既製杭工法の特徴と欠点から見る施工のポイント

既製杭工法の特徴と欠点について

既製杭工法の種類と基本的な仕組み

既製杭工法とは、あらかじめ工場で製作された杭を現場に運搬し、設置する工法です。杭基礎工事において重要な役割を果たしており、建物荷重を支持層に伝達する役目を担っています。

 

既製杭には主に以下の種類があります。

• 既製コンクリート杭：遠心力を用いて工場で製作された鉄筋コンクリート製の杭です。安定した品質が得られる特徴があります。PHC杭（プレストレストコンクリート杭）が代表的で、耐久性と支持力のバランスが優れています。
• 鋼杭：鋼材でできた杭で、断面形状によって鋼管杭とH形鋼杭に分類されます。強い打込みに耐えられ、締まった中間層の貫通も可能です。また曲げに強く、水平力を受ける杭に適しています。
• 木杭：歴史的には最も古い杭材料で、紀元前から使用されていました。現代では防腐加工を施し、含水量が多い軟弱粘土層では半永久的な耐久性を持つこともあります。

既製杭工法の基本的な仕組みは、あらかじめ品質管理された環境で製作された杭を用いることで、現場での品質のばらつきを抑え、安定した基礎性能を確保することにあります。工場生産により、品質検査も厳格に行われるため、信頼性の高い基礎構造を実現できます。

 

既製杭工法の施工手順と主要な設置方法

既製杭工法には、主に次の3つの設置方法があり、地盤条件や周辺環境によって選択されます。

 

1. 打込み杭工法

杭を直接地盤に打ち込む工法で、以下の特徴があります。

• 重機を使用して杭を地面に打ち込む
• 打撃工法とバイブロハンマ工法に分類される
• 支持力が高く、信頼性の高い工法
• デメリットとして騒音と振動が発生する

2. 埋込み杭工法

低振動・低騒音で施工可能な工法で、以下のような特徴があります。

• ベントナイト液や泥水で掘削孔の崩壊を防ぎながら施工
• アースオーガーで所定の深さまで掘削を行い、杭を挿入
• 「中堀り杭工法」「プレボーリング杭工法」「鋼管ソイルセメント杭工法」に分類される
• 打撃工法に比べ騒音や振動が小さい一方で、掘削により地盤をゆるめてしまうため、杭の支持力が低下する可能性がある

3. 回転杭工法

• 鋼管杭の先端に羽根をつけ、回転力をかけることで地盤に貫入させる
• 無騒音・無振動で施工できる
• 杭の先端部に先端翼を付けた鋼管杭を回転させて圧入
• 圧入の補助として、杭先端から水などを噴出させる場合もある
• 排土が発生しないのが特長
• デメリットとして、地中に硬い石や異物が多い場合は回転羽が破損するリスクがある

施工手順としては、一般的に①地盤調査→②杭の選定と施工計画→③杭の搬入→④杭の建込み→⑤杭の打設または埋設→⑥杭頭処理→⑦品質管理と検査の順で進められます。

 

既製杭工法のメリットと採用するべき現場条件

既製杭工法には多くのメリットがあり、適切な現場条件で採用することで、効率的な施工が可能になります。

 

主なメリット

1. 工期短縮
   • 工場で製作済みの杭を使用するため、現場での製作時間が不要
   • 一般的にコンクリート杭の工事には3カ月ほどかかるのに対し、既製杭工法の場合は1～2カ月と短期間で施工が可能
   • 工期短縮により人件費も削減でき、総コストの抑制につながる
2. 品質の安定性
   • 工場で製造された杭を使用するため、品質のバラつきが少ない
   • 一定の品質を確保しやすく、構造物の安定性向上に貢献
3. 施工の簡素化
   • 場所打ち杭工法と比較して省略できる工程が多い
   • 施工手順が明確で、作業効率が高い
4. 狭小地での施工が可能
   • 小口径鋼管杭工法などは小型重機での施工が可能
   • 街中や細い道に接した敷地、狭小敷地でも工事可能

