建築基礎構造講義 (13) 杭基礎の設計 杭の種類と施工法
到達目標 杭基礎の分類について説明できる 打込み杭 埋込み杭 場所打ち杭の違いとその施行法について説明できる
杭基礎 建物規模が大きくなると基礎の底部は良好な地盤に達していなければならない 地表から軟弱地盤が厚く堆積し, この地盤に構造物を直接支持させることが困難な場合に杭基礎が採用される
杭の支持機構による分類 支持杭 杭先端の地盤支持力によって支持する 摩擦杭 支持地盤に到達させないで, 杭周摩擦力で支持する 支持杭と摩擦杭を併用した杭 引抜き抵抗杭
支持杭と摩擦杭
引き抜き抵抗杭 地震時や地下水位が高い場合などに 建物の荷重バランスが崩れて転倒あるいは浮上がらないように 杭に引抜きに対する抵抗力を持たせる これまでは 地盤アンカーを多数打設したり 建物下部のスラブを厚くして建物を安定化させるなどして引抜き抵抗力を持たせていた 地震時にはスレンダーな建物や 上部が重い安定性の低い建物ほど引抜き力は大きくなる
杭材料による分類 既成コンクリート杭 RC 杭 ( 遠心力成形の鉄筋コンクリート杭 ) PC 杭 ( 遠心力成形のプレストレストコンクリート杭 ) PHC 杭 ( 遠心力成形の高強度プレストレストコンクリート杭 ) PRC 杭 ( 遠心力成形の高強度プレストレスト鉄筋コンクリート杭 ) SC 杭 ( 遠心力成形の外殻鋼管付コンクリート杭 ) 場所打ちコンクリート杭 場所打ち鉄筋コンクリート杭 場所打ち鋼管コンクリート杭 地中壁杭 鋼杭 鋼管杭 H 形鋼杭 PHC 杭
杭の施工法による分類 既成杭 打撃工法 ディーゼルハンマー 油圧ハンマー 埋込み工法 プレボーリング工法 中堀り工法 回転根固め工法 場所打ち杭 機械掘削 オールケーシング工法 アースドリル工法 リバースサーキュレーション工法 地中壁杭工法 人工掘削 深礎工法
打撃工法 既成杭をハンマーによって杭頭に衝撃力を与え, 地盤中に打ち込んでゆく方法です ハンマーとしては, ディーゼルハンマーや油圧ハンマーがあり, 現在は, 騒音や油煙の飛散からディーゼルハンマーは市街地ではほとんど利用されません
ディーゼルハンマの作動機構 ディーゼルハンマーは, ディーゼルエンジンのピストン ( ラム ) をシリンダー内で自由落下させます シリンダー内のディーゼル油の混合空気は圧縮され着火し爆発します 爆発力はラムを上方に跳ね返すのと同時に杭頭を下方に打ち込む力となります ラムは再度, 自由落下し, 爆発を繰り返すことにより, 杭を打ち込んで行きます
油圧ハンマー 油圧ハンマーは油圧によってラムを所定の高さに持ち上げ, 油圧を解放することによってラムを落下させ杭頭を打撃して杭を打ち込む方法です ディーゼルハンマーに比較して油煙の飛散がなく騒音や振動が少ない工法です
埋込み工法 打ち込み杭の欠点として騒音と振動があり, この欠点を減少させた工法が埋込み杭工法です 埋込み杭工法は, 地盤に杭を挿入するための孔を掘削し, この孔に既成杭を埋設する工法です
プレボーリング工法 プレボーリング工法は, アースオーがーで地盤に孔を掘削し, 掘削孔に既成杭を挿入する工法で, 杭先端の支持力を得るために打撃や圧入によって支持層への定着を行います 支持層に定着させるため打撃を行う工法をプレボーリング最終打撃工法と呼びます 支持層に圧入する工法は, 掘削部に根固め用のセメントミルクを注入したのち杭を圧入するものをプレボーリング根固め工法と呼び, 杭先端部の杭口径を拡大掘削し, セメントミルクを注入する工法をプレボーリング拡大根固め工法と呼びます
プレボーリング工法図
中堀り工法 中堀り工法は, 既成杭の中空部にスパイラルオーガーを挿入し, このオーガーによって, 杭先端地盤を掘削し, また杭の中空部を利用して, 掘削土を排出させ, 自重および圧入装置により, 杭を所定の深さまで埋設される工法です 杭先端部の支持力を得る方法としては, プレボーリング工法と同じであり, 杭先端の施工法によって, 中堀り打撃工法, 中堀り根固め工法, 中堀り拡大根固め工法があります
