คำนวณแรงดันคอนกรีตสดบนแบบหล่อและแปลงเป็นแรงที่ค้ำยันต้องรับ

แบบหล่อผนังหรือเสาที่ดูแข็งแรงขณะว่างอาจโก่ง เปิดรอยต่อ หรือพังอย่างรวดเร็วเมื่อระดับคอนกรีตสูงขึ้น เพราะคอนกรีตสดถ่ายแรงด้านข้างไปยังผิวแบบ แป คานรัด จุดยึด ค้ำยัน และฐานรองพร้อมกัน การเพิ่มความสูงเพียงช่วงสั้นทำให้ทั้งแรงดันสูงสุดและแรงรวมเพิ่มขึ้น จึงใช้ประสบการณ์ว่าแบบลักษณะนี้เคยเทได้แทนการคำนวณไม่ได้

สูตรไฮโดรสแตติกช่วยให้เห็นกรณีบนอย่างตรงไปตรงมา แต่คอนกรีตจริงเริ่มก่อตัวระหว่างเท แรงดันจึงขึ้นกับอัตราเท อุณหภูมิ การยุบตัว สารผสมเพิ่ม วิธีสั่น และรูปทรงด้วย วิศวกรต้องเลือกมาตรฐานออกแบบและสมการที่ตรงเงื่อนไข ส่วนทีมหน้างานต้องรักษาเงื่อนไขเหล่านั้นตลอดการเท

วางฐานกฎหมายก่อนใช้สูตร

กฎกระทรวงความปลอดภัยเกี่ยวกับนั่งร้านและค้ำยัน พ.ศ. 2564 ให้นิยามค้ำยันว่ารวมโครงชั่วคราวที่รองรับ ยึดโยง หรือเสริมแบบหล่อคอนกรีต ข้อ 12 ให้นำข้อกำหนดเรื่องการใช้ตามรายละเอียดและคู่มือผู้ผลิตมาใช้กับค้ำยัน หากไม่มีคู่มือต้องให้วิศวกรจัดทำเป็นหนังสือ

ข้อ 13 กำหนดให้การสร้าง ประกอบ หรือติดตั้งค้ำยันผ่านการคำนวณ ออกแบบ และควบคุมโดยวิศวกร พร้อมเกณฑ์กำลังของวัสดุ ข้อต่อ ฐานรอง และการยึดตรึง สูตรในบทนี้จึงใช้ทำความเข้าใจและตรวจความสมเหตุสมผล ไม่ใช่แบบก่อสร้างที่นำไปตั้งค้ำยันโดยไม่มีวิศวกร

กฎหมายไม่ได้กำหนดหน่วยน้ำหนักคอนกรีต อัตราเท หรือสมการแรงดันด้านข้างเป็นตัวเลขกลาง วิศวกรต้องใช้ข้อมูลส่วนผสม วิธีเท และมาตรฐานที่โครงการยึดถือ ระบุหน่วย ตัวคูณโหลด ค่าความปลอดภัย และข้อจำกัดไว้ในรายการคำนวณ

เข้าใจแรงดันที่เพิ่มตามความลึก

หากถือว่าคอนกรีตสดทำตัวเหมือนของเหลว แรงดันด้านข้างที่ความลึกหนึ่งหาได้จาก

p = γh

โดย p คือแรงดันที่ระดับพิจารณา หน่วยกิโลนิวตันต่อตารางเมตรหรือกิโลปาสคาล γ คือหน่วยน้ำหนักคอนกรีตสด หน่วยกิโลนิวตันต่อลูกบาศก์เมตร และ h คือความลึกจากผิวบนของคอนกรีต หน่วยเมตร เมื่อหน่วยสอดคล้อง ผลคูณจะเป็นกิโลนิวตันต่อตารางเมตร

ที่ผิวบน h เท่ากับศูนย์ แรงดันจึงเริ่มจากศูนย์และเพิ่มเป็นเส้นตรงจนสูงสุดที่ฐาน รูปแรงดันบนผนังแนวดิ่งจึงเป็นสามเหลี่ยม ไม่ใช่แรงเท่ากันทั้งความสูง ส่วนล่างของแบบและจุดยึดล่างมักรับภาระมากกว่า

