SPT คืออะไร?
Standard Penetration Test (SPT) ตามมาตรฐาน ASTM D1586 เป็นการทดสอบกำลังรับแรงของดินในสนาม โดย:
- ใช้ Split Spoon Sampler เส้นผ่านศูนย์กลางนอก 50.8 มม.
- ตอกด้วย ลูกตุ้มน้ำหนัก 63.5 kg ตกจากความสูง 76 ซม.
- นับจำนวนครั้งที่ตอกให้ Sampler จมลง 30 ซม. (แบ่งเป็น 3 ช่วง ช่วงละ 15 ซม.)
- N-Value = จำนวนครั้งตอกในช่วง 15 ซม. ที่ 2 และ 3 (ละทิ้ง 15 ซม. แรกซึ่งเป็น Seating)
ยิ่ง N-Value สูง = ดินยิ่งแน่น/แข็ง = รับน้ำหนักได้ดี / ค่า N-Value ใช้ได้ทั้งดินทราย (Granular Soil) และดินเหนียว (Cohesive Soil) แต่การตีความต่างกัน
การจำแนกดินตามค่า N-Value
ดินทราย (Granular Soil / Sand)
| N-Value | ความหนาแน่นสัมพัทธ์ | คุณสมบัติ | มุมเสียดทาน φ |
|---|---|---|---|
| 0-4 | Very Loose | หลวมมาก ทรุดง่าย | < 30° |
| 4-10 | Loose | หลวม รับน้ำหนักน้อย | 30-35° |
| 10-30 | Medium Dense | แน่นปานกลาง รับน้ำหนักได้ | 35-40° |
| 30-50 | Dense | แน่น รับน้ำหนักดี | 40-45° |
| > 50 | Very Dense | แน่นมาก เหมาะรองรับเสาเข็ม | > 45° |
ดินเหนียว (Cohesive Soil / Clay)
| N-Value | ความเหนียวสัมพัทธ์ | คุณสมบัติ | Su (kPa) |
|---|---|---|---|
| < 2 | Very Soft | อ่อนมาก บีบได้ด้วยนิ้ว | < 12 |
| 2-4 | Soft | อ่อน (Bangkok Clay) | 12-25 |
| 4-8 | Medium Stiff | ค่อนข้างแข็ง | 25-50 |
| 8-15 | Stiff | แข็ง | 50-100 |
| 15-30 | Very Stiff | แข็งมาก ขูดด้วยเล็บไม่ได้ | 100-200 |
| > 30 | Hard | แข็งเหมือนหิน | > 200 |
การใช้ N-Value ในดินเหนียวมีข้อจำกัดมาก เพราะค่าผันแปรสูงตามอัตราการตอก ความชื้น และวิธีเก็บตัวอย่าง แนะนำให้ใช้ Unconfined Compression Test หรือ Vane Shear Test ในการประเมิน Su ของดินเหนียวอ่อน แทนการใช้ N เพียงอย่างเดียว
ค่า N ที่ "ดิบ" vs ค่า N ที่ "ปรับแล้ว"
ปัญหา: N-Value ดิบไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้
เพราะค่า N ที่วัดได้ในสนามขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย:
- Hammer Efficiency — ลูกตุ้มแต่ละแบบมีประสิทธิภาพต่างกัน (Donut Hammer 45%, Safety Hammer 60%, Automatic 90%+)
- Overburden Pressure — ความลึกที่วัดส่งผลต่อค่า N
- Borehole Diameter — ขนาดหลุมเจาะกระทบเล็กน้อย
- Rod Length — ความยาวก้านส่งผลต่อพลังงานที่ส่งถึงตัว Sampler
- Sampler Type — มี Liner หรือไม่
การปรับค่า: N60 และ N1-60
N60 = ค่า N ที่ปรับเป็น 60% Hammer Efficiency
N60 = N × (ER/60) × CB × CS × CR
ER = Hammer Efficiency (45-90%)
CB = Borehole Diameter Correction
CS = Sampler Correction (1.0 ถ้ามี liner, 1.2 ถ้าไม่มี)
CR = Rod Length Correction (0.75 ถ้าก้าน < 4m, 1.0 ถ้า > 10m)N1-60 = ปรับเพิ่ม Overburden Pressure (ใช้สำหรับดินทราย)
(N1)60 = N60 × CN
CN = √(Pa/σ'v) (Liao & Whitman 1986)
Pa = 100 kPa (Atmospheric pressure)
σ'v = Effective Vertical Stress at the depthN60 ใช้สำหรับประเมินดินเหนียว, การคำนวณ Bearing Capacity, การประเมิน Liquefaction Susceptibility / (N1)60 ใช้สำหรับประเมิน Relative Density ของดินทราย, มุมเสียดทาน, การคำนวณ Settlement ของดินทราย
การใช้ค่า N ในการออกแบบ
1. ประเมินค่ามุมเสียดทาน (φ) ของดินทราย
Peck, Hanson, Thornburn (1974):
φ' ≈ 27.1 + 0.3 × (N1)60 - 0.00054 × (N1)60² (เป็นองศา)2. ประเมินค่า Undrained Shear Strength (Su) ของดินเหนียว
Hara et al. (1974):
Su ≈ 29 × N60^0.72 (kPa)หรือใช้กฎประมาณ: Su (kPa) ≈ 6.7 × N สำหรับ Bangkok Clay
