แรงเสียดทานลบคืออะไร?
ในสภาพปกติ ดินรอบเสาเข็มจะช่วยรับน้ำหนักผ่านแรงเสียดทานที่ผิวเสาเข็ม เรียกว่าแรงเสียดทานบวก (Positive Skin Friction) แต่เมื่อ ดินรอบเสาเข็มทรุดตัวลงเร็วกว่าตัวเสาเข็มเอง ทิศทางของแรงเสียดทานจะกลับด้าน ดินจึงเปลี่ยนจากตัวช่วยรับน้ำหนักกลายเป็นตัวถ่วงน้ำหนักเพิ่มลงบนเสาเข็ม ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าแรงเสียดทานลบ (Negative Skin Friction) หรือแรงฉุดลง (Downdrag)
ผลที่ตามมามีสองอย่างพร้อมกัน คือ น้ำหนักที่เสาเข็มต้องแบกจริงมากกว่าน้ำหนักจากตัวอาคารที่วิศวกรคำนวณไว้ และการทรุดตัวสะสมที่หัวเสาเข็มเพิ่มขึ้นตามเวลา แม้อาคารจะไม่ได้เพิ่มน้ำหนักใหม่เลยก็ตาม
แรงเสียดทานลบไม่ได้เกิดจากเสาเข็มบกพร่อง แต่เกิดจากพฤติกรรมของชั้นดินรอบข้าง เสาเข็มที่คุณภาพดีสมบูรณ์ทุกประการก็เจอแรงเสียดทานลบได้ ถ้าอยู่ในพื้นที่ที่ดินกำลังทรุดตัว
ทำไมกรุงเทพและปริมณฑลเป็นพื้นที่เสี่ยงเป็นพิเศษ?
กรุงเทพวางตัวอยู่บนที่ราบลุ่มเจ้าพระยา ซึ่งมีชั้นดินเหนียวอ่อน (Soft Bangkok Clay) หนาต่อเนื่องหลายสิบเมตรก่อนถึงชั้นทรายที่ปลายเสาเข็มไปนั่ง ชั้นดินอ่อนนี้อัดตัวคายน้ำ (Consolidation) ได้ง่ายเมื่อมีน้ำหนักกดทับหรือเมื่อระดับน้ำใต้ดินเปลี่ยน จึงเป็นเงื่อนไขพื้นฐานที่ทำให้เกิดแรงเสียดทานลบ
ข้อมูลดาวเทียม InSAR ช่วงปี 2014–2024 พบว่าพื้นที่กรุงเทพฯ ทรุดตัวเฉลี่ยราว 0.3 ซม./ปี (Oh et al., 2026) ส่วนเขตชั้นในส่วนใหญ่ทรุดไม่เกินราว 1 ซม./ปี (Ahmed et al., 2024) แต่บางพื้นที่ เช่น บริเวณรามคำแหง ยังทรุด 2–3 ซม./ปี (กรมทรัพยากรธรณี, 2025) อัตรานี้ลดลงมากจากยุคที่สูบน้ำบาดาลหนักในอดีต แต่ยังหมายความว่าพื้นดินรอบเสาเข็มเคลื่อนตัวลงอย่างต่อเนื่อง และพื้นที่ที่ยังใช้น้ำบาดาลหรือมีงานถมดินใหม่จำนวนมาก อัตราการทรุดตัวเฉพาะจุดอาจสูงกว่าค่าเฉลี่ย ค่าเหล่านี้เป็นการทรุดตัวของผิวแผ่นดินระดับพื้นที่ ส่วนการทรุดตัวของดินรอบอาคารแต่ละหลังต้องประเมินจากข้อมูลชั้นดินของไซต์นั้น
← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →
| สาเหตุที่ทำให้เกิดแรงเสียดทานลบ | เกิดขึ้นเมื่อไหร่ | สัญญาณที่พบหน้างาน | ตรวจสอบด้วยอะไร |
|---|---|---|---|
| ถมดินใหม่บนชั้นดินอ่อน | หลังถมดินไม่กี่เดือนถึงหลายปี | พื้นรอบอาคารทรุดต่ำกว่าระดับเดิม ท่อและบันไดหน้าบ้านลอย | Boring Log ระบุความหนาดินถมและดินอ่อน ร่วมกับผลทดสอบ Consolidation |