หน่วยน้ำหนักต้องมาจากส่วนผสมหรือข้อกำหนดโครงการ คอนกรีตน้ำหนักเบา คอนกรีตทั่วไป และคอนกรีตหนักต่างกัน ตัวอย่างต่อไปใช้ 24 กิโลนิวตันต่อลูกบาศก์เมตรเพื่อสาธิตการคำนวณเท่านั้น ไม่ใช่ค่าที่กฎหมายไทยกำหนดหรือค่าที่ใช้ได้กับทุกส่วนผสม

ตัวอย่างหาแรงดันสูงสุดที่ฐาน

สมมติเทผนังสูง 3.2 เมตร และใช้หน่วยน้ำหนักตัวอย่าง 24 กิโลนิวตันต่อลูกบาศก์เมตร แรงดันไฮโดรสแตติกที่ฐานคือ

pฐาน = 24 คูณ 3.2 = 76.8 กิโลนิวตันต่อตารางเมตร

เนื่องจาก 1 กิโลนิวตันต่อตารางเมตรเท่ากับ 1 กิโลปาสคาล จึงเขียนได้ว่าแรงดันฐาน 76.8 กิโลปาสคาล ค่านี้เป็นแรงดันต่อพื้นที่ ไม่ใช่แรงรวมที่ค้ำยันหนึ่งตัวรับ

ที่ความลึก 1 เมตร แรงดันเท่ากับ 24 กิโลปาสคาล ที่ความลึก 2 เมตรเท่ากับ 48 กิโลปาสคาล และที่ 3 เมตรเท่ากับ 72 กิโลปาสคาล การทำตารางระดับช่วยให้วิศวกรออกแบบระยะคานรัดหรือจุดยึดซึ่งอาจถี่ขึ้นบริเวณล่าง

หากเทหยุดที่ระดับ 1.6 เมตร แรงดันฐานในขณะนั้นตามกรณีไฮโดรสแตติกเท่ากับ 38.4 กิโลปาสคาล เมื่อระดับขึ้นต่อถึง 3.2 เมตร ค่าเพิ่มเป็นสองเท่า ทีมตรวจจึงต้องเฝ้าต่อเนื่อง ไม่ถือว่าผ่านช่วงครึ่งแรกแล้วแบบจะปลอดภัยจนจบ

แปลงรูปสามเหลี่ยมเป็นแรงลัพธ์

สำหรับแถบผนังกว้าง 1 เมตร แรงลัพธ์รวมจากแรงดันสามเหลี่ยมหาได้จากพื้นที่ใต้กราฟแรงดัน

F = 0.5 คูณ pฐาน คูณ H คูณ b

โดย H คือความสูงคอนกรีต และ b คือความกว้างแถบที่พิจารณา ในตัวอย่าง pฐาน เท่ากับ 76.8 กิโลปาสคาล H เท่ากับ 3.2 เมตร และ b เท่ากับ 1 เมตร

F = 0.5 คูณ 76.8 คูณ 3.2 คูณ 1 = 122.88 กิโลนิวตัน

ดังนั้นผนังทุกความยาว 1 เมตรรับแรงด้านข้างรวมประมาณ 122.88 กิโลนิวตันภายใต้สมมติฐานไฮโดรสแตติก แรงลัพธ์ของสามเหลี่ยมกระทำที่หนึ่งในสามของความสูงวัดจากฐาน หรือประมาณ 1.07 เมตรเหนือฐานสำหรับผนังสูง 3.2 เมตร

แรงลัพธ์นี้ช่วยตรวจเสถียรภาพรวมและแรงในค้ำยัน แต่การออกแบบผิวแบบ ตง แป และจุดยึดต้องใช้แรงดันกระจายตามตำแหน่งด้วย ห้ามแทนรูปสามเหลี่ยมด้วยแรงจุดเดียวในการตรวจชิ้นส่วนทุกชนิด

แบ่งพื้นที่รับแรงไปยังจุดยึดอย่างถูกหลัก

จุดยึดแบบหรือ form tie รับแรงจากพื้นที่อิทธิพลรอบตัว หากระยะจุดยึดแนวนอน s_h และแนวดิ่ง s_v การประมาณแรงจากแรงดันออกแบบที่ตำแหน่งนั้นเริ่มได้จาก

