เกร็ดความรู้บางประการในการออกแบบ สะพานพระราม 8 เทคนิคในการออกแบบและเทคนิคในการก่อสร้างมีความพิเศษอย่างไรบ้าง

ผลงานบางส่วนที่แสดงถึงความรู้ความชำนาญพิเศษในการขอเลื่อนระดับ
เป็นวุฒิวิศวกรของนายกวีรัตน์ ดีประเสริฐวงดี วย.1496

1.การออกแบบความยาวของเคเบิลที่ขึงพื้นสะพานพระราม ๘ ช่วงข้ามแม่น้ำเจ้าพระยา ได้คำนวณเผื่อการตกท้องช้างของพื้นสะพานไว้ถึง 70 ซม.

สะพานที่มีช่วงสะพานยาวมากๆ นั้นจะเกิดการแอ่นตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงจนสามารถสังเกตได้ชัดเจน สะพานขึงเช่นสะพานพระราม 8 ที่มีช่วงสะพานยาว 300 เมตร ก็เช่นเดียวกัน จะเกิดการแอ่นตัวเนื่องจากน้ำหนักของพื้นสะพานซึ่งถ่ายแรงไปยังเคเบิลที่ขึง พึ้นสะพานอยู่ ทำให้เกิดแรงดึงในเคเบิลเมื่อเคเบิลมีความยาวมากๆ เคเบิลก็จะเกิดการยืดตัวออกมากด้วย ดังนั้น การกำหนดความยาวของเคเบิลที่ถูกต้องจะทำให้สะพานขึงดังกล่าวเมื่อก่อสร้าง เสร็จจะมีระดับของพื้นสะพานถูกต้องตามเรขาคณิตของงานทาง (Highway Geometry)

การวิเคราะห์โครงสร้างสะพานขึงในปัจจุบัน มักจะจัดทำโมเดลสะพาน 3 มิติ (GIobal Structures Analysis 3Dmodel) โมเดลสะพานครั้งแรกที่ใช้วิเคราะห์จะเป็นไปตามรูปทรงเรขาคณิตที่สร้างตามแบบ เมื่อทำการวิเคราะห์แบบ Non-Linear (Due to Large Displacement) แล้ว ผลที่ออกมาจะพบว่าพื้นสะพานมีค่าตกท้องช้างมาก และค่าแรงที่เกิดขึ้นใน Cable Member แต่ละเส้นจากค่าแรงดังกล่าวสามารถมาคำนวณหาจำนวนเส้นลวดตีเกลียวกำลังสูงที่ ใช้สำหรับ Cable Member แต่ละเส้น

เพื่อปรับค่าการตกท้องช้างของพื้น สะพานจะต้องถอนความยาวของเคเบิลออกจากค่าDisplacement ของเคเบิลที่เกินมาเนื่องจากพื้นสะพานเกิดการตกท้องช้าง ซึ่งจะได้ Geometry ของโมเดลที่ปรับปรุงใหม่ (พื้นสะพานจะโก่งขึ้น) เมื่อทำการวิเคราะห์แบบ Non-Linear อีกครั้ง ผลที่ออกมาจะพบว่าพื้นสะพานเมื่อรับ Dead Load จะแอ่นตัวลงมาอยู่ใกล้เคียงกับ Highway Geometry (สามารถปรับแก้ Fine Tuning ความยาวของ
เคเบิลและวิเคราะห์ใหม่ เช่นนี้หลายครั้งจนกระทั่งได้ Highway Geometry ที่พอใจ) แบบก่อสร้างสะพานพระราม ๘ ก็ใช้การกำหนดความยาวของเคเบิลแต่ละเส้นก่อนมีแรงกระทำ (Unstressed Length) ซึ่งสามารถคำนวณได้จากผลการวิเคราะห์ตามวิธีข้างต้น เพื่อให้ตัดลวดตีเกลียวในแต่ละเคเบิลที่ความยาวเดียวกันและเพื่อกำหนด ตำแหน่งยึดลวด (Marking Grip Positions) ที่ตำแหน่งเดียวกันด้วย ทำให้ระดับพื้นสะพานเป็นไปตามแบบ Highway และแรงดึงในเคเบิลที่เกิดขึ้นอยูโนค่าที่ยอมรับได้ตามมาตรฐานสากล

ในการวิเคราะห์ดังกล่าวข้างต้นเพื่อกำหนด Geometry ของพื้นสะพานนั้น ยังต้องคำนึงถึงการตกท้องช้างของเคเบิล (Cable Sag) การเกิด Creep และ Shrinkage ของพื้นคอนกรีต และค่า FIexibility ของเสาสูงที่ถูกยึดรั้งด้วย Back Stay Cables ด้วย

หมายเหตุ ** โดยยอมให้แรงที่เกิดขึ้นในลวดตีเกลียวสูงสุดไม่เกิน 45% ของ UTS ตามข้อกำหนด PTI Guide Specification
"Recommendations For Stay Cable Design, Testing And lnstallation" (โดยทั่วไปแรงที่เกิดขึ้นในลวดตีเกลียวเนื่องจากน้ำหนักบรรทุกตายตัวของ สะพานจะอยู่ระหว่าง 35-38% ของ UTS)

2.การใช้เทคโนโลยีคอนกรีตอัดแรงช่วยในการออกแบบฐานรากของเสาสูงให้ประหยัด

น้ำหนักของสะพานทีถ่ายลงเสาสูงและฐานรากมีประมาณ 335 MN แรงถ่างขาเสาในแนวราบมีประมาณ 39 MN (ขาเสาทำมุมกับแนวราบประมาณ 76 องศา) หากออกแบด้วยวิธีคอนกรีตเสริมเหล็กปกติจะได้ฐานรากแผ่ (Matt Foundation) ที่ใหญ่โตมาก ชึ่งก็จะไปเพิ่มน้ำหนักลงเสาเข็ม และเพิ่มจำนวนเสาเข็มมากขึ้น (ศูนย์กลางของขาเสาอยู่ห่างกัน 38.20 เมตร) ผู้ออกแบบฐานรากเสาสูงของสะพานพระราม ๘ ได้ออกแบบฐานรากเป็นสองฐานโดยแต่ละฐานให้รับน้ำหนักของขาเสาแต่ละข้าง ซึ่งใช้เสาเข็มเจาะขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1.50 เมตร ลึกประมาณ 55 เมตร จำนวน 18 ต้น/ฐาน ฐานรากนี้ได้ถูกออกแบบเป็นรูป 6 เหลี่ยม ขนาดประมาณ 16 x 18 หนา 4 เมตร โดยมีพื้นคอนกรีตกว้าง 8 เมตร หนา 1 เมตร เชื่อมฐานรากทั้งสองเข้าด้วยกัน ใช้ระบบการอัดแรงเข้าช่วย โดยใช้กลุ่มลวดตีเกลียว 11 กลุ่ม ร้อยทะลุจากขอบนอกของฐานรากข้างหนึ่งผ่านพื้นคอนกรีตจนทะลุขอบนอกของฐานราก อีกข้างหนึง แต่ละกลุ่มลวดตีเกลียวถูกดึงด้วยแรง (Jacking Forces) 393O KN เพื่อให้สมดุลกับแรงถ่างออกของขาเสา จะเห็นได้ว่าการออกแบบตาม Concept ดังกล่าวข้างต้นทำให้ขนาดและน้ำหนักของฐานรากสะพานลดลงเป็นอย่างมาก