3. ประเมิน Elastic Modulus (Es) ของดินทราย
Es ≈ 500 × (N60 + 15) (kPa) — Bowles (1996)
Es ≈ 766 × N60 (kPa) — สำหรับทรายเหนียว4. ประเมินกำลังรับน้ำหนักของฐานรากเสาเข็ม
Meyerhof (1976) สำหรับเสาเข็มในดินทราย:
qp (ปลายเสาเข็ม) = 40 × N60 × (Lb/D) (kPa)
fs (ผิวเสาเข็ม) = 2 × N60 (kPa)
Lb = ความลึกที่ฝังในชั้นรับน้ำหนัก
D = เส้นผ่านศูนย์กลางเสาเข็มข้อจำกัดของ SPT ที่ต้องระวัง
1. ค่าผันแปรสูง
ค่า N ของจุดเดียวกัน เจาะคนละครั้งอาจต่างกัน 20-50% เพราะ:
- ทักษะของทีมงานเจาะ
- การรักษาความสะอาดของหลุม
- คุณภาพของอุปกรณ์
- การแปลผลของคนนับ
2. ไม่เหมาะกับดินบางประเภท
- ดินกรวด/หิน: N-Value พุ่งสูงผิดปกติ เพราะติดเศษหิน — ควรใช้ Rock Coring
- ดินเหนียวอ่อนมาก: N = 0 หลายเมตร ไม่บอกอะไรได้ — ควรใช้ Vane Shear
- ทรายอิ่มตัวด้วยน้ำ: ค่า N อาจสูงผิดปกติเพราะ Pore Pressure
3. ความลึกที่จำกัด
เมื่อก้านยาว 30+ ม. พลังงานสูญเสียมาก ทำให้ค่า N ต่ำกว่าความเป็นจริง ต้องใช้ Rod Length Correction (CR)
4. ไม่ได้ตัวอย่างที่สมบูรณ์
Split Spoon Sampler รบกวนตัวอย่างมาก ทำให้ Lab Test เช่น Unconfined Compression อาจได้ผลต่ำกว่าจริง ในงานที่ต้องการความแม่นยำ ใช้ Thin-Walled Tube (Shelby Tube) สำหรับเก็บตัวอย่าง Undisturbed
เปรียบเทียบ SPT กับการทดสอบอื่น
| การทดสอบ | เหมาะกับ | ข้อดี | ข้อจำกัด |
|---|---|---|---|
| SPT | ดินทุกประเภท ยกเว้นกรวด | ราคาถูก เก็บตัวอย่างได้ | ค่าผันแปรสูง |
| CPT | ดินเหนียว ทราย | ข้อมูลต่อเนื่อง แม่นยำ | ผ่านชั้นกรวดไม่ได้ |
| Vane Shear | ดินเหนียวอ่อน | วัด Su ตรง | เฉพาะดินเหนียวอ่อน |
| Plate Bearing | ดินผิว/Subgrade | วัด Bearing ตรง | เฉพาะชั้นบน |
| Pressuremeter | ทุกประเภท | แม่นยำสูง | ราคาแพง |
แนวทางปฏิบัติที่ดี (Best Practices)
- ใช้ค่า N60 หรือ (N1)60 เสมอ ในการคำนวณ ไม่ใช้ค่า N ดิบ
- ตรวจสอบ Hammer Efficiency ของบริษัทที่จ้างทำ — มาตรฐานต้อง 60% ขึ้นไป
- เก็บตัวอย่างเสริม เช่น Shelby Tube สำหรับดินเหนียว ทำ Lab Test เพื่อยืนยัน
- ใช้ N-Value ร่วมกับวิธีอื่น เช่น CPT หรือ Vane Shear ในจุดสำคัญ
- ระวัง Anomalous Data — ค่าที่ผิดปกติเด้งสูงเป็นบางจุด อาจเป็น Local Boulder
- เปรียบเทียบกับ Boring Log เสมอ ตรวจสอบว่าค่า N สอดคล้องกับลักษณะดินที่บันทึก
ตัวอย่างการแปลผลใน Bangkok Clay
โครงการในกรุงเทพชั้นใน ลึก 0-25 ม. ค่า N ทั่วไป:
- 0-2 ม.: N = 5-10 (Weathered Crust)
- 2-15 ม.: N = 0-4 (Soft Bangkok Clay) → ออกแบบ ใช้ Su = 15-25 kPa
- 15-21 ม.: N = 5-15 (Medium Stiff Clay) → Su = 50-100 kPa
- 21-25 ม.: N = 30-50+ (1st Sand Layer) → ชั้นรองรับเสาเข็ม
วิศวกรจะใช้ข้อมูลเหล่านี้ออกแบบเสาเข็มยาว 21-25 ม. โดยปลายเสาเข็มแตะชั้นทรายแน่น และคำนวณ Skin Friction ของชั้นดินอ่อนด้วย
สรุป
SPT N-Value เป็นเครื่องมือที่ ทรงพลังและประหยัด สำหรับงานวิศวกรรมปฐพี แต่ต้องใช้ด้วยความเข้าใจในข้อจำกัด การปรับค่าเป็น N60 หรือ (N1)60 เป็นสิ่งจำเป็น ไม่ใช่ทางเลือก
สำหรับโครงการที่ต้องการความแม่นยำสูง ใช้ SPT ร่วมกับการทดสอบอื่น เช่น CPT, Vane Shear, หรือ Lab Test จะให้ผลที่น่าเชื่อถือกว่าการใช้ N-Value เพียงอย่างเดียว
SPN Soil Engineering ใช้อุปกรณ์ SPT ที่ ผ่านการสอบเทียบ Hammer Efficiency และทีมงานได้รับการฝึกตามมาตรฐาน ASTM D1586 พร้อมเสนอบริการทดสอบเสริม CPT, Vane Shear, Lab Test เพื่อให้ได้ข้อมูลที่ครบถ้วนสำหรับการออกแบบของวิศวกร