1

การทดสอบความสมบูรณของเสาเข็มเจาะลึกมากกอสรางในชั้นดินกรุงเทพ โดยวิธี Sonic Logging และการแปลคลื่นสัญญาณ

Integrity Tests on Deep Bored Piles Constructed in Bangkok Subsoil by Sonic Logging Method & Signals Interpretation

ภัคพงศ ศรีวรรณวิทย, จรุง หิรัญออน, และ สมบูรณ พิมสาร

บริษัท ซีฟโก จํากัด 61/141 ถนนพระราม 9 หวยขวาง กรุงเทพ 10320 โทร 6439561–72, 2472290-4, โทรสาร 2462177

Home page: www.seafco.co.th E-mail: seafco@seafco.co.th

บทคัดยอ

Sonic Logging Test เปนวิธีหนึ่งที่ใชสําหรับตรวจสอบความสมบูรณของเสาเข็มเจาะ ( Bored Pile) กําแพงกันดิน (Diaphragm Wall) ,เสาเข็มเหลี่ยม ( Barrette Pile ) รวมทั้ง Caissons ซึ่งเปนที่นิยมใชกันอยางแพรหลายในปจจุบัน สําหรับในประเทศไทย Sonic Logging Test ไดถูกนํามาใชตรวจสอบในโครงการกอสรางขนาดใหญ เชน สะพานขามแมน้ําเจาพระยาหลายแหง , ทางดวนยกระดับ และการกอสรางสถานีรถไฟฟา ใตดิน ฯลฯ บทความฉบับนี้จะรายงานผลการทดสอบที่แสดงถึงความผิดปกติ (Anomalies) ของคลื่นสัญญาณที่ไดจากการทดสอบกับเข็มตัวอยางจําลอง (Model Piles) ขนาดเสนผาศูนยกลาง 80 ซม. ความยาว 1.0 เมตรจํานวนทั้งสิ้น 9 ตัวอยาง โดยนําคลื่นสัญญาณที่ไดจากการทดสอบมาเปรียบเทียบกับสภาพความสมบูรณของเข็มตัวอยางจําลองที่จัดเตรียมไวกอน เพื่ออาจนําผลการเปรียบเทียบนี้ไปใชเปนแนวทางในการแปล (Interpretation) คลื่นสัญญาณจากการทดสอบจริงในงานสนามได นอกจากนี้ในรายงานนี้ไดนําตัวอยางคลื่นสัญญาณที่ไดจากการทดสอบของเสาเข็มเจาะขนาดเสนผาศูนยกลาง 1.20 เมตร โครงการหนึ่งมาประกอบเปนกรณีศึกษาดวย ABSTRACT Sonic logging test is one of the testing methods to check the integrity of pile foundations such as cast in-itu bored piles, diaphragm walls, barrettes and caissons. Sonic logging test has been used in Thailand in many

projects ; bridges crossing the Chao Phraya river, expressways, subway stations, etc. This paper presents discussion on test results with anomalies shown by test signals obtained from 9 tested model piles ; diameter 80 cm. and 1.0 m in length. The interpretation on the test signals and the actual integrity of piles were compared. The findings from the model pile tests may be used as interpretation guides for the field tests. Samples of test signals tested on bored piles of diameter 120 cm. from one of the major infrastructure projects are also presented 1. บทนํา (Introduction)

