การเจาะสำรวจดิน

สภาพชั้นดินในหลายพื้นที่ของประเทศไทยนั้นอาจมีความแปรปรวนของชั้นดิน ทำให้สภาพพื้นที่แตกต่างไปจากพื้นที่ทั่วไป เช่น มีชั้นทรายหลวมผิดปกติ มีชั้นดินเหนียวอ่อน หรือระดับความลึกของชั้นดินที่แข็งแรงมีความผันแปรสูง เป็นต้น จากสภาพของชั้นดินดังกล่าว อาจทำให้ฐานรากเกิดการวิบัติได้ ซึ่งทำให้เกิดความเสียหายอย่างคาดไม่ถึง ก่อนที่วิศวกรจะทำการออกแบบฐานรากให้ดีและเหมาะสมนั้น จึงต้องจัดให้มีการเจาะสำรวจดินอย่างเพียงพอ เพื่อให้การออกแบบสิ่งก่อสร้างต่าง ๆ เป็นไปอย่างละเอียดรอบครอบ ถูกต้องตามหลักวิศวกรรม เพื่อการวิเคราะห์ดินจากประสบการณ์และการสังเกต เมื่อทราบข้อมูลเกี่ยวกับดินในส่วนใดแล้ว จะต้องมีการวางแผนการสำรวจดิน เพื่อให้ประหยัดทั้งเวลาและค่าใช้จ่าย พร้อมกับได้ข้อมูลที่ถูกต้อง เพราะดินมีคุณสมบัติที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงไปตามสถานที่ต่างๆ จึงยังไม่มีวิธีใดที่เหมาะสมที่สุดไปกับดินทุกสภาพ

การเจาะสำรวจดินในเบื้องต้น เป็นการเจาะหรือขุดดินเพียงเล็กน้อย เพื่อต้องการทราบชนิดของดิน การเรียงตัวของชั้นดิน ระดับน้ำใต้ดินและอื่นๆ อันจะเป็นประโยชน์ในการเตรียมเครื่องมือและวางแผนงานได้ดี ส่วนการเจาะดินโดยละเอียดนั้น เป็นการวางแผนเจาะดินอย่างละเอียดเกี่ยวกับการเจาะสารวจชั้นดิน โดยทั่วไปจะระบุ ตำแหน่งเจาะดิน จำนวนหลุมเจาะดิน ความลึกของหลุมเจาะสำรวจชั้นดินมีการทดสอบด้านใดบ้าง โดยปกติแล้วจะต้องการข้อมูลสำหรับทำข้อมูลความแข็งแรงของดินและข้อมูลเพื่อใช้คำนวณหาการทรุดตัวของสิ่งก่อสร้าง

เครื่องมือที่ใช้สำหรับเจาะสำรวจดินในปัจจุบัน แยกได้ 4 ส่วน คือ เครื่องมือเจาะดิน เครื่องมือเก็บตัวอย่างดิน เครื่องมือทดสอบดินในสนาม และเครื่องมือทดสอบดินในห้องปฏิบัติการ แต่ในที่นี้จะกล่าวถึงเครื่องมือทดสอบดินในสนามเท่านั้น โดยพิจารณาถึงขอบเขตความสามารถของเครื่องมือเป็นหลัก

