น้ํา การทดสอบแรงอัดสามแกน และการทดสอบการซึมผานไดของน้ํา เปนตน


1.4.1 การเก็บตัวอยางโดยกระบอกผาซีกมาตรฐาน (Standard Spilt Spoon)


1.4.2 การเก็บตัวอยางโดยกระบอกเปลือกบาง (Thin Wall Tube)


1.4.3 การเก็บตัวอยางโดยกระบอกลูกสูบ (Piston Sampler)

1.5 1.5 การรบกวนดินตวัอยางการรบกวนดินตวัอยาง

2 20

2(%) 100ir

i

D DAD−

= ×

(%) 100eiri

D DC D−= ×

อัตราสวนพื้นที่หนาตดั (Area ratio, Ar) และอัตราสวนชองวางภายใน (Inside clearance ratio, Cr)

ตัวอยางดนิคงสภาพ (Undisturbed sample) Ar 10 % และ Cr 1%≤ ≤

1.5 1.5 การรบกวนดินตวัอยางการรบกวนดินตวัอยาง

(%) 100ari

LL L= ×

rL

iL

aL

คือ อัตราสวนการเก็บตัวอยาง (Recovery ratio)

คือ ความยาวของตัวอยางดินที่เก็บไดจริง

คือ ความยาวของตัวอยางดินทีค่วรเก็บไดดีเยี่ยม>90

ดี76-90

พอใช51-75

แย26-50

แยมาก< 25

ประสิทธิภาพLr (%)

อัตราสวนการเก็บตวัอยางและประสิทธิภาพการเก็บตัวอยาง

1.6 1.6 การทดสอบทะลุทะลวงมาตรฐานการทดสอบทะลุทะลวงมาตรฐาน((Standard Penetration TestStandard Penetration Test))

ชนิดของตุมน้าํหนัก


การทดสอบทะลุทะลวงมาตรฐานดวย Donut hammer


Seed (1985) จึงไดเสนอเกณฑหลักในการทดสอบไวดังนี้

1. ใชวิธีการเจาะเปยก (Wash boring) เพื่อเจาะหลุมสํารวจใหมีขนาด 200 ถึง 250 มม. (4-5 นิ้ว)

2. ใชระบบตุมน้ําหนักที่มีประสิทธิภาพในการใหพลังงานเทากับ 60 เปอรเซ็นต

3. ปลอยตุมน้ําหนักกระทบแทนรับตุมน้ําหนักดวยอัตราเร็ว 30 ถึง 40 ครั้งตอนาที


Skempton (1986) ไดเสนอคาตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐานที่ประสิทธิผล 60 เปอรเซ็นต (N60) เพื่อใชใน

การปรับแกผลทดสอบในสนาม ดังนี้

60 0.60m B RE C C NN =

คือ ประสิทธิภาพของตุมน้าํหนกั (Hammer efficient)

คือ คาปรับแกขนาดของหลุมเจาะ

คือ คาปรับแกความยาวของกานเจาะ (Drill rod)

mE

BC

RC


0.45คลองผานรอก 2 รอบDonut

0.55-0.60คลองผานรอก 2 รอบSafety สหรฐัอเมริกา

0.73ตกอยางรวดเร็วอัตโนมัติสหราชอาณาจักร

0.65-0.67คลองผานรอก 2 รอบ

+ การปลอยตกแบบพิเศษ

Donut

0.78-0.85ระบบนกสับ (Trigger)Donutญี่ปุน

0.50เชือกคลองผานรอกDonutกัมพชูา

0.50เชือกคลองผานรอกDonut

0.55ตกอิสระDonut

ตกอิสระอัตโนมัติจีน

0.72ตกอยางรวดเร็วPin weightบราซิล

0.45เชือกคลองผานรอกDonutอารเจนตินา

ประสิทธิภาพ (Em)กลไกการปลอยตุมน้ําหนกัชนิดของตุมน้ําหนักประเทศ

ประสิทธิภาพของคอน SPT (Clayton, 1990)


