地盤改良工事、杭工事とは建物を支える基礎のさらに下で施工を行う、建物と基礎の重量を硬い地盤まで伝達させるための構造物を作る工事のことです。
そこで今回は地盤改良工事、杭工事についてどのような種類があるのか、どのように使い分けているのかをご紹介します。
地盤改良・杭の種類について
①地盤改良
まず地盤改良とは、建物を建てようとする土地の下の地盤が軟弱な場合に、その地盤を強固にする事です。
具体的には軟弱な土を良質土に置き換えたり、セメントなどの改良材を混ぜ込む等で強固な地盤を作ります。
また地盤改良はあくまで基礎下の「地盤を強固な状態に改良する事」を言い、基礎と一体化させず、鉛直方向の荷重のみを支えます。
代表的な地盤改良の工法は以下のようなものがあります。
1.表層改良工法
地表から2～3ｍ程度の地盤をバックホーなどの重機を使って改良材と混ぜ合わせ、転圧・埋め戻しを行う事で改良地盤を作る工法です。
例えば戸建て住宅や比較的軽い建物に採用できます。簡単にいうと、板状の地盤を作って建物を面で支えるイメージです。
上の画像の様に改良地盤下の地面に接する面積を広くし、上からの荷重を分散させることで建物を支持します。
そうすることで荷重を面で分散させるので改良地盤の下の地盤がそこまで強くなくても、軽い建物であれば支えることができます。
コスト面でも安価であり、大きな機材も不要で施工も簡単ですが、重量のある建物では採用することができません。
2.柱状改良工法
地表からおおよそ10ｍまでに支持層となる地盤がある場合に採用される工法で、機械を用いて既存土と改良材を攪拌しながら、地中に円柱状の改良地盤を作る工法です。
この工法では、小規模から中規模程度の建物に採用できます。
上の図の様に改良材の添加量を増やせばその分だけ強固な改良体を作ることができます。
また既存土をそのまま改良するため残土を少なくできること、工期も比較的短く、施工も簡単なことがメリットです。
その反面、地中に腐植土や有害物質があると改良材を混ぜても固まらないため、地盤の状況により採用できないことがあります。
最近は10ｍ以上の深さが施工できる柱状改良工法も開発されています。
3.地盤置換工法
軟弱地盤を取り除き、良質土に置き換え十分に転圧し締め固める、敷き詰めることで改良地盤を作る工法です。
表層部分を置き換える工法には、柱状体に置き換える工法などの種類があり、規模によって適切な工法を採用します。
先にご紹介した表層改良工法、柱状改良工法のやり方で土を置き換えるイメージです。
上の画像の様に施工できる範囲は表層改良工法、柱状改良工法と同程度です。
置き換えた既存土を場内で振り分けできない場合は残土が多くなるデメリットがありますが、腐植土や有害物質が含まれる地盤でも施工ができるメリットがあります。
ただし、有害物質を含む土を処分する際には通常よりコストがかかります。
4.摩擦杭工法
改良体を作る工法ではありますが、支持層には到達させず、改良体の表面と周囲の地盤面との摩擦力で建物を支える工法です。
上の画像の様に支持層が深い所にある場合でも施工できる工法ですが、
摩擦力を確保するため施工する範囲の地盤自体がある程度の強度を持っていないと採用することができません。
②杭
次は杭についてです。
杭とは、円柱状の杭を地中に埋め込んだり、現場で鉄筋コンクリートなどによりその場で杭を作ったりすることで建物を支える方法です。
地盤改良との違いは、基礎と一体化させることにより鉛直方向の荷重を支えるだけでなく、
地震や台風などで発生する水平力や転倒などによる引き抜き力にも対応できるため、規模が大きい建物に採用できることです。
また、支持層が20～30ｍといった深い場合でも施工が可能です。
1.既成杭の材料による違い
まず杭の材料の種類は大きく二つに分けられます。代表的な規制杭の種類は以下のようなものがあります。
1）コンクリート杭
鉄筋コンクリートで作られた杭です。鉄筋の引っ張りや曲げへの耐性とコンクリートの圧縮への耐性を併せ持ち、安定した品質と強度が得られます。
しかしデメリットは、現場での先行掘削時に設計深さで支持層が確認できなかった際、杭の延長や短縮ができないことです。
その場合、杭の作り直しが必要となるためかなりのロスとなります。事前の入念な地盤調査が必須です。
2）鋼管杭
鋼製の杭で、円柱状のものが一般的ですが、H型鋼の杭も使用されることがあります。コンクリート杭と同様に安定した強度が得られます。
またメリットは、溶接による継ぎ足しが可能なため、支持層未達の際や支持層がかなり深い地盤であっても対応可能な点です。
ただし、コンクリート杭よりは納期がかかる傾向にあります。
