คำถามว่า “ดินรับน้ำหนักได้เท่าไร” อยู่เบื้องหลังการออกแบบฐานรากทุกชนิด ตั้งแต่บ้านพักอาศัยไปจนถึงโรงงาน บทความนี้อธิบายแนวคิดสำคัญแบบไม่ต้องใช้สมการ พร้อมแผนภาพ 2 มิติและแบบจำลอง 3 มิติ เพื่อให้ทั้งเจ้าของโครงการและวิศวกรคุยกันด้วยภาษาเดียวกัน

ดิน "พัง" ได้อย่างไร? สองเงื่อนไขที่ฐานรากต้องผ่าน

เมื่อฐานรากกดน้ำหนักลงดิน มีความเสี่ยง 2 แบบที่วิศวกรต้องตรวจสอบเสมอ:

1. การวิบัติเฉือน (Shear Failure)

หากน้ำหนักมากเกินกำลังของดิน ดินใต้ฐานรากจะถูกเฉือนพังและทะลักออกด้านข้าง ทำให้ฐานรากจมลงทันที นี่คือขีดจำกัดที่เรียกว่า Ultimate Bearing Capacity — กำลังรับน้ำหนักประลัยของดิน

2. การทรุดตัวเกินพิกัด (Excessive Settlement)

ดินอาจไม่ถึงกับพัง แต่ค่อย ๆ ยุบตัวลงจนอาคารทรุด แตกร้าว หรือเอียง โดยเฉพาะการทรุดตัวต่างระดับ (Differential Settlement) ที่แต่ละจุดของอาคารทรุดไม่เท่ากัน ซึ่งอันตรายกว่าการทรุดทั้งหลังเท่า ๆ กัน ดินเหนียวอ่อนอย่างชั้นดินกรุงเทพฯ มักถูกควบคุมด้วยเงื่อนไขนี้มากกว่าการวิบัติเฉือน (สังเกตอาการอาคารที่เริ่มมีปัญหาได้ที่ สัญญาณฐานรากมีปัญหา)

📚 จำง่าย ๆ

การออกแบบฐานรากต้องผ่านทั้งสองเงื่อนไขพร้อมกัน — ดินไม่พัง และ ทรุดไม่เกินพิกัดที่ยอมรับได้ ผ่านข้อเดียวไม่พอ

ภาพด้านล่างสรุปสองเงื่อนไขข้างต้นเป็นแผนภาพ 2 มิติ ซ้ายคือกลไกการวิบัติเฉือนใต้ฐานราก ขวาคือการทรุดต่างระดับที่ทำให้อาคารร้าว และกราฟแรงกดกับการทรุดตัวที่แสดงว่าค่าที่ใช้ออกแบบมาจากเงื่อนไขที่น้อยกว่า

