เครื่องมือวัดทางธรณีเทคนิคคืออะไร ทำไมต้องติดตั้ง?
เครื่องมือวัดทางธรณีเทคนิคคือระบบเฝ้าติดตามพฤติกรรมของดินและโครงสร้างในสนามจริง งานออกแบบฐานราก งานขุดลึก และงานถมดิน ล้วนตั้งอยู่บนสมมติฐานเรื่องกำลังของดิน อัตราการทรุดตัว และแรงดันน้ำที่คำนวณจากผลเจาะสำรวจ แต่ดินไม่ได้เป็นเนื้อเดียวและมักตอบสนองต่างจากที่คำนวณไว้ เครื่องมือวัดจึงทำหน้าที่เป็นหลักฐานเชิงตัวเลขว่าสิ่งที่เกิดขึ้นจริงยังอยู่ในขอบเขตที่ผู้ออกแบบยอมรับได้หรือไม่
ประโยชน์หลักมี 3 ข้อ ข้อแรกคือเตือนภัยล่วงหน้า ค่าที่เปลี่ยนแนวโน้มผิดปกติมักปรากฏก่อนความเสียหายที่ตาเห็นหลายวัน ข้อสองคือยืนยันสมมติฐานการออกแบบ เช่น ตรวจว่าการทรุดตัวหยุดตามกำหนดเวลาก่อนเทพื้น ข้อสามคือใช้เป็นหลักฐานในข้อพิพาท เมื่ออาคารข้างเคียงร้าวระหว่างก่อสร้าง ข้อมูลตรวจวัดที่บันทึกต่อเนื่องคือสิ่งที่ตอบได้ว่าการเคลื่อนตัวเกิดขึ้นเมื่อไรและมากแค่ไหน
เครื่องมือวัดมีกี่ชนิด แต่ละชนิดวัดอะไร?
เครื่องมือวัดที่ใช้จริงในงานธรณีเทคนิคของไทยมี 10 ชนิดหลัก จัดกลุ่มตามปริมาณที่ต้องการวัดได้ 4 กลุ่ม ตารางด้านล่างสรุปว่าแต่ละชนิดวัดอะไรและเหมาะกับงานแบบไหน
← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →
| เครื่องมือ | วัดอะไร | เหมาะกับงาน |
|---|---|---|
| Settlement Plate | การทรุดตัวของผิวดินเดิมใต้ชั้นถม | งานถมดินบนชั้นดินอ่อน งาน Preloading |
| Multi-level Settlement Point | การทรุดตัวแยกตามความลึกหลายระดับ | งานที่ต้องรู้ว่าชั้นไหนทรุดมากที่สุด |
| Surface Settlement Marker | การทรุดตัวของผิวดินหรือผิวถนน | ติดตามพื้นที่ข้างเคียงงานขุดหรืองานถม |
| Standpipe Piezometer | แรงดันน้ำในโพรงดินเฉพาะชั้นที่ปิดผนึกไว้ | งานถมดิน งานคันดิน งานที่ต้องดูการสลายแรงดันน้ำ |
| Vibrating Wire Piezometer | แรงดันน้ำในโพรงดิน ตอบสนองไว อ่านค่าอัตโนมัติได้ | งานที่แรงดันเปลี่ยนเร็ว งานขุดลึก งานเขื่อน |
| Observation Well | ระดับน้ำใต้ดินรวมของชั้นที่ท่อเปิดรับน้ำ | ติดตามระดับน้ำใต้ดินทั่วไป งานสิ่งแวดล้อม |
| Inclinometer | การเคลื่อนตัวด้านข้างของดินตามความลึก | งานขุดลึก กำแพงกันดิน ลาดดิน คันดิน |
| Tiltmeter | การเอียงของอาคารหรือกำแพงกันดิน | อาคารข้างเคียงงานขุด กำแพงกันดิน |