ここまでは杭の材料の種類をお伝えしましたが、ここからは杭の工法の違いに関してご説明します。
2.既成杭の工法による違い
あらかじめ工場で作られた鋼管製の杭や鉄筋コンクリート製の杭を現場に搬入し、施工する工法です。
そこで、施工方法も様々な方法がありますのでいくつかご紹介します。
1）打込み杭工法
杭を上部からの打込みや振動によって地面に貫入させていく工法です。
図の様に最も施工が単純で、安価かつ工期も短い傾向にありますが、かなりの騒音や振動が起こるため近年では採用が少ないようです。
2）埋込み杭工法
先行して支持層までの孔を掘削、その後杭とセメントミルクなどの固定液を打設し固めることで施工を行う工法です。
騒音や振動が少なく安全に施工ができますが、残土が多い、工期がかかるといった点や、
掘削時に多少地盤を乱してしまうため打込み杭工法より支持力が低下してしまいます。
3）回転杭工法
先端や胴体に羽根が付いた杭を地盤に押し付けながら回転させて貫入させていく工法です。
騒音や振動も少なく、残土も少ないのがメリットですが、工期が長くなる傾向があります。
また地中に岩や異物が多くある場合、羽根が干渉し施工ができないデメリットもあります。
3.既成杭以外の杭工法
1）場所打ち杭工法～
先行掘削を行い、できた孔に鉄筋で組んだかごを建て込んだ後、コンクリートを打設して杭を作る工法です。
大規模な建築物で採用されることが多く、大口径の施工も可能です。品質、強度の信用も高いですが、費用が掛かります。
③まとめ
その他にも地盤改良、杭は様々な種類があります。建物規模や地盤の状態、軟弱地盤の深さなどから検討し、適切な工法を選択していきます。
①地盤改良：基礎下の地盤を強固な状態に改良すること
（1）表層改良工法
・地表から2～3ｍ程度の地盤をバックホーなどの重機を使って改良材と混ぜ合わせ、転圧・埋め戻しを行う事で改良地盤を作る工法
（2）柱状改良工法
・地表からおおよそ10ｍまでに支持層となる地盤がある場合に採用される工法で、機械を用いて既存土と改良材を攪拌しながら、地中に円柱状の改良地盤を作る工法
（3）地盤置換工法
・軟弱地盤を取り除き、良質土に置き換え十分に転圧し締め固める、敷き詰めることで改良地盤を作る工法です。表層部分を置き換える工法
（4）摩擦杭工法
・改良体を作る工法ではありますが、支持層には到達させず、改良体の表面と周囲の地盤面との摩擦力で建物を支える
※その他にも杭の工法は多数存在しています。
②杭：円柱状の杭を地中に埋め込んだり、現場で鉄筋コンクリート杭をその場で作ったりすることで建物を支えること
1）杭の材料の種類
・コンクリート杭
・鋼管杭
※その他にも杭の材料は存在しています。
2）既成杭工法の種類
（1）打込み杭工法
・杭を上部からの打込みや振動によって地面に貫入させていく工法
（2）埋込み杭工法
・先行して支持層までの孔を掘削、その後杭とセメントミルクなどの固定液を打設し固めることで施工を行う工法
（3）回転杭工法
・先端や胴体に羽根が付いた杭を地盤に押し付けながら回転させて貫入させていく工法
3）場所打ち杭工法について
・先行掘削を行い、できた孔に鉄筋で組んだかごを建て込んだ後、コンクリートを打設して杭を作る工法
※その他にも多くの杭工法が存在しています。
④最後に
軟弱地盤が多い日本における地盤改良・補強について取り上げさせていただきましたが、
建物を新しく建てようとすると建物費用以外にも地盤改良・補強で大きな費用が発生する事が多いです。
しかし費用は発生しますが安全な建物を建てる上では必須の工事ですので、
正しい知識を得てご納得頂いた上で計画を進めて頂ければと思います。
また今回のコラムで取り上げたものは地盤改良・補強の簡単な説明に過ぎません。
次回のコラムでは地盤改良・補強が必要になるのか？を調べる為の「地盤調査」について、
詳しくご説明をさせていただきます。
実際にどういった地盤改良・補強工事内容となるかは計画によって大きく変わります。
設計施工のヨネダでは計画段階から最適な地盤改良・補強を検討して、
費用面・安全面の両方を検討してご提案・工事をさせて頂きます。
実際の工事の状況は弊社の新着情報からご確認頂けます。（ヨネダの工事状況を確認）
計画はまだこれからなので…という方のご相談にも乗れますので是非お声がけください。
入社12年目の34歳です。工場・倉庫の建設への不安を少しでも無くせる様にコラム記事の記載を始めました。
休日は、5歳の息子と遊ぶ（遊ばれる？）のが一番のリフレッシュです。
工場・倉庫の新築工事を長年専門としておりますので、お気軽にお問い合わせください。