Sonic Logging Test เปนวิธีการตรวจสอบสิ่งผิดปกติที่เกิดขึ้นกับตัวเข็ม ซึ่งมีหลักการสําคัญคือ การวัดระยะเวลา (Transit Time or Travelling Time) ที่ใชในการสงผานสัญญาณคลื่น Sonic/Ultrasonic ระหวางทอ 2 ทอ ซึ่งถูกติดตั้งลงไปในขั้นตอนของการลงเหล็กกอนเทคอนกรีต โดยลูกตุม (Piezo-Electric Probe) ทั้งสองอัน อันหนึ่งคือตัวสงสัญญาณ (Transmitter or Emitter) อีกอันหนึ่งคือตัวรับสัญญาณ (Receiver) จะถูกหยอนลงไปในทอที่มีน้ําอยูเต็มสําหรับเปนสื่อกลางในการสงผานสัญญาณ ดังแสดงในแผนภาพ Schematic (รูปที่ 1) ในขณะที่ Probes ทั้งสองถูกดึงขึ้นมาพรอม ๆ กัน สัญญาณคลื่น Sonic/Ultrasonic ที่สงจาก Probe ตัวสงสัญญาณผานคอนกรีตไปยังตัวรับสัญญาณที่อยูอีกทอหนึ่ง จะถูกเปลี่ยนใหเปน Density Log ซึ่งแสดงใหเห็นเปนแนวเสนขาว-ดํา โดยเวลาที่ใชในการสงผานสัญญาณคลื่นขณะที่ดึง Probe ขึ้นในแตละระดับความลึกจะถูกบันทึกบนแกน X สวนระดับความลึกจะถูกบันทึกบนแกน Y ดังรูปที่ 2

การประชุมใหญวิชาการทางวิศวกรรม ประจําป 2542จัดโดย สมาคมวิศวกรรมสถานแหงประเทศไทยในพระบรมราชูปถัมภ , ณ. ศูนยประชุมแหงชาติสิริกิตติ์, 1-2 พฤศจิกายน 2542

2

จาก Sonic Logging Profile จะแสดงใหเห็นวาในกรณีที่คอนกรีตเปนเนื้อเดียวกันสม่ําเสมอ (homogenous concrete) ตลอดทั้งตน สัญญาณที่ไดจากการทดสอบ Sonic Logging Test จะไมแสดงความผิดปกติใด ๆ (no anomalies) เพราะคลื่น sonic จะเดินทางเปนเสนตรงทําใหความเร็วที่ใชในการสงผานสัญญาณคลื่นคงที่ดังแสดงในรูปที่ 3 สวนคอนกรีตที่เปนรูพรุนหรือมีกําลังต่ํา ความเร็วคลื่น sonic จะลดลง และคอนกรีตที่มีสิ่งเจือปน เชน กอนดิน สารละลายเบนโทไนท คลื่น sonic จะเดินทางเบี่ยงรอบสิ่งเจือปนนั้น ดังแสดงในรูปที่ 4 ซึ่งทั้ง 2 กรณีทําใหเวลาที่คลื่นเดิน

ทางจากตัวสงถึงตัวรับเพิ่มขึ้น รวมทั้งทําใหสัญญาณของ Sonic Profile จางลง ลักษณะของแนวคลื่นจะผิดปกติไปไมตอเนื่อง โดยสวนที่จางหรือผิดปกติไปจะเปนสวนสําคัญสําหรับชวยในการวิเคราะหผลตอไป

2. การทดสอบเข็มตัวอยางจําลอง (Model Tests) เข็มตัวอยางจําลองที่ใชทดสอบมีขนาดเสนผาศูนยกลาง 80 ซม. ความยาว 100 ซม. กอนการเทคอนกรีตจะทําการติดตั้งทอเหล็กขนาดเสนผาศูนยกลางภายใน 50 มม. เอาไว โดยมีระยะหางระหวางทอเทากับ 60 ซม. ดังรูปที่ 5 ในเข็มตัวอยางจําลองแตละตนจะมีการใสวัสดุปลอมปนนอกเหนือไปจากคอนกรีต เชน กอนดิน ทราย กรวด สารละลายเบนโทไนทลงไปแลวแตกรณี ดังรายละเอียดในตารางที่ 1.

