ทำไมรอยเชื่อมคือจุดอ่อนที่สุดของเสาเข็มต่อท่อน?
รอยเชื่อมเป็นจุดอ่อนที่สุด เพราะเป็นส่วนเดียวของเสาเข็มที่ทำขึ้นหน้างาน และยังต้องรับทั้งแรงอัด แรงดึง และโมเมนต์ดัด เสาเข็มสปัน (Spun Pile) และไมโครไพล์ (Micropile) ผลิตเป็นท่อนคอนกรีตอัดแรงที่ควบคุมคุณภาพในโรงงาน แล้วนำมาต่อกันหน้างานด้วยการเชื่อมแผ่นเหล็กปลาย (End Plate) รอบเส้นรอบวง งานเชื่อมต้องทำกลางแดด กลางฝน ในหลุมแคบ และภายใต้แรงกดดันเรื่องเวลา คุณภาพของรอยต่อจึงแปรปรวนมากที่สุดในบรรดาองค์ประกอบทั้งหมดของเสาเข็ม
ในเชิงกลศาสตร์ รอยต่อไม่ได้รับแค่แรงอัด ระหว่างตอก คลื่นความเค้นที่วิ่งลงไปตามตัวเข็มจะสะท้อนกลับขึ้นมาเป็น แรงดึง (Tensile Stress) โดยเฉพาะช่วงที่ปลายเข็มยังอยู่ในชั้นดินอ่อน นอกจากนี้เมื่อเข็มเยื้องแนวหรือดินด้านข้างไม่สม่ำเสมอ รอยต่อยังต้องรับโมเมนต์ดัดด้วย รอยเชื่อมที่ไม่เต็มหน้าตัดจึงมีโอกาสแยกที่รอยต่อก่อนที่ตัวเข็มจะเสียหาย
สิ่งที่อันตรายกว่าคือ ข้อบกพร่องส่วนใหญ่ไม่แสดงผลทันที เสาเข็มยังตอกลงได้ ยังรับน้ำหนักผ่านในวันทดสอบ แต่รอยร้าวเล็ก ๆ หรือรูพรุนที่เปิดทางให้ความชื้นเข้าถึงเนื้อเหล็ก จะกลายเป็นจุดเริ่มของการกัดกร่อนและการวิบัติในอีกหลายปีข้างหน้า รอยต่อเชื่อมไม่สมบูรณ์จึงเป็นหนึ่งใน 6 สาเหตุหลักที่ทำให้เสาเข็มชำรุด
ไมโครไพล์ที่ใช้ท่อนละ 1.50 เมตร ถ้าตอกลงลึก 21 เมตร จะมีรอยเชื่อมประมาณ 13 จุดต่อเสาเข็ม 1 ต้น ทุกจุดคือโอกาสเกิดข้อบกพร่องที่ต้องควบคุมคุณภาพเท่ากันหมด ไม่ใช่ตรวจแค่จุดแรกจุดเดียว
รอยเชื่อมเสาเข็มมีข้อบกพร่องอะไรบ้าง? 5 แบบที่พบบ่อยหน้างาน
ข้อบกพร่องรอยเชื่อม (Weld Defect) ที่พบบ่อยในงานต่อเสาเข็มมี 5 แบบ คือ เชื่อมไม่เต็มร่อง/หลอมละลายไม่สมบูรณ์ รอยกัดขอบ รูพรุน สแลกฝังใน และรอยร้าว แต่ละแบบมีสาเหตุและวิธีตรวจต่างกัน บางแบบเห็นได้ด้วยสายตา บางแบบซ่อนอยู่ในเนื้อเชื่อมและต้องใช้การตรวจแบบไม่ทำลาย (Non-Destructive Testing) จึงจะพบ ภาพรวมของวิธีตรวจแบบไม่ทำลายสำหรับงานเหล็ก ดูได้ที่บทความตรวจรอยเชื่อมเหล็กด้วย NDT
← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →
| ชนิดข้อบกพร่อง | ลักษณะที่เห็น | สาเหตุที่พบบ่อย | วิธีตรวจ | ผลต่อเสาเข็ม |
|---|---|---|---|---|
| เชื่อมไม่เต็มร่อง / หลอมละลายไม่สมบูรณ์ Incomplete Joint Penetration / Incomplete Fusion |