แรงต่อจุด = แรงดันออกแบบ คูณ s_h คูณ s_v

ตัวอย่าง ณ บริเวณที่แรงดันออกแบบ 70 กิโลปาสคาล จุดยึดห่างแนวนอน 0.60 เมตรและแนวดิ่ง 0.50 เมตร พื้นที่อิทธิพลเท่ากับ 0.30 ตารางเมตร แรงประมาณต่อจุดคือ 21 กิโลนิวตันก่อนใช้ตัวคูณและตรวจรายละเอียดตามมาตรฐาน

การคำนวณจริงต้องพิจารณาการกระจายต่อเนื่อง ความแข็งของแป รูปแบบริมและมุม รูยึด ความเยื้อง การสูญเสียหน้าตัด และกำลังอนุญาตของชุด tie ทั้งระบบ ไม่ใช้พิกัดชิ้นส่วนชิ้นใดชิ้นหนึ่งแทนกำลังของปลอก นอต แผ่นรับ และจุดสัมผัส

พื้นที่ริม ช่องเปิด มุม และรอยต่อมีเส้นทางแรงต่างจากพื้นที่กลาง วิศวกรควรแสดงรายละเอียดเฉพาะ ไม่ให้ช่างตัดจุดยึดเพราะชนเหล็กเสริมแล้วชดเชยด้วยลวดหรือไม้หน้างาน การเปลี่ยนระยะหนึ่งจุดส่งแรงเพิ่มไปยังจุดข้างเคียง

ตามเส้นทางแรงตั้งแต่ผิวแบบถึงพื้น

แรงดันกระทำบนไม้อัดหรือแผ่นผิว จากนั้นถ่ายไปตง แปหรือคานรัด จุดยึด ค้ำยัน และฐานรอง ทุกช่วงต้องมีกำลัง ความแข็ง และการเชื่อมต่อพอ ผิวแบบแข็งแรงไม่ได้ชดเชยแคลมป์หลวม ค้ำยันเอียง หรือพื้นรองทรุด

ตรวจผิวแบบต่อการดัดและการโก่ง เพราะการโก่งมากทำให้รูปทรงคอนกรีตผิดและเพิ่มแรงที่รอยต่อ ตรวจตงกับแปต่อโมเมนต์ แรงเฉือน การโก่ง และการยึดไม่ให้พลิก จุดต่อควรทำงานตามทิศที่ออกแบบ ไม่รับแรงเยื้องจากการประกอบผิดหน้า

ค้ำยันรับทั้งแรงด้านข้าง แรงจากการจัดแนว และแรงระหว่างเท ต้องตรวจความยาวไร้ค้ำ การโก่งเดาะ มุม การยึดหัวกับฐาน และแรงดึงเมื่อทิศเปลี่ยน ฐานรองต้องถ่ายแรงลงพื้นหรือโครงสร้างที่รับได้ ไม่ตั้งบนเศษไม้ อิฐ หรือดินอ่อนโดยไร้การคำนวณ

แรงจากคน ทางเดิน ปั๊ม ท่อส่ง สายสั่น ลม และการกระแทกเป็นโหลดเพิ่ม แยกโครงรองรับท่อปั๊มหรือทางเดินเมื่อเหมาะสม ไม่แขวนทุกอย่างกับแบบหล่อโดยไม่ได้รวมในแบบคำนวณ ดูหลักการรวมแรงเพิ่มที่ หลักการรวมแรงในโครงสร้างชั่วคราว

ใช้อัตราเทและอุณหภูมิอย่างมีที่มา

คอนกรีตที่เริ่มก่อตัวอาจลดแรงดันด้านข้างเมื่อเทช้าพอ มาตรฐานออกแบบหลายฉบับจึงมีสมการจำกัดแรงดันตามอัตราเท อุณหภูมิ การยุบตัว และชนิดสารผสมเพิ่ม แต่รูปสมการ ขอบเขต และตัวคูณต่างกัน ต้องเลือกมาตรฐานฉบับเดียวและตรวจเงื่อนไขครบ

