หลักการออกแบบแนวลาดเอียง (Slope) สำหรับงานออกแบบถนน และงาน Grading (เบื้องต้น)

บทความอ้างอิง:

>> Civil 3D: Grading >> การออกแบบพื้นที่ (เตรียมพื้นที่)

>> Civil 3D: Grading >> การออกแบบพื้นที่ เพื่อการขุดบ่อ (Pond)

>> Civil 3D: การออกแบบถนนด้วยคำสั่ง Grading

>> Autodesk Land Desktop: การออกแบบถนน Step by Step (ม้วนเดียวจบ)

>> Civil 3D: การออกแบบถนน (Highway) Step by Step (ม้วนเดียวจบ)

>> มีท่านผู้อ่านได้โพสต์ถามหน้าเว็บฯ และส่งอีเมล์เข้ามาสอบถามถึงหลักการออกแบบแนวลาดเอียง (Slope) ทั้งงาน Cut และงาน Fill ให้กับพื้นที่ในงานออกแบบถนน และงาน Grading ว่ามีแนวคิด หรือหลักการอย่างไร ในการออกแบบอัตราส่วนความลาดเอียง อาทิ 1:1, 2:1, 3:1 ฯลฯ โดยใช้โปรแกรม Civil 3D/Autodesk Land Desktop ทำการออกแบบถนน หรือในงานออกแบบแนว Grading และอื่นๆ 

ผู้เขียน ต้องขอสารภาพว่าเป็นบทความที่รู้สึกว่าเขียนได้ค่อนข้างลำบาก เพราะตนเองนั้น มิได้มีพื้นฐานความรู้มาจากสายวิศวกรรมปฐพีและฐานราก และถึงแม้จะมีประสบการณ์ในเรื่องดังกล่าวมาบ้าง แต่ประสบการณ์เหล่านั้นมาจากความรู้ที่ได้รับการถ่ายทอดมาจากนักธรณีวิทยาชาวไทย และชาวต่างประเทศอีกทอดหนึ่ง...ฉะนั้นในการที่ผู้เขียนจะถ่ายทอดความรู้ดังกล่าวต่อไปยังท่านผู้ศึกษา ผู้เขียนจึงต้องขออนุญาติเขียน 'หมายเหตุ' เพื่อวางกรอบแนวคิด และหลักปฏิบัติเบื้องต้น เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษาเพื่อให้เข้าใจถึงหลักพื้นฐานการออกแบบแนวลาดเอียง (Slope)  เพื่อใช้ร่วมกับตัวโปรแกรม Civil 3D/Autodesk Land Desktop ต่อไป

หมายเหตุ: วิธีการออกแบบแนวเกรด (งาน Cut/Fill) สำหรับงานออกแบบถนน ทางด้านล่าง จะมุ่งเน้นอธิบายวิธีการกำหนดแนวลาดเอียง (Slope) เบื้องต้น โดยวิธีการลดน้ำหนักมวลดิน (Unloading) เพื่อให้สัมพันธ์กับลักษณะทางกายภาพของชั้นดิน ชั้นหิน ที่สำรวจพบในแนวเส้นทางที่ทำการออกแบบถนนลากผ่านไปเท่านั้น โดยละไว้ซึ่งเนื้อหาที่มีรายละเอียดทางการคำนวณที่ซับซ้อนทางวิศวกรรม อาทิ อัตราส่วนความปลอดภัย แรงกระทำ (Force) หรือแรงเฉือนต่างๆ โมเมนท์การเคลื่อนที่ของมวลดิน ค่าเสถียรภาพความลาดเอียง แรงดันน้ำในมวลดิน และการระบายน้ำ และอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับหลักกลศาสตร์วิศวกรรม