| ระดับน้ำใต้ดินลดลง | ต่อเนื่องระยะยาว | พื้นที่กว้างทรุดพร้อมกัน ไม่ใช่เฉพาะอาคารเดียว | ข้อมูลระดับน้ำใต้ดินจากหลุมเจาะและบ่อสังเกตการณ์ (Observation Well) |
| น้ำหนักกองวัสดุหรือถนนข้างเคียง | ระหว่างและหลังก่อสร้าง | ทรุดไม่เท่ากันในทิศที่มีน้ำหนักกดทับ ผนังร้าวเฉียง | ผังน้ำหนักบรรทุกบนพื้นดินร่วมกับผลเจาะสำรวจดิน |
| ดินถมเดิมยังอัดตัวไม่จบ | โครงการต่อเติมบนที่ถมเก่า | ส่วนต่อเติมทรุดแยกจากอาคารเดิม รอยต่อฉีก | ประวัติการถมพื้นที่ ร่วมกับหลุมเจาะเทียบชั้นดินถมกับดินเดิม |
| งานปรับปรุงดินหรือขุดข้างเคียง | ระหว่างก่อสร้างโครงการข้างเคียง | การทรุดตัวเร่งขึ้นในช่วงสั้น สัมพันธ์กับกิจกรรมข้างเคียง | การติดตั้งเครื่องมือวัด เช่น Settlement Plate และ Piezometer |
ระนาบสมดุล (Neutral Plane) อยู่ตรงไหน และสำคัญอย่างไร?
ระนาบสมดุลคือระดับความลึกที่การเคลื่อนตัวของดินกับการเคลื่อนตัวของเสาเข็มเท่ากันพอดี เหนือระดับนี้ดินทรุดเร็วกว่าเสาเข็มจึงเกิดแรงเสียดทานลบ ส่วนใต้ระดับนี้เสาเข็มเคลื่อนลงมากกว่าดินจึงกลับมาเป็นแรงเสียดทานบวกตามปกติ
ความสำคัญของระนาบสมดุลคือมันบอกได้สองอย่าง คือ แรงในตัวเสาเข็มสูงสุดอยู่ที่ระดับใด และ การทรุดตัวของหัวเสาเข็มจะเป็นเท่าไร เพราะการทรุดตัวที่หัวเสาเข็มเท่ากับการทรุดตัวของดินที่ระดับระนาบสมดุล บวกกับการหดตัวยืดหยุ่นของตัวเสาเข็มเอง ตำแหน่งระนาบสมดุลจึงขึ้นกับความหนาของชั้นดินอ่อน กำลังรับน้ำหนักที่ปลายเสาเข็ม และน้ำหนักจากอาคาร ซึ่งต้องวิเคราะห์จากข้อมูลชั้นดินของแต่ละไซต์โดยวิศวกรผู้รับผิดชอบ แนวคิดนี้เป็นพื้นฐานของแนวทางออกแบบเสาเข็มแบบ Unified Design ที่ Fellenius เสนอ ซึ่งตรวจทั้งแรงในหน้าตัดเสาเข็มที่ระนาบสมดุลและการทรุดตัวไปพร้อมกัน
เสาเข็มที่ปลายนั่งบนชั้นทรายแน่นจะทรุดตัวน้อย แต่ยังต้องแบกน้ำหนักส่วนเกินจากแรงเสียดทานลบตลอดช่วงที่ผ่านชั้นดินอ่อน ซึ่งเป็นแรงที่ต้องนำไปรวมในการตรวจสอบกำลังของหน้าตัดเสาเข็ม ไม่ใช่แค่กำลังของดิน
ภาพด้านล่างจำลองอาคารบนเสาเข็มในพื้นที่ที่ดินยังทรุดตัว เป็นรูปตัด 2 มิติพร้อมกราฟการทรุดตัวตามความลึก และแบบจำลอง 3 มิติ เพื่อให้เห็นว่าระนาบสมดุลคือระดับที่เส้นการทรุดตัวของดินกับของเสาเข็มตัดกัน และเครื่องมือวัดที่ใช้ติดตามผลติดตั้งไว้ที่ใด
ทำไมเสาเข็มที่ผ่าน PDA หรือ Static Load Test ยังทรุด?