คอนกรีตไหลตัวสูง สารหน่วงการก่อตัว อุณหภูมิต่ำ หรือการเทเร็วทำให้คงสภาพคล้ายของเหลวนานขึ้น การสั่นลึกหรือสั่นซ้ำช่วยให้คอนกรีตไหลและเพิ่มแรงดันเฉพาะช่วง การใช้แรงดันลดจากสูตรที่ไม่รองรับส่วนผสมจริงอาจต่ำกว่าภาระ

หากข้อมูลอัตราเทหรืออุณหภูมิยังไม่แน่นอน การใช้แรงดันไฮโดรสแตติกเป็นกรณีบนช่วยหลีกเลี่ยงการลดแรงโดยไม่มีหลักฐาน แต่การตัดสินต้องเป็นของวิศวกรและสัมพันธ์กับมาตรฐาน วัสดุ และโครงแบบจริง

ระบุอัตราเทอนุญาตเป็นความสูงต่อเวลาและแปลงเป็นปริมาตรต่อเวลาให้ทีมปั๊มเข้าใจ เช่น ผนังยาว 8 เมตร หนา 0.25 เมตร พื้นที่หน้าตัดแนวราบเท่ากับ 2 ตารางเมตร หากจำกัดการเพิ่มระดับ 1.5 เมตรต่อชั่วโมง ปริมาตรเฉลี่ยเท่ากับ 3 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง ไม่รวมเวลาหยุดหรือการกระจุกที่จุดเดียว

วางลำดับและจุดปล่อยให้ระดับเพิ่มสม่ำเสมอ

เทเป็นชั้นตามลำดับที่วิศวกรกำหนด กระจายจุดปล่อยตามแนว ไม่กองสูงที่ด้านหนึ่งแล้วหวังให้ไหลไปเอง ระดับที่ต่างกันสร้างแรงไม่สมมาตรและบิดแบบ โดยเฉพาะมุม ผนังโค้ง และแบบที่ค้ำสองด้านต่างกัน

ปลายท่อควรอยู่ใกล้ระดับคอนกรีตตามวิธีที่กำหนดเพื่อลดการแยกตัวและแรงกระแทก การปล่อยจากสูงเพิ่มโหลดเฉพาะที่ซึ่งสูตรสถิตไม่ครอบคลุม ผู้บังคับปั๊มต้องรับคำสั่งจากคนเดียวและหยุดได้ทันทีเมื่อผู้ตรวจส่งสัญญาณ

วางแผนจุดต่อการเทและเหตุหยุดปั๊ม คอนกรีตอาจเริ่มก่อตัวก่อนเริ่มใหม่ ทำให้แรงดันและรอยต่อเปลี่ยน ห้ามเติมน้ำหรือสารหน้างานเพื่อให้ไหลโดยไม่มีการอนุมัติ เพราะเปลี่ยนคุณสมบัติทั้งโครงสร้างถาวรและแรงต่อแบบ

การสั่นต้องกำหนดตำแหน่ง ระยะ เวลา และความลึก ไม่ใช้เครื่องสั่นดันคอนกรีตให้ไหลไกลหรือจี้ติดผิวแบบ สายสั่นและคนปฏิบัติต้องมีทางยืนที่ไม่ถ่ายโหลดเกินแบบหรืออยู่ในแนวพัง

ตรวจแบบและค้ำยันก่อนเริ่มเท

ข้อ 14 กำหนดให้ตรวจส่วนประกอบค้ำยันและที่รองรับทุกครั้งก่อนกับระหว่างใช้งาน หากไม่มั่นคงแข็งแรงและปลอดภัยต้องซ่อมหรือปรับปรุง แบบตรวจควรผูกกับแบบวิศวกรรมและระบุผู้ตรวจ ไม่ใช้ช่อง “ค้ำยันครบ” โดยไม่มีจำนวน ตำแหน่ง และสภาพ

ตรวจมิติ แนว ระดับ แผ่นผิว ตง แป คานรัด จุดยึด นอต คลิป ค้ำเฉียง ฐาน และการยึดกับโครงสร้าง นับชิ้นส่วนเทียบแบบ ทำเครื่องหมายจุดที่ตรวจแล้ว ตรวจช่องเปิด รอยต่อ มุม และปลายแบบซึ่งแรงรวมมักถ่ายต่างจากกลางผนัง

