เขื่อนภูมิพล คอนกรีตโค้งแห่งเดียวในไทย รับแรงดันน้ำมหาศาลขนาดนั้นได้ยังไงโดยไม่แตก?

ท่ามกลางเขื่อนขนาดใหญ่หลายแห่งในประเทศไทย "เขื่อนภูมิพล" ที่จังหวัดตาก โดดเด่นและแตกต่างจากเขื่อนอื่นๆ อย่างชัดเจนด้วยรูปทรงคอนกรีตโค้งตระหง่านกั้นลำน้ำพิงค์ นี่คือเขื่อนคอนกรีตโค้ง (Concrete Arch Dam) แห่งเดียวในประเทศ และเป็นหนึ่งในเขื่อนทรงนี้ที่ใหญ่เป็นอันดับต้นๆ ของเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ซึ่งสามารถกักเก็บน้ำได้มหาศาลกว่า 13,462 ล้านลูกบาศก์เมตร คำถามคือ ตัวเขื่อนคอนกรีตที่ดูบางกว่าเขื่อนดินหรือเขื่อนหินทับซ้อนทั่วไป รับแรงดันน้ำมหาศาลระดับแสนล้านตันได้อย่างไรโดยไม่ปริแตกร้าว?

คำตอบทางวิศวกรรมโครงสร้างและฟิสิกส์ ซ่อนอยู่ใน "ความโค้ง" ของตัวเขื่อน เขื่อนภูมิพลไม่ได้ออกแบบมาเพื่อใช้ความหนาและน้ำหนักของตัวมันเองต้านแรงดันน้ำตรงๆ แต่ใช้นวัตกรรมทรงรูปโค้งแอ่นออกไปทางด้านน้ำเหนือ (Arch Effect) เมื่อน้ำในลำน้ำพิงค์ดันเข้าหาผนังเขื่อน แรงดันมหาศาลนั้นจะถูกกระจายและเปลี่ยนทิศทาง ถ่ายแรงกดแนวนอนออกไปทางด้านข้างเข้าสู่ "ภูเขาหินแข็ง" ทั้งสองฝั่งที่เป็นตลิ่งยึดตัวเขื่อนไว้

พูดง่ายๆ คือ ภูเขาหินธรรมชาติทั้งสองฝั่งทำหน้าที่เป็นเสารับน้ำหนักจริงที่รับแรงดันน้ำส่วนใหญ่ไปทั้งหมด ตัวเขื่อนคอนกรีตจึงทำหน้าที่เหมือนสะพานโค้งที่ถูกอัดแน่นขึ้นเรื่อยๆ ตามปริมาณน้ำที่เพิ่มขึ้น ยิ่งน้ำดันมาก โครงสร้างโค้งก็จะยิ่งเบียดอัดแน่นเข้าหากันตามหลักกลศาสตร์โครงสร้าง

อย่างไรก็ตาม การสร้างเขื่อนประเภทนี้จำเป็นต้องมีสภาพภูมิประเทศเฉพาะตัว คือช่องเขาน้ำแคบที่มีฐานรากและผนังภูเขาเป็นหินแข็งคุณภาพสูงมากๆ วิศวกรในยุคนั้นจึงต้องทำการสำรวจชั้นหินและอัดฉีดน้ำปูน (Grouting) เพื่อประสานรอยแตกร้าวในหินภูเขาให้เป็นเนื้อเดียวกัน เขื่อนภูมิพลจึงเป็นบทพิสูจน์ชั้นยอดของวิศวกรรมโยธาและฟิสิกส์ ที่ใช้ธรรมชาติช่วยรับมือกับพลังอันยิ่งใหญ่ของธรรมชาติได้อย่างสมบูรณ์แบบ