รูปที่ 3 Typical horizontal positioning of probes

รูปที่ 4 Possible diversion of signal

รูปที่ 1 Elements of sonic logging system (after Strain and Williams,1991)

รูปที่ 2 Typical Sonic profile from sonic logging

3

ตารางที่ 1 ผลของ Sonic Logging Profiles ท่ีไดจากการทดสอบเข็มตัวอยางจําลองในกรณีตาง ๆ โดยทําการทดสอบหลังจากเทคอนกรีตเปนเวลา 30 วัน

Case Concrete & Material Properties Profile Discussion of signal 1 Standard good concrete pile with

clean tubes and clean water ผลของ Sonic Logging Profile ปกติสัญญาณคลื่น

ตอเนื่องไมพบสิ่งผิดปกติใด ๆ (no -anomaly)

2 Good concrete pile with dirty tubes and clean water

ผลของ Sonic Logging Profile ปกติ ยกเวนตรงหัวเข็มที่ผิดปกติ เนื่องจาก คอนกรีตเกิด Bleeding ทําใหกําลังของคอนกรีตลดลง

3 Good concrete pile with dirty tubes and dirty water (contaminated with bentonite slurry) filled

ผลของ Sonic Logging Profile ปกติ ยกเวนตรงหัวเข็มที่ผิดปกติ เนื่องจาก คอนกรีตเกิด Bleeding ทําใหกําลังของคอนกรีตลดลง เชนเดียวกับในกรณีที่ 2

60 cm.

100 cm

80 cm.

80 cm.

ทอเหล็กเสนผาศูนยกลางภายใน 50 มม.

วัสดุปลอมปน

รูปที่ 5 รายละเอียดของเสาเข็มตัวอยางจําลอง

4

Case Concrete & Material Properties Profile Discussion of signal 4 Good concrete with

Layer of bentonite Slurry,sand,gravel filled (30 cm. Thickness whole Section) at middle of the pile

ผลของ Sonic Logging Profile แสดงใหเห็นวาสัญญาณที่ผิดปกติขาดชวงตั้งแตระดับความลึก 0.40 ม. –0.70 ม. เนื่องจากคลื่นใชเวลาเดินทางเพิ่มขึ้นมาก

5 Good concrete with Clay on surface of one tube (50 cm. from top of concrete

ผลของ Sonic Logging Profile เห็นสัญญาณผิดปกติ แหวงที่ระดับความลึก 0.50 ม. เนื่องจาก คลื่นใชเวลาในการเดินทางเพิ่มขึ้น

6 Concrete mixed with bentonite slurry

ผลของ Sonic Logging Profile แสดงคลื่นสัญญาณผิดปกติไมสม่ําเสมอ สัญญาณไมชัดเนื่องจากผาน Poor concrete, non-homogenous concrete

7 Thin smear of 2 ม ม . Bentonite slurry on tubes (50 cm. from top of concrete)

ผลของ Sonic Logging Profile แสดงใหเห็นวาที่ระดับความลึกตั้งแต 0 – 0.50 ม. จาก top of concrete ลงไป สัญญาณผิดปกติคลื่นจะขาดหายไปไมชัดเจนเนื่องจากคลื่นใชเวลาในการเดินทางเพิ่มขึ้น

5

Case Concrete & Material Properties Profile Discussion of signal 8 Thick smear of 5 ม ม . Bentonite

slurry on tubes (50 cm. from top of concrete)

ผลของ Sonic Logging Profile แสดงใหเห็นวาที่ระดับความลึกตั้งแต 0 – 0.50 ม. จาก top of concrete ลงไป สัญญาณผิดปกติคลื่นจะขาดหายไปไมชัดเจนเนื่องจากคลื่นใชเวลาในการเดินทางเพิ่มขึ้น เชนเดียวกับในกรณีที่ 7

9 Weak concrete(high w/c ratio) ผลของ Sonic Logging Profile แสดงใหเห็นวาคลื่นสัญญาณปกติสม่ําเสมอ เนื่องจากคอนกรีตมีกําลังต่ําสม่ําเสมอตลอดทั้งตน (homogenous low strength concrete)