1.00>10 ม. (> 30 ฟุต)

0.956-10 ม. (20-30 ฟุต)

0.854-6 ม. (13-20 ฟุต)

0.753-4 ม. (10-13 ฟุต)ความยาวของกานเจาะ (CR)

1.15200 มม. (8 นิ้ว)

1.05150 มม. (6 นิ้ว)

1.006.5-115 มม. (2.5-4.5 นิ้ว)ขนาดของหลุมเจาะ (CB)

คาความเปลี่ยนแปลงของอุปกรณคาปรับแก

คาปรับแก


Und

rain

ed sh

ear s

treng

th, S

u(to

n/m

2 )

Clay

s of h

igh p

lastic

ity

ความสัมพนัธระหวาง N60 และกําลังตานทานแรงเฉือนในสภาวะไมระบายน้ํา (U.S. Navy, 1972)

สําหรับดินเหนียว


>20.0แข็งมากที่สดุ>30

10.0-20.0แข็งมาก20-30

5.0-10.0แข็ง10-20

2.5-5.0แข็งปานกลาง5-10

1.2-2.5ออน2-5

0-1.2ออนมาก0-2

กําลังตานทานแรงเฉือน, Su

(ตันตอตารางเมตร)

ชนิดของดินตัวเลขการทะลุทะลวงมาตรฐาน

, N60

ความสัมพนัธระหวาง N60 และกําลังตานทานแรงเฉือนในสภาวะไมระบายน้ําของดนิเหนียว(Terzaghi and Peck, 1967)


Horpibulsuk et al. (2008) ทําการคํานวณกลับ (Back calculation) ผลทดสอบกําลังรับน้ําหนัก

บรรทุกของเสาเข็มขนาดเล็ก (Micro-pile) ในชั้นดินเหนียวปนดินตะกอนแข็งมากถึงแข็งมากที่สุดใน

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี (SUT silty clay) และสรุปวากําลังตานทานแรงเฉือนยังคงมีคาเพิ่มขึ้น

ตามคา N60 แมวา N60 จะมีคามากกวา 30 ก็ตาม และไดเสนอความสัมพันธระหวางกําลังตานทานแรง

เฉือนและ N60 ดังนี้

601.5uNS = 6029 68N< <เมื่อ


อิทธิพลของน้ําหนักกดทบัประสิทธิผลตอคาการทะลุทะลวงมาตรฐาน

สําหรับทราย

ตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐาน มีคาแปรผันตามกําลังตานทานแรงเฉือนในสภาวะระบายน้ําของดิน ขึ้นอยูกับ

น้ําหนักกดทับประสิทธิผล ( tan )fτ σ φ= ′ ′( )vσ′



ตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐานปรับแก แสดงไดดังนี้

คือ คาตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐานทีป่รับแกแลว

คือ ตัวคูณปรับแกตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐาน

คือ ความเคนประสิทธิผลในแนวดิง่ มีหนวยเปนกิโลปาสคาล

N′

NC

vσ′

60NN C N=′

100N v

C σ= ′


0

100

200

300

400

500

0 1 2 3 4

Correction factor

Effe

ctiv

e ov

erbu

rden

pre

ssur

e (k

Pa)

Tomlinson (1969)

Bazaraa (1967)

Liao and Whitman (1986)

อิทธิพลของน้ําหนักกดทบัประสิทธิผลตอคาการทะลุทะลวงมาตรฐาน


0

10

20

30

40

50

60

70

28 30 32 34 36 38 40 42 44

Loose

Ver

y lo

ose Medium dense Dense Very dense

Internal friction angle, φ' (Degree)

Cor

eect

ed st

anda

rd p

enet

ratio

n nu

mbe

r, N

'

ความสัมพนัธระหวางตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐานปรับแกและมมุเสียดทานภายในประสิทธิผล

ของดินเมด็หยาบ (Peck et al., 1974)