คำตอบสั้น ๆ คือการทดสอบเสาเข็มวัด กำลังรับน้ำหนักในวันที่ทดสอบ ไม่ได้วัดว่าดินรอบเสาเข็มจะทรุดตัวต่อไปอีกกี่ปี การทดสอบทั้ง PDA และ Static Load Test ใช้เวลาระดับชั่วโมงถึงไม่กี่วัน ขณะที่แรงเสียดทานลบสะสมตัวเป็นเดือนเป็นปีตามการอัดตัวคายน้ำของดินเหนียว
- PDA (Dynamic Load Test) ให้กำลังรับน้ำหนักจากคลื่นความเค้นในจังหวะตอก ซึ่งเป็นสภาวะชั่วขณะและมักสะท้อนสภาพดินขณะนั้น ไม่ครอบคลุมพฤติกรรมระยะยาวของดินอ่อน
- Static Load Test ให้ความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักกับการทรุดตัวที่แม่นยำกว่า แต่การทรุดตัวที่วัดได้คือการทรุดจากน้ำหนักที่กดในการทดสอบ ไม่รวมการทรุดของดินรอบข้างที่จะเกิดขึ้นในอนาคต
- Seismic Integrity Test ตรวจความสมบูรณ์ของเนื้อเสาเข็ม ไม่เกี่ยวกับกำลังรับน้ำหนักหรือการทรุดตัวโดยตรง
ดังนั้นผลทดสอบผ่านกับการทรุดตัวในอนาคตจึงเป็นคนละคำถามกัน สิ่งที่ตอบคำถามการทรุดตัวระยะยาวได้คือข้อมูลชั้นดินจากการเจาะสำรวจ ผลทดสอบการอัดตัวคายน้ำในห้องปฏิบัติการ และการติดตามการทรุดตัวจริงหลังก่อสร้าง ส่วนโครงการที่ต้องการรู้ว่าแรงเสียดทานมาจากชั้นดินช่วงใด ใช้ Static Load Test แบบติดตั้งเครื่องมือวัด (Instrumented) ที่วัดแรงตามความลึกของเสาเข็มได้
ประเมินความเสี่ยงแรงเสียดทานลบด้วยอะไรได้บ้าง?
การประเมินต้องอาศัยข้อมูลชั้นดินเป็นหลัก ไม่ใช่ผลทดสอบเสาเข็มเพียงอย่างเดียว ข้อมูลที่วิศวกรใช้ประกอบกันมีดังนี้
- เจาะสำรวจดินให้ลึกพอ — ต้องเห็นความหนาของชั้นดินอ่อนทั้งชั้นและระดับที่พบชั้นทรายแน่น ถ้าหลุมเจาะตื้นเกินไปจะประเมินความหนาของชั้นที่ก่อแรงเสียดทานลบไม่ได้
- ทดสอบการอัดตัวคายน้ำ (Consolidation Test) — บอกได้ว่าดินเหนียวชั้นนั้นจะทรุดอีกเท่าไรและเร็วแค่ไหนเมื่อมีน้ำหนักกดทับเพิ่ม
- ข้อมูลระดับน้ำใต้ดิน — ระดับน้ำที่ลดลงทำให้หน่วยแรงประสิทธิผลในดินเพิ่ม และเร่งการทรุดตัวของชั้นดินอ่อน
- ประวัติการถมดินของพื้นที่ — พื้นที่ที่เพิ่งถมยังทรุดตัวต่อเนื่อง ควรทราบทั้งความหนาดินถมและระยะเวลาที่ถมมาแล้ว
- ติดตั้งเครื่องมือวัดและติดตามผล — เช่น Settlement Plate สำหรับติดตามการทรุดตัวของดิน และ Piezometer สำหรับติดตามแรงดันน้ำในดิน ใช้ยืนยันว่าการทรุดตัวเข้าใกล้สภาวะคงที่แล้วหรือยัง
ลดผลกระทบจากแรงเสียดทานลบได้อย่างไร?