ตรวจพื้นรองรับ น้ำขัง ดินถม การขุดใกล้เคียง และโครงสร้างชั้นล่าง ค้ำยันหลายชั้นต้องมีแนวถ่ายแรงและการค้ำกลับตามการออกแบบ การเยื้องเสาค้ำอาจสร้างแรงดัดในพื้น ตรวจว่าการรื้อค้ำชั้นล่างไม่เกิดก่อนคอนกรีตมีกำลังตามแผน

ทดสอบอุปกรณ์วัดระดับ สัญญาณสื่อสาร แสง และทางหนี กำหนดตำแหน่งผู้ตรวจที่เห็นแบบแต่พ้นแนวพัง ตรวจแผนสำรองเมื่อปั๊มหยุด ฝนตก หรือคอนกรีตมาถึงเร็วเกินอัตรา

ควบคุมคนและพื้นที่ระหว่างเท

ข้อ 15 กำหนดให้กันบุคคลไม่เกี่ยวข้องออกจากหรือใต้บริเวณที่ค้ำยันรองรับการเทคอนกรีต ยกเว้นผู้มีหน้าที่ซึ่งจำเป็น กั้นเขตตามแนวที่แบบและคอนกรีตอาจพังหรือไหล ไม่จำกัดเฉพาะใต้จุดเท

กำหนดคนที่จำเป็น ได้แก่ ผู้สั่งปั๊ม ผู้สั่น ผู้เกลี่ย ผู้ตรวจแบบ และผู้ควบคุม ลดคนบนทางเดินและไม่เก็บวัสดุเกินแบบ ตรวจทางเข้าของรถกับปั๊มไม่กระทบค้ำยันหรือฐาน สายส่งต้องมีที่รองรับและไม่สะบัดชนแบบ

ข้อ 4 ให้นายจ้างมีข้อบังคับและขั้นตอน อบรมหรือชี้แจงก่อนเริ่ม และกำกับให้ปฏิบัติตาม ประชุมก่อนเทควรทวนอัตรา ลำดับ จุดปล่อย ผู้สั่ง สัญญาณหยุด เขตห้าม และวิธีออก ไม่เพียงแจ้งให้ระวังแบบแตก

ทุกคนต้องรู้ว่าห้ามเข้าไปขัน ตอก หรือดันชิ้นส่วนในแนวรับแรงขณะเกิดความผิดปกติ การแก้แบบที่กำลังโป่งจากด้านข้างอาจทำให้ชิ้นส่วนหลุดใส่ ให้หยุดเท ถอนคน และให้วิศวกรกำหนดวิธีทำให้ปลอดภัยก่อนเข้าแก้

เฝ้าการเคลื่อนและตั้งเกณฑ์หยุด

ทำจุดอ้างอิงวัดแนว ระยะเปิด รอยต่อ และฐานก่อนเท ใช้ไม้บรรทัด เกจ เชือกดิ่ง กล้อง หรือเซนเซอร์ตามระดับความเสี่ยง บันทึกค่าตามระดับคอนกรีตและเวลา เพื่อเห็นแนวโน้ม ไม่รอจนมองเห็นการโป่งชัด

ผู้ตรวจมองหารอยรั่ว นอตคลาย เสียงแตก แปหมุน ค้ำโก่ง ฐานทรุด ระดับเคลื่อน การสั่นผิดปกติ และอัตราเทเกิน คอนกรีตรั่วเล็กอาจล้างเนื้อปูนและขยายช่องอย่างรวดเร็ว ห้ามใช้มือหรือเท้าอุดรอยต่อที่รับแรง

เกณฑ์หยุดต้องเป็นตัวเลขหรือสภาพที่ตกลงกับวิศวกร เช่น การเคลื่อนเกินค่าควบคุม จุดยึดเสียหาย ค้ำหรือฐานขยับ การสื่อสารขาด อัตราเทเกิน ฝนกระทบพื้น หรือคอนกรีตต่างจากส่วนผสมที่อนุมัติ คนใดเห็นสัญญาณฉุกเฉินต้องสั่งหยุดปั๊มได้

เมื่อหยุด ให้หยุดส่ง ลดแรงดันในสายตามวิธี กั้นคน และประเมินตำแหน่งคอนกรีตกับเสถียรภาพ วิศวกรตัดสินว่าจะเสริม ระบายบางส่วน รอ หรือยกเลิก ห้ามเริ่มใหม่จากการมองว่าแบบนิ่งแล้วโดยไม่มีการตรวจ