ด้วยเหตุว่างาน Grading เป็นศาสตร์ที่มีเนื้อหาค่อนข้างมาก และมีความซับซ้อนในการคำนวณทางคณิตศาสตร์เชิงวิศวกรรม (ผู้เขียนคิดว่าศาสตร์ทางด้านนี้ เป็นเรื่องที่ 'ยาก' มากกว่าศาสตร์การออกแบบถนน เสียอีก) อีกทั้งยังต้องอาศัยความรู้ทางด้านธรณีวิทยาเข้ามาเกี่ยวข้อง จึงทำให้การกำหนด หรือการออกแบบแนวลาดเอียง (Slope) เป็นงานที่มีความละเอียดอ่อน และต้องอาศัยความละเอียด รอบคอบในการทำการออกแบบเป็นอย่างสูง โดยมุ่งเน้นที่ความปลอดภัยในชีวิต และทรัพย์สิน เป็นสำคัญ...แต่ถึงกระนั้นก็ตาม ไม่ว่าจะทำการออกแบบแนวลาดเอียงได้ดียิ่งเพียงใด ก็ยังมีข่าวการสูญเสียชีวิต และทรัพย์สิน อันเนื่องมาจากงาน Grading ปรากฏให้เห็นทางสื่อ อยู่เนืองๆ

หลักการออกแบบแนวลาดเอียง (Slope) เบื้องต้น
>> การออกแบบเส้น Alignment แนวถนนผ่านไปบนแผนที่ (Surface) เส้นชั้นความสูง โดยเฉพาะในพื้นที่ๆมีลักษณะสูงชัน หรือในเขตภูเขา ซึงโดยหลักการทั่วไป นิยมทำการออกแบบแนวถนน ลัดเลาะไปตามไหล่ของภูเขา โดยค่อยๆ ปรับระดับความลาดชัด %Grade ไปทีละน้อย ตามสเป็คฯของงาน

และเมื่อทำการลากเส้นแนวถนนลัดเลาะไปตามไหล่เขาดังกล่าว จะทำให้เกิดงานเคลื่อนย้ายมวลดิน (Earth Work) 2 ประเภทคือ งานขุดดิน (Cut) และงานถมดิน (Fill) เพื่อปรับสภาพพื้นที่เดิม (ธรรมชาติ) ให้กลายเป็น 'ช่องทางเดินรถ' หรือเลนของถนน โดยมีประเด็นที่จะต้องนำมาพิจารณาเป็นอันดับแรก นั่นคือ ลักษณะทางกายภาพ ของชั้นดิน ชั้นหินในเส้นทางที่ออกแบบ ด้วยเหตุว่าคุณลักษณะของชั้นดิน ชั้นหินดังกล่าว จะเป็น 'ตัวกำหนดปัจจัยหลัก' ของงาน อาทิ
1. งบประมาณ: ถ้าในสายทางที่ออกแบบมีสภาพเป็น 'ภูเขาหินแข็ง' ตลอดทั้งเส้นทาง ถึงแม้ว่าจะมีข้อดีในด้านความมั่นคงแข็งแรงมากกว่าวัสดุที่เป็นชั้นดิน แต่ก็จะต้องมี 'ค่าใช้จ่ายที่มากกว่า' เพราะว่าจะต้องมีงาน 'ระเบิด' ขุดเจาะ เข้ามาเกี่ยวข้อง ซึ่งมีความยากของงานมากกว่า และใช้งบประมาณมากกว่า งานออกแบบในสายทางที่เป็นชั้นดินปรกติ

2. ความปลอดภัย: ถ้าในสายทางที่ออกแบบมีสภาพเป็น 'ชั้นดินอ่อน' ง่ายต่อการชะล้าง พังทลาย ฉะนั้นการออกแบบอัตราส่วนความลาดเอียง จึงต้องปรับ% ให้สูงขึ้นกว่าปรกติ รวมถึงการสร้างแนวป้องกันการพังทลายของดิน ฯลฯ...สิ่งเหล่านี้ จะส่งผลกระทบไปถึง 'ระยะเวลาที่จะใช้' ซึ่งเป็นปัจจัยที่สำคัญ ที่แปรผันโดยตรงกับงบประมาณที่จะใช้ในโครงการ