แบบจำลอง 2 มิติ ดินใต้ฐานรากวิบัติได้สองแบบ และกราฟแรงกดกับการทรุดตัว ภาพสองมิติเชิงแนวคิด แผงซ้ายคือการวิบัติเฉือน ฐานรากกดน้ำหนักจนลิ่มดินใต้ฐานรากดันดินสองข้างให้เลื่อนออกตามระนาบเฉือนและผิวดินข้างฐานรากโป่งขึ้น ขีดจำกัดนี้คือกำลังรับน้ำหนักประลัย แผงขวาคือการทรุดตัวเกินพิกัด ฐานรากสองตัวบนดินเหนียวอ่อน ตัวขวามีดินอ่อนหนากว่าจึงทรุดมากกว่า เกิดการทรุดต่างระดับ คานเอียงและผนังร้าวแนวเฉียง แถวล่างเป็นกราฟแรงกดกับการทรุดตัวเชิงหลักการ แสดงค่าประลัย ค่าประลัยหารด้วยอัตราส่วนความปลอดภัย และเส้นการทรุดตัวที่ยอมให้ ค่าที่ใช้ออกแบบคือค่าที่น้อยกว่าระหว่างสองเงื่อนไข แบบจำลอง 2 มิติ (2D): ฐานรากต้องผ่าน 2 เงื่อนไข — ไม่พัง และทรุดไม่เกินพิกัด แผนภาพไม่ตามมาตราส่วน 1 วิบัติเฉือน (Shear Failure) น้ำหนักเกินกำลังดิน ดินถูกเฉือนแล้วทะลักออกข้าง Q ผิวดินโป่งขึ้น ลิ่มดินใต้ฐานราก ระนาบเฉือน ขีดจำกัดนี้ = qᵤ (Ultimate) 2 ทรุดตัวเกินพิกัด (Settlement) ดินไม่พัง แต่ยุบตัวมากหรือยุบไม่เท่ากัน Δ คานเอียง ผนังร้าวแนวเฉียง แนวหน่วยแรงใต้ฐาน ดินเหนียวอ่อน ดินอ่อน/ถมใหม่หนากว่า ทรุดต่างระดับ Δ กราฟแนวคิด: แรงกด (q) กับการทรุดตัว (s) แรงกด q → ← ทรุดตัว s qᵤ qᵤ ÷ FS ทรุดยอมให้ กราฟเชิงหลักการ ไม่ใช่ค่าวัดจริง qᵤ Ultimate ดินเริ่มวิบัติเฉือน qₐ Allowable ค่าที่ใช้ออกแบบจริง qₐ = ค่าที่น้อยกว่าระหว่าง 1 qᵤ ÷ FS (ฐานรากตื้นทั่วไป 2.5–3) 2 แรงกดที่ทำให้ทรุดถึงค่ายอมให้ ดินเหนียวอ่อนมักถูกคุมด้วยข้อ ② ค่าจริงของแปลงต้องมาจากผลเจาะดิน และวิศวกรผู้ออกแบบเป็นผู้สรุป
แบบจำลอง 2 มิติ — ซ้าย: น้ำหนักเกินกำลังดิน ลิ่มดินใต้ฐานรากดันดินสองข้างให้เลื่อนออกตามระนาบเฉือน ผิวดินข้างฐานรากโป่งขึ้น ขีดจำกัดนี้คือ qᵤ ขวา: ดินไม่พังแต่ทรุดไม่เท่ากัน คานเอียงและผนังร้าวแนวเฉียง ล่าง: กราฟแรงกด–การทรุดตัวเชิงหลักการ ค่าที่ใช้ออกแบบ qₐ คือค่าที่น้อยกว่าระหว่าง qᵤ ÷ FS กับแรงกดที่ทำให้ทรุดถึงค่ายอมให้ ไม่ใช่ค่าวัดจริง (ภาพ: SPN Soil Engineering)

Ultimate กับ Allowable Bearing Capacity ต่างกันอย่างไร?

← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →

ศัพท์ความหมาย
Ultimate Bearing Capacity (qu)น้ำหนักสูงสุดที่ดินรับได้ก่อนวิบัติเฉือน
Allowable / Safe Bearing Capacity (qa)ค่าที่ใช้ออกแบบจริง ได้จากการนำค่าประลัยมาหารด้วยอัตราส่วนความปลอดภัย (Factor of Safety) และตรวจสอบเงื่อนไขการทรุดตัวแล้ว
Factor of Safety (FS)ตัวหารเผื่อความไม่แน่นอนของดินและน้ำหนัก ฐานรากตื้นโดยทั่วไปราว 2.5–3 ส่วนเสาเข็มโดยทั่วไปราว 2.0–2.5 ค่าจริงเป็นดุลยพินิจของวิศวกรผู้ออกแบบ

ค่าที่ปรากฏในรายงานเจาะดินหรือที่วิศวกรใช้คำนวณฐานรากคือ ค่าที่ยอมให้ (Allowable) ซึ่งต่ำกว่าค่าประลัยเสมอ เพื่อเผื่อความไม่แน่นอนของดินและน้ำหนักใช้งานจริง

ค่าที่ยอมให้คือค่าที่น้อยกว่าระหว่างสองเงื่อนไข คือค่าประลัยหารด้วย FS กับแรงกดที่ทำให้ดินทรุดถึงค่าที่ยอมรับได้ ในดินเหนียวอ่อน เงื่อนไขการทรุดตัวมักเป็นตัวคุมมากกว่า จึงไม่ควรดูเฉพาะตัวเลขกำลังรับน้ำหนักเพียงอย่างเดียว

อะไรทำให้กำลังรับน้ำหนักของดินแต่ละแปลงต่างกัน?