• Trial pit test pit เป็นการขุดหลุมโดยใช้แรงคน ซึ่งหาได้ง่ายในท้องถิ่น สามารถขุดได้กับดินที่ไม่แข็งมาก และในความลึกไม่มาก มีการรบกวนดินน้อยสามารถเห็นการเรียงตัวของชั้นดินได้ง่าย แต่อาจจะเจอปัญหาน้ำใต้ดินเวลาที่ขุดลึกกว่า 2 เมตร และถ้าเป็นดินทรายก็อาจจะมีการพังที่หลุมได้ง่ายกว่าดินชนิดอื่นด้วย
• Hand auger borings เป็นเครื่องมือที่ง่ายและอาศัยแรงหมุน Auger และนิยมใช้อยู่สองชนิด คือ Helical auger กับ Iwan หรือ Post-hole auger ใช้เจาะดินที่มีแรงยึดเหนี่ยวหรือดินเหนียวมากๆ สามารถเจาะได้ความลึก 5 – 7 เมตร โดยต่อก้านเหล็ก ขนาดของหลุมเจาะด้วย Auger นี้จะมีขนาดประมาณ 2.5 ถึง 4 นิ้ว
• Mechanical auger borings เป็นการใช้เครื่องจักรสำหรับหมุน Auger ช่วยให้ทำงานได้รวดเร็วและเจาะดินได้ลึกมากขึ้น ระบบการทำงานได้กำลังเจาะมาจากเครื่องยนต์ที่มีกำลังไม่น้อยกว่า 25 แรงม้า หัวเจาะดินขึ้นลงได้ด้วยระบบไฮดรอลิกส์ ซึ่งนิยมกันมากในประเทศไทย
• Shell and auger boring เป็นการเจาะดินด้วย Helical auger ร่วมกับการใช้ท่อ Casing สำหรับดินที่ไม่มีความเชื่อมแน่นเพื่อป้องกันการพังทลายด้านข้างของหลุม ใช้ได้กับดินทุกชนิด นิยมสูบน้ำลงไปในหลุมเพื่อเก็บเศษกรวดและทราย ที่ไหลล้นออกมากับน้ำ
• Continuous-flight auger boring ใช้สำหรับดินเหนียวหรือดินทราย หรือกรวดที่มีเม็ดเล็ก มีลักษณะเป็นเกลียวสว่านติดอยู่รอบก้านเจาะโดยตลอดความยาวของก้านเจาะ นิยมใช้กันโดยทั่วไปเช่นกัน
• Wash boring เป็นการใช้ความดันของน้ำที่มีส่วนผสมกับสารแขวนลอย (Bentonite) ทำให้ดินหลวมและหลุดลอยเป็นเม็ดขึ้นมา ในการผสมใช้สัดส่วนความหนาแน่น 1.1 ถึง 1.2 ตันต่อลูกบาศก์เมตร ตัวอย่างดินที่ลอยขึ้นมาจะผสมกับน้ำทำให้การนำส่วนที่ตกตะกอนไปวิเคราะห์ได้ผลไม่ละเอียดเท่าที่ควร แต่ก็นิยมใช้กันมากเพราะสามารถทำงานได้อย่างรวดเร็ว
• Wash probing เป็นการเจาะดินอย่างง่ายๆ โดยใช้น้ำฉีดลงไปดิน ใช้ประโยชน์ในการหา ความเปลี่ยนแปลงของดินอ่อนหรือหลวมไปหาดินที่แน่นแข็ง นิยมใช้กันมากในการตอกเสาเข็มหรือสำรวจหาชั้นหิน สามารถทำงานได้ง่าย ประหยัดทั้งเวลาและค่าใช้จ่าย
• Rotary boring or Rotary drilling เป็นการใช้ใบมีดหรือหัวเจาะหมุนลงไปในดิน โดยกำลังของเครื่องยนต์ ทำงานได้เร็ว นิยมใช้สำหรับเจาะหิน แต่ต้องใช้น้ำเป็นตัวช่วยระบายความร้อนที่หัวเจาะที่ก้นหลุมด้านล่าง
• Percussion boring or Percussion drilling เป็นการเจาะที่ต้องอาศัยแรงกระแทกของ Heavy chisel หรือ Spun หรือ Wash boring ในการนำดินขึ้นมาจากหลุม เนื่องเพราะมีแรงกระแทกด้วยของที่หนัก จึงทำให้เป็นการรบกวนตัวอย่างดินในชั้นที่อยู่ลึกลงไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีประสบการณ์ ความชำนาญในการควบคุมการเจาะในการปล่อยน้ำหนักเพื่อให้รบกวนดินน้อยที่สุด
  การเก็บตัวอย่างดินมี 2 ลักษณะ คือ

ตัวอย่างดินเปลี่ยนสภาพ (Disturbed Sample) เป็นตัวอย่างดินที่ถูกรบกวน จนทำให้โครงสร้าง หรือการจับตัวของเม็ดดินเปลี่ยนไป หรืออาจจะสูญเสียความชื้นในดิน อาจเกิดจากวิธีการเก็บตัวอย่างดิน การขนส่ง และการเก็บรักษาตัวอย่างดิน ซึ่งได้แก่ ตัวอย่างดินที่ได้จากการทดสอบด้วยสว่านมือ และตัวอย่างดินที่ได้จากการตอกวัดค่าด้วยกระบอกผ่า ดินที่ได้ไม่สามารถนำไปทดสอบด้านการรับน้ำหนักของดินได้ เนื่องจากดินได้รับผลกระทบจากการกระแทก การอัด ซึ่งโครงสร้างของดินได้เปลี่ยนไป แต่สามารถนำไปหาคุณสมบัติเพื่อจำแนกประเภทของดินได้