สองอาการที่มักพบคู่กัน — เชื่อมไม่เต็มร่อง คือเนื้อเชื่อมไม่ลึกเต็มความหนารอยต่อ แนวเชื่อมเว้าต่ำกว่าผิวแผ่นเหล็ก หรือบางช่วงไม่มีเนื้อเชื่อมเลย ส่วน หลอมละลายไม่สมบูรณ์ คือเนื้อเชื่อมไม่หลอมติดกับเหล็กเดิม เหลือเป็นรอยแยกแนบผิวร่อง | กระแสเชื่อมต่ำเกินไป เดินลวดเร็ว ผิวสัมผัสไม่สะอาด เชื่อมไม่ครบรอบวง 360° | ตรวจด้วยสายตา (VT) ร่วมกับ Weld Gauge วัดขนาดแนวเชื่อม ยืนยันด้วย Ultrasonic (UT) เมื่อสเปกกำหนด | หน้าตัดรับแรงจริงน้อยกว่าที่ออกแบบ เสี่ยงแยกตอนตอกหรือเมื่อรับแรงดึง |
| รอยกัดขอบ Undercut |
ร่องลึกเป็นแนวยาวตามขอบแนวเชื่อม กินเข้าไปในเนื้อเหล็กเดิม | กระแสเชื่อมสูงเกินไป มุมลวดผิด ความเร็วเดินลวดไม่สม่ำเสมอ | ตรวจด้วยสายตา (VT) และวัดความลึกร่องด้วย Weld Gauge | ลดความหนาประสิทธิผลของแผ่นเหล็ก และเป็นจุดรวมความเค้น (Stress Concentration) ที่เริ่มร้าวจากความล้า |
| รูพรุน Porosity |
จุดกลมเล็กกระจายบนผิวแนวเชื่อม หรือโพรงอากาศภายในเนื้อเชื่อม | ความชื้นในลวดเชื่อมหรือผิวเหล็ก สนิม คราบน้ำมัน ลมแรงพัดแก๊สปกคลุมหลุด | VT สำหรับรูที่ผิว, Dye Penetrant (PT) สำหรับรูเปิดผิวขนาดเล็ก, UT สำหรับโพรงภายใน | ลดพื้นที่รับแรง และเปิดทางให้ความชื้นเข้าถึงเนื้อเหล็ก เร่งการกัดกร่อนระยะยาว |
| สแลกฝังใน Slag Inclusion |
ก้อนตะกรันสีเข้มค้างอยู่ในเนื้อเชื่อม มักพบเมื่อเชื่อมหลายชั้น มองไม่เห็นจากผิว | ไม่เคาะสแลกออกก่อนเชื่อมชั้นถัดไป มุมร่องแคบเกินจนลวดเข้าไม่ถึงก้นร่อง | Ultrasonic (UT) เป็นหลัก เพราะเป็นข้อบกพร่องภายในที่ VT มองไม่เห็น | ทำให้แนวเชื่อมเปราะและมีจุดอ่อนซ่อนอยู่ อาจแตกภายใต้แรงกระแทกขณะตอก |
| รอยร้าว Crack |
เส้นแตกบนแนวเชื่อมหรือในบริเวณกระทบร้อน (HAZ) มักเห็นชัดหลังแนวเชื่อมเย็นตัว | เย็นตัวเร็วเกินไปจากฝนหรือน้ำในหลุม ไฮโดรเจนในแนวเชื่อม หรือต่อเข็มเยื้องศูนย์จนเกิดแรงดัด | VT ร่วมกับ Dye Penetrant (PT) หรือ Magnetic Particle (MT) | ร้ายแรงที่สุด ต้องเจียรออกแล้วเชื่อมใหม่ตามที่วิศวกรผู้ควบคุมงานกำหนด ห้ามตอกต่อ |
ถ้าท่อนบนกับท่อนล่างไม่อยู่ในแนวเดียวกัน (Misalignment) หรือระยะห่างระหว่างแผ่นเหล็กไม่สม่ำเสมอรอบวง รอยเชื่อมจะต้องรับแรงดัดเพิ่มขึ้นทันทีที่เริ่มตอก และมักลงเอยด้วยรอยร้าว ปัญหานี้แก้ที่ขั้นตอนการประกอบ (Fit-up) ก่อนจุดไฟเชื่อม ไม่ใช่แก้ด้วยการเพิ่มเนื้อเชื่อม เกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ให้ยึดตามสเปกโครงการและข้อกำหนดของผู้ผลิตเสาเข็มแต่ละราย
ตรวจรอยเชื่อมเสาเข็มอย่างไร ต้องทำอะไรบ้างในแต่ละช่วง?
