Saturday 26 October 2013

หลักการออกแบบแนวลาดเอียง (Slope) สำหรับงานออกแบบถนน และงาน Grading (เบื้องต้น)

บทความอ้างอิง:
>> 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


Author supported to Thai Topo and Land Surveyors United

No comments:

Post a Comment