>> คุณสมบัติของชั้นดิน ชั้นหินในสายทางที่ทำการออกแบบ จึงมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง ต่อการทำการออกแบบความลาดชันทั้ง 2 ข้างทาง โดยคำนึงหลักความปลอดภัยมาเป็นอันแรก...ฉะนั้นก่อนทำการออกแบบถนนใดๆ จะต้องทำการตรวจสอบวิเคราะห์ข้อมูลของชั้นดิน ชั้นหิน ในเส้นทางที่ออกแบบ ก่อนที่จะดำเนินการในขั้นตอนงานถนนอื่นๆต่อไป

หลักการพิจารณาคุณสมบัติของชั้นดิน และชั้นหิน กับการกำหนดอัตราส่วนความลาดเอียง

* ค่าอัตราส่วนความลาดเอียงข้างต้น มิได้อ้างอิงค่าอัตราส่วนมาตรฐานที่กำหนดโดยกรมทางหลวง

วิธีการออกแบบงาน Cut/Fill (พิจารณาร่วมกับสภาพความลาดเอียงของภูมิประเทศ)
1. Balanced Cut and Fill: เป็นวิธีการ 'สมดุล' งานเคลื่อนย้ายมวลดิน Cut และ Fill ในสายทางการออกแบบถนน โดยออกแบบแนวเส้น CL ลากผ่านไปในพื้นที่ และกำหนดให้มีปริมาตรของงานขุด และงานถมได้สมดุล (Balance) กัน ซึ่งจะช่วยลดงาน Cut ให้ลดน้อยลง (ประหยัดเวลา และช่วยลดงบประมาณ) โดยวิธีการดังกล่าวเหมาะสำหรับพื้นที่ๆ มีความลาดชัน (สภาพพื้นที่เดิม) ไม่เกิน 60%
* ในสภาพการณ์จริง การออกแบบงาน Grading สำหรับงานออกแบบถนน มักจะไม่นิยมใช้วิธีการนี้มากนัก โดยเฉพาะในสายทางประเภทชั้นดินที่เป็นดินอ่อน ซึ่งเมื่อทำการเคลื่อนย้ายมวลดิน ขุดออก และนำมาถม อีกด้านหนึ่งนั้น จะต้องทำการสร้างแนวกำแพงค้ำยัน (Reinforcing Wall) หรือเสริมป้องกันแนวงานถมดินเพื่อป้องกันการชะล้าง พังทลายของดิน อีกทอดหนึ่ง ซึ่งส่งผลโดยตรงกับเวลา และงบประมาณที่ใช้

<คลิกที่ภาพ เพื่อขยาย>

2. Full Bench Cut: เป็นวิธีการ Cut งานดินออกไปตลอดแนวขอบของถนน ด้านใดด้านหนึ่ง ซึ่งลักษณะดังกล่าว จะทำให้ชั้นดิน ชั้นหิน ที่เป็นชั้นพื้นถนนยังคงสภาพ 'ความหนาแน่น' เดิมอยู่ และสำหรับงานดินที่ถูก Cut ออกมานั้น ส่วนใหญ่นิยมตักทิ้งไปตามแนวลาดเอียงอีกด้านหนึ่งของถนน โดยวิธีการดังกล่าวเหมาะสำหรับพื้นที่ๆ มีความลาดชัน (สภาพพื้นที่เดิม) เกิน 60%
* เป็นวิธีที่นิยมใช้กันโดยทั่วไป สำหรับแนวถนนที่เลาะเลียบไปตามไหล่เขา และทำการกำหนดอัตราส่วนความลาดเอียงไปตามประเภทของชั้นดิน ชั้นหิน ในสายทาง โดยที่งาน Cut ที่เกิดขึ้นจะคิดเป็นงาน Waste หรือ ขุดทิ้งออกไป (ตามแนวลาดเอียง)

3. Through Cut: เป็นวิธีการ Cut งานดินออกเป็น 'ช่อง' ทาง (เลนถนน) โดยทำการกำหนดอัตราส่วนความลาดเอียงทั้ง 2 ข้างไปตามประเภทของชั้นดิน ชั้นหิน โดยวิธีการดังกล่าวเหมาะสำหรับพื้นที่ๆ มีความลาดชัน (สภาพพื้นที่เดิม)ไม่เกิน 60%

