杭基礎の種類や工法について~建築施工管理技士を目指している方へ~

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一般建築業や特定建築業の許可基準において、営業所や現場には必ず“建築施工管理技士”を置かなければなりません。
建築施工管理技士になるには建築に関係する幅広い知識が必要です。
そこで、今回は杭基礎の種類や工法、設計や注意点など詳しく説明します。
建築施工管理技士を目指している人や杭基礎について知りたい人はぜひ参考にしてください。

  1. 杭基礎の種類
  2. 杭基礎の工法
  3. 杭基礎の設計や注意点
  4. まとめ

1.杭基礎の種類

構造物を建設する際、地盤をしっかり固定しておかなければなりません。
しかし、場所によっては軟弱な地盤になっているケースがあります。
軟弱な地盤を固定するために大活躍するのが“杭基礎”です。
それでは、杭基礎とは何なのか、種類について詳しく説明していきましょう。

1‐1.杭基礎とは

建造物の建設は支えるための“基礎”が大切なポイントになります。
杭基礎とは、軟弱な地盤を固定するための基礎です。
軟弱な地盤の場合、深いところに杭を打ち込んで建造物を支えます。
深く杭を打ち込むからこそ、軟弱な地盤のうえでも建造物が建設できるのです。使用する杭の種類は、主に「木杭(ぼっくい)」「コンクリート杭」「鋼杭(こうくい)」の3つになります。
古くから利用してきた「木杭(ぼっくい)」は木材でできている杭です。金属や石材に比べると弱いイメージはあります。
しかし、江戸時代の木杭(ぼっくい)が残っているほど高い耐久性を持っているのです。
集合住宅などに使用する「コンクリート杭」は、さらに無筋コンクリートや鉄筋コンクリートなどさまざまな種類があるでしょう。
基本、地盤や周辺環境に合った杭を使うことになります。

1‐2.杭支持層が安定している場合の「支持杭」

建築物を建設する際、基礎は十分な厚さを持った「支持層」が必要です。
支持層がしっかり安定しているかどうかによって、建物全体の影響も変わります。
軟弱な地盤でもある程度支持層がしっかり安定している場合は、「支持杭」と言う方法で工事をすすめるでしょう。
支持杭は、先端を安定している支持層まで持っていきます。
そして、杭の先端に先端支持力が働くのです。働いた先端支持力によって、建築物全体の荷重を支えることができます。
支持層が安定していなければ支持杭を利用することはできません。以上の点をしっかり頭の中に入れておきましょう。

1‐3.杭支持層が安定していない場合の「摩擦杭」

逆に、支持層が安定していない場合は「摩擦杭」を使用します。
摩擦杭は、支持杭と違って先端を支持層にまで持っていきません。
杭の側面と地盤の間にある周面摩擦力によって、荷重を支える仕組みになります。
地耐力と荷重がお互いに働き、バランスを保っている状態です。
基本、摩擦杭は支持層が深いところにないと使用できません。
支持層の深さによって、種類が変わってくるのです。
そして、「支持杭」や「摩擦杭」のほかにも、もう1つ「直接基礎」があります。
直接基礎とは、地耐力が荷重よりも上まわっている場合に利用する種類です。
支持杭や摩擦杭とは違って杭基礎を使いません。

2.杭基礎の工法

2‐1.場所打ち杭工法

杭基礎の工法は主に「場所打ち杭工法」と「既製杭工法」の2種類があります。
まずは、場所打ち杭工法について詳しく説明しましょう。
場所打ち杭工法は、基本的に現場で穴を掘った後に鉄筋を挿入します。
そして、コンクリートを流し込んて杭をつくる方法です。地面を掘るときに採用する方法によって、さらにさまざまな工法にわけることができます。
施工可能な杭の長さによって変わると思っておいてください。
場所打ち杭工法の中でも一般的になっているのが“アースドリル工法”です。
主にやわらかい地盤に採用することが多く、ドリリングバケットを回転して穴を掘り土を排出します。
逆に、地盤が固い場合に採用するのが“オールケーシング工法”です。杭の全長にケーシングチューブを圧入・揺動してハンマグラブで穴を掘っていきます。
ほかにも、リバースサーキュレーションドリル工法やリバース工法、BH工法などさまざまです。

