ทุกวันนี้มองไปทางไหนก็เจอแต่สะพานกับทางยกระดับ ที่ช่วยให้การเดินทางรวดเร็วยิ่งกว่าเดิม โดยเทคโนโลยีต่าง ๆ ก็เป็นตัวช่วยที่ทำให้ก่อสร้างได้เร็ว โดยยังคงความแข็งแรงไว้ได้เป็นอย่างดี วันนี้จระเข้ก็มีความรู้ดี ๆ จากศ.ดร.อมร พิมานมาศ นายกสมาคมวิศวกรโครงสร้างแห่งประเทศไทย มาฝากกัน ว่าการก่อสร้างสะพานและทางยกระดับจะมีเรื่องอะไรที่น่าสนใจ และเทคโนโลยีแบบไหนที่ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่ง ปลอดภัยกันได้บ้าง?
ยาวไปอยากเลือกอ่าน- เทคโนโลยีการก่อสร้างทางยกระดับและสะพานในปัจจุบันมีแบบใดบ้าง?
- ถ้าใช้วิธีสร้างด้วยคอนกรีตสำเร็จรูปกับเทหน้างานผสมผสานกันได้หรือไม่?
- การก่อสร้างสะพานและทางยกระดับต้องคำนึงถึงปัจจัยใดเป็นพิเศษบ้าง?
- จำนวนการใช้รถถูกนำมาคำนวณกับการออกแบบด้วยหรือไม่?
- ควรเลือกซีเมนต์เกร้าท์แบบไหน ให้เหมาะกับงานก่อสร้างทางยกระดับ
- เทคนิคหรือเทคโนโลยีการก่อสร้างทางยกระดับที่น่าสนใจในอนาคตมีอะไรบ้าง?
- เทคนิคปรับปรุงความแข็งแรงทางยกระดับควรทำอย่างไร?
เทคนิคการก่อสร้างสะพานและทางยกระดับต่างกันอย่างไร?
ภาพ: การก่อสร้างสะพานขนาดใหญ่
ในแง่ของโครงสร้างไม่ได้แตกต่างกันมากนัก แต่จะแตกต่างกันในเรื่องของวัตถุประสงค์ในการใช้งาน เพราะถ้าดูจากในเชิงโครงสร้างตัวสะพานและทางยกระดับ มีองค์ประกอบคล้าย ๆ กัน ก็คือประกอบด้วยตัวฐานราก เสาตอม่อ และโครงสร้างส่วนบนที่เป็นคานและพื้นสะพาน รวมทั้งในเรื่องวิธีการออกแบบ คำนวณ และวิธีก่อสร้างก็คล้ายกัน
ภาพ: การก่อสร้างสะพานในทะเล
“โครงสร้างไม่ต่างกันมากนัก ต่างกันที่วัตถุประสงค์การใช้งาน”
ถ้าหากพูดในแง่ของวัตถุประสงค์การใช้งาน ก็อาจจะมีความแตกต่างนิดหน่อยตรงที่ว่าสะพานเป็นโครงสร้างที่ใช้สำหรับข้ามสิ่งกีดขวาง ไม่ว่าจะเป็นสิ่งกีดขวางตามธรรมชาติ เช่น สะพานข้ามแม่น้ำ สะพานข้ามคลอง หรือว่าเป็นสิ่งกีดขวางที่มนุษย์สร้างขึ้นเช่นสะพานข้ามทางแยก
ส่วนทางยกระดับจะมีวัตถุประสงค์ในแง่ของการใช้สอยเพื่อใช้เป็นทางสัญจร เพิ่มเติมจากถนนที่มีอยู่เดิม โดยไม่ได้จำเป็นว่าต้องข้ามสิ่งกีดขวางหรือไม่ โดยความยาวจะดูจากวัตถุประสงค์ของโครงการว่า ต้องการที่จะแก้ปัญหาจราจรหรือว่าเพิ่มเส้นทางการสัญจรตรงพื้นที่ใด
เทคโนโลยีการก่อสร้างทางยกระดับและสะพานในปัจจุบันมีแบบใดบ้าง?
