การทดสอบภาคสนามด้วยวิธี Standard Penetration Test (SPT)

การทดสอบในสนามด้วยวิธี Standard Penetration Test (SPT)

          การทดสอบด้วยวิธีนี้ได้พัฒนาขึ้นมาราวปี
ค.ศ. 1927
ซึ่งในปัจจุบันเป็นวิธีทดสอบที่นิยมใช้กันมากที่สุดและเป็นการทดสอบที่ประหยัดที่สุดที่จะได้ข้อมูลชั้นดินมาใช้ในการออกแบบ
โดย Bowles (Bowles 1996)
ประมาณไว้ว่า
85 – 90 เปอร์เซ็นต์ของการออกแบบฐานรากปกติในอเมริการเหนือและอเมริการใต้ใช้ข้อมูล
SPT ในการออกแบบ
การทดสอบจะอ้างอิงมาตรฐาน ASTM
D 1586 โดยมีขั้นตอนโดยสังเขปดังนี้

            ตอกกระบอกแบบผ่าซีกแบบมาตรฐาน
ซึ่งมีขนาดดังรูปที่ 1 โดยให้ปลายกระบอกวางอยู่พอดีกับระดับก้นหลุมเจาะ
โดยการตอกจะใช้ตุ้มตอกที่มีน้ำหนัก 140 ปอนด์ (63.5 กิโลกรัม)
ในการตอกแต่ละครั้งจะยกตุ้มสูง 30 นิ้ว (762 มิลลิเมตร) ตกอย่างอิสระ ดังรูปที่ 2

            ในการตอกจะตอกให้กระบอกจมลงในดินเป็นระยะ
18 นิ้ว โดยแบ่งระยะของกาตอกเป็น 3 ช่วง ช่วงละ 6 นิ้ว ค่า SPT, N จะเป็นจำนวนครั้งของการตอก
12 นิ้วสุดท้าย หน่วยของค่า SPT, N จะเป็นครั้งต่อฟุต (Blows/ft) ที่ไม่รวมเอาจำนวนครั้งของการตอก
6 นิ้วแรก เนื่องจากดินช่วงส่วนนี้จะถูกรบกวนอย่างมากจากกระบวนการเจาะดิน
ในกรณีที่ตอกทดสอบแล้วตอกไม่ลงจะหยุดการทดสอบเมื่อ

·       ตอกเกินกว่า
50 ครั้งแล้วกระบอกจมลงเพียง 150 มิลลิเมตร

·       ตอกเกินกว่า
100 ครั้งแล้วเพื่อให้กระบอกจมลง 300 มิลลิเมตร

·       ตอกต่อเนื่องกัน
10 ครั้งแล้วกระบอกไม่จมลงเลย

ในกรณีที่ไม่สามารถทดสอบตอกจนถึงระยะตามมาตรฐาน
จะบันทึกผลการทดสอบเป็นจำนวนครั้งของการตอกต่อระยะที่จมลงไป ตัวอย่างเช่น 70/100
หมายถึง ตอกทดสอบ 70 ครั้งแล้วกระบอกจมลง 100 มิลลิเมตร หรือ
85/4 นิ้ว หมายถึงตอกทดสอบ 85 ครั้งแล้วกระบอกจมลง 4 นิ้ว เป็นต้น

 

สำหรับชนิดลูกตุ้มน้ำหนักโดยทั่วไปที่มักจะใช้ในการทดสอบมีหลายชนิดดังรูปที่ 3 ซึ่งแตกต่างกันในวิธีการยกตุ้มน้ำหนักและวิธีการตอก ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของการตอกของแต่ละผู้ผลิตแตกต่างกัน ในการออกแบบลูกตุ้มและวิธีการตอกส่วนใหญ่จะพยายามทำให้ได้ประสิทธิภาพของการตอกประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นเพื่อให้ค่าที่ได้มีพลังงานที่ใช้เท่ากันจึงต้องมีการปรับแก้โดยใช้สมการที่ 1