採用すべき現場条件

• 軟弱地盤が8mを超える場合：小口径鋼管杭工法は特に有効
• 都市部や狭小地：限られたスペースでの施工に適している
• 工期が限られている現場：短期間での施工が求められる場合
• 周辺に重要構造物がある場合：品質の安定性が重要視される現場
• 支持層が明確な地盤：特に打込み杭工法は支持層が明確な地盤で効果的

施工条件に応じた工法選択の判断基準としては、地盤調査結果、周辺環境への影響、コスト、工期などを総合的に検討することが重要です。

 

既製杭工法の欠点と施工時の課題解決法

既製杭工法には多くのメリットがある一方で、いくつかの欠点や施工時の課題も存在します。これらを理解し、適切な対策を講じることが重要です。

 

主な欠点と課題

1. 杭長の制限
   • 工場製作の杭は運搬の関係で長さに制限がある
   • 支持層が深い場合に対応できないケースがある
2. 輸送・搬入の問題
   • 工場で製作した杭を現場まで運搬する必要がある
   • 交通規制や道路幅の制限により、大型の杭の搬入が困難な場合がある
3. 騒音・振動の発生
   • 特に打込み杭工法では施工時に騒音や振動が発生しやすい
   • 周辺住民からのクレームの原因となることがある
4. 高止まりのリスク
   • 密な砂地盤や粘着力が高い粘性土地盤ではオーガスクリューと杭中空部の間で目詰まりが発生し、沈設不能（高止まり）となることがある
   • PＨＣ杭の沈設が不可能になる事例も報告されている
5. コスト面の課題
   • 鋼管杭工法は、使用する長さに応じて施工費用が変動する
   • 深い地盤を改良する場合、費用が高くなる可能性がある
   • 将来的な撤去費用が高額となる場合もある

課題解決のための対策

1. 高止まり対策
   • オーガの先端から水を吐出させて固結粘土の粘着性を低減
   • フリクションカッターの板厚を調整して切削性能を向上
   • 杭の接続作業時のタイミング管理による周面摩擦力増大の防止
2. 騒音・振動対策
   • 現場条件に応じて、低騒音・低振動の埋込み杭工法や回転杭工法を選択
   • 防音シートや防振材の使用
   • 作業時間の調整と近隣住民への事前説明
3. 搬入制限への対応
   • 杭の分割搬入と現場接合の検討
   • 搬入経路の事前調査と適切な搬入計画の立案
4. コスト最適化
   • 地盤条件に最適な杭種・工法の選定によるコスト削減
   • 杭径・杭長の最適化による材料費の抑制

施工時の課題に対しては、事前の綿密な計画と適切な工法選択、そして問題発生時の迅速な対応が重要です。特に地盤調査の精度を高め、予期せぬ問題を未然に防ぐことが、施工の成功につながります。

 

既製杭工法の将来性と環境配慮型施工法

既製杭工法は従来の技術に加え、近年では環境への配慮や施工効率の向上を目指した新たな技術開発が進んでいます。ここでは既製杭工法の将来性と環境面での取り組みについて探ります。

 

環境配慮型施工法の進展
従来の杭工事では、セメント系固化材の使用に伴い六価クロムが発生するリスクがありました。しかし、小口径鋼管杭工法などではセメント系固化材を使用しないため、環境への負荷が少ないという特徴があります。この点は土地の資産価値保全の観点からも評価されています。

 

環境配慮型の施工法として以下の技術が注目されています。

• 省エネルギー型施工機械の開発：CO2排出量の削減を目指した低燃費・高効率な施工機械
• 再生可能素材を用いた杭材の研究：持続可能な資源活用を促進
• 低振動・低騒音工法のさらなる改良：周辺環境への影響を最小限に抑える技術

デジタル技術との融合
既製杭工法においても、デジタル技術の活用が進んでいます。

• BIM（Building Information Modeling）との連携：基礎設計と杭工事の一元管理による効率化
• 地盤情報のデータベース化：過去の施工データを活用した精度の高い設計と施工
• IoT技術を活用した施工管理：杭の打設状況や支持力のリアルタイムモニタリング