การตรวจรอยเชื่อมเสาเข็มแบ่งเป็น 3 ช่วง คือ ก่อนเชื่อม ระหว่างเชื่อม และหลังเชื่อม ข้อบกพร่องส่วนใหญ่ป้องกันได้ใน 2 ช่วงแรก ส่วนช่วงหลังเชื่อมคือการยืนยันผลและเก็บหลักฐาน การเดินไปดูตอนเชื่อมเสร็จเพียงครั้งเดียวจึงไม่พอ
1. ก่อนเชื่อม — ตรวจการประกอบ (Fit-up)
- ผิวแผ่นเหล็กปลายทั้งสองด้านสะอาด ไม่มีดิน คราบน้ำมัน หรือสนิมหลุดร่อน
- ท่อนบนกับท่อนล่างอยู่ในแนวเดียวกัน ตรวจด้วยระดับน้ำ 2 ด้านที่ตั้งฉากกัน
- ระยะห่างระหว่างแผ่นเหล็ก (Root Gap) สม่ำเสมอรอบเส้นรอบวง
- ลวดเชื่อมถูกชนิดและขนาดตามสเปก เก็บในที่แห้ง ไม่มีสนิมหรือความชื้นเกาะ
- ช่างเชื่อมมีคุณสมบัติตามที่โครงการกำหนด และเครื่องเชื่อมตั้งกระแสได้ตามใบกำหนดวิธีเชื่อม
2. ระหว่างเชื่อม — ควบคุมกระบวนการ
- เชื่อมครบรอบเส้นรอบวง 360° ไม่ข้ามช่วงที่เข้าถึงยาก
- เชื่อมเป็นชั้น (Pass) ตามที่กำหนด และเคาะสแลกออกทุกชั้นก่อนเชื่อมชั้นถัดไป
- เชื่อมสลับด้านตรงข้ามกัน เพื่อลดการบิดตัวจากความร้อนสะสมด้านเดียว
- ห้ามราดน้ำเร่งให้เย็น เพราะทำให้เนื้อเชื่อมแข็งเปราะและร้าวได้
- ถ้าฝนตกหรือมีน้ำขังที่หัวเข็ม ต้องคลุมกันน้ำและไล่ความชื้นก่อน
3. หลังเชื่อม — ตรวจและบันทึก
- เคาะสแลกและทำความสะอาดผิวแนวเชื่อมก่อนตรวจทุกครั้ง
- ตรวจด้วยสายตา (VT) ทุกจุดต่อ 100% เป็นด่านแรกเสมอ
- สุ่มตรวจด้วย PT / MT / UT ตามวิธีและอัตราที่สเปกโครงการกำหนด
- ถ่ายภาพพร้อมระบุหมายเลขเสาเข็ม ตำแหน่งรอยต่อ และความลึกของรอยต่อนั้น
- ทาสีกันสนิมหรือหุ้มปูนตามแบบ ก่อนจะตอกจมลงไปในดิน
วิธีและอัตราการสุ่มตรวจไม่ใช่ตัวเลขตายตัวที่ใช้ได้ทุกโครงการ ให้ยึดตามสเปกของผู้ออกแบบและข้อกำหนดของผู้ผลิตเสาเข็มเป็นหลัก หากในแบบไม่ได้ระบุ ควรหารือกับวิศวกรผู้ควบคุมงานก่อนเริ่มตอกต้นแรก
ภาพ 2 มิติด้านล่างแสดงรูปด้านข้างขณะประกอบรอยต่อ และรายละเอียดร่อง V ที่เติมเนื้อเชื่อมเป็นชั้น ส่วนภาพ 3 มิติแสดงการต่อเสาเข็มหน้างาน พร้อมระดับน้ำสองด้านและลำดับเชื่อมสลับด้าน ให้ดูคู่กับการตรวจทั้ง 3 ช่วงข้างต้น
ไมโครไพล์ท่อนละ 1.5 เมตร ต้องระวังอะไรเป็นพิเศษ?