>86>21แนนมาก>50

66-8520-21แนน31-50

36-6514-19ปานกลาง11-30

16-3514-16หลวม6-10

0-1511-13หลวมมาก0-5

ความหนาแนนสมัพัทธหนวยน้ําหนกั (กน.ตอลบ.ม.)คําบรรยายN′

ความสัมพนัธระหวาง N′ หนวยน้ําหนัก และความหนาแนนสัมพทัธของดินเมด็หยาบ (Peck et al., 1974)

1.71.7 การทดสอบกําลังตานทานแรงเฉือนดวยใบพัดการทดสอบกําลังตานทานแรงเฉือนดวยใบพัด ((Vane Shear TestVane Shear Test))

0 25 50 75

Torq

ue

Rotation (Degree)

Undisturbed

Remoulded

(a) เครื่องมือทดสอบกําลังตานทานแรงเฉือนโดยใชใบพดั (b) ผลทดสอบในสนาม

(c) การคํานวณกําลังตานทานแรงเฉือน


22 22 4 2s e v hd dT M M dh S d Sππ β

⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎢ ⎥⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦

= + = + ×

การคํานวณกําลังตานทานแรงเฉือนแบบไมระบายน้ําของดิน คาแรงบดิ (T) จะมคีาเทากับผลรวมของ

โมเมนตตานทานแรงเฉือนตามผิวของดนิทรงกระบอก (Ms) และโมเมนตตานทานทีผ่ิวบนและผิวลาง

ของใบพัด (Me)

คือ กําลังตานทานแรงเฉือนของดินในแนวดิง่และแนวนอน ตามลาํดบั

คือ คาคงที่ ขึ้นอยูกับการกระจายของกําลังตานทานแรงเฉอืนที่ผิวบนและลาง

ของใบพัด = 1/2, 3/5, และ 2/3 สําหรับการกระจายแบบสามเหลี่ยม

พาราโบลา และสี่เหลี่ยม ตามลําดบั

,v hS S

ββ


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 20 40 60 80 100

UndisturbedRemolded

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1 2 3 4 5

Sensitivity

Dep

th (m

)

Undrained shear strength (kPa)

กําลังตานทานแรงเฉือนและคาความไวตัวของดนิเหนียวอําเภอบางพลี จังหวัดสมทุรปราการ

(Horpibulsuk et al., 2007)


0 20 40 60 80 1000.4

0.6

0.8

1.0

1.2

μ

Plasticity Index, PI

μ = 1.7 - 0.54 log(PI)

ความสัมพนัธระหวางคาปรับแกกําลังที่ไดจากการทดสอบ

กําลังตานทานแรงเฉือนดวยใบพดั และดัชนีสภาพ

พลาสติก

( . ) (vane shear)u cor vane uS Sμ=

Bjerrum (1974) ไดเสนอวิธีการปรับแกคากําลัง

ตานทานแรงเฉือน ซึ่งแปรผันตามชนดิของดิน

(ดัชนีสภาพพลาสตกิ)

คือตัวคูณปรับแก = 1.7 – 0.54 log(PI) μ

1.81.8 การทดสอบทะลุทะลวงดวยกรวยการทดสอบทะลุทะลวงดวยกรวย ((Cone Penetration TestCone Penetration Test))

เครื่องมือการทดสอบการทะลุทะลวงแบบใชกรวย ขั้นตอนการทะลุทะลวง


ผลทดสอบของการทดสอบแบบทะลุทะลวงดวยกรวยสําหรับชั้นดนิกรุงเทพ

0

4

8

12

16

20

24

28

0 2 4 6 8

qc (kg/cm2)

0

4

8

12

16

20

24

28

0 50 100 150 200

fsc (kg/cm2)D

epth

(m)

Dep

th (m

)

0

4

8

12

16

20

24

28

0 4 8 12 16 20 24

Rf (%)

Dep

th (m

)


การทดสอบแบบนี้ไมสามารถเก็บดินตัวอยางขึ้นมาได แตการจําแนกดินสามารถกระทาํไดโดยอาศัย