การออกแบบแนว Bench เบื้องต้น เพื่อช่วยลดอัตราการชะล้าง พังทลาย

>> ในสายทางการออกแบบถนน ที่มีลักษณะเป็นชั้นดินอ่อน หรือชั้นหินกาบแตกหักได้ง่าย ซึ่งง่ายต่อการชะล้างพังทลาย ลงมาด้านล่างนั้น มีหลักวิธีการจัดการกับมวลดินดังกล่าว เพื่อช่วยลดอัตราการชะล้างพังทลายลงมายังช่องเลนของถนนเบื้องล่าง กล่าวคือการเพิ่มแนวขั้นบันได Bench เป็นขั้นๆ เพื่อช่วยลดอัตราการชะล้าง พังทลาย ของมวลดิน มวลหิน

* การกำหนดระยะแนว Slope และความกว้างของระยะในแนวราบ ขึ้นอยู่กับคุณลักษณะทางธรนีวิทยาของชั้นดิน ชั้นหิน ในสายทางการออกแบบ และอัตราความลาดเอียงของพื้นที่เป็นสำคัญ

* ในกรณีที่สภาพพื้นที่ มีอัตราการชะล้างพังทลายสูง ผู้ออกแบบจะต้องพิจารณาถึงการก่อสร้างแนวป้องกัน (Reinforcing Wall) เพื่อช่วยค้ำยันมวลดิน มวลหิน ตลอดจนการจัดการจัดทำช่องทางระบายน้ำ ควบคู่กันไปด้วย

>> ผู้เขียนได้เคยมีประสบการณ์ตรง (คนวงนอก) ในงานสำรวจฯที่เหมืองแร่ชื่อดังแห่งหนึ่งใน สปป.ลาว กับกรณีที่ผู้ออกแบบถนน 'ไม่ให้ความสำคัญ' กับ คุณสมบัติของชั้นดิน ชั้นหินในสายทาง...เรื่องมีอยู่ว่า ผู้ออกแบบฯ ได้ทำการออกแบบถนน ลากผ่านไปบนสันเขา จากนั้นผู้ออกแบบฯ ได้สั่งให้ทีมสำรวจ ไปทำการวางแนว CL ให้เป็นไปตามทิศทางในแบบร่างฯ โดยมีทีมรถแบ็คโฮหลายคัน ทำการเคลียร์แนวเส้นทางตามหลังมาติดๆ...ทีมสำรวจฯ ได้ทำการวางไลน์มาจนถึงหน้าผาหินขนาดใหญ่ ซึ่งขวางหน้าอยู่ในไลน์ CL

ไม่ใช่เรื่องยากสำหรับงานสำรวจฯ ในการวางไลน์ข้ามแนวผาหินใหญ่นั่นไป แต่ปัญหามันอยู่ที่ทีมรถแบ็คโฮ ที่ตามมาข้างหลัง ซึ่งไม่สามารถทำการเคลียร์ผาหินขนาดใหญ่ (+หนา) ในแนวสายทางออกไปได้ จะหลบออกซ้าย-ขวา ก็ไม่ได้ เพราะว่าเป็นหุบสูงชันทั้ง 2 ด้าน...สุดท้าย ต้องใช้ระเบิด ค่อยๆกรุยทางไปทีละน้อยๆ

นอกจากจะต้องเสียงบประมาณ และเสียเวลา 'เพิ่มมากขึ้น' แล้ว...ประเด็นสำคัญมันอยู่ที่ว่า 'ทำไมถึงไม่ทำการสำรวจ ตรวจสอบลักษณะทางธรณีวิทยาเบื้องต้น' ในสายทางที่ทำการออกแบบ 'ก่อนที่จะ' ดำเนินการในขั้นตอนต่างๆในงานถนน

