โครงการปรับปรุงและเพิ่มความสามารถในการต้านทานแรงเนื่องจากแผ่นดินไหวของโครงสร้างส่วนล่างของสะพานกรมทางหลวงช่วงสั้น

บทคัดย่อ

จากเหตุการณ์แผ่นดินไหวหลายครั้งในต่างประเทศในช่วงที่ผ่านมา ซึ่งได้สร้างความเสียหายอย่างมากต่อสิ่งปลูกสร้างและระบบคมนาคม ประกอบกับรายงานการศึกษารอยเลื่อนมีพลังในจังหวัดแพร่ในปี พ.ศ. 2539 ซึ่งพบรอยเลื่อนมีพลังที่อาจทาให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้ถึง 7.0 ริคเตอร์ ดังนั้นในปี พ.ศ. 2556 สานักวิจัยและพัฒนางานทางจึงได้จัดทาโครงการทดสอบตอม่อสะพานกรมทางหลวงช่วงสั้นแบบลดขนาดภายใต้แรงกระทาเสมือนแผ่นดินไหวในห้องปฏิบัติการ ซึ่งพบว่าตอม่อสะพานประเภทเสา 4 ต้น ในพื้นที่เสี่ยงภัยแผ่นดินไหวรุนแรงของประเทศ เช่น จังหวัดแพร่ มีโอกาสที่จะวิบัติสูงถึงร้อยละ 75 ดังนั้นจึงจาเป็นที่จะต้องหาแนวทางการเสริมกาลังที่เหมาะสม โดยควรพิจารณาค่าใช้จ่ายในการเสริมกาลังควบคู่ไปกับโอกาสที่ตอม่อจะวิบัติเมื่อเกิดแผ่นดินไหวขนาดดังกล่าว โครงการนี้ได้รวบรวมข้อมูลตอม่อสะพานช่วงสั้นในพื้นที่แขวงการทางแพร่ และนามาจาแนกเป็นรูปแบบตอม่อเพื่อใช้สร้างแบบจาลองการประเมินความเสี่ยงสะพานต่อแรงแผ่นดินไหว โดยรูปแบบตอม่อสะพานช่วงสั้นที่นิยมใช้งาน พบว่าเป็นชนิด Pile Bent ดังนั้นจึงได้ก่อสร้างตอม่อชนิด Pile Bent แบบย่อส่วน 1:2 ในห้องปฏิบัติการ เพื่อทดสอบพฤติกรรมการต้านทานแรงแผ่นดินไหวและประสิทธิภาพการเสริมกาลังด้วยวัสดุเส้นใยแก้ว Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) และได้วิเคราะห์โครงสร้างด้วยวิธีไฟไนต์อิลิเมนต์เพื่อศึกษาพฤติกรรมการรับน้าหนัก การกระจายแรง การแตกร้าวของชิ้นส่วนต่างๆ เพื่อใช้ประกอบการออกแบบการเสริมกาลัง ซึ่งรูปแบบที่เหมาะสมคือการพัน GFRP จานวน 4 รอบ ที่บริเวณ เสา คานค้ายัน และข้อต่อ และได้นาผลการออกแบบนี้ไปศึกษาความสามารถการต้านทานแรงกระทาด้านข้างของตอม่อด้วยวิธี Nonlinear Pushover ซึ่งจะพิจารณาความแปรปรวนของกาลังวัสดุคอนกรีตและเหล็กเสริมด้วย และนาความสามารถการต้านทานที่ได้มาสร้างเส้นโค้งแตกร้าว (Fragility Curve) เพื่อใช้พยากรณ์ความสามารถการต้านทานของตอม่อต่อแรงแผ่นดินไหวในรอบการเกิดที่ 475 ปี และ 2500 ปี สารับตอม่อที่ได้รับและไม่ได้รับการเสริมกาลัง ว่าจะมีความเสียหายที่ระดับใด (ซ่อมได้/วิบัติ) และมีโอกาสที่จะเกิดขึ้นร้อยละเท่าไร โดยในการประเมินความเสี่ยงจะพิจารณาโอกาสที่ตอม่อจะเสียหายและค่าใช้จ่ายในการซ่อม และโอกาสที่ตอม่อจะวิบัติและค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างใหม่ และนาค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นมาพิจารณาร่วมกันและเฉลี่ยเป็นความเสี่ยงรายปี ผลการประเมินความเสี่ยงของสะพานช่วงสั้นจานวน 138 แห่ง ในพื้นที่แขวงการทางแพร่ พบว่าหากเกิดแผ่นดินไหวรอบ 475 ปี กรมทางหลวงจะต้องดาเนินการซ่อมสะพานคิดเป็นมูลค่า 66,672,349 บาท ถ้าเกิดแผ่นดินไหวรอบ 2500 ปี จะต้องซ่อมสะพานคิดเป็นมูลค่า 340,422,499 บาท หรือประเมินเป็นค่าใช้จ่ายด้านความเสี่ยงเท่ากับ 249,863 บาท/ปี แนวทางป้องกันที่ 1 จะทาการเสริมกาลังสะพานจานวน 78 แห่ง เพื่อให้เป็นไปตามข้อกาหนดของ AASHTO ซึ่งจะมีการลงทุนในปีแรก 144,915,259 บาท แต่ค่าใช้จ่ายด้านความเสี่ยงรายปีจะเหลือเพียง 27,009 บาท/ปี ส่วนแนวทางป้องกันที่ 2 เป็นการเสริมกาลังแบบประหยัดให้กับสะพานจานวน 42 แห่ง โดยยอมรับความเสี่ยงมากขึ้น ซึ่งจะมีการลงทุนในปีแรก 89,755,320 บาท แต่ค่าใช้จ่ายด้านความเสี่ยงรายปีจะลดลงเหลือ 71,128 บาท/ปี ทั้งนี้เมื่อเปรียบเทียบร้อยละค่าลงทุนการเสริมกาลังที่เพิ่มขึ้นและร้อยละค่าใช้จ่ายด้านความเสี่ยงที่ลดลงของแนวทางที่ 1 และ 2 จะมีค่าใกล้เคียงกัน แต่อย่างไรก็ตามการประเมินความเสี่ยงดังกล่าวยังมิได้พิจารณามูลค่าความสูญเสียทางอ้อมอื่นๆอันเนื่องจากโครงสร้างเสียหายหรือวิบัติ ซึ่งถ้านามาพิจารณาร่วมด้วยแล้ว แนวทางป้องกันที่ 1 มีแนวโน้มที่จะดีกว่าแนวทางป้องกันที่ 2 ในเบื้องต้นนี้ การตัดสินใจควรอ้างอิงมาตรฐานความปลอดภัยที่เป็นสากล คือ เลือกแนวทางที่ 1 โดยเสริมกาลังสะพานให้เป็นไปตามมาตรฐาน AASHTO ของประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นมาตรฐานหลักที่กรมทางหลวงใช้ในการออกแบบสะพานในปัจจุบัน

คำสำคัญ