การปรับแก้ค่า Standard penetration

            ค่า
SPT, N ที่ได้จากการทดสอบในสนามอาจจะต้องมีการปรับแก้
ซึ่งสาเหตุที่ต้องมีการปรับแก้
ประการแรกได้แก่การที่ขั้นตอนการทดสอบที่ไม่เหมือนกันในแต่ละภูมิภาค จึงได้มีการแปลงค่า
SPT, N ที่วัดได้ไปเป็นค่า
N₆₀ ซึ่งเสนอไว้โดย
Skempton, 1986 ดังสมการ

โดยที่

            N₆₀ = ค่า SPT, N ที่ปรับแก้เนื่องจากวิธีและขั้นตอนการทดสอบ

            E_m = ประสิทธิภาพของการตอก
(ตารางที่ 1)

            C_B = ค่าปรับแก้เนื่องจากขนาดของหลุมเจาะ
(ตารางที่ 2)

            C_S = ค่าปรับแก้เนื่องจากวิธีการเก็บตัวอย่างด้วยกระบอกเก็บตัวอย่างแบบฝาซีก
(ตารางที่ 2)

            C_R = ค่าปรับแก้เนื่องจากความยาวของก้านเจาะ
(ตารางที่ 2)

            N_measured = ค่า SPT, N ที่วัดได้จากการทดสอบ

 

ประเทศ	ชนิดของตุ้มตอก	วิธีการปล่อยตุ้มตอก	ประสิทธิภาพของการตอก
จีน	แบบปล่อยอัตโนมัติ แบบโดนัท แบบโดนัท	ปล่อยเป็นรอบ ปล่อยด้วยมือ กว้าน	0.60 0.55 0.50
ญี่ปุ่น	แบบโดนัท แบบโดนัท	ใช้ไกปล่อยตุ้ม กว้าน 2 รอบและปล่อยด้วยวิธีพิเศษ	0.78 – 0.85 0.65 – 0.67
สหราชอาณาจักร	แบบปล่อยอัตโนมัติ	ปล่อยเป็นรอบ	0.73
สหรัฐอเมริกา	แบบนิรภัย แบบโดนัท	กว้าน 2 รอบ กว้าน 2 รอบ	0.55 – 0.60 0.45

ตารางที่
1 ประสิทธิภาพของการตอก (Coduto 2001)

 

สาเหตุของการปรับแก้	ชนิด/ขนาด ของเครื่องมือ	ค่าปรับแก้
ขนาดของหลุมเจาะ, CB	65 ถึง 115 มิลลิเมตร 150 มิลลิเมตร 200 มิลลิเมตร	1.00 1.05 1.15
เนื่องจากวิธีเก็บตัวอย่าง, CS	วิธีการเก็บแบบมาตรฐาน เก็บตัวอย่างโดยไม่ใช้ Liner	1.00 1.20
เนื่องจากความยาวของก้านเจาะ, CR	3 ถึง 4 เมตร 4 ถึง 6 เมตร 6 ถึง 10 เมตร มากกว่า 10 เมตร	0.75 0.85 0.95 1.00

ตารางที่ 2 ค่าปรับแก้เนื่องจากขนาดของหลุมเจาะ, หัวเก็บตัวอย่าง
และความยาวของก้านเจาะ (Coduto 2001)

          การปรับแก้ประการที่สอง
สำหรับดินเม็ดหยาบ (Granular
soil) หน่วยแรงกดทับประสิทธิผลในแนวดิ่งของดิน  จะมีผลต่อค่า SPT, N ดังรูปที่
4 จะเห็นว่าเมื่อ  มีค่าสูงกว่า 100 kN/m²  SPT,
N ที่ได้จากการทดสอบจะมีค่าสูงเกินจริง
ในทางกลับกัน ถ้า  น้อยกว่า 100 kN/m²  SPT,
N ที่ได้จากการทดสอบจะมีค่าต่ำเกินจริง