3. ทดสอบเสาเข็มใชงาน (Test on working piles)

ตัวอยางคลื่นสัญญาณที่มีความผิดปกติ (Anomalies) ไดจากการทดสอบเสาเข็มเจาะขนาดเสนผาศูนยกลาง 1.20 ม. ความลึก 41 ม

ในสนาม และทําการสํารวจจนพบถึงสาเหตุดังรายละเอียดในตารางที่ 2

ตารางที่ 2 Anomaly signals and causes

ลักษณะสัญญาณที่ผิดปกติ (Anomaly signals)

สาเหตุท่ีทําใหสัญญาณผิดปกติ (Causes of anomaly signals)

Sonic Logging Profile แสดงคลื่นสัญญาณผิดปกติโดยสัญญาณขาดแหวงบริเวณดานบนของเสาเข็มที่ระดับ 3 ม. เมื่อทําการขุดดินจนถึงระดับคอนกรีต ในระดับนั้นพบกอนดินแทรกตัวอยูคลายกับเสาเข็มตัวอยางจําลอง ในกรณีที่ 5

6

ลักษณะสัญญาณที่ผิดปกติ (Anomaly signals)

สาเหตุท่ีทําใหสัญญาณผิดปกติ (Causes of anomaly signals)

Sonic Logging Profile แสดงคลื่นสัญญาณผิดปกติบริเวณหัวเข็ม เมื่อทําการขุดดินถึงระดับ พบวาคอนกรีตเปนปูนทราย (mortar) เนื่องจากคอนกรีต Bleeding คลายกับตรงหัวเสาเข็มตัวอยางจําลองในกรณีที่ 2 และ 3

Sonic Logging Profile แสดงคลื่นสัญญาณผิดปกติที่ระดับ 3.0 – 7.0 ม. เมื่อขุดดินถึงระดับดังกลาวเพื่อซอมแซม พบคอนกรีตกําลังต่ํามีตะกอนเบนโท-ไนทปน คลายกับเสาเข็มตัวอยางจําลองในกรณีที่ 6

Sonic Logging Profile แสดงคลื่นสัญญาณผิดปกติโดยขาดหายไปที่ระดับ 12.5 – 13.0 ม. เมื่อทําการเจาะ Coring เก็บตัวอยางคอนกรีตที่ระดับดังกลาว พบวามีตะกอนดินปนเปอนน้ํายาเบนโทไนท คลายกับเสาเข็มตัวอยางจําลองในกรณีที่ 4

ระดับ กนหลุม

Sonic Logging Profile แสดงคลื่นสัญญาณขาดหายไปที่บริเวณกนหลุมเจาะ เนื่องจากกนหลุมมีตะกอนมาก คอนกรีตที่เทลงไปไมสามารถแทนที่ตะกอนกนหลุมไดหมด และคอนกรีตผสมกับสารละลายเบนโทไนทเต็มหนาตัด ทําใหคอนกรีตมีกําลังต่ํา จากผล coring พบคอนกรีตแยกตัวผสมสารละลายเบนโทไนทที่ปลายเสาเข็ม

4. บทการวิเคราะห และแปลสัญญาณ (Analysis and Interpretation) ความถูกตองในการวิเคราะหและแปลสัญญาณขึ้นอยูกับความชํานาญสวนหนึ่ง และจากการรวบรวมขอมูลการทดสอบในอดีตในเชิงสถิติอีกสวนหนึ่ง ในประเทศไทยยังไมมีการเก็บสถิติและกําหนดเกณฑในการแปล (Interpretation) อยางเปนรูปธรรม ประเทศแถบยุโรปไดมีการทดสอบดวยวิธีนี้กันมานานแลวจึงไดมีผูวิจัยหลายทานเสนอเกณฑในการแปลความหมายของสัญญาณทดสอบ เชน Faiella et al (1998) ได