ฟอร์เวิดอีเมล์จากนายช่างฯวิชิต กรมทางหลวงชนบท

>> ฟอร์เวิดอีเมล์จากนายช่างฯวิชิต กรมทางหลวงชนบท ซึ่งได้ฟอร์เวิดบทความที่ถูกส่งผ่านต่อๆกันทางเฟสบุ๊ค ส่งมาให้ผู้เขียนได้อ่าน...ผู้เขียนจึงขออนุญาติคัดลอกบทความดังกล่าว เพื่อส่งสารบอกต่อๆ กันไปอีกทอดหนึ่ง ซึ่งผู้เขียนหวังเป็นอย่างยิ่งว่า ความรู้มาก-น้อย ใดๆ ก็ตามที่ท่านผู้อ่านได้รับจากเว็บบล๊อกแห่งนี้...ท่านจะนำไปบอกกล่าว ถ่ายทอดความรู้ต่อๆ กันไปครับ

ครั้งหนึ่งในอเมริกากลาง

ทุก ๆ ปีจะมีการประกวดเมล็ดพันธ์ข้าวโพด

หลังจากการประกวดชายผู้ที่ชนะเลิศที่หนึ่ง

เขาทำในสิ่งที่คาดไม่ถึง นั่นคือ...

ทันทีที่เขาชนะ

เขาได้นำเมล็ดพันธ์ที่เพิ่งชนะการประกวด

แจกให้กับผู้ที่เข้าร่วมการแข่งขันและกล่าวว่า

เอาเมล็ดพันธ์นี้ไปปลูกน่ะ แล้วปีหน้าเรามาแข่งกันใหม่

ในปีต่อมา...

เขาก็ชนะการประกวดเมล็ดพันธ์ข้าวโพดอีก

เขาเดินแจกเมล็ดพันธ์ที่เขาเพิ่งชนะให้กับคนอื่น ๆ

แล้วบอกว่า...เอาไปปลูกน่ะ แล้วปีหน้าเรามาแข่งกันใหม่

ชายผู้นี้ชนะการประกวดเมล็ดพันธ์ข้าวโพด

ติดต่อกัน 6 ครั้ง และเขาก็แจกเมล็ดพันธ์ที่ชนะ

ให้ผู้แข่งขันคนอื่น ๆ ทุกปี

มีนักข่าวถามเขาว่า...

ไม่เป็นการง่ายกว่าหรือ ถ้าเขาเก็บเมล็ดพันธ์ที่ดี

โดยไม่แบ่งคนอื่น เขาก็จะได้ชนะง่าย ๆทุกปี

เขาตอบว่า...แสดงว่า...

คุณไม่เข้าใจในการปลูกพืช คุณเคยได้ยินคำว่า...

การกลายพันธ์ไหม ถ้าไร่ของผมมีเมล็ดพันธ์ที่ดี

บังเอิญไร่ของเพื่อนบ้านมีแต่เมล็ดพันธ์ที่ไม่ดี

วันหนึ่ง ลมก็จะพัดเอาเกสรของเมล็ดพันธ์ที่ไม่ดีเหล่านั้น

มาตกในไร่ของผม ทำให้เมล็ดพันธ์ผมแย่ไปด้วย

มันไม่เป็นการดีหรอกหรือ ...

ที่ทุกคนมีเมล็ดพันธ์ที่ดีแล้ว...

ถึงตอนนั้นมาแข่งกันว่า...

ใครขยัน รดนำพรวนดินดีกว่ากัน

มีคำกล่าวว่า...

ถ้าคุณมีเมล็ดพันธ์ความคิดที่ดี คุณเก็บไว้กับตัว

ไม่แบ่งปันใคร ถึงวันหนึ่งเมล็ดพันธ์แห่งความคิดนั้น

ก็จะตายไปพร้อมคุณ

เป็นสิ่งสำคัญในชีวิต ที่ความคิดและความรู้

ยิ่งให้ออกไป เรายิ่งได้รับกลับมา

และเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้คน ๆ นั้น

ประสบความสำเร็จที่มากขึ้นไปพร้อม ๆ กับ "การใช้ชีวิตอย่างมีคุณค่าในสังคม"