Field Vane Shear Test คืออะไร?
การทดสอบกำลังดินเหนียวอ่อนถึงหน้างาน

ทำไมดินเหนียวอ่อนต้องใช้ Vane Shear?

ดินเหนียวอ่อนมากมีปัญหาเฉพาะตัวที่ทำให้วิธีทดสอบทั่วไปให้คำตอบได้ไม่ดี ปัญหาแรกคือการรบกวนตัวอย่าง (Sample Disturbance) — เมื่อเก็บตัวอย่างดินเหนียวอ่อนขึ้นมาทดสอบในห้องปฏิบัติการ ตัวอย่างมักถูกรบกวนระหว่างการกด การถอน และการขนส่ง โครงสร้างดินที่บอบบางถูกทำลายไปบางส่วน ค่ากำลังที่วัดได้ในแล็บจึงมีแนวโน้มต่ำกว่ากำลังจริงของดินในสนาม ยิ่งดินอ่อนมาก ปัญหานี้ยิ่งชัด

ปัญหาที่สองคือความละเอียดของการทดสอบตอกทะลวงมาตรฐาน (SPT) ซึ่งเหมาะกับทรายและดินแข็งปานกลางขึ้นไป แต่หยาบเกินไปสำหรับดินอ่อนมาก — ในชั้นดินเหนียวอ่อนกรุงเทพฯ ค่า N มักออกมาเพียง 0–2 จนแทบแยกความแตกต่างระหว่างชั้นดินไม่ได้ (อ่านรายละเอียดการแปลค่า N ได้ในบทความ SPT N-Value แปลผลอย่างไร)

Vane Shear แก้ทั้งสองปัญหาด้วยการเฉือนดินตรงตำแหน่งที่มันอยู่ ดินไม่ถูกยกขึ้นจากสภาพความเค้นเดิม ไม่ผ่านการขนส่ง และวัดค่าออกมาเป็นตัวเลขกำลังต่อเนื่อง ไม่ใช่จำนวนครั้งการตอก ค่าที่ได้จึงสะท้อนกำลังของดินเหนียวอ่อนถึงแข็งปานกลางในสนามได้ดีเป็นพิเศษ

หลักการและขั้นตอนการทดสอบ

อุปกรณ์หลักคือใบมีดสี่แฉกรูปกากบาท (Vane) ติดปลายก้านเหล็ก ต่อขึ้นมาถึงชุดวัดแรงบิด (Torque Head) ที่ปากหลุม ขั้นตอนโดยสรุปมีดังนี้:

1. เจาะนำถึงระดับทดสอบ — เจาะหลุมสำรวจหรือกดก้านทดสอบลงไปจนถึงระดับความลึกที่ต้องการทดสอบ
2. กดใบมีดลงดินที่ยังไม่ถูกรบกวน — กดใบมีดลงไปใต้ก้นหลุมตามระยะที่มาตรฐานกำหนด เพื่อให้พ้นโซนดินที่ถูกรบกวนจากการเจาะ
3. หมุนด้วยอัตราคงที่ — หมุนใบมีดช้า ๆ ด้วยอัตราคงที่ พร้อมวัดแรงบิด (Torque) ต่อเนื่อง
4. อ่านค่าแรงบิดสูงสุด — เมื่อดินรอบใบมีดถูกเฉือนจนวิบัติ ค่าแรงบิดสูงสุดจะถูกคำนวณเป็นกำลังรับแรงเฉือนแบบไม่ระบายน้ำ (S_u) จากขนาดใบมีดที่ทราบแน่นอน
5. วัดค่ากำลังหลังถูกปั่น — หลังดินวิบัติแล้ว หมุนใบมีดต่อหลายรอบเพื่อปั่นดินให้เสียโครงสร้าง แล้ววัดซ้ำ ได้ค่า Remolded Strength ซึ่งนำไปหาค่าความไว (Sensitivity) ของดินเหนียว
6. ทำซ้ำที่ระดับถัดไป — ทดสอบเป็นช่วง ๆ ตามความลึก ได้โปรไฟล์กำลังดินต่อเนื่องตลอดชั้นดินเหนียวอ่อน

การทดสอบอ้างอิงมาตรฐาน ASTM D2573 (Standard Test Method for Field Vane Shear Test in Cohesive Soil) ทำให้ขั้นตอน อัตราการหมุน และการคำนวณเป็นระบบเดียวกัน ผลจากคนละหลุม คนละโครงการ จึงตรวจสอบและเปรียบเทียบกันได้ และผลทั้งหมดจะถูกรายงานประกอบใน Boring Log ของหลุมสำรวจนั้น

ค่าที่ได้จาก Vane Shear บอกอะไรบ้าง

การทดสอบหนึ่งตำแหน่งให้ค่าที่ใช้งานได้ถึง 3 ตัว:

ค่า	ความหมายและการใช้งาน
Undrained Shear Strength (Su)	กำลังรับแรงเฉือนแบบไม่ระบายน้ำของดินเหนียว ใช้คำนวณกำลังรับน้ำหนักฐานราก แรงเสียดทานเสาเข็ม และเสถียรภาพงานขุด/คันดิน
Remolded Strength	กำลังของดินหลังโครงสร้างถูกทำลาย ใช้ประเมินพฤติกรรมดินรอบเสาเข็มตอกในช่วงแรกหลังตอก
Sensitivity (St)	อัตราส่วน Su ต่อ Remolded Strength ดินที่ Sensitivity สูงจะสูญเสียกำลังมากเมื่อถูกรบกวน ต้องระวังเป็นพิเศษในงานตอกเข็มและงานขุด