| Strain Gauge | ความเครียดและแรงในชิ้นส่วนโครงสร้าง | ค้ำยัน สมอยึด เสาเข็มทดสอบ |
| Datalogger & Remote Monitoring | บันทึกและส่งค่าจากหัววัดอัตโนมัติ | งานที่ต้องการค่าถี่ตลอดเวลา หรือเข้าพื้นที่ยาก |
กลุ่มที่ 1 วัดการทรุดตัว
Settlement Plate คือแผ่นเหล็กฐานที่วางบนผิวดินเดิมก่อนถม พร้อมก้านวัดต่อขึ้นมาเหนือระดับถม เมื่อชั้นถมกดทับ ดินเดิมจะยุบตัวและดึงระดับหัวก้านลงตาม ค่าที่อ่านจึงเป็นการทรุดตัวสะสมของดินเดิม ณ ตำแหน่งนั้น ในงานถมบนชั้นดินเหนียวอ่อนกรุงเทพฯ Settlement Plate เป็นเครื่องมือที่ใช้ตัดสินว่าการทรุดตัวเข้าใกล้ค่าสุดท้ายพอที่จะเริ่มงานโครงสร้างได้หรือยัง อ่านวิธีติดตั้ง รอบการอ่านค่า และการแปลผลกราฟการทรุดตัวแบบละเอียดได้ที่Settlement Plate การตรวจวัดการทรุดตัวงานถมดินและคันทาง
Multi-level Settlement Point ต่างจาก Settlement Plate ตรงที่ติดตั้งจุดวัดหลายระดับในหลุมเดียว จึงแยกได้ว่าการทรุดตัวรวมที่เห็นบนผิวมาจากชั้นใดเป็นหลัก ข้อมูลนี้สำคัญกับงานปรับปรุงคุณภาพดินด้วย PVD และ Preloading ซึ่งต้องรู้ว่าชั้นที่ระบายน้ำแล้วยุบตัวไปเท่าไร ส่วน Surface Settlement Marker เป็นหมุดวัดระดับที่ผิวดินหรือผิวถนน ใช้ติดตามพื้นที่โดยรอบงานขุดหรืองานถมด้วยการรังวัดระดับตามรอบเวลา
กลุ่มที่ 2 วัดน้ำใต้ดินและแรงดันน้ำ
Standpipe Piezometer คือท่อวัดที่ปิดผนึกด้วยเบนโทไนต์ให้รับน้ำเฉพาะช่วงความลึกที่สนใจ ค่าที่วัดได้จึงเป็นแรงดันน้ำในโพรงดิน (Pore Water Pressure) ของชั้นนั้นโดยเฉพาะ ต่างจาก Observation Well ซึ่งเปิดรับน้ำเป็นช่วงยาวและให้ค่าระดับน้ำใต้ดินรวม การเลือกผิดระหว่างสองตัวนี้เป็นข้อผิดพลาดที่พบบ่อย เพราะงานที่ต้องติดตามการสลายแรงดันน้ำระหว่างถมดินต้องใช้ Piezometer ไม่ใช่ Observation Well
Vibrating Wire Piezometer ใช้หลักการวัดความถี่การสั่นของเส้นลวดที่ขึงในหัววัด เมื่อแรงดันน้ำเปลี่ยน แผ่นไดอะแฟรมจะโก่งและเปลี่ยนแรงตึงในเส้นลวด ความถี่ที่เปลี่ยนไปจึงแปลงกลับเป็นค่าแรงดันได้ ข้อดีคือตอบสนองเร็วกว่าแบบท่อเปิดมาก และต่อเข้ากับ Datalogger เพื่ออ่านค่าอัตโนมัติได้ มาตรฐาน ASTM D7764 ครอบคลุมขั้นตอนตรวจรับหัววัดชนิดนี้ก่อนนำไปติดตั้ง ซึ่งเป็นขั้นตอนที่ไม่ควรข้าม เพราะหัววัดที่ฝังลงไปแล้วนำกลับมาสอบเทียบไม่ได้ อ่านการเปรียบเทียบสองแบบนี้อย่างละเอียดได้ในบทความPiezometer คืออะไร วัดแรงดันน้ำในดิน (Standpipe vs Vibrating Wire)