ไมโครไพล์ท่อนละ 1.50 เมตรต้องระวัง 2 เรื่อง คือ จำนวนรอยเชื่อมที่มากกว่าเสาเข็มสปันหลายเท่า และสภาพการเชื่อมในหลุมแคบ ไมโครไพล์ในงานต่อเติมบ้านหรือเสริมฐานรากมักใช้ท่อนสั้น เพราะต้องขนเข้าพื้นที่แคบและใช้ปั้นจั่นขนาดเล็ก ตอกลึก 15 เมตร มีรอยเชื่อมราว 9 จุด ตอกลึก 21 เมตร มีราว 13 จุด ส่วนเสาเข็มสปันท่อนละ 6 เมตร ที่ความลึกเท่ากันมีรอยเชื่อมเพียง 2–3 จุด
นอกจากจำนวนแล้ว เงื่อนไขหน้างานยังยากกว่า ช่างต้องเชื่อมในหลุมแคบที่ยืนเข้าถึงได้ไม่ครบทุกด้าน มุมเชื่อมไม่สม่ำเสมอ และบ่อยครั้งมีน้ำขังที่ก้นหลุมทำให้แนวเชื่อมเย็นตัวเร็วเกินไป ทั้งหมดนี้ทำให้ การควบคุมคุณภาพรอยเชื่อมของไมโครไพล์สำคัญกว่าเสาเข็มชนิดอื่น
เพราะรอยต่ออยู่ถี่ทุก 1.50 เมตร สัญญาณสะท้อนจากรอยต่อจำนวนมากจะทับซ้อนกันจนแยกไม่ออกว่าอันไหนคือรอยต่อปกติ อันไหนคือรอยแตกจริง SPN จึงแนะนำให้ใช้ PDA (Dynamic Load Test) ควบคู่กับการควบคุมคุณภาพรอยเชื่อมหน้างาน แทนการพึ่งผล Seismic Test เพียงอย่างเดียว
สำหรับงานต่อเติมบ้าน บทความต่อเติมบ้านตอกไมโครไพล์ ต้องทดสอบเสาเข็มไหม? อธิบายเหตุผลที่ควรทดสอบ วิธีที่เหมาะ และปัญหาที่พบบ่อยของไมโครไพล์
รอยเชื่อมมีผลต่อผลทดสอบเสาเข็มอย่างไร?
รอยเชื่อมส่งผลต่อการทดสอบเสาเข็มแต่ละวิธีไม่เหมือนกัน Seismic Integrity Test เห็นรอยต่อเป็นคลื่นสะท้อน แต่บอกคุณภาพแนวเชื่อมโดยตรงไม่ได้ PDA ตรวจจับรอยต่อที่แยกออกขณะตอกได้ ส่วน Static Load Test แบบแรงอัดอาจไม่แสดงข้อบกพร่องของรอยเชื่อมเลย
Seismic Integrity Test (มยผ.1551-51) ส่งคลื่นความเค้นระดับต่ำลงไปตามตัวเข็ม เมื่อคลื่นวิ่งผ่านรอยต่อที่มีการเปลี่ยนแปลงหน้าตัดหรือความหนาแน่น จะสะท้อนกลับบางส่วนและปรากฏเป็นขยักในกราฟความเร็ว ผู้แปลผลต้องรู้ความลึกของรอยต่อล่วงหน้า จึงจะแยกออกว่าขยักนั้นคือรอยต่อปกติหรือรอยแตกจริง (ดูวิธีอ่านผล Seismic Integrity Test)
PDA / Dynamic Load Test (มยผ.1252-51, ASTM D4945) วัดแรงและความเร็วที่หัวเข็มขณะตอกด้วยตุ้มน้ำหนัก หากรอยเชื่อมแยกออกจากกัน จะมีคลื่นสะท้อนกลับขึ้นมาที่เวลาตรงกับความลึกของรอยต่อ กราฟแรงจะลดลงผิดปกติเมื่อเทียบกับกราฟความเร็ว ค่า BTA ที่บอกระดับความเสียหายของหน้าตัดจะต่ำลง และผลวิเคราะห์ CAPWAP จะแสดงความไม่ต่อเนื่องของตัวเข็มที่ตำแหน่งนั้น