ภาพ: การก่อสร้างสะพานคอนกรีตสำเร็จรูป
การก่อสร้างสะพานแบ่งได้หลายรูปแบบ หากแบ่งตามวัสดุก็จะแบ่งได้เป็น
- สะพานคอนกรีต
- สะพานคอนกรีตอัดแรง
- และสะพานเหล็ก
หากจะแบ่งตามวิธีการก่อสร้างก็จะแบ่งได้เป็น
- สะพานที่ทำจากคอนกรีตสำเร็จรูป คือ ยกชิ้นส่วนมาประกอบตรงพื้นที่ที่ต้องการ
- สะพานที่ทำการตั้งนั่งร้าน ผูกเหล็ก และเทคอนกรีตที่หน้างาน
ภาพ: สะพานภูมิพล
“สะพานยาว 200 เมตร ขึ้นไป ต้องมีสายเคเบิลช่วยรับแรง
หรือถ้าจะแบ่งสะพานตามความยาวช่วงก็ได้
- สะพานที่ช่วงความยาวสั้น หมายถึง สะพานที่ความยาวช่วงสะพานไม่ถึง 20 เมตร
- สะพานที่มีความยาวช่วงปานกลางก็ตั้งแต่ 20 เมตรถึง 250 เมตร
- สะพานช่วงยาวก็จะมีความยาวช่วงตั้งแต่ 200 เมตรขึ้นไป ซึ่งถ้าเป็นสะพานช่วงยาวมาก บางครั้งก็ต้องใช้สายเคเบิลมารับแรง เช่น สะพานขึง และสะพานแขวน เป็นต้น อย่างสะพานพระราม 8 สะพานภูมิพล จะมีลักษณะเป็นสะพานขึง เพราะด้วยความยาวของสะพาน แค่ตัวคานสะพานที่เป็นคอนกรีตอย่างเดียว จะไม่สามารถพาดได้ยาวขนาดนั้น จึงต้องมีสายเคเบิลเข้ามาช่วยยึดรั้งตัวสะพานด้วย
ถ้าใช้วิธีสร้างด้วยคอนกรีตสำเร็จรูปกับเทหน้างานผสมผสานกันได้หรือไม่?
ภาพ: โครงสร้างสะพานคอนกรีต
ในความเป็นจริงแล้วจะมีโครงสร้างบางส่วนที่ไม่สามารถใช้คอนกรีตสำเร็จรูปได้ทั้งหมด เช่น เสาเข็มซึ่งเป็นส่วนที่ต้องเจาะลงไปในดินจึงต้องใช้คอนกรีตเทในที่ สำหรับโครงสร้างที่ขึ้นมาด้านบนแล้ว ไม่ว่าจะเป็นเสาตอม่อ พื้น หรือคานสะพาน จะใช้คอนกรีตสำเร็จรูปได้
การก่อสร้างสะพานและทางยกระดับต้องคำนึงถึงปัจจัยใดเป็นพิเศษบ้าง?