将来的な技術トレンド
既製杭工法は今後も以下のような方向で発展していくと予想されます。

1. ハイブリッド工法の開発
   • 既存工法の長所を組み合わせた新たな施工方法
   • 例：回転圧入と埋込みを組み合わせた低負荷・高支持力工法
2. AIを活用した最適杭配置の設計
   • 建物荷重と地盤条件を分析し、最小限の杭本数で最大の効果を得る設計手法
   • 材料使用量の削減によるコスト低減と環境負荷軽減の両立
3. リサイクル可能な杭材の普及
   • 将来的な解体・撤去を想定した設計
   • 撤去コスト低減と資源の有効活用を実現
4. レジリエンス（強靭性）の向上
   • 気候変動に伴う自然災害の増加に対応した、より強靭な基礎構造の開発
   • 液状化対策や洪水対策を強化した杭工法

既製杭工法は、これらの技術革新と環境配慮の取り組みにより、今後も建築・土木分野において重要な役割を果たし続けるでしょう。特に都市の再開発や災害復興において、迅速かつ確実な基礎工事の手法として、その重要性はさらに高まることが予想されます。

 

環境配慮型の施工法に関する詳細情報。
土木事業における環境配慮の実践 - 公益社団法人 全国上下水道コンサルタント協会

既製杭工法における品質管理と支持力確保のポイント

既製杭工法の成功は、適切な品質管理と十分な支持力の確保にかかっています。ここでは、施工品質を高め、信頼性のある基礎構造を実現するためのポイントを解説します。

 

品質管理の重要項目

1. 杭材の品質検査
   • 工場出荷前の検査：寸法精度、強度試験、外観検査
   • 現場搬入時の検査：運搬による損傷がないか確認
   • 規格適合証明書の確認と保管
2. 施工精度の管理
   • 杭心位置のずれの管理（許容誤差内に収める）
   • 鉛直性の確保（傾斜の許容値を遵守）
   • 設計深度までの到達確認
3. 施工記録の作成と保管
   • 打設時の貫入抵抗値の記録
   • 杭1本ごとの打設データ（日時、深度、抵抗値など）
   • 異常時の対応記録

支持力確保のためのポイント

1. 支持層の正確な把握
   • 事前ボーリング調査による支持層深度の確認
   • 必要に応じた追加調査の実施
   • 地層の側方変化の考慮
2. 適切な杭種と工法の選択
   • 地盤条件に適した杭種の選定
   • 支持層の特性に合わせた先端処理方法の採用
   • 摩擦杭か先端支持杭かの適切な判断
3. 高止まり対策の徹底
   • 粘性土地盤での目詰まり防止対策
   • オーガ先端からの水吐出による粘性低減
   • フリクションカッターの適切な選択と管理
4. 打止め管理の徹底
   • 支持層到達の確実な確認方法の採用
   • 打止め基準の明確化と遵守
   • 必要に応じた載荷試験の実施

杭の支持力低下要因と対策
支持力が低下する主な要因としては以下が挙げられます。

• 地盤のゆるみ：埋込み杭工法では掘削により地盤をゆるめてしまうため、杭の支持力が低下するリスクがある
• 目詰まり：密な砂地盤、粘着力が高い粘性土地盤ではオーガスクリューと杭中空部の間で目詰まりが発生
• 周面摩擦力の増大：杭の接続作業で沈設を止めたことにより杭の周面摩擦力が増大

これらの対策として。

• 掘削孔径の最適化（杭径-約50mmとやや小さめに掘削）
• プレボーリング併用打撃工法の採用による地盤締固め効果の活用
• 連続的な施工による周面摩擦力増大の防止
• 適切な排土管理と目詰まり防止対策の実施

品質管理と支持力確保は、施工計画の段階から考慮し、現場での綿密な管理と迅速な問題対応によって実現します。特に予期せぬ地盤変化に対応できる柔軟な施工体制の構築が重要となります。

 

品質管理に関する詳細情報。
建築基礎構造設計指針 - 国土交通省