การวิเคราะห์เสถียรภาพและการคาดคะเนการทรุดตัว ของถนนต่อเติมใหม่บนชั้นดินเหนียวอ่อนมาก

Abstract

ปัญหาทางด้านเสถียรภาพ และการทรุดตัวที่มากเกินไป เป็นสิ่งพึงระวังสำหรับการออกแบบ และการก่อสร้างคันทาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสิ่งก่อสร้างบนชั้นดินเหนียวอ่อนมาก การวิจัยครั้งนี้มีเพื่อศึกษาเกี่ยวกับ การวิเคราะห์เสถียรภาพ และการคาดคะเนการทรุดตัวของถนนต่อเติมใหม่ ที่ก่อสร้างบนชั้นดินเหนียวอ่อนมาก บริเวณ กม.30 บางนา-บางปะกง และถูกออกแบบด้วยพิกัดความปลอดภัยค่อนข้างต่ำ การศึกษายังครอบคลุมไปถึงการคาดคะเนค่าความดันน้ำโพรงเพิ่ม ที่ใต้กึ่งกลางของคันทาง ในการวิจัยนี้ปัญหาแรกที่คำนึงถึงก็คือ ปัญหาทางด้านเสถียรภาพ ผู้วิจัยได้ทำการทดสอบ field vane shear ในสนาม เพื่อหาค่ากำลังรับแรงเฉือนแบบอันเดรน ส่วน Bjerrum's correction factor ได้อาศัยค่าจากข้อมูลเก่าที่ได้ทำการวิเคราะห์แล้วของ Eide & Holmberg (1972) โดยวิธีการของ Bjerrum ทำให้สามารถที่จะปรับแก้ค่ากำลังรับแรงเฉือนจากการทดสอบ field vane shear และการวิจัยพบว่าการวิเคราะห์เสถียรภาพแบบนี้สามารถนำมาใช้กับถนนต่อเติมใหม่ได้ ปัญหาที่สองของการออกแบบคันทางที่วางบนชั้นดินเหนียวอ่อนมาก คือ การทรุดตัวที่กึ่งกลางของถนนต่อเติมใหม่ ได้ทำการคาดคะเนโดยวิธี Stress path โดยใช้การทดลองไตรแอกเซียล วิธีปฐพีกลศาสตร์พื้นฐาน (D'Appolonia et al., 1971; Skempton & Bjerrum, 1957) และวิธีไฟไนท์เอลลิเมนต์ เพื่อหาค่าการทรุดตัวทั้งในสภาพอันเดรน และการอัดตัวคายน้ำ ข้อมูลการทรุดตัว และความดันน้ำโพรงเพิ่มที่วัดได้ในสนามได้ถูกน้ำมาใช้ในการวิเคราะห์การทรุดตัว โดยอาศัยวิธีการของ Asaoka และวิธีการของ Skempton & Bjerrum ตามลำดับ ผลของการวิเคราะห์เสถียรภาพ ได้แสดงให้ทราบว่าอัตราส่วนความปลอดภัยของถนนต่อเติมใหม่ในสภาพอันเดรน มีค่าต่ำกว่ามาตรฐาน (1.3) แต่ยังคงมากกว่า 1.0 ผล จากการปล่อยให้ฐานรากเกิดการอัดตัวคายน้ำ หลังจากแต่ละขั้นตอนของการก่อสร้างบนชั้นดินเหนียวอ่อนในสภาพ normally consolidated จะทำให้กำลังรับแรงเฉือนของดินเหนียวอ่อนมาก มีค่าสูงขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาเพิ่มขึ้น อันเป็นผลมากจากการเพิ่มขึ้นของหน่วยแรงประสิทธิผลในดินอ่อน และอาศัยข้อมูลความดันน้ำโพรงเพิ่มที่วัดได้ เชื่อว่าเสถียรภาพของถนนต่อเติมใหม่ ยังคงอยู่ในขอบเขตที่ปลอดภัย จากการทดสอบ Stress-path พบว่า ผลของการเกิดอันเดรนครีพ และ yield ในระหว่างการทดลอง จะทำให้ค่าการทรุดตัวแบบอันเดรนที่คำนวณได้มีค่ามากเกินไป อันที่จริงขณะที่การก่อสร้างถนนต่อเติมใหม่กระทำเป็นขั้นๆ ได้ปล่อยให้เกิดขบวนการอัดตัวคายน้ำของดินเหนียวอ่อนมาก หลังจากการถมถนนแต่ละครั้ง แต่ค่าความดันน้ำโพรงเพิ่มไม่ได้แสดงพฤติกรรมดังกล่าว ซึ่งอาจเป็นสาเหตุทำให้ผลที่เกิดขึ้นจริงต่างจากค่าที่คาดคะเนไว้ ด้วยขั้นตอนการก่อสร้างดังกล่าวจะทำให้สติฟเนส และกำลังรับแรงเฉือนของดินเหนียวอ่อนมีค่าสูงขึ้น ดังนั้น การทรุดตัวที่สำรวจได้ในสภาพอันเดรน จึงมีค่าไม่มาก แม้ว่าจากข้อมูลสำรวจในภาคสนามไม่ได้แสดงว่าความดันน้ำโพรงเพิ่มมีค่าลดลง เนื่องจากขบวนการอัดตัวคายน้ำ การคงที่ของค่าความดันน้ำ แสดงว่ามีการทดแทนกันระหว่างการลดลงของความดันน้ำโพรงเพิ่มเนื่องจากการอัดตัวคายน้ำ และการเกิดความดันน้ำโพรงเพิ่มเนื่องจากขบวนการอันเดรนครีพ ค่าการทรุดตัวในสภาพอันเดรนวิเคราะห์ โดยวิธีไฟไนท์เอลลิเมนต์ได้ค่าต่ำ แต่วิธีปฐพีกลศาสตร์พื้นฐานจะให้ค่าที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับข้อมูลที่วัดได้ในสนาม เนื่องจากข้อมูลการทรุดตัวที่วัดได้ในสนามไม่เพียงพอ ฉะนั้นการคาดคะเนการทรุดตัวแบบอัดตัวคายน้ำโดยวิธีของ Asaoka เป็นวิธีที่ให้คำตอบที่น่าเชื่อถือที่สุด การคาดคะเนการทรุดตัวเนื่องจากการอัดตัวคายน้ำ โดยวิธี Stress-path วิธีปฐพีกลศาสตร์พื้นฐาน และวิธีไฟไนท์เอลลิเมนต์ จะให้ค่ามากกว่าวิธีของ Asaoka ประมาณ 5-7% ส่วนวิธีของ Skempton & Bjerrum โดยการใช้ค่าความดันน้ำโพรงเพิ่มที่วัดได้ในสนาม จะให้ค่าการทรุดตัวแบบอัดตัวคายน้ำ น้อยกว่าวิธีของ Asaoka ประมาณ 30%