ตัวอย่างดินคงสภาพ (Undisturbed Sample) เป็นตัวอย่างดินที่เก็บในสนาม โดยพยายามให้ทั้งโครงสร้างและองค์ประกอบของดินทุกอย่างเหมือนกับสภาพที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในสนาม ซึ่งได้แก่ตัวอย่างดินที่เก็บจากกระบอกบางเส้นผ่าศูนย์กลางตั้งแต่ 3 นิ้ว ขึ้นไป ถือว่าเป็นตัวอย่างดินที่มีคุณภาพดีที่สุด สามารถนำไปทดสอบคุณสมบัติต่างๆ ในห้องปฏิบัติการเกือบทุกอย่าง รวมถึงคุณสมบัติในความแข็งแรง และคุณสมบัติในการรับน้ำหนักของดิน
ชนิดของกระบอกเก็บตัวอย่างดิน

• Piston sample นิยมใช้กับตัวอย่างดินประเภทไม่มีความเชื่อมแน่น ชนิดแบบนี้ค่อนข้างดีสำหรับงานวิจัย หรืองานก่อสร้างขนาดใหญ่
• Opendrive sample เป็นท่อเหล็กกระบอกเส้นผ่าศูนย์กลาง 38-100 มม. ยาว 45-50 ซม. ปลายด้านล่างสวม Cutting shoe ซึ่งถอดออกได้ ปลายด้านบนต่อกับกระบอกเก็บตัวอย่างดินโดยใช้ค้อนกระแทกให้กระบอกจมลงไปในดิน ตัวกระบอกส่วนมากทำจากโลหะไร้สนิม ซึ่งส่วนมากจะใช้เก็บดินอ่อน
• Standard split spoon sample เป็นกระบอกผ่าครึ่งสองซีก ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางด้านนอก 2 นิ้ว ยาว 24 นิ้ว ใช้ในการทดสอบ S.P.T. ด้านปลายกระบอกมี Cutting shoe สวมไว้ ใช้กับดินทรายหรือดินที่มีทรายปนอยู่มาก แต่ตัวอย่างดินจะถูกรบกวนมากทำให้ดินแปรสภาพได้
• Foll sample เป็นการพัฒนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทั้งด้านตัวกระบอกเก็บตัวอย่างดินและ Piston อาศัยแผ่นเหล็กกว้าง 13 มม. และหนา 0.40-1.00 มม. สัมผัสกับดินก่อนเข้ากระบอกเก็บตัวอย่างซึ่งจะช่วยลดแรงเสียดทานหรือแรงอัดที่มีต่อดินได้
• Bishop compressed air sample ออกแบบเพื่อใช้ในการเก็บดินที่ไม่มีความเชื่อมแน่นที่อยู่ใต้ระดับน้ำ ซึ่งเก็บตัวอย่างดินได้ยาก และเป็นปัญหาในการสำรวจดิน การทำงานของเครื่องมือค่อนข้างจะยุ่งยากซับซ้อน เพราะต้องอัดอากาศในกระบอกด้วยความดันสูงเพื่อไล่น้ำออกและให้ดินสามารถทรงตัวอยู่ในกระบอกเก็บดินได้ ในอังกฤษนิยมใช้กระบอกเก็บดินขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายใน 60 มม. ซึ่งเล็กกว่า Bell ไม่มากนัก จะต้องตอก Casing ไปจนถึงระดับที่ต้องการก่อนดำเนินการเก็บตัวอย่างดิน ควรใช้เก็บตัวอย่างในส่วนที่จำเป็นจริงๆ เท่านั้น เพราะจะพบกับอุปสรรคในการนำดินออกจากกระบอกไปทดสอบในภายหลัง บางครั้งจึงมีข้อแนะนำจนผู้เชี่ยวชาญเสนอให้เลือกการทดสอบในสนามแทนที่ โดย Serota and Jennings (1957) ได้ประยุกต์เครื่องมือนี้ขึ้นอีกโดยการอัดอากาศเข้ายังกระบอกเก็บดินซึ่งอยู่ด้านในโดยตรงที่ปลายกระบอกด้านล่าง