ความสัมพนัธเชิงประสบการณ (Empirical relationship) ระหวางความตานทานทีป่ลายกรวย (Cone

end resistance, qc) และอัตราสวนความเสียดทาน (Friction ratio, Rf) อัตราสวนความเสียดทานหา

ไดดงัสมการตอไปนี้

100%scf c

fR q= ×

scf คือ ความเสียดทานระหวางดินกับปลอกหุม (Cone side friction)

ทราย จะมีคา Rf นอยกวา 1 เปอรเซ็นต

ดินเหนียว จะใหคา Rf สูงกวา 1 เปอรเซ็นต

ดินเหนียวทีม่ีสารอินทรียอยูมาก (Peat) คา Rf มีคามากกวา 5 เปอรเซ็นต


การจําแนกชนิดของดินโดยอาศัยผลทดสอบการทดสอบทะลทุะลวงดวยกรวย

(Robertson and Campanella, 1983)


Robertson and Campanella (1983) ไดเสนอความสัมพันธสําหรับทรายที่ไมมพีันธะเชื่อมประสาน

และอยูในสภาพอดัตัวปกติ สําหรับทรายที่อัดตัวมากกวาปกติ มมุเสียดทานภายในประสิทธิผล (Effective

internal friction angle) หาโดยการลบมุมเสียดทานภายในประสิทธิผลออกดวย 1o - 2o ความสัมพันธ

ดังกลาวสามารถแสดงไดในรูปของสมการดังนี้

035 11.5log 30

c

v

qφ σ

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

= °+′′

25 50φ°< < °′เมื่อ


ความสัมพนัธระหวางมมุเสียดทานประสิทธิผลและความตานทานทีป่ลายโคน

(Robertson and Campanella, 1983)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 100 200 300 400 500

Cone end resistance (kg/cm 2)

Effe

ctiv

e ve

rtica

l stre

ss (k

Pa)

φ' = 48o

46o

44o

42o

40o38o36o34o32o

30o


สําหรับดินเหนียว จากทฤษฎีกําลังรับแรงแบกทาน (Bearing capacity’s theory) จะได

กําลังตานทานแรงเฉือนที่สภาวะไมระบายน้ําหาไดดังนี้

0c vuk

qS Nσ−

=

0c u vkq N S σ= +

คือ ความดันกดทบั (Overburden pressure) ทีต่ําแหนงซึ่งวัดคาความตานทานทีป่ลายกรวย

ตัวแปรของกรวย (Cone factor) ซึ่งมีคาประมาณ 5 ถึง 75 ขึ้นอยูกับดัชนีสภาพพลาสตกิ

คาทีน่ิยมใชกันจะอยูระหวาง 15 ถึง 20 (Lunne and Eide, 1976)

0vσ

kN คือ


Rashwan et al. (2004) ไดวิเคราะหการวิบัติของดินใตกรวยปลายแหลมโดยอาศัยทฤษฎีกําลังรับแรง

แบกทาน และสรุปวา Nk มีคาแปรผันตามความลึกและความขรุขระของปลายกรวย และมีคาอยูระหวาง

9.3 ถึง 14.5

Budhu (2000) แสดงความสัมพันธระหวางคา Nk และดัชนีสภาพพลาสติกดังนี้

1019 5kPIN −= − เมื่อ 10PI >


Trofimekov (1974) เสนอความสัมพันธระหวางโมดูลัส (E) และความตานทานที่ปลายกรวย (qc) สําหรับ

ทรายและดินเหนียวดังนี้

สําหรับทราย 3 cE q=

7 cE q= สําหรับดินเหนียว

1.9 1.9 การทดสอบดวยวิธีการทดสอบดวยวิธี Kunzelstab PenetrationKunzelstab Penetration

อุปกรณทดสอบ Kunzelstab penetration


ผลทดสอบ Kunzelstab Penetration ของชั้นดินบริเวณอาคารสุรนิเวศ 9

มหาวทิยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี


ตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐาน และกําลังรับแรงแบกทานยอมให หาไดจากความสัมพันธ ดังนี้

