ปัญหาดินทรุดตัว (Soil Settlement) ถือเป็นหนึ่งในอุปสรรคสำคัญของงานก่อสร้างโดยเฉพาะในพื้นที่กรุงเทพมหานครที่มีชั้นดินเหนียวอ่อน (Bangkok Soft Clay) หนาและมีค่าความสามารถในการรับน้ำหนักต่ำ หากไม่มีการปรับปรุงคุณภาพดินก่อนก่อสร้างอาจทำให้เกิดการทรุดตัวของอาคาร ถนน หรือโครงสร้างพื้นฐานภายหลังการใช้งาน ส่งผลกระทบต่อความปลอดภัยและเพิ่มค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมในอนาคต
หนึ่งในวิธีการที่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายในการแก้ไขปัญหานี้ คือ Vacuum Consolidation Method (VCM) ซึ่งเป็นเทคนิคการปรับปรุงคุณภาพดินที่ช่วยเร่งการทรุดตัวของดินด้วยระบบสูญญากาศ (Vacuum System) วิธีนี้สามารถควบคุมการทรุดตัวของดินได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ทั้งนี้อะไรคือหลักการสำคัญที่ทำให้ VCM เหมาะกับการก่อสร้างในพื้นที่กรุงเทพมหานคร รวมถึง หลักการ จุดเด่น ข้อจำกัด และสุดท้ายลักษณะโครงการที่เหมาะสมต่อการนำวิธีการนี้ไปใช้งานในบทความนี้มีคำตอบให้ครับ
เลือกอ่านตามหัวข้อ
วิธีการ Vacuum Consolidation Method (VCM) คืออะไร?
Vacuum Consolidation Method (VCM) คือการปรับปรุงคุณภาพดินโดยใช้ระบบสูญญากาศในการเร่งการทรุดตัวล่วงหน้าให้เกิดขึ้นก่อนการก่อสร้างจริง หลักการทำงานคือการ ลดช่องว่างระหว่างอนุภาคดิน ผ่านกระบวนการคายน้ำ (Dewatering) ภายใต้แรงดันลบ (Negative Pressure) ระบบนี้จะสร้าง แรงดันน้ำในโพรงดินที่เป็นลบ (Negative Pore Water Pressure) ซึ่งส่งผลให้ หน่วยแรงประสิทธิผล (Effective Stress) ของดินเพิ่มขึ้น อนุภาคดินจึงจับตัวกันแน่นขึ้น เกิดการอัดตัวต่อเนื่องและสม่ำเสมอ
ผลลัพธ์คือ:
- ดินมีการทรุดตัวอย่างควบคุมได้
- การทรุดตัวหลังก่อสร้างลดลงอย่างมาก
- ค่ากำลังรับน้ำหนักของดิน (Bearing Capacity) เพิ่มขึ้นจนรองรับโครงสร้างได้ตามเป้าหมายของโครงการ
วิธีการ Vacuum Preloading นี้สอดคล้องกับทฤษฎีการอัดตัวคายน้ำ (Consolidation Theory) โดยถือว่า หน่วยแรงรวมคงที่ แต่ หน่วยแรงประสิทธิผลเพิ่มขึ้น จากการที่แรงดันน้ำในโพรงดินลดลง หลักการคำนวณจึงใกล้เคียงกับวิธี Soil Preloading แบบทั่วไป
อุปกรณ์หลักที่ใช้ในวิธีการ Vacuum Consolidation Method (VCM) มีอะไรบ้าง?
- แผ่นระบายน้ำในแนวดิ่ง (Prefabricated Vertical Drain, PVD)
- ท่อระบบระบายน้ำในแนวราบ (Prefabricated Horizon System, PHS)
- แผ่นทึบอากาศ (Geomembrane)
- แผ่นใยสังเคราะห์ (Geotextile)
- ปั๊มสูญญากาศ (Vacuum Pump)
วิธีการ Vacuum Consolidation Method (VCM) เหมาะกับดินแบบไหน?
VCM เหมาะกับดินที่มีอนุภาคละเอียดปะปนอยู่สูงและมีความสามารถในการซึมผ่านของน้ำที่ต่ำ (Low Permeability) เช่น ดินเหนียวอ่อน (Soft Clay) ซึ่งมีขนาดอนุภาคเล็กกว่า 0.075 มม. และเป็นดินที่ผ่านตะแกรงเบอร์ #200 มากกว่า 50%
รูปภาพตัวอย่างของพื้นที่ดินเหนียวอ่อนก่อนทำการปรับปรุงคุณภาพดิน
รูปภาพตัวอย่างของพื้นที่ดินเหนียวอ่อนหลังทำการปรับปรุงคุณภาพดิน
จุดเด่น และข้อจำกัดของวิธีการ Vacuum Consolidation Method (VCM) มีอะไรบ้าง?