กลุ่มที่ 3 วัดการเคลื่อนตัวและการเอียง
Inclinometer วัดการเคลื่อนตัวด้านข้างของดินแยกตามความลึก โดยติดตั้งท่อนำที่มีร่องบังคับทิศไว้ในหลุมเจาะ แล้วหย่อนหัววัดลงไปอ่านค่ามุมเอียงทีละช่วง เมื่อนำค่ามุมทุกช่วงมาสะสมจากปลายล่างขึ้นบน จะได้เส้นการเคลื่อนตัวตลอดความลึก ทำให้เห็นว่าระนาบเลื่อนอยู่ที่ระดับใด การใช้งานแบบหยั่งหัววัดนี้อ้างอิง ASTM D6230 เงื่อนไขสำคัญคือปลายท่อต้องหยั่งลึกถึงชั้นที่ถือว่าไม่เคลื่อนตัว มิฉะนั้นค่าที่ได้จะเป็นการเคลื่อนตัวสัมพัทธ์กับฐานที่ขยับตามไปด้วย อ่านหลักการทำงาน ขั้นตอนติดตั้ง และวิธีอ่านกราฟผลแบบเจาะลึกได้ในบทความ Inclinometer คืออะไร
Inclinometer จึงเป็นเครื่องมือหลักของงานขุดลึกที่ใช้ระบบกำแพงกันดินชั่วคราว และงานลาดดินที่มีความเสี่ยงเลื่อนไถล ส่วน Tiltmeter วัดการเอียงของสิ่งที่ยึดหัววัดไว้ เช่น ผนังอาคารข้างเคียงหรือหลังกำแพงกันดิน จุดเด่นคือความละเอียดสูงและติดตั้งได้โดยไม่ต้องเจาะดิน จึงมักใช้คู่กับการติดตามการประเมินและติดตามรอยร้าวของอาคารข้างเคียง อ่านการวางผังจุดวัด รอบการอ่านค่า และเกณฑ์เตือนของงานเฝ้าระวังอาคารข้างเคียงแบบละเอียดได้ที่Settlement Point และ Tiltmeter วัดการทรุด-เอียงของอาคารข้างเคียง
กลุ่มที่ 4 วัดแรงในโครงสร้าง และระบบบันทึกข้อมูล
Strain Gauge วัดความเครียดของชิ้นส่วนโครงสร้าง แล้วแปลงเป็นแรงที่ชิ้นส่วนนั้นรับอยู่จริงผ่านค่าคุณสมบัติวัสดุและพื้นที่หน้าตัด งานที่ใช้บ่อยคือค้ำยันในงานขุดลึก สมอยึดกำแพงกันดิน และเสาเข็มทดสอบที่ติดตั้งเครื่องมือวัด ซึ่งใช้ Strain Gauge แยกแรงแบกทานปลายเข็มออกจากแรงเสียดทานผิวเข็ม อ่านหลักการวัด ชนิดหัววัด และวิธีแปลงค่าความเครียดเป็นแรงแบบเจาะลึกได้ในบทความ Strain Gauge ในงานธรณีเทคนิค
Datalogger คือหน่วยบันทึกที่ต่อกับหัววัดแบบ Vibrating Wire และหัววัดไฟฟ้าอื่น ทำหน้าที่อ่านค่าตามช่วงเวลาที่ตั้งไว้และเก็บลงหน่วยความจำ เมื่อเสริมโมดูลสื่อสารก็ส่งข้อมูลออกมาดูจากระยะไกลได้ พร้อมตั้งค่าเตือนเมื่อค่าที่วัดได้เกินเกณฑ์ที่กำหนด
งานแบบไหนต้องติดตั้งเครื่องมือวัด?