0.539 0.954KPTN N⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

= +′

(ksc) 0.64 3.57a KPTq N⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

= −

(ksc) 0.64 0.954a KPTq N⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

= +


สําหรับดินเหนียว

คือ จํานวนตอกดวยวิธี Kunzelstab penetration

คือ กําลังรับแรงแบกทานยอมให aqKPTN

1.10 1.10 Borehole Pressuremeter TestBorehole Pressuremeter Test

Pressuremeter test

Pressuremeter เปนเครื่องมือที่ถูกพัฒนาขึ้น

โดย Menard ในป 1965 เพื่อทดสอบหาโมดูลัส

ของความเคน-ความเครียด

ในการทดสอบ จะทําการอัดความดันเพื่อทําให

Pressure cell ขยายตัวในหลุมเจาะ แลวทํา

การวัดปริมาตรที่เพิ่มขึ้น

ทฤษฎีที่ใชในการคํานวณคือ Expansion of an

Infinitely Thick Cylinder


การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของ Pressure cell กับความดนั

โซน I คือ สวนที่ดนิถูกผลักดวยความดันเพื่อใหกลับคืนสู

สภาพเริ่มตน (สภาพที่ยังไมมกีารเจาะหลุมสํารวจ) โซนนี้

เรียกวา Reloading zone

โซน II เรียกวา Pseudo-elastic zone ซึ่งความสัมพนัธ

ระหวางปรมิาตรและความดนัคอนขางเปนเสนตรง

โซน III คือ Plastic zone


สําหรับ Pseudo-elastic zone

02 1 pE V Vν⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Δ= + Δ

คือ โมดูลัสยืดหยุน

1slope of straight line of zone II

pVΔ =Δ

E

ν

0V

คือ อัตราสวนโพซอง (Poisson’s ratio)

คือ ปริมาตรของ cell ทีค่วามดัน p0 ซึ่งคือความดันเริ่มตนของโซน II


Menard (1965) แนะนําใหแทนคา ในสมการ ดวย 0.33 จะได ν 02 1 pE V Vν⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Δ= + Δ

02.66 PE V VΔ= Δ

จากทฤษฎียืดหยุน (Elastic theory) ความสัมพันธระหวางโมดูลัสยืดหยุน (Elastic modulus, E)

และโมดูลัสเฉือนสามารถแสดงไดดังนี้

2 1E Gν⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

= +

0ΔΔ

pG V V=


นอกจากนี้ Pressuremeter test ยังสามารถใชคํานวณหาสัมประสิทธิ์ความดันที่สภาวะอยูนิ่ง (At-rest

earth pressure coefficient, K0) ไดดังนี้

00 0v

pK σ= ′

คือ ความดันดินดานขาง (Lateral earth pressure) ที่เกิดขึ้นในสนาม

คือ ความเคนกดทบัในแนวดิง่ประสิทธิผล ซึ่งคํานวณไดจากผลคูณของหนวยน้ําหนักจมน้ํา

(Submerged unit weight) และความลึก ณ จุดทีพ่ิจารณา 0vσ′

0p

1.11 1.11 รายงานการเจาะสํารวจชั้นดินรายงานการเจาะสํารวจชั้นดิน

หัวขอที่จําเปนตองมีในรายงานการเจาะสํารวจไดแก

1. บทนํา ไดแก บทสรุปอยางคราวๆ ของโครงการ ขั้นตอนการสํารวจ ตําแหนงและชื่อของโครงการ

2. ลักษณะของตําแหนงโครงการ ไดแก คําบรรยายลักษณะทั่วไปของบริเวณที่เจาะสํารวจ และแผนที่

แสดงตําแหนงของโครงการ พื้นที่ใกลเคียง และตําแหนงของหลุมเจาะ

3. สภาพชั้นดิน ไดแก ลักษณะของชั้นดินอยางละเอียด ซึ่งแสดงผลทดสอบในหองปฏิบัติการและใน