แนวทางด้านล่างเป็นข้อมูลเชิงความรู้ทั่วไป การเลือกใช้และการกำหนดค่าตัวเลขต้องผ่านการวิเคราะห์ของวิศวกรผู้ออกแบบที่รับผิดชอบโครงการนั้น ๆ
- รวมแรงเสียดทานลบเข้าไปในการตรวจสอบกำลังของเสาเข็ม — เป็นวิธีที่ตรงไปตรงมาที่สุด โดยพิจารณาว่าเสาเข็มต้องแบกทั้งน้ำหนักอาคารและแรงฉุดลงจากดิน
- ลดแรงเสียดทานที่ผิวเสาเข็มช่วงชั้นดินอ่อน — เช่น การเคลือบผิวเสาเข็มด้วยวัสดุลดแรงเสียดทาน หรือใช้ปลอกครอบเฉพาะช่วง ซึ่งต้องระบุตั้งแต่ขั้นออกแบบและควบคุมคุณภาพระหว่างติดตั้ง
- จัดการน้ำหนักบนพื้นดินให้น้อยที่สุด — ลดความหนาดินถมรอบอาคาร หรือใช้วัสดุถมน้ำหนักเบา เพื่อลดตัวกระตุ้นการทรุดตัวตั้งแต่ต้นทาง
- เร่งการทรุดตัวให้จบก่อนก่อสร้าง — งานถมล่วงหน้า (Preloading) ร่วมกับระบบระบายน้ำในดิน เช่น PVD เป็นแนวทางที่ใช้ในโครงการขนาดใหญ่ที่มีเวลาเตรียมพื้นที่
- แยกพื้นชั้นล่างออกจากดิน — ใช้พื้นที่ถ่ายน้ำหนักลงคานและเสาเข็มแทนการวางบนดินโดยตรง เพื่อไม่ให้พื้นทรุดตามดินที่เคลื่อนตัว
เจาะสำรวจดินให้ครอบคลุมความลึกของชั้นดินอ่อนทั้งชั้น พร้อมเก็บตัวอย่างไปทดสอบการอัดตัวคายน้ำ แล้วส่งข้อมูลทั้งชุดให้วิศวกรผู้ออกแบบพิจารณา ข้อมูลที่ครบตั้งแต่ต้นมีต้นทุนต่ำกว่าการแก้ปัญหาทรุดตัวหลังอาคารสร้างเสร็จมาก
สรุป: ผลทดสอบเสาเข็มผ่าน ไม่ได้แปลว่าจะไม่ทรุด
แรงเสียดทานลบเกิดเมื่อดินรอบเสาเข็มทรุดตัวเร็วกว่าตัวเสาเข็ม ทำให้ดินกลายเป็นน้ำหนักส่วนเกินที่ฉุดเสาเข็มลงแทนที่จะช่วยรับน้ำหนัก พื้นที่กรุงเทพและปริมณฑลมีความเสี่ยงสูงเพราะชั้นดินเหนียวอ่อนหนา ร่วมกับการทรุดตัวของแผ่นดินที่ยังดำเนินอยู่ (เฉลี่ยราว 0.3 ซม./ปี และบางพื้นที่ยังทรุด 2–3 ซม./ปี) และงานถมดินใหม่ที่กระตุ้นการอัดตัวคายน้ำ
ผลทดสอบเสาเข็มที่ผ่านเกณฑ์ยืนยันได้แค่กำลังรับน้ำหนัก ณ วันทดสอบ ไม่ได้ตอบคำถามเรื่องการทรุดตัวระยะยาว การประเมินความเสี่ยงต้องอาศัยข้อมูลเจาะสำรวจดินที่ลึกพอ ผลทดสอบการอัดตัวคายน้ำ และการติดตามการทรุดตัวจริงหลังก่อสร้าง หากต้องการข้อมูลชั้นดินเพื่อประกอบการออกแบบฐานราก ทีมวิศวกร SPN ให้คำปรึกษาและวางแผนการเจาะสำรวจให้ได้