Soil Scour

K.Kurojjanawong

4-Apr-2018

Soil scour คือ การที่เกิด หลุมรอบๆ โครงสร้างที่วางบนพื้นทะเล เนื่องจากไปรบกวนสมดุลของระบบ Morphodynamic ของพื้นทะเล แบ่งออกได้เป็นสองชนิด คือ General Scour (บางครั้งเรียก Global Scour) และ Local Scour เมื่อเกิดการรบกวนขึ้นระบบจะปรับตัวเพื่อเข้าสู่สมดุลใหม่ จนเป็นเป็นหลุมรอบๆ โครงสร้างที่ตั้งอยู่ โดย

General หรือ Global Scour เกิดจาก ผลของ Fluid flow จากการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำ แล้วหอบ soil particle ให้ขยับไป แต่เป็นการเกิด ในวงกว้าง กินบริเวณรอบๆ โครงสร้างที่ตั้งอยู่บนพื้นทะเลทั้งหมด ไม่จำกัดแค่บริเวณใดๆ บริเวณหนึ่ง ใช้เวลาในการพัฒนาพอสมควร อาจจะเป็นเดือนหรือปี ถึงจะเข้าสู่สมดุล งั้นจะเกิดใน ดินที่ชั้นบนเป็น Cohesionless soil เท่านั้น เนื่องจากไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกัน แต่ไม่เกิดใน Cohesive soil

ความลึกของ global scour จะแปรผันมากขึ้นกับพื้นที่ ซึ่งหาได้จากฐานข้อมูลของประเทศนั้นๆ

Local Scour เกิดจากผลของ Turbulent หรือ Vortex Flow รอบ ๆ เข็ม กิน พท ไม่กว้าง รอบๆ เข็ม เกิดได้เร็ว ภายในเวลาไม่กี่ ชม ถ้าเกิด พายุ และมี ความเร็วของกระแสน้ำสูงๆ และสามารถจะหายไปได้เมื่อเวลาผ่านไป ในกรณีไม่มีข้อมูลให้สมมติความลึกอย่างน้อย 1-2 เท่าของขนาดเข็ม

รูปข้างบนถือเป็น Famous picture ที่เสนอโดย Whitehouses (1998) ในการอธิบาย Scouring ได้ดีที่สุด จะเห็นหลุมใหญ่กว้างรอบๆ โครงสร้าง นั่นคือ Global Scour จะเกิด เป็นวงกว้าง บางครั้งอาจจะใหญ่เท่าสนามฟุตบอล ส่วนหลุมเล็กๆ ที่ยุบลงไปตามขา นั่นคือ Local Scour เป็นผลจากการไหลของกระแสน้ำรอบๆ ขานั้น โดยรวมๆ ทั้ง Global และ Local Scour บางพื้นที่อาจจะถึง 5-10 ม เค้าบอกว่า ยิ่งน้ำตื้น Scour เกิดได้ดี

Soil Scouring เป็นปัจจัยที่สำคัญมากในการออกแบบโครงสร้างที่วางบนทะเล อย่างพวก Subsea template หรือ อะไรก็ตามที่เป็น Shallow Foundation บนพื้นทะเล เนื่องจากตอนวางอาจจะวางบนดินแต่พื้นที่ แต่พอใช้งานไปสักพัก ดินข้างใต้จะหายไปเรื่อยๆ ทำให้จุดรองรับหายไป ซึ่งอาจจะนำมาซึ่งการวิบัติได้

ในกรณีของ Pile Foundation ก็ยังเป็นเรื่องที่ไม่พิจารณาไม่ได้ เพราะการที่เข็มมันใหญ่มากจะทำให้เกิด Turbulent flow รอบๆ เข็ม ยิ่งทำให้เพิ่ม Scouring depth มากขึ้น เป็นผลให้ Effective stress รอบๆ ลดลง อันนำมาซึ่ง การหายไปของกำลังรับแรงแนวดิ่ง และ ในระยะความลึก Scour เข็มจะไม่มีกำลังรับแรงด้านข้างเลย

ในการ predict scouring depth ในทางเทคนิคอาจจะมีการใช้การจำลองด้วย CFD เข้าช่วย

Whitehouse (1998) แนะนำว่า ผลของ general scour ให้คิดทั้งความลึก แต่ผลของ local scour ให้ คิด แค่ 6 x Pile diameter จาก depth ของ global scour

general-scour-vs-local-scour-1

การทำ Scour protection ก็ทำได้หลายรูปแบบ เช่นการใช้ ก้อนกรวดทิ้งลงไปรอบๆโครงสร้าง ใช้ วัชพืชเทียมปลูกรอบๆ หรือ ใช้ Concrete Block ซึ่งต้องพิจารณา 3 เรื่องคือ

– External Stability วัสดุที่ใช้ ไม่มีการหลุดหาย กลิ้ง หรือปลิวไปกับกระแสน้ำ

– Internal Stability ต้องทำตัวเป็น Filter คือน้ำไหลเข้าออกได้ แต่ไม่สร้างความเสียหายกับระบบป้องกัน

– Flexibility ต้องยืดหยุ่น ปรับสภาพตามพื้นทะเลได้ ในกรณีที่พื้นทะเลไม่เรียบ หรือเกิด Edge Scour

Edge Scour คืออะไร ?

Edge scour เป็นผลต่อเนื่องมาจากการทำ Scour Protection จากที่มันเกิดการกัดเซาะรอบๆ โครงสร้างกลายเป็นมันย้ายไปอยู่ที่ขอบแทนที่เค้าเรียกว่า Edge Scour จากการศึกษาเค้าบอกว่าใช้เวลาค่อนข้างนานในการพัฒนาจนเข้าสู่ Equilibrium และส่วนมาก ใช้เวลาเป็น ปีๆ และเกิดจากผลของกระแสน้ำเป็นหลัก

ในรูปจะเห็นว่าเค้าทำ Scour protection ไปแล้วที่เห็นเป็นสีฟ้าๆ ทำให้มันไม่เกิดการกัดเซาะในบริเวณนั้น แต่มันย้ายไปกัดเซาะรอบๆ แทน