วิเคราะหผลการทดสอบเสาเข็มเจาะจาก 37 หนวยงาน เสาเข็ม 6,865 ตน โดยกําหนดหมูเกณฑในการวิเคราะหตามตารางที่3 และ4

ตารางที่ 3. Defect classification criteria monitored by means of 2 tubes Ta/Ts Tk/D TYPE OF DEFECT <1.15 - Non-homogeneous concrete

<3 Light 1.15+1.45 >3 Probably serious <1 Light 1.45+2.0 >1 Probably serious

<0.5 Probably serious >2.0 >0.5 Light

7

ตารางที่ 4. Defect classification criteria for piles monitored by means of 3 and 4 tubes

Ta/Ts Pa/Pt Tk/D TYPE OF DEFECT Pa<Pt <1.15 Pa=Pt - Non-homogeneous

concrete <3 Non-homogeneous

concrete Pa<Pt >3 Light <3 Light

1.15+1.45

Pa=Pt >3 Serious <1 Non-homogeneous

concrete 1+3 Light Pa<Pt

>3 Serious <1 Light

1.45+2.0

Pa=Pt >1 Serious <0.5 Light

0.5+3 Serious Pa<Pt >3 Serious

<0.5 Light >2.0

Pa=Pt >0.5 Serious Where: Ta = Travel time of sonic waves in the anomalous zone Ts= Travel time of sonic waves in the sound concrete Tk= Thickness of the anomalous zone Pa= Number of measurement paths affected by sonic

anomalies Pt= Total number of travel paths for each pile D =Pile diameter

5. บทสรุป (Conclusion) จากผลของ Sonic Logging Profiles ที่ไดจากการทดสอบเข็มตัวอยางจําลองสามารถสรุปไดดังนี้ 5.1 ในกรณีที่คอนกรีตมีความไมตอเนื่องเต็มทั้งหนาตัด สัญญาณของ

Sonic Logging จากทุก Profile จะขาดหายไป ไมตอเนื่อง เนื่องจากเวลาที่ใชในการสงผานสัญญาณคลื่น (Transit time) เพิ่มขึ้นอยางมากจนไมสามารถปรากฏบนจอแสดงคลื่นสัญญาณได ดังแสดงในเข็มตัวอยางจําลองกรณีที่ 4 และสอดคลองกับผลทดสอบเสาเข็มจริงขนาดเสนผาศูนยกลาง 1.20 ม. ในโครงการหนึ่ง

5.2 การที่มีสารละลายเบนโทไนทมาเคลือบทอ Sonic ทั้งในกรณีที่เคลือบหนา 2 มม. และ 5 มม. สัญญาณคลื่นขาดหายไปและบางสวนไมชัดเจนเนื่องจากเวลาที่ใชในการสงผานสัญญาณคลื่น (Transit time) เพิ่มขึ้น ดังแสดงในเข็มตัวอยางจําลองกรณีที่ 7 และ กรณีที่ 8

5.3 การที่มีกอนดินมาติดกับทอ Sonic แลวเทคอนกรีตทับลงไป สัญญาณของ Sonic Logging จะขาดหายหรือแหวงเปนบาง Profile ในระดับที่มีกอนดินแทรกอยู เนื่องจากคลื่นตองวิ่งออมกอนดิน

ทําใหเวลาที่ใชในการสงผานสัญญาณคลื่น (Transit time) เพิ่มขึ้น ดังแสดงในเข็มตัวอยางจําลองกรณีที่5 และสอดคลองกับผลทดสอบเสาเข็มจริงขนาดเสนผาศูนยกลาง 1.20 ม. ในโครงการหนึ่ง