สนาม ระดับน้ําใตดิน และสภาพการระบายน้ํา

4. ขอเสนอแนะ ไดแก คําแนะนําที่จําเปนและถูกตองตามหลักวิชาการสําหรับการออกแบบและกอสราง

5. เอกสารอางอิง

6. ภาคผนวก ควรประกอบดวยขอมูลที่สําคัญที่ไดจากการเจาะสํารวจ อันไดแก Boring log

ผลทดสอบในหองปฏิบัติการ และผลทดสอบในสนาม เปนตน

1.11 1.11 รายงานการเจาะสํารวจชั้นดินรายงานการเจาะสํารวจชั้นดิน

Boring log เปนรูปแบบของเอกสารที่แสดงเชิง

กราฟของขอมูลรายละเอียดชั้นดิน และตอง

ประกอบดวย ชื่อของบริษทัที่เจาะสํารวจ ชื่อโครงการ

สถานที่เจาะสํารวจ วันทีท่าํการเจาะสํารวจและวันทีแ่ลว

เสร็จ ระดับน้าํใตดิน สภาพชั้นดิน และผลทดสอบใน

สนาม

1.12 1.12 การสํารวจโดยวิธีธรณีฟสิกสการสํารวจโดยวิธีธรณีฟสิกส ( (Geophysical MethodGeophysical Method))

การสํารวจจะไมมีการเจาะหลุมสํารวจเพื่อเก็บตัวอยางดินขึ้นมาทําการทดสอบในหองปฏิบัติ นอกจากนี้

ยังใชเวลาและคาใชจายต่ํา ขอมูลที่ไดสามารถครอบคลุมบริเวณกวาง อยางไรก็ตาม การเจาะหลุมสํารวจ

เพื่อหาคุณสมบัติพื้นฐานและคุณสมบัติทางวิศวกรรมของดินฐานรากก็ยังคงตองดําเนินการควบคูเพื่อใหได

ผลทดสอบที่ถูกตองและนาเชื่อถือ

ในที่นี้จะขอกลาวถึงการสํารวจธรณีฟสิกส 2 วิธีคือ

1. การสํารวจโดยอาศัยคลื่นการสั่นสะเทือน (Seismic Refraction Method)

2. การสํารวจโดยอาศัยความตานทานทางไฟฟา (Electrical Resistivity Method)


การสํารวจโดยอาศัยคลื่นการสั่นสะเทือน (Seismic Refraction Method)

ลักษณะผลทดสอบการสํารวจชั้นดินโดยอาศัยคลื่นการสั่นสะเทือน



ผลทดสอบการสํารวจชั้นดินโดยอาศัยคลื่นการสั่นสะเทือน

ความเร็วของคลื่นผานชั้นดินคาํนวณไดจากสวนกลับของ

ความชันของเสนตรงที่ 1 ดังสมการ

2 11 2 1

L Lv t t−

= −

L1 และ L2 คือ ระยะทางจากจุดกําเนดิถึงตัวรบั

สัญญาณที่ 1 และ 2 ตามลาํดบั

t1 และ t2 คือ เวลาของคลื่นลูกแรกถึงตัวรับ

สัญญาณที่ 1 และ 2 ตามลําดบั



สําหรับชั้นดินหลายชั้น ซึ่งความหนาของชั้นดินชั้นบนมคีวามสม่ําเสมอ เราสามารถประมาณความหนาของดิน

ชั้นบนไดจาก

2 11 2 12

v vLH v v−

= +

คือ ความหนาของดนิชั้นแรก

คือ ความยาวจากกราฟที่เสนความลาดสองเสนตัดกัน 1H

L


การสํารวจโดยอาศัยความตานทานทางไฟฟา (Electrical Resistivity Method)

การสํารวจเพื่อหาลักษณะของชั้นดินโดยวิธีนี้สามารถหาไดทั้งในแนวราบและแนวลึก การหาลักษณะชั้น