  • ชนิดดิน — ทรายแน่นและดินเหนียวแข็งรับน้ำหนักได้ดี ดินเหนียวอ่อน ดินเลน หรือดินถมใหม่รับได้ต่ำ
  • ความลึกของฐานราก — ฐานรากที่วางลึกลงไปมีดินกดทับด้านข้างช่วยมากขึ้น กำลังรับน้ำหนักจึงสูงขึ้น
  • ขนาดและรูปร่างฐานราก — ฐานรากกว้างกระจายน้ำหนักต่างจากฐานรากแคบ และส่งอิทธิพลลงดินลึกกว่า
  • ระดับน้ำใต้ดิน — น้ำใต้ดินสูงทำให้หน่วยน้ำหนักประสิทธิผลของดินลดลง กำลังรับน้ำหนักลดตาม (อ่านละเอียดที่ ระดับน้ำใต้ดินมีผลกับฐานรากอย่างไร)
  • สภาพการรับน้ำหนัก — น้ำหนักคงที่ระยะยาวกับน้ำหนักกระทำชั่วคราวให้พฤติกรรมดินต่างกัน โดยเฉพาะในดินเหนียว
⚠️ ข้อควรระวัง

ครึ่งหนึ่งของตัวแปรเป็น "เรื่องของดิน" อีกครึ่งเป็น "เรื่องของฐานรากที่ออกแบบ" — นี่คือเหตุผลที่ค่ากำลังรับน้ำหนักดินต้องวิเคราะห์เป็นรายโครงการ ไม่สามารถลอกจากแปลงข้างเคียงได้ตรง ๆ และเป็นเหตุผลเดียวกับที่การใช้ค่าสมมติโดยไม่เจาะดินมีความเสี่ยง (อ่านเพิ่มที่ ไม่เจาะดินแล้วใช้ค่ากำลังรับน้ำหนักสมมติได้ไหม)

ค่ากำลังรับน้ำหนักดินหาได้จากการทดสอบอะไร?

จากการเจาะสำรวจดิน (Soil Boring)

  • SPT N-value (ASTM D1586) — ค่าตอกทะลวงมาตรฐานที่เก็บทุกช่วงความลึก ใช้ประเมินความแน่นของทรายและความแข็งของดินเหนียว แล้วสัมพันธ์ไปหาพารามิเตอร์กำลังของดิน — รายละเอียดการแปลค่าอ่านได้ที่ SPT N-Value แปลผลอย่างไร
  • Unconfined Compression Test (ASTM D2166) — หากำลังรับแรงเฉือนแบบไม่ระบายน้ำ (Su) ของดินเหนียว ใช้คำนวณกำลังรับน้ำหนักฐานรากและเสาเข็มในชั้นดินเหนียวโดยตรง
  • Consolidation Test (ASTM D2435) — ใช้ตรวจสอบเงื่อนไขข้อสอง คือทำนายขนาดและระยะเวลาการทรุดตัว (ดูรายการทดสอบแล็บทั้งหมดที่ การทดสอบดินในห้องปฏิบัติการมีอะไรบ้าง)
งานเจาะสำรวจดินพร้อมทดสอบ SPT ที่หน้างานจริง เก็บข้อมูลชั้นดินสำหรับวิเคราะห์กำลังรับน้ำหนัก
งานเจาะสำรวจดินหน้างานจริงของ SPN — ทดสอบ SPT และเก็บตัวอย่างดินทุกช่วงความลึก ข้อมูลชุดนี้คือต้นทางของค่ากำลังรับน้ำหนักดินที่วิศวกรใช้ออกแบบฐานราก