ภาพ: การจราจรบนทางยกระดับ
“ความแข็งแรง ความคงทน การใช้งาน และการบำรุงรักษา”
ปัจจัยแรก คือ ความแข็งแรงต้องพูดถึงเป็นเรื่องแรก เพราะเป็นเรื่องของความปลอดภัย สะพานจะต้องรับน้ำหนักหลายรูปแบบ ทั้งน้ำหนักตัวสะพานเอง น้ำหนักจร (น้ำหนักบรรทุกจร) คือน้ำหนักของรถบรรทุกที่จะมาสัญจรบนสะพาน และมีเรื่องแรงที่เกิดจากแรงลม รวมถึงแผ่นดินไหว เพราะฉะนั้นโครงสร้างสะพานต้องรองรับแรงเหล่านี้ได้
ปัจจัยสอง คือ ความคงทนของสะพาน เพราะว่าสะพานจะต้องอยู่ไปนานหลายปี ไม่ใช่ใช้ปีเดียวแล้วก็เสร็จ อาจจะต้องอยู่ไปถึง 50 ปี บางสะพานก็ 75 ปี บางแห่งจะต้องเป็น 100 ปี เพราะฉะนั้นก็จะต้องมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน
ภาพ: การบำรุงรักษาสะพาน
ปัจจัยสาม เป็นปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานไม่ว่าจะเป็นเรื่องของการสั่นไหว การแอ่นตัวของสะพาน แล้วก็รอยต่อของสะพานจะต้องไม่เกิดมากเกินไปจนผู้ขับขี่รู้สึกว่าไม่ปลอดภัย หรือว่ารู้สึกว่าขับแล้วไม่สะดวกสบาย
ปัจจัยที่สี่ คือ เรื่องของการบำรุงรักษาสะพาน เพราะว่าบางทีสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ทำให้สะพานมีโอกาสเสื่อมสภาพ มีโอกาสเกิดสนิมเหล็ก ดังนั้นต้องมีการบำรุงรักษาตัวสะพาน เปลี่ยนอุปกรณ์ เช่น ตัวรอยต่อก่อสร้าง (Expansion Joint) หรือตรงตำแหน่งที่เป็นฐานรองรับ ก็ต้องดูแลรักษาเพื่อที่จะทำให้สะพานใช้งานได้ตามวัตถุประสงค์ของการออกแบบ
จำนวนการใช้รถถูกนำมาคำนวณกับการออกแบบด้วยหรือไม่?
ภาพ: รถบรรทุกบนทางยกระดับ
“สะพานเก่าห้ามรถบรรทุกขึ้น เพราะไม่ได้ออกแบบมาให้รองรับน้ำหนักรถบรรทุกรุ่นใหม่”
ปกติแล้วความแข็งแรงของสะพานมันจะอยู่ที่มาตรฐานการออกแบบ จะมีการประเมินว่าน้ำหนักรถบรรทุกอยู่ที่เท่าไร ทั้งน้ำหนักรถบรรทุกประเทศไทย น้ำหนักรถบรรทุกต่างประเทศ ตามที่กฎหมายกำหนดค่าน้ำหนักรถบรรทุก เราจึงเห็นได้ว่าบางสะพานเก่า ๆ จะมีป้ายห้ามรถบรรทุกขึ้น เพราะไม่ได้ออกแบบให้รองรับน้ำหนักได้มากเพียงพอ
ควรเลือกซีเมนต์เกร้าท์แบบไหน ให้เหมาะกับงานก่อสร้างทางยกระดับ
ภาพ: ซีเมนต์เกร้าท์ฐานราก
“ไหลง่าย ไม่หดตัว พัฒนากำลังรับน้ำหนักได้เร็ว ยึดเกาะดี ไม่แตกร้าว ไม่เยิ้มน้ำ ไม่แยกตัว”
ต้องดูก่อนว่าปูนซีเมนต์เกร้าท์ที่ใช้ ใช้ตรงไหนของสะพาน จริงๆ ซีเมนต์เกร้าท์จะใช้เยอะมากกับสะพานคอนกรีตอัดแรง เพราะว่าในสะพานที่ใช้ระบบคอนกรีตอัดแรง จะมีท่อร้อยลวดแล้วก็จะมีการวางลวดในท่อนี้ แล้วก็จะมีเกร้าท์น้ำปูนเข้าไปภายในท่อนี้
ภาพ: จระเข้ นอน-เฟอรัส นอน-ชริ้ง เกร้าท์