ดินในแนวราบ (Electrical profiling) ทําโดยจัดวางตัว Electrode ทั้ง 4 ตัวตามแนวที่ตองการสํารวจ โดย

ระยะหางระหวาง Electrode จะเทากัน ระยะหางของ Electrode ที่นอยที่สุดไมควรเกินครึ่งหนึ่งของความ

หนาของดินชั้นแรกและไมควรเกิน 1 เมตร และระยะหางที่มากที่สุดควรมีคาประมาณ 5 ถึง 10 เทา ของความ

ลึกที่ตองการสํารวจ

การจัดเรียงอุปกรณความตานทานไฟฟา

แบบ Wenner method


การสํารวจโดยอาศัยความตานทานทางไฟฟา (Electrical Resistivity Method)

ผลทดสอบการเปลี่ยนแปลงชั้นดินจากการสํารวจโดยอาศัยความตานทานทางไฟฟา


คาความตานทานของดนิและหนิตาง ๆ (Sowers, G.B., and Sowers, G.F., 1970)

Material Resistivity (ohm-centimeters)

Saturated organic clay or silt 500-2,000

Saturated inorganic clay or silt 1,000-5,000

Hard partially saturated clays and silts; saturated sands and gravels 5,000-15,000

Shales, dry clays and silts 10,000-50,000

Sandstone, dry sands and gravels 20,000-100,000

Sound crystalline rocks 100,000-1,000,000

ตัวอยางที่ตัวอยางที่ 1.11.1

จากผลการทดสอบทะลุทะลวงมาตรฐาน ทีค่วามลึก 15 เมตร ในชั้นดินทรายทีม่ีหนวยน้ําหนัก 18.0 กิโลนิว

ตันตอลูกบาศกเมตร ไดคา N60 เทากับ 35 ระดบัน้าํใตดนิอยูต่ํากวาผิวดนิ 1.0 เมตร จงหาคาตวัเลขทะลุ

ทะลวงมาตรฐานปรับแก

จากความสัมพันธ

ความเคนประสิทธิผลมีคาเทากับ กิโลปาสคาล

ดังนั้น

เพราะฉะนั้น

วิธีทํา 100N v

C σ= ′

18.0 1 8.2 14 132.8voσ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

= × + × =′

100 0.87132.8NC = =

35 0.87 30N = × =′


จากผลการทดสอบกําลังตานทานแรงเฉือนดวยใบพัด (Vane shear test) ในชั้นดินเหนียว ที่ระดับความ

ลึกหนึ่ง ไดคาแรงบิดสูงสุดเทากับ 250 กิโลกรัม-เซนติเมตร ใบพัดที่ใชในการทดสอบมีขนาด 55 x 110

มิลลิเมตร จงคํานวณหากําลังตานทานแรงเฉือนของดิน เมื่อดินเหนียวมีคาดัชนีสภาพพลาสติกเทากับ 65

เปอรเซ็นต

วิธีทํา (Vaneshear) 2 32 6

uTS

d h dπ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

=+

(Vaneshear) 2 3250 10 4.1

5.5 11 5.52 6

uSπ

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

×= =× +

1.7 0.54log 1.7 0.54log 65 0.72PIμ ⎛ ⎞⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠= − = − =

( . ) 0.72 4.1 3.0u cor vaneS = × =

ตันตอตารางเมตร

ตันตอตารางเมตรดังนั้น


จาก Boring log ดังแสดงในรูป จงแสดงชั้นดินเพื่อการออกแบบ


วิธีทํา

หนวยน้ําหนักในชั้นดินเหนียวออนและดินเหนียวแข็ง

ปานกลางคํานวณไดจากคาเฉลี่ยตลอดความลึก ดังนี้

1.65 1.59 1.58 1.57 1.52 1.53 1.576softclayγ + + + + += =

1.61 1.59 1.58 1.593mediumclayγ + += =

ตันตอลูกบาศกเมตร

ตันตอลูกบาศกเมตร


( )1.87 1.61 1.99 1.55 2.14 2.38 1.926u UCtestS + + + + += =

( )3.98 3.39 2.89 5.01 4.84 3.81 4.34 4.047u vaneshearS + + + + + += =

( . ) 1.7 0.54log 70 4.04 2.84u cor vaneS⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= − × =