จุดเด่น (Benefits)
- ลดระยะเวลาในการปรับปรุงดิน: เร่งการทรุดตัวล่วงหน้าให้เสร็จภายใน 6 เดือน – 1 ปี ซึ่งเร็วกว่าวิธีถมดินแบบดั้งเดิม (Surcharge Preloading)
- ควบคุมการทรุดตัวได้ดี: การติดตั้งระบบตรวจวัดและควบคุมแรงดันช่วยคาดการณ์การทรุดตัวได้แม่นยำ
- เหมาะกับพื้นที่ขนาดใหญ่: สามารถนำไปปรับใช้กับโครงการที่ต้องการเร่งพัฒนา เช่น ถนน สนามบิน ท่าเรือ หรืออาคารสูง
ลดการใช้วัสดุดินถม: เหมาะกับพื้นที่ที่ขาดแคลน และหาดินถมสำหรับทำ Surcharge Preloading ได้ยาก
ข้อจำกัด (Limitation)
- เหมาะกับดินอิ่มน้ำที่มีการซึมน้ำต่ำเท่านั้น: ประสิทธิภาพของ VCM จะลดลงเมื่อใช้กับดินที่มีการซึมน้ำสูงดินทรายหรือดินกรวดเพราะปริมาณน้ำที่อยู่ในอนุภาคดินจะถูกระบายออกเร็วจนไม่สามารถสร้างระบบสุญญากาศได้เหมาะสม
- ขั้นตอนการติดตั้งระบบต้องใข้ความชำนาญสูง: โดยเฉพาะในขั้นตอนของการติดตั้ง PVD และ Geomembrane หากเกิดการรั่วซึมจะทำให้การเกิดระบบสุญญากาศเกิดขึ้นได้ไม่สมบูรณ์
- ต้องวางแผนพื้นที่ Buffer Area ให้ดี: เพราะแรงดันจากปั้มอาจทำให้เกิดความเสียหายของพื้นที่ข้างเคียง
- ต้องมีการควบคุม และทำการติดตามอย่างต่อเนื่อง: โดยใช้เครื่องมือตรวจวัดแรงดันสุญญากาศ และทำการตรวจสอบการทำงานของระบบไฟฟ้า สภาพการระบายน้ำตลอดระยะเวลาดำเนินการของโครงการ
งานหรือโครงการแบบไหนที่เหมาะกับวิธีการ Vacuum Consolidation Method (VCM)?
VCM เหมาะกับการพัฒนาพื้นที่ก่อสร้างหรือโครงการที่หลากหลายทั้งโครงการขนาดใหญ่ เช่น โครงการถมที่ดินเพื่อสร้างอาคารสูง ถนน สนามบิน หรือท่าเรือ จนถึงโครงการหมู่บ้านจัดสรรก็สามารถใช้วิธีการเร่งการทรุดตัวของดินด้วย VCM ได้ โดยเน้นที่เรื่องของการควบคุมการทรุดตัวและต้องการลดระยะเวลาก่อสร้าง
สรุป
VCM เป็นหนึ่งในเทคนิคที่เหมาะสมสำหรับกับการปรับปรุงคุณภาพดินเหนียวอ่อนหรือดินที่มีอนุภาคความละเอียดสูง โดยสามารถช่วยลดระยะเวลา ควบคุมการทรุดตัว และเพิ่มความมั่นคงให้กับโครงสร้างในอนาคตอย่างไรก็ตามควรเลือกใช้ VCM ควบคู่กับการวิเคราะห์ด้านวิศวกรรมปฐพีที่เหมาะสมกับเงื่อนไขของโครงการเพื่อให้การปรับปรุงคุณภาพดินเกิดประสิทธิภาพสูงที่สุด
อ่านเพิ่มเติม
- ศูนย์วิจัยและพัฒนาวิศวกรรมปฐพีและฐานราก ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ (2561). การแก้ปัญหาการทรุดตัวของงานถนน งานถมที่ และถมบ่อดิน ในพื้นที่ดินเหนียวอ่อนกรุงเทพฯ ด้วยการปรับปรุงคุณภาพดิน และเทคนิค VCM
- Indraratna, B., Sathananthan, I., Rujikiatkamjorn, C., & Balasubramaniam, A. S. (2005). “Vacuum Consolidation Technology: Principles and Field Applications.” Geotechnical Engineering, 36(1), 5-15.
- Sujatha, E.R., & Robinson, R.G. (2015). “Application of Vacuum Consolidation Method for Soft Clay Improvement.” International Journal of Engineering and Technology, 7(3), 851-857.
- กรมโยธาธิการและผังเมือง. (2562). คู่มือแนวทางการปรับปรุงคุณภาพดินสำหรับงานก่อสร้าง.
ติดตามข้อมูลเพิ่มเติม
Facebook: Facebook Profile
Linkedin: Linkedin Profile