ค่า S_u ที่ได้ตามความลึกหลายจุดจะถูกเขียนเป็นโปรไฟล์กำลังดิน ซึ่งมักเพิ่มขึ้นตามความลึกในชั้นดินเหนียวอ่อนตามธรรมชาติ โปรไฟล์นี้คือข้อมูลตั้งต้นของการคำนวณกำลังรับน้ำหนักของดิน (อ่านหลักการที่ Bearing Capacity คืออะไร) และการวิเคราะห์เสถียรภาพของงานถม–งานขุดบนดินอ่อน

Vane Shear เหมาะกับงานแบบไหน

• โครงการบนชั้นดินเหนียวอ่อนหนา — เช่น พื้นที่กรุงเทพฯ ปริมณฑล และที่ราบลุ่มภาคกลาง ซึ่งชั้นดินเหนียวอ่อนหนาต่อเนื่องหลายเมตร (อ่านลักษณะชั้นดินแบบนี้ที่ ดินเหนียวอ่อนกรุงเทพฯ กับงานฐานราก)
• งานถมดินบนดินอ่อน คันทาง ถนนบนดินอ่อน — ที่ต้องวิเคราะห์เสถียรภาพระหว่างก่อสร้าง เพราะน้ำหนักถมอาจทำให้ดินอ่อนใต้ฐานวิบัติแบบเฉือนได้
• งานปรับปรุงคุณภาพดิน (Ground Improvement) — ที่ต้องวัดกำลังดินก่อน–หลังปรับปรุงเพื่อยืนยันผล เช่น งาน Preloading หรือ PVD เพราะ Vane Shear ทำซ้ำที่เดิมได้และให้ตัวเลขเปรียบเทียบตรง ๆ
• งานขุดในดินอ่อน — เช่น บ่อก่อสร้าง ระบบระบายน้ำ ที่ต้องการโปรไฟล์กำลังดินละเอียดตามความลึกเพื่อออกแบบระบบค้ำยัน

จำนวนหลุมสำรวจและตำแหน่งที่ควรทำ Vane Shear ขึ้นกับขนาดโครงการและความแปรปรวนของชั้นดิน — หลักการเดียวกับการกำหนดจำนวนหลุมเจาะทั่วไป ซึ่งอ่านได้ที่ เจาะดินกี่หลุม ลึกเท่าไหร่ถึงพอ

ข้อจำกัดที่ควรรู้

• ใช้ได้เฉพาะดินเหนียวอ่อนถึงแข็งปานกลาง — ใช้ไม่ได้กับทราย กรวด หรือดินเหนียวแข็งมาก เพราะใบมีดกดลงไม่ได้หรือค่าที่ได้ไม่มีความหมาย
• เลนส์ทรายหรือเปลือกหอยทำให้ค่าเพี้ยนเฉพาะจุด — หากมีวัสดุแข็งแทรกในชั้นดินเหนียว ค่าที่วัดได้อาจสูงเกินจริง การแปลผลจึงต้องดูข้อมูลชั้นดินจากหลุมเจาะประกอบเสมอ
• ให้ค่ากำลังแบบไม่ระบายน้ำเท่านั้น — การวิเคราะห์พฤติกรรมระยะยาว (Drained Condition) ยังต้องอาศัยผลการทดสอบดินในห้องปฏิบัติการร่วมด้วย เช่น Consolidation Test สำหรับการทรุดตัว
• ค่า S_u จากสนามต้องปรับแก้ก่อนใช้ออกแบบ — Field Vane มักให้ค่า S_u สูงกว่ากำลังที่ระดมได้จริงในงานเสถียรภาพ จึงต้องคูณด้วยตัวประกอบปรับแก้ (Correction Factor, μ) ตามค่าดัชนีสภาพพลาสติก (Plasticity Index) ของดินเหนียวก่อนนำไปวิเคราะห์ (ตามงานของ Bjerrum ค่า μ ของดินเหนียวอ่อนพลาสติกสูงมักอยู่ราว 0.6–0.8) โดยวิศวกรผู้รับผิดชอบเป็นผู้เลือกค่า μ ที่เหมาะสมกับดินแต่ละชั้น

ด้วยเหตุนี้ Vane Shear จึงไม่ใช่ตัวแทนของการเจาะสำรวจดิน แต่เป็นตัวเสริมที่ทรงพลัง — หลุมเจาะให้ภาพรวมชั้นดินทั้งโปรไฟล์พร้อมตัวอย่างไปทดสอบในแล็บ ส่วน Vane Shear เจาะลึกความแม่นยำของกำลังดินในชั้นเหนียวอ่อนที่วิธีอื่นวัดได้ไม่ดี การใช้ทั้งสองอย่างร่วมกันในหลุมเดียวจึงเป็นแนวทางที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับโครงการบนดินอ่อน

สรุป

Field Vane Shear Test คือวิธีวัดกำลังรับแรงเฉือนของดินเหนียวอ่อน "ถึงที่" โดยไม่ต้องเก็บตัวอย่าง ให้ทั้งค่ากำลังดิน (S_u) ค่ากำลังหลังถูกปั่น (Remolded Strength) และความไวของดิน (Sensitivity) เหมาะอย่างยิ่งกับชั้นดินเหนียวอ่อนแบบกรุงเทพฯ งานถมดิน งานขุด และงานปรับปรุงคุณภาพดินบนดินอ่อน โดยควรทำควบคู่กับการเจาะสำรวจดินและการทดสอบในห้องปฏิบัติการเพื่อให้แปลผลได้ถูกต้องครบทุกมุม

SPN Soil Engineering ให้บริการเจาะสำรวจดินพร้อม Field Vane Shear Test ตามมาตรฐาน ASTM ทั่วประเทศ 77 จังหวัด รายงานผลพร้อมโปรไฟล์กำลังดินตามความลึก รับรองโดยวิศวกรโยธาที่มีใบอนุญาตสภาวิศวกร