Static Load Test (ASTM D1143) กดน้ำหนักลงบนหัวเข็มเป็นแรงอัดเป็นหลัก รอยเชื่อมที่ไม่สมบูรณ์แต่ยังชนกันสนิทจึงอาจ ผ่าน การทดสอบได้ ทั้งที่ความสามารถรับแรงดึงและแรงดัดต่ำกว่าที่ควรจะเป็น นี่คือเหตุผลว่าทำไมการทดสอบเสาเข็มจึงแทนการควบคุมคุณภาพรอยเชื่อมหน้างานไม่ได้ ทั้งสองอย่างต้องทำคู่กัน
บันทึกความลึกของรอยต่อทุกจุดขณะตอก แล้วส่งบันทึกนี้ให้ทีมทดสอบก่อนวันทดสอบ จะช่วยให้การอ่านกราฟ Seismic Test แม่นยำขึ้นมาก และลดกรณีที่รอยต่อปกติถูกรายงานเป็นข้อบกพร่อง
ตรวจรอยเชื่อมเสาเข็มหน้างานต้องเช็คอะไรบ้าง? เช็คลิสต์ 8 ข้อ
ใช้ 8 ข้อนี้ตรวจทุกรอยต่อ ตั้งแต่ก่อนจุดไฟเชื่อมจนถึงก่อนตอกท่อนถัดไป ถ้าข้อใดไม่ผ่าน ให้แก้ไขตามที่วิศวกรผู้ควบคุมงานกำหนดก่อนตอกต่อ
- ผิวแผ่นเหล็กปลายสะอาด แห้ง ไม่มีสนิมหลุดร่อนหรือคราบน้ำมัน
- ท่อนบน–ท่อนล่างอยู่ในแนวเดียวกัน ตรวจด้วยระดับน้ำ 2 ด้านตั้งฉาก
- ลวดเชื่อมถูกชนิด เก็บแห้ง และตั้งกระแสเชื่อมตามที่กำหนด
- เชื่อมครบรอบวง 360° ครบจำนวนชั้นตามสเปก
- เคาะสแลกออกทุกชั้น และทำความสะอาดผิวก่อนตรวจ
- ตรวจด้วยสายตา (VT) ทุกจุดต่อ ไม่มีรอยร้าว รูพรุน หรือรอยกัดขอบเกินเกณฑ์
- สุ่มตรวจด้วย PT / MT / UT ตามอัตราที่สเปกโครงการกำหนด
- ถ่ายภาพและบันทึกหมายเลขเสาเข็ม ตำแหน่งและความลึกของรอยต่อทุกจุด
เช็คลิสต์นี้ใช้เป็นแนวทางทั่วไป หากโครงการมีข้อกำหนดเฉพาะจากผู้ออกแบบหรือผู้ผลิตเสาเข็ม ให้ยึดเอกสารของโครงการเป็นหลักเสมอ
สรุป
รอยเชื่อมคือชิ้นส่วนเดียวของเสาเข็มต่อท่อนที่ผลิตขึ้นหน้างาน จึงเป็นจุดที่คุณภาพแปรปรวนที่สุดและควบคุมได้ยากที่สุด ข้อบกพร่องที่พบบ่อยมี 5 แบบ คือ เชื่อมไม่เต็มร่อง รอยกัดขอบ รูพรุน สแลกฝังใน และรอยร้าว โดยสแลกฝังในและรอยร้าวตรวจด้วยสายตาอย่างเดียวไม่พอ
แนวทางที่ใช้ได้จริงคือ ตรวจการประกอบก่อนจุดไฟเชื่อม ควบคุมกระบวนการระหว่างเชื่อม แล้วตรวจด้วยสายตา 100% พร้อมสุ่มตรวจด้วยวิธีไม่ทำลายตามสเปก สำหรับไมโครไพล์ที่มีรอยต่อถี่ ควรใช้ PDA ควบคู่กับการควบคุมคุณภาพรอยเชื่อม แทนการพึ่งผล Seismic Test เพียงอย่างเดียว หากไม่แน่ใจว่าโครงการควรกำหนดวิธีตรวจรอยเชื่อมหรือวิธีทดสอบเสาเข็มแบบใด ปรึกษาทีมวิศวกรของ SPN ได้โดยตรง