งานที่ควรมีแผนตรวจวัดตั้งแต่ต้นมีลักษณะร่วมกันคือ ผลของความผิดพลาดกระทบคนหรือทรัพย์สินภายนอกโครงการ หรือกระบวนการก่อสร้างต้องพึ่งข้อมูลจริงในการตัดสินใจขั้นถัดไป กลุ่มงานที่พบบ่อยได้แก่
- งานขุดลึกในเมือง ที่มีอาคารหรือถนนสาธารณะประชิดแนวขุด ใช้ Inclinometer วัดการเคลื่อนตัวของกำแพงกันดิน ร่วมกับ Surface Settlement Marker และ Tiltmeter กับอาคารข้างเคียง
- งานถมดินและ Preloading บนชั้นดินอ่อน ใช้ Settlement Plate ติดตามการทรุดตัว ควบคู่กับ Piezometer เพื่อดูว่าแรงดันน้ำสลายไปตามที่คาดหรือไม่ ก่อนตัดสินใจถมชั้นถัดไป
- งานคันดินและเขื่อน ที่ต้องเฝ้าระดับน้ำในตัวคันและการเคลื่อนตัวของลาดตลอดอายุใช้งาน
- งานลาดดินและงานตัดไหล่เขา ที่มีประวัติการเลื่อนไถลหรืออยู่เหนือเส้นทางสัญจร
- งานที่ผู้ออกแบบหรือเจ้าของโครงการระบุไว้ในสัญญา ซึ่งมักกำหนดชนิดเครื่องมือ ตำแหน่ง ความถี่การอ่าน และเกณฑ์เตือนไว้แล้ว
งานตอกเสาเข็มใกล้อาคารเดิมเป็นอีกกรณีที่ต้องเฝ้าระวัง แต่ใช้เครื่องมือคนละกลุ่มกับที่กล่าวมา รายละเอียดอยู่ในบทความการตรวจวัดแรงสั่นสะเทือนจากงานตอกเสาเข็ม
หากต้องการเกณฑ์ตัดสินแบบข้อต่อข้อว่าโครงการของคุณเข้าข่ายหรือไม่ รวมถึงข้อกำหนดจากแบบ กฎหมาย และ EIA และจังหวะที่ต้องเริ่มเก็บค่าฐาน อ่านต่อที่ต้องติดตั้ง Instrumentation เมื่อไหร่ โครงการแบบไหนที่ต้องมี
ติดตั้งและอ่านค่าอย่างไรให้ข้อมูลใช้ตัดสินใจได้?
ลำดับงานที่ใช้จริงมี 5 ขั้น
1. วางแผนตรวจวัด — กำหนดว่าจะวัดอะไร ที่ตำแหน่งใด ด้วยเครื่องมือชนิดไหน ความถี่เท่าไร และเกณฑ์เตือนคือค่าใด ขั้นนี้ต้องทำโดยวิศวกรผู้ออกแบบร่วมกับผู้ติดตั้ง เพราะเครื่องมือที่ติดผิดตำแหน่งให้ข้อมูลที่ไม่ตอบคำถามของงาน
2. ติดตั้งและอ่านค่าฐาน — หลังติดตั้งต้องอ่านค่าเริ่มต้นหลายครั้งจนค่านิ่ง แล้วใช้เป็นค่าอ้างอิง ค่าฐานที่เก็บไม่ดีทำให้ค่าที่วัดภายหลังทั้งชุดตีความไม่ได้ สำหรับ Inclinometer ต้องอ่านค่าฐานก่อนเริ่มงานขุด และสำหรับ Settlement Plate ต้องอ่านก่อนถมชั้นแรก
3. อ่านค่าตามรอบ — บันทึกวันเวลา ผู้อ่าน และกิจกรรมก่อสร้างในช่วงนั้นควบคู่กับตัวเลขเสมอ ค่าที่เปลี่ยนกะทันหันมักอธิบายได้ด้วยกิจกรรมหน้างาน เช่น การขุดถึงระดับใหม่หรือการรื้อค้ำยัน
4. ประมวลผลและเทียบเกณฑ์ — พล็อตค่าเทียบเวลาเพื่อดูแนวโน้ม ไม่ใช่ดูค่าเดี่ยว การเปลี่ยนความชันของกราฟมักเป็นสัญญาณที่มีความหมายมากกว่าค่าสัมบูรณ์ที่ยังไม่ถึงเกณฑ์
5. รายงานและแจ้งเตือน — เมื่อค่าเข้าใกล้เกณฑ์เตือนต้องแจ้งผู้เกี่ยวข้องทันทีตามสายการรายงานที่ตกลงกันไว้ล่วงหน้า ไม่ใช่รอรอบรายงานประจำเดือน
อ่านค่าด้วยคนกับระบบอัตโนมัติ ต่างกันอย่างไร?