中堀り工法 の工法図
中堀工法の先端処理法の例
杭回転根固め工法 杭回転根固め工法は杭先端に特殊金具を装備し, 杭の中空部に挿入したロッドの回転と先端からの水の噴出により地盤を軟化させ, 杭を回転圧入させる工法です 支持層に達したら杭先端にセメントミルクを注入し, 杭先端を根固めすることにより支持力を発現させます
杭回転根固め工法の施工手順
場所打ち杭工法 場所打ち杭工法は, 地盤を機械または人力で掘削した後, コンクリートを打設して構築する杭です 場所打ち杭は, 騒音, 振動が比較的小さく, 大口径の杭が施工できること, 支持層の確認や杭長さの変更が容易です 場所打ち杭の施工では, 泥水, 泥土の処理が必要であり, スライム除去や掘削孔内泥水管理が難しい スライム : 場所打ち杭の掘削段階で, 水や安定液を使用する工法において孔底に緩く体積する土の堀屑
オールケーシング工法 ( ベノト工法 ) 鋼製のケーシングチューブを動揺圧入し, これにより掘削孔壁の崩壊を防止しながら, ハンマークラブによりケーシング内の土砂を掘削し, 支持層に達したら孔内に鉄筋を挿入し, コンクリートを打設して杭を構築します ケーシング内の掘削では, ヒービングやボイリングを防止するため, 孔内に注水し水位を一定に保持します 泥水は用いないのでスライムの除去は容易です 土砂の持ち上がり 土砂の沸きだし ヒービング ボイリング
オールケーシング工法の施工手順
アースドリル工法 アースドリル工法は, 地表部のみに鋼製のケーシングを用い, ロッド先端に掘削ドリルと土砂搬出のバケットを兼ねたドリリングバケットがついており, ロッドを回転させ掘削します 孔壁の崩壊防止はベントナイトを主とする安定液を用います 支持地盤に達したら孔内に鉄筋を挿入し, コンクリートを打設して杭を構築します 孔壁保護に泥水を用いているので, スライムの除去はベノト工法に比較して大変です 杭先端部を拡大して先端支持力を増す, 各種の拡底杭工法が開発されています
アースドリル工法の施工順序
アースドリル工法図
リバースサーキュレーション工法 地表部分にケーシングを兼ねたスタンドパイプを設置し, ビットを回転させて地盤を掘削します 掘削土の地上への排出はロッド管を用いて水とともに泥水として吸い出す工法です 一般のボーリングではロッドを通して水を送り, 先端ビットから水を噴出して土砂を地上まで排出しており, この水の循環を正循環と呼びます リバースサーキュレーション工法では, 泥水を掘削先端部から吸いだし, 水を逆循環させるので, この工法名が付いています 循環水で土砂を排出するので, 多量の泥水が発生するため, 大規模の沈殿槽が必要になります
リバース工法の施工手順
深礎工法 周辺地山を鋼板で土留めしながら縦穴を主として人力で掘削し その中に鉄筋コンクリートを打ち込んで 比較的太径の杭基礎を造る工法
深礎工法図
施工法の長所と短所 打ち込み杭は, 支持層への貫入および支持力の確認が容易で, 工期が短く, 工費が安く, 砂地盤では締め固め効果があり, 施工管理が容易である等の長所がある 短所としては, 騒音や振動が大きく大口径杭の施工が困難である 埋込み杭の長所としては, 騒音, 振動が小さく杭長の変更が可能などがある 短所としては, 工期が長く, 工費が高い, 泥水, 泥土の処理, 施工管理が難しいなどがある 杭先端の土質が確認できる工法もあるが, 一般に支持力の確認が大変である 場所打ち杭の長所は, 騒音, 振動が少なく杭長の変更が容易, 大径杭が可能で, 支持層の土質の確認が可能などがある 短所としては, 泥水, 泥土の処理, スライムの除去が難しい, 支持力の確認が困難, 施工管理が難しいなどがある