กับอีกส่วนที่พบการเกร้าท์ปูนได้บ่อยคือ วัสดุที่เรียกว่าแบริ่ง (Bridge Bearing) คือเป็นฐานของสะพานที่ตั้งอยู่บนตัวเสาตอม่ออีกทีก็จะมีการใช้ปูนเกร้าท์ ทีนี้ตัวปูนเกร้าท์จะมีคุณสมบัติที่สำคัญได้แก่
- วัสดุที่ไหลได้ง่าย เพราะถ้าไหลช้าหรือไหลลำบาก จะทำให้เกิดโพรง เพราะฉะนั้นถ้าปูนเกร้าท์ไหลง่าย ก็จะเติมช่องว่างได้เต็ม การถ่ายเทแรงระหว่างโครงสร้างต่าง ๆ ก็จะเกิดขึ้นได้สมบูรณ์
- วัสดุที่ไม่หดตัว หรือเป็นลักษณะแบบนอนชริงค์ (Non-Shrink) เพราะถ้ามีวัสดุเกร้าท์ที่หดตัว จะทำให้วัสดุแยกตัวออกมา จะสูญเสียการสัมผัส จึงต้องไม่หดตัวเพื่อให้สัมผัสแนบแน่นตลอดเวลา
- พัฒนากำลังรับน้ำหนักได้เร็ว เพราะเรื่องกำลังอัด (Strength) ในเรื่องของ Strength นอกจากจะต้องสูงแล้ว ยังต้องขึ้นเร็วด้วย จะต้องมีกำลังรับน้ำหนักไม่ต่ำว่า 600-700 กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร
- ความสามารถในการยึดเกาะ ปูนเกร้าท์ต้องยึดเกาะกับส่วนที่เข้าไปเกร้าท์ได้ดี เพื่อส่งถ่ายแรงระหว่างนั้น
- ไม่แตกร้าว ไม่เยิ้มน้ำ ไม่แยกตัว ถือเป็นคุณสมบัติที่ต้องมีในปูนเกร้าท์ที่ใช้ก่อสร้าง
เทคนิคหรือเทคโนโลยีการก่อสร้างทางยกระดับที่น่าสนใจในอนาคตมีอะไรบ้าง?
ภาพ: ชิ้นส่วนสะพานคอนกรีต
สำหรับตอนนี้ในรูปแบบการก่อสร้างและวัสดุก็จะมีเทคโลยีใหม่ ๆ ในรูปแบบการก่อสร้างก็จะเป็นการก่อสร้างในระบบ Segmental เป็นการแบ่งตัวคาน เสา ตอม่อ เป็นชิ้น ๆ โดยหล่อแต่ละชิ้นในโรงงานแล้วก็ขนส่งมาที่หน้างาน แล้วมาติดตั้งโดยการใช้การดึงลวดอัดแรงให้เป็นชิ้นเดียวกัน
“ระบบ Segmental ช่วยให้ไม่ต้องตั้งนั่งร้านและเทคอนกรีตที่หน้างาน”
วิธีนี้จะช่วยให้ไม่ต้องตั้งนั่งร้านและเทคอนกรีตในที่ เพราะว่าบางครั้งการก่อสร้างอาจไม่มีพื้นที่มากพอ เพราะอยู่ใกล้กับชุมชน ทำให้ตั้งนั่งร้านหรือเทคอนกรีตในที่ไม่ได้ จึงต้องทำชิ้นส่วนตัดชิ้นจากโรงงานแล้วก็ยกเข้ามาประกอบด้วยลดอัดแรง จะเป็นรูปแบบการก่อสร้างที่นิยมในปัจจุบัน
ภาพ: การก่อสร้างสะพานสมัยใหม่
"Ultra-High Performance Concrete เป็นคอนกรีตที่มีกำลังรับแรงอัดประมาณ 5-6 เท่าของคอนกรีตใช้อยู่ในปัจจุบัน”
ในเรื่องเทคโนโลยีจริง ๆ จะเป็นเรื่องของวัสดุคอนกรีตใหม่ ๆ ที่จะนำมาใช้สร้างสะพานมากขึ้น อย่างเช่นคอนกรีตชนิดหนึ่งที่มีชื่อว่าคอนกรีตสมรรถนะสูงพิเศษ หรือ Ultra-High Performance Concrete เป็นคอนกรีตที่มีกำลังอัดสูงมากกว่า 1,500 กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร หรือมีกำลังรับแรงอัดประมาณ 5-6 เท่าของคอนกรีตใช้อยู่ในปัจจุบันนี้