จากการทดสอบภาคสนามโดยตรง

  • Plate Bearing Test (ASTM D1195/D1196 · มยผ.1253-62) — กดแผ่นเหล็กบนดินหรือชั้นวัสดุถมจริง วัดความสัมพันธ์น้ำหนัก–การทรุดตัวโดยตรง นิยมใช้กับพื้นโรงงาน ลานวางสินค้า และงานถนน
  • การทดสอบเสาเข็ม เช่น Static Load Test และ Dynamic Load Test (PDA) — พิสูจน์กำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มที่ก่อสร้างจริง (Static อ้าง ASTM D1143 · มยผ. 1251 ส่วน Dynamic อ้าง มยผ.1252-51 · ASTM D4945)
การทดสอบ Plate Bearing Test วัดกำลังรับน้ำหนักของดินที่หน้างานจริง
การทดสอบ Plate Bearing Test — หนึ่งในวิธีวัดความสัมพันธ์น้ำหนัก–การทรุดตัวของดินระดับตื้นโดยตรงที่หน้างาน

แบบจำลอง 3 มิติด้านล่างรวมภาพว่าข้อมูลแต่ละชนิดมาจากส่วนไหนของหน้างาน และแต่ละค่าตอบเงื่อนไขข้อใด ก่อนที่วิศวกรจะสรุปค่ากำลังรับน้ำหนักที่ยอมให้ในรายงาน

แบบจำลอง 3 มิติ ค่ากำลังรับน้ำหนักดินมาจากการทดสอบอะไรบ้าง ภาพสามมิติเชิงแนวคิดของก้อนดินที่ตัดให้เห็นชั้นดิน ชั้นบนเป็นดินผิวหรือดินถม ถัดลงไปเป็นดินเหนียวอ่อน ดินเหนียวแข็ง และทรายแน่น ด้านหน้าซ้ายมีเครื่องเจาะสามขาและหลุมเจาะที่แสดงจุดทดสอบ SPT และจุดเก็บตัวอย่างท่อบางในชั้นดินเหนียวอ่อน ตรงกลางด้านหลังมีชุดทดสอบ Plate Bearing คือแผ่นเหล็ก แม่แรง คานรับแรงปฏิกิริยาและน้ำหนักถ่วง ด้านหน้าขวามีฐานรากบนเสาเข็มที่ลงผ่านดินเหนียวอ่อนไปถึงชั้นดินแข็งและทรายแน่น กรอบขวาสรุปว่าข้อมูลแต่ละชนิดตอบคำถามอะไร ค่า SPT บอกความแน่นและความแข็งตามความลึก ค่า Su จากการทดสอบแรงอัดแกนเดียวใช้ตรวจการวิบัติเฉือน การทดสอบการอัดตัวคายน้ำใช้ทำนายการทรุดตัว Plate Bearing วัดดินระดับตื้น และการทดสอบเสาเข็มพิสูจน์เสาเข็มที่ก่อสร้างจริง จากนั้นวิศวกรสรุปค่าที่ยอมให้ในรายงาน แบบจำลอง 3 มิติ (3D): ค่ากำลังรับน้ำหนักดินมาจากไหน แผนภาพไม่ตามมาตราส่วน ดินเหนียวอ่อน ดินเหนียวแข็ง ทรายแน่น 1 เจาะสำรวจดิน + SPT เก็บตัวอย่างทุกช่วงความลึก 2 Plate Bearing Test วัดดินระดับตื้นใต้แผ่นกด 3 เสาเข็ม เมื่อดินตื้นรับไม่พอ จุดทดสอบ SPT ท่อบาง Shelby (ตัวอย่างดินคงสภาพ) ข้อมูล → ใช้ตอบอะไร SPT N-value ASTM D1586 ความแน่น/ความแข็งตามความลึก Su (Unconfined) ASTM D2166 กำลังดินเหนียว → เงื่อนไข ① Consolidation ASTM D2435 ขนาด/เวลาทรุด → เงื่อนไข ② Plate Bearing D1195/D1196 · มยผ.1253-62 พฤติกรรมดินตื้นใต้แผ่นกด ทดสอบเสาเข็ม Static / Dynamic (PDA) พิสูจน์เข็มที่ก่อสร้างจริง วิศวกรสรุป qₐ ในรายงาน พร้อมเงื่อนไขความลึก/ชั้นปลายเข็ม ภาพเชิงแนวคิด ไม่ใช่ข้อมูลโครงการจริง
แบบจำลอง 3 มิติ — หลุมเจาะเก็บค่า SPT และตัวอย่างดินทุกช่วงความลึก (ฟ้า = ท่อบาง Shelby) Plate Bearing วัดดินระดับตื้นใต้แผ่นกดโดยตรง เมื่อดินตื้นรับไม่พอจึงใช้เสาเข็มถ่ายน้ำหนักลงชั้นดินแข็งหรือทราย กรอบขวาสรุปว่าข้อมูลแต่ละชนิดตอบเงื่อนไขใด ภาพเชิงแนวคิด ไม่ใช่ข้อมูลโครงการจริง (ภาพ: SPN Soil Engineering)