5.4 การเทคอนกรีตโดยใชคอนกรีตเหลวตลอดทั้งตน สัญญาณของ Sonic Logging จากทุก Profile จะตอเนื่องสม่ํ าเสมอ เนื่องจากคอนกรีตมีกํ าลั งต่ํ าสม่ํ า เสมอตลอดทั้ งตน (homogenous low strength concrete) Transit time ที่ใชในแตละระดับจึงไมแตกตางกัน ดังแสดงในเข็มตัวอยางจําลองกรณีที่ 9

5.5 การเทคอนกรีตโดยใชคอนกรีตผสมกับตะกอนเบนโทไนทตลอดทั้ งตน สัญญาณของ Sonic Logging จากทุ ก Profile หรือบาง Profile จะไมสม่ําเสมอและไมชัดมีลักษณะเปน Poor concrete , none homogenous concrete เนื่ องจากเวลาที่ ใช ในการส งผ านสัญญาณคลื่น (Transit time) เพิ่มขึ้น ดังแสดงในเข็มตัวอยางจําลองกรณีที่ 6 และสอดคลองกับผลทดสอบเสาเข็มจริงขนาดเสนผาศูนยกลาง 1.20 ม. ในโครงการหนึ่ง

5.6 ในกรณีที่คอนกรีตเกิด Bleeding กําลังของคอนกรีตจะลดลง สัญญาณของ Sonic Logging จากทุก Profile หรือบาง Profile จะไมตอเนื่อง เนื่องจากเวลาที่ใชในการสงผานสัญญาณคลื่น (Transit time) เพิ่มขึ้น ซึ่งสอดคลองกับผลทดสอบเสาเข็มจริงขนาดเสนผาศูนยกลาง 1.20 ม. ในโครงการหนึ่ง

5.7 การตรวจสอบความสมบูรณของเสาเข็มโดยวิธี Sonic Logging Test นี้สามารถตรวจพบสิ่งผิดปกติไดชัดเจนกวาการตรวจสอบโดยวิธี Sonic Integrity (Seismic Test) ดังนั้นในโครงการที่ตองใชเสาเข็มรับน้ําหนักมาก ๆ หรือมีการใชเสาเข็มเดี่ยวในฐานราก จึงควรตรวจสอบความสมบูรณของเข็มโดยวิธีนี้ และจะทําใหผูประกอบการเสาเข็มมีความระมัดระวัง และทําการกอสรางอยางถูกวิธีและจะไดเสาเข็มที่มีสมรรถนะสูง (Pile constructed with high performance)

6. กิติกรรมประกาศ (Acknowledgement) ขอขอบคุณ คุณณรงค ทัศนนิพันธ ที่ใหการสนับสนุนและคําแนะนําในการเตรียมและเขียนบทความนี้มาโดยตลอด และขอขอบคุณผูรวมงานในบริษัท ซีฟโก จํากัดที่สนับสนุนการทําเข็มตัวอยางจําลอง ,บริษัท เอส ที เอส เอ็นจิเนอร่ิง คอนซัลแตนท จํากัด โดยคุณณัฐมนต กัมปนานนท ที่ทํา Sonic Logging Test ใหโดยไมคิดมูลคา และใหขอมูลคลื่นสัญญาณของการทดสอบในสนามมาประกอบบทความนี้

8

7. เอกสารอางอิง (References) Faiella, D. & Superbo, S. (1998) “ Integrity non destructive tests of deep foundations by means of sonic methods - Analysis of the results collected on 37 sites in Italy ”, Deep Foundations on Bored and Auger Piles BAP III, Balkema, Rotterdam ,Netherlands ,1998 , pp. 209-213 Stain, R.T. & Williams, H.T. (1991) “Interpretation of Sonic Coring Results: A research Project. ”, 4th international DFI conference Piling and Deep Foundations., Balkema, Rotterdam, Netherlands, 1991, pp. 633-640 Turner, M.J. (1997) “Integrity testing in piling practice”, Construction Industry Research and Information Association. CIRIA Report 144 , London, UK., pp. 208-229