นวัตกรรมคอนกรีตตัวนี้ที่เรียกว่า UHPC ก็มีจะการใช้ผงซิลิกาฟูม (Silica Fume) มีการใช้สแลกผสมเข้าไปในปูนซีเมนต์ และก็มีการใช้น้ำยาเคมีต่าง ๆ ทำให้ได้เนื้อคอนกรีตแน่น กำลังรับแรงสูง และเมื่อคอนกรีตสมรรถนะสูงขึ้น ก็ทำให้เราใช้โครงสร้างสะพานที่เรียวขึ้นได้ ไม่ต้องใช้โครงสร้างหนาเหมือนเมื่อก่น เพราะ Strength (กำลังอัด) ที่ดีขึ้นเยอะ
ภาพ: โครงสร้างสะพานสมัยใหม่
“เพราะฉะนั้นเมื่อได้โครงที่เล็กลง เรียวลง น้ำหนักก็จะเบา ทำให้การก่อสร้างทำได้ง่ายขึ้น สะดวกสบายต่อการทำงาน รวดเร็ว เมื่อใช้งานร่วมกับเหล็กเสริมกำลังสูง จะเป็นรูปแบบนวัตกรรมการสร้างสะพานในอนาคตได้”
ถึงจะมีราคาต่อหน่วยสูง แต่ใช้จำนวนวัสดุน้อยกว่า โดยภาพรวมก็คุ้มค่ากว่า อีกทั้งด้วยน้ำหนักเบาโครงสร้างฐานรากรองรับอื่น ๆ ก็ใช้น้อยลง เพราะไม่ต้องรับน้ำหนักมาก เราก็จะได้เห็นสะพานที่เล็กลงแต่แข็งแรงเท่าเดิม คงทนมากขึ้น เพราะกำลังรับแรงอัดที่ 1,500-2,000 กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร ถือว่าอยู่ประมาณครึ่งหนึ่งของเหล็กเลย ขณะที่คอนกรีตปัจจุบันมีกำลังรับแรงอยู่ที่ 1 ใน 10 ของเหล็ก จะเห็นว่าเป็นการปฎิวัติได้เหมือนกัน
เทคนิคปรับปรุงความแข็งแรงทางยกระดับควรทำอย่างไร?
ภาพ: วิศวกรสำรวจโครงสร้างสะพาน
สามารถปรับปรุงได้ อย่างที่ได้คุยกันไปแล้วสะพานที่ก่อสร้างมานานแล้วในอดีต มีน้ำหนักรถบรรทุกหรือที่เรียกว่าน้ำหนักจรมากขึ้น หรือมีกฎหมายที่กำหนดน้ำหนักที่มากกว่าเดิม ก็สามารถซ่อมแซมเสริมกำลังเพิ่มเติมได้
โดยวิศวกรจะต้องวิเคราะห์ก่อนว่า ควรจะเพิ่มความสามารถในการรองรับน้ำหนักจากเดิมอีกเท่าไร ให้เพียงพอต่อน้ำหนักรถบรรทุก อาจใช้วิธีการต่าง ๆ ในการเสริมกำลัง เช่น ใช้แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ (Carbon Fiber Plate) ใช้สตีลเพลท (Steel Plate) เช่นเดียวกับโครงสร้างอาคารทั่วไป จะใช้หลักการเดียวกัน
ศาสตราจารย์ ดร. อมร พิมานมาศ
- นายกสมาคมวิศวกรโครงสร้างแห่งประเทศไทย
- นายกสมาคมแบบจำลองสารสนเทศอาคาร
- กรรมการการรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนแห่งประเทศไทย และกรรมการสภาวิชาการ มหาวิทยาลับเทคโนฯ ราชมงคลพระนคร
- วุฒิวิศวกรโยธา มีผลงานออกแบบอาคาร ทางยกระดับ สะพาน และอื่น ๆ มากกว่า 80 โครงการ
- การศึกษาระดับปริญญาโทและเอก สาขาวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น
สนใจความรู้เกี่ยวกับการก่อสร้างในด้านอื่น ๆ ไปอ่านกันต่อได้เลยที่