การอ่านค่าด้วยเจ้าหน้าที่หน้างานเหมาะกับงานที่จุดวัดเข้าถึงสะดวกและความถี่ไม่สูง ข้อดีคือผู้อ่านได้เห็นสภาพหน้างานจริง สังเกตรอยร้าวหรือน้ำซึมที่เครื่องมือวัดไม่ได้ ข้อจำกัดคือได้ข้อมูลเป็นจุด ๆ ตามรอบเข้าพื้นที่ เหตุการณ์ที่เกิดระหว่างรอบจึงหลุดไป
ระบบอัตโนมัติที่ใช้ Datalogger ให้ข้อมูลต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง ตั้งค่าแจ้งเตือนอัตโนมัติได้ และเหมาะกับพื้นที่ที่เข้าถึงยากหรืออันตราย ข้อแลกเปลี่ยนคือค่าติดตั้งเริ่มต้นสูงกว่า ต้องมีระบบไฟและสัญญาณที่หน้างาน และหัววัดต้องเป็นชนิดที่อ่านค่าเป็นสัญญาณไฟฟ้าได้ เช่น Vibrating Wire Piezometer หรือ Strain Gauge หลายโครงการจึงใช้ทั้งสองแบบผสมกัน โดยให้ระบบอัตโนมัติดูจุดวิกฤต และใช้เจ้าหน้าที่อ่านจุดที่เหลือตามรอบ อ่านรายละเอียดเชิงลึกได้ที่ Manual vs Automatic (Real-time) Monitoring ต่างกันยังไง
เครื่องมือวัดอ้างอิงมาตรฐานอะไร?
งานเครื่องมือวัดทางธรณีเทคนิคไม่มีมาตรฐาน มยผ. เฉพาะเหมือนงานทดสอบเสาเข็ม การอ้างอิงจึงใช้มาตรฐาน ASTM ที่ครอบคลุมเครื่องมือแต่ละชนิด ร่วมกับข้อกำหนดเฉพาะโครงการและคู่มือของผู้ผลิตหัววัด
← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →
| เครื่องมือ | มาตรฐานอ้างอิง | ครอบคลุมเรื่อง |
|---|---|---|
| Inclinometer (Probe) | ASTM D6230 | การตรวจวัดการเคลื่อนตัวด้านข้างของดินด้วยหัววัดหยั่งในท่อนำ |
| Vibrating Wire Piezometer | ASTM D7764 | ขั้นตอนตรวจรับหัววัดก่อนนำไปติดตั้ง |
| เครื่องมือชนิดอื่น | ข้อกำหนดโครงการ + คู่มือผู้ผลิต | วิธีติดตั้ง การสอบเทียบ และเกณฑ์การยอมรับเฉพาะงาน |
รายงานผลตรวจวัดของ SPN ลงนามรับรองโดยวิศวกรโยธาที่มีใบอนุญาต (กว.) สภาวิศวกร พร้อมลายเซ็นและเลขทะเบียน ใช้ประกอบการยื่นต่อหน่วยงานที่เกี่ยวข้องได้ ดูขอบเขตงานติดตั้งเครื่องมือวัดและตรวจวัดพฤติกรรมได้ที่หน้าบริการ ส่วนค่าบริการขึ้นกับชนิดเครื่องมือ จำนวนจุด ความลึกติดตั้ง และรอบการอ่านค่า จึงประเมินเป็นรายโครงการ ติดต่อรับใบเสนอราคาฟรีภายใน 24 ชั่วโมง ทั้งนี้ราคายังไม่รวมค่าเดินทางและค่าขนย้ายเครื่องมือ ซึ่งคิดเพิ่มตามระยะทางของหน้างาน
เนื้อหาอธิบายหลักการและขอบเขตการใช้งานของเครื่องมือแต่ละชนิดเพื่อความเข้าใจเบื้องต้น การเลือกชนิดเครื่องมือ ตำแหน่งติดตั้ง ความลึก ความถี่การอ่านค่า และเกณฑ์เตือนของแต่ละโครงการ ต้องกำหนดโดยวิศวกรผู้รับผิดชอบตามเงื่อนไขเฉพาะของงานนั้น