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 สำหรับ Field Vane Shear Test 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

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