ฐานรากเสาเข็ม

เสาเข็มนับว่าเป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างที่สัมผัสดินโดยตรง เสาเข็มจะท้าหน้าที่ถ่ายน้้าหนักของอาคารลงสู่ดินที่ระดับลึก กรณีที่จะต้องใช้เสาเข็มได้แก่

• เมื่อชั้นดินระดับตื้นไม่สามารถรับน้้าหนักของอาคารได้ หรือเกิดได้ก็มีการทรุดตัวมากเกินไปเมื่อมีน้้าหนักของอาคารกดทับ จึงต้องใช้เสาเข็มในการถ่ายน้้าหนักของอาคารลงสู่ชั้นดินแข็งที่อยู่ในระดับลึก ถ้าชั้นดินแข็งอยู่ลึกมากน้้าหนักจะถ่ายลงสู่ดินในรูปของแรงเสียดทานที่ผิวของเสาเข็ม
• เมื่อโครงสร้างจะต้องรับแรงทางด้านข้าง หรือมีโมเมนต์ดัดจากโครงสร้างส่วนบน เสาเข็มอาจจะต้องถูกออกแบบให้รับได้ทั้งแรงในแนวดิ่งและโมเมนต์ ซึ่งโครงสร้างส่วนใหญ่ในกรณีนี้จะเป็น ก้าแพงกันดิน (Retaining wall) หรือโครงสร้างที่ต้องรับแรงลม หรือแรงเนื่องจากแผ่นดินไหว
• เมื่อโครงสร้างจะต้องก่อสร้างบน Expansive soil หรือ Collapsible soil ซึ่งมีความหนามาก Expansive soil จะพองตัวเมื่อความชื้นในดินเพิ่มขึ้น ถ้าใช้ฐานรากแบบตื้นจะท้าให้โครงสร้างเกิดความเสียหายได้ จึงต้องใช้เสาเข็มเพื่อถ่ายน้้าหนักลงสู่ชั้นดินที่ไม่มีการพองตัว
• ในกรณีที่โครงสร้างมีแรงถอนเกิดขึ้นเช่นโครงสร้างเสาส่งไฟฟูาหรือ อาคารห้องใต้ดินที่มีจมอยู่ใต้ระดับน้้าใต้ดินซึ่งจะมีแรงลอยตัวกระท้า ท้าให้ต้องใช้เสาเข็มยึดโครงสร้างไว้เพื่อต้านทานแรงถอน
• เสาเข็มของสะพานซึ่งการไหลของน้้าอาจกัดเซาะดินที่ท้องน้้า จึงต้องใช้เสาเข็มเพื่อถ่ายน้้าหนักสะพานลงสู่ชั้นดินที่น้้ากัดเซาะลงไปไม่ถึง

การจำแนกชนิดของเสาเข็ม

British Standard Code of Practice for Foundations (BS8004) ได้แบ่งเสาเข็มตามลักษณะการแทนที่ดินเป็น 3 พวกดังรูป

1. เสาเข็มที่ก่อให้เกิดการเคลื่อนตัวของดิน ในปริมาณสูง (Large displacement pile)
เป็นเสาเข็มที่ตัน หรือเสาเข็มกลวงแต่ปิดปลายไว้ ซึ่งการติดตั้งท้าได้โดยการตอกหรือกดลงในชั้นดิน ซึ่งได้แก่เสาเข็มตอกทุกชนิด
2. เสาเข็มที่ก่อให้เกิดการเคลื่อนตัวของดิน ในปริมาณต่ำ (Small displacement pile)
เป็นเสาเข็มที่ต้องตอกหรือกดลงในดินเหมือนกัน แต่จะมีพื้นที่หน้าตัดน้อยดังนั้นจึงมีปริมาตรดินที่ต้องถูกแทนที่น้อยด้วย ซึ่งได้แก่เสาเข็มเหล็ก Wide Flange
3. เสาเข็มขุดดินออกและเทคอนกรีตแทนที่ (Replacement pile)
เป็นเสาเข็มที่มีการเจาะให้เป็นรูเพื่อเอาดินออกจากนั้นจึงเทคอนกรีตลงไปแทนที่ดินที่นำขึ้นมานั้น การเจาะจะใช้ปลอกเหล็กป้องกันผนังหลุมเจาะพังทลาย และถ้าเจาะลึกมากในชั้นทรายที่อยู่ใต้ระดับน้้าใต้ดินจะใช้สารละลายเบนโทไนท์เติมลงในหลุมเจาะเพื่อป้องกันมิให้หลุมเจาะพังเนื่องจากน้้าใต้ดินทะลักเข้ามา