2‐2.既製杭工法

もう1つの工法が「既製杭工法」です。
既製杭工法はもともと工場で製造したコンクリート杭や鋼杭(こうくい)を使用します。
そして、現場で穴を掘って挿入する方法です。
場所打ち杭工法は現場で杭を製作しますが、既製杭工法はすでに杭を製造している状態になります。
また、既製杭工法もさまざまな方法があるのでチェックしてください。
たとえば、所定の深度まで地盤に穴を掘った後、既製杭を挿入する工法が「埋め込み工法」です。
既製杭の頭部をハンマーなどで打撃した後、所定の深さまで貫入する工法が「打ち込み杭工法」になります。
ほかにも、プレボーリング工法や中堀工法、回転工法などさまざまです。
いろいろな工法を把握しておくと、地盤にぴったりな工法で杭基礎ができます。

3.杭基礎の設計や注意点

3‐1.杭基礎を設計する際の注意事項

杭基礎を完璧にするには、注意事項をきちんと把握しておかなければなりません。
設計を誤ってしまえば、建造物の建築ができなくなるでしょう。
杭基礎の設計をする際、必ずふまえておきたい内容が以下の点になります。

  • 地盤の極限支持力と杭体(くいたい)の許容応力度によって「杭の許容支持力」が決まる
  • 基礎スラブ底面の地盤の支持力は考えない
  • 地盤沈下地帯では「負の摩擦力」に注意する
  • 液状化の恐れがある地域では摩擦力の低下を考える

以上の4点をしっかり確認しておきましょう。
特に、「負の摩擦力」には注意が必要です。
正しい摩擦力が働いているとしても、地盤賃かが起きると意味がありません。上向きだった摩擦力が下向きになってしまい、杭の軸力が荷重以上になるのです。
負の摩擦力に対する策は、支持力の大きい杭にするか、杭の本数自体を多くするやり方がベストになるでしょう。

3‐2.杭基礎をする前の地盤調査

当たり前ですが、杭基礎をする前は必ず「地盤調査」が必要です。
地盤調査では、地盤だけでなく地質も調べることになります。
地盤の状態によって工法や杭の種類・本数が異なるでしょう。
もし、地盤に問題がある場合は杭基礎の施行前段階として「地盤改良」をおこないます。
地盤改良では軟弱地盤対策や液状化対策など、さまざまな対策をほどこしていくでしょう。
一般的に、地盤調査は“ボーリング調査”でおこないます。地盤の固さ、締まりの程度、土や岩を採取して調査するでしょう。
以上のように、まずは地盤調査をしてから工法の検討や杭基礎の設計に入ってください。

4.まとめ

杭基礎の種類や工法、設計や注意点について説明しましたが、いかがでしたでしょうか。
主に、杭基礎は軟弱な地盤に対応する基礎です。
軟弱な地盤のままでは安心して建造物が建設できません。地盤をしっかり固定するからこそ、建造物が建設できます。
つまり、杭基礎は軟弱な地盤の中に杭を打ち込み、固定する手法と思ってください。
また、地盤の状態によっては杭の種類や工法が変わってきます。工法の種類は主に「場所打ち杭工法」と「既製杭工法」の2つです。
適切な方法で杭基礎ができるよう、事前に地盤調査をすることが大切になります。
さらに、杭基礎をする前に地盤調査をしなければなりません。
地盤の固さから締まりの程度、土や岩の採取など徹底的に調べることも大切な要素になります。
調査結果をふまえながら杭基礎の設計を始めてください。

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