ชั้นดินเหนียวออน




กําลังตานทานแรงเฉือนในชั้นดินเหนียวออนและดินเหนียวแข็งปานกลางคํานวณไดจากทั้ง

ผลทดสอบแรงอัดแกนเดียวและผลทดสอบดวยใบพัด เนื่องจากโจทยไมไดกําหนดดัชนีสภาพพลาสติก จึง

สมมติใหดัชนีสภาพพลาสติกมีคาคงที่ตลอดความลึกประมาณเทากับ 70 เปอรเซ็นต


( )4.41 3.06 4.61 4.033u UCtestS + += =

( )5.32 6.63 7.11 6.353u vaneshearS + += =

( . ) 1.7 0.54log 70 6.35 4.47u cor vaneS⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= − × =

ชั้นดินเหนียวแข็งปานกลาง




จะเห็นไดวากําลังตานทานแรงเฉือนที่ไดจากการทดสอบดวยใบพัดใหคาสูงกวาคาที่ไดจากการ

ทดสอบแรงอัดแกนเดียว เนื่องจากดินเหนียวออนถึงแข็งปานกลางไดรับการกระทบกระเทือนจากการเจาะ

สํารวจและการขนสงดิน จึงทําใหกําลังตานทานแรงเฉือนมีคานอยกวาคาจริงในสนาม


จงวาดชั้นดินพรอมทั้งแสดงพารามิเตอรที่จําเปน

สําหรับการออกแบบเสาเข็มตอก

รูปแสดง Boring log สําหรับงานกอสราง

อาคารหอพักแหงหนึ่งในจังหวัดนครราชสีมา


เนื่องจากชั้นดินดังกลาวเปนชั้นทราย ตองมีการ

ปรับแกคาตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐานเนื่องจาก

อิทธิพลของความเคนในแนวดิ่งประสิทธิผล

ระดับน้ําใตดินอยูที่ระดับความลึก 1.20 เมตร

จากผิวดิน

สมมติใหหนวยน้ําหนักของดินมีคาคงที่โดยเปน

คาเฉลี่ยของหนวยน้ําหนักซึ่งเทากับ 1.80 ตัน

ตอลูกบาศกเมตร

วิธีทํา


Depth (m) σ′v (kPa) N60 CN N′

1.9 (1.20×18.0) + (0.70×8.0) = 27.2 3 100 1.9227.2

= 1.92×3 = 6

3.2 27.2 + (1.3×8.0) = 37.6 11 100 1.6337.6

= 1.63×11 = 18

4.9 37.6 + (1.7×8.0) = 51.2 25 100 1.4051.2

= 1.40×25 = 35

6.2 51.2 + (1.3×8.0) = 61.6 100 100 1.2761.6

= 1.27×100 = 127

7.9 61.6 + (1.7×8.0) = 75.2 105 100 1.1575.2

= 1.15×105 = 121

9.3 75.2 + (1.4×8.0) = 86.4 108 100 1.0786.4

= 1.07×108 = 116


ความลึก 0.0-3.0 เมตร - ทรายหลวม

ความลึก 3.0-5.5 เมตร - ทรายแนนปานกลาง

ความลึก 5.5-9.5 เมตร - ทรายแนนมาก

N′ = 6

N′ = (18+35)/2 = 22

N′ = (127+121+116)/3 = 121

จากการปรับแกตัวเลขทะลุทะลวงมาตรฐาน สามารถแบงชั้นดินออกเปนสามชั้น

foundation engineeringeng.sut.ac.th/ce/oldce/suksun/chapter1.pdfการทดสอบก าล...

Documents