ตรวจหลังเทและรื้อเมื่อพร้อม

หลังหยุดปั๊ม แรงดันด้านข้างยังคงอยู่และคอนกรีตยังไม่มีกำลัง ตรวจค้ำยัน รอยต่อ และฐานต่อไปตามแผน ป้องกันการกระแทก สั่น หรือกองวัสดุเพิ่ม ระบุผู้เฝ้าและช่วงเวลาที่ห้ามปรับชิ้นส่วน

การถอดแบบและค้ำต้องอิงกำลังคอนกรีต ลำดับ และแบบของวิศวกร ไม่อิงจำนวนวันกลางเพียงอย่างเดียว ส่วนแนวดิ่งอาจถอดผิวแบบได้ก่อนค้ำที่รองรับน้ำหนักส่วนอื่น การถอดผิดลำดับเปลี่ยนเส้นทางแรงไปยังชิ้นส่วนที่ยังไม่พร้อม

บันทึกอัตราเทจริง อุณหภูมิ ล็อต ผลการยุบตัว การใช้สารเพิ่ม ระดับตามเวลา และข้อผิดปกติ เทียบกับฐานคำนวณ หากต่างแต่ไม่เกิดเหตุ ยังต้องให้วิศวกรทบทวนก่อนใช้แบบชุดเดิมครั้งต่อไป

ตรวจชิ้นส่วนหลังรื้อ แยกของคด แตก รูยึดฉีก เกลียวเสีย หรือผ่านโหลดผิดปกติ ไม่ซ่อมเชื่อมหรือเจาะเองโดยไร้แบบ ประวัติการใช้ช่วยตัดสินรอบตรวจและการปลดระวาง

รายการตรวจการคำนวณและหน้างาน

• หน่วยน้ำหนัก ความสูง อัตราเท อุณหภูมิ และส่วนผสมมีแหล่งข้อมูล
• มาตรฐาน สมการ ตัวคูณ และขอบเขตใช้ถูกระบุโดยวิศวกร
• มีการตรวจกรณีไฮโดรสแตติกและเหตุผลหากใช้แรงดันต่ำกว่า
• แรงดันตามระดับ แรงลัพธ์ และตำแหน่งแรงใช้หน่วยสอดคล้อง
• ผิวแบบ ตง แป คานรัด จุดยึด ค้ำ และฐานมีเส้นทางแรงต่อเนื่อง
• รายละเอียดริม มุม ช่องเปิด รอยต่อ และปลายแบบผ่านการออกแบบ
• อัตราเทแปลงเป็นคำสั่งปริมาตรและความสูงที่ทีมปั๊มติดตามได้
• จุดปล่อย ลำดับชั้น และการสั่นตรงฐานคำนวณ
• ค้ำยันกับพื้นรองรับตรวจเทียบแบบก่อนเทและระหว่างรับแรง
• เขตกั้นครอบแนวพังและมีเฉพาะผู้จำเป็นอยู่ในพื้นที่
• จุดวัด ผู้เฝ้า สัญญาณหยุด และเกณฑ์เคลื่อนกำหนดไว้ก่อนเริ่ม
• ข้อมูลหลังเทถูกเก็บเพื่อทบทวนก่อนใช้แบบซ้ำหรือรื้อค้ำ

สูตร p = γh ทำให้เห็นหลักสำคัญว่าแรงดันคอนกรีตสดเพิ่มตามความลึก แต่ความปลอดภัยเกิดเมื่อทีมตามแรงต่อจากผิวแบบไปถึงพื้นและรักษาสภาพเทให้ตรงกับการออกแบบ วิศวกรกำหนดแรง อัตรา และรายละเอียด ผู้ควบคุมทำให้แบบตรงเอกสาร ทีมเทรักษาลำดับ และผู้ตรวจเฝ้าการเปลี่ยน เมื่อทุกคนมีเกณฑ์หยุดเดียวกัน ความผิดปกติจะถูกควบคุมก่อนที่รอยเปิดเล็กจะพัฒนาเป็นการพังทั้งแนว