กำลังรับน้ำหนักดินเกี่ยวอะไรกับการเลือกฐานรากแผ่หรือเสาเข็ม?

หลักคิดพื้นฐาน: ถ้าดินระดับตื้นมีกำลังรับน้ำหนักที่ยอมให้สูงพอและทรุดตัวไม่เกินพิกัด ก็อาจใช้ฐานรากแผ่ (Shallow Foundation) ได้ แต่ถ้าดินตื้นอ่อนเกินไป — เช่น ดินเหนียวอ่อนกรุงเทพฯ — ต้องใช้เสาเข็มถ่ายน้ำหนักลงไปยังชั้นดินแข็งหรือชั้นทรายแน่นด้านล่าง (เปรียบเทียบชนิดเสาเข็มได้ที่ เสาเข็มตอก เจาะ สปัน เลือกแบบไหน)

การจะรู้ว่าชั้นแข็งอยู่ลึกเท่าไร หนาแค่ไหน ตอบได้จากผลเจาะสำรวจดินเท่านั้น (ดูแนวทางกำหนดจำนวนหลุมและความลึกที่ เจาะดินกี่หลุม ลึกกี่เมตร) การตัดสินใจสุดท้ายเป็นหน้าที่ของวิศวกรผู้ออกแบบโดยอิงข้อมูลดินจริงของแปลงก่อสร้าง

ภาพมุมสูงงานฐานรากเสาเข็มและฐานรากตอม่อในโครงการก่อสร้างจริง
โครงการที่ดินระดับตื้นรับน้ำหนักไม่พอ จะถ่ายน้ำหนักผ่านเสาเข็มลงชั้นดินแข็งด้านล่างแล้วครอบด้วยฐานราก (Pile Cap) แทนการวางฐานรากแผ่บนดินโดยตรง

สรุป: ดินรับน้ำหนักได้เท่าไร ตอบได้จากข้อมูลดินจริงเท่านั้น

Bearing Capacity คือคำตอบของคำถาม "ดินรับน้ำหนักได้เท่าไรโดยไม่พังและไม่ทรุดเกินพิกัด" เป็นค่าที่ขึ้นกับทั้งดินและฐานราก จึงต้องได้จากการเจาะสำรวจและทดสอบดินของแปลงก่อสร้างจริง ผ่านการวิเคราะห์และรับรองโดยวิศวกร ไม่ใช่ตัวเลขสำเร็จรูปที่หยิบใช้ข้ามแปลงได้

📌 หมายเหตุ

บทความนี้จัดทำเพื่อเป็นความรู้ทางวิศวกรรม การกำหนดค่ากำลังรับน้ำหนักที่ยอมให้และการเลือกระบบฐานราก เป็นหน้าที่ของวิศวกรผู้ออกแบบที่มีใบอนุญาต โดยอิงข้อมูลดินจริงของโครงการ