杭と地盤改良の違いについて
数年前に杭の偽装問題が起きてから、家を建てるときやマンションを
購入するときに不安に感じている方がいらっしゃるかもしれません。
地震が多い日本では軟弱な地盤の土地に、建物を建てるときには対策が必要です。
その対策には地盤改良や基礎杭があり、どちらも軟弱な地盤に施工するものですが、
構造的な考え方が異なります。
今回は混同されがちな、地盤改良と基礎杭の違いについてみていきます。
地盤改良とは？
地盤改良杭は地盤改良工事の一つです。
地盤改良工事とは、戸建て住宅などを建てる際に土地の地盤調査を
行った結果、軟弱地盤と判明した場合に、地盤の強度を高める工事です。
軟弱な地盤にそのまま建物を建ててしまうと、地盤沈下によって建物が
倒壊するリスクがあります。
地盤改良杭は地盤を掘削した穴にセメントミルクを流し込むか、
あるいは鋼管の杭を打ち込む工事を行います。
軟弱な地盤に杭を打ち込むのは建物が沈まないようにするため、
地盤を補強するのが目的です。
また、地盤改良杭はあくまでも「地盤」に行う工事。建物の基礎と
杭はつなげないのが一般的で、杭によって強化した地盤の上に基礎を
つくって建物が乗っている形です。地盤改良杭は主に3階建てまでの
住宅で用いられています。
基礎杭とは？
一方、基礎杭も軟弱地盤に建物を建てるときに用いられている
という点は同じです。
ただし、基礎杭は地盤改良工事で使うものでも、地盤の補強を目的
としたものでもありません。
基礎杭は基礎工事で用いられ、建物の荷重を直接、地盤の支持層に
伝えることを目的としたものです。
また、建物の鉛直荷重や水平荷重、引き抜き力に抵抗する役割も持っています。
鉛直荷重とは建物の重力と同じ方向にかかる荷重をいい、建物自体が
持つ重さによって下に沈む力のことです。
地震や風などによって建物が横方向から受ける力が水平力で、
建物が転倒するのを防ぐには引き抜き力に抵抗する力も必要です。
基礎杭は「基礎」の一部ともいえるもので、基礎に基礎杭の
杭頭（くいとう）を埋め込む形で接続して一体化します。
また、基礎杭は高層の建物の建設で用いられているものです。
また、数年前に起きたマンションの杭の偽装問題は、こちらの
基礎杭に関するものでした。
工事中の計測データが改ざんされ、実際には支持層まで到達して
いない杭が数本あることが判明しました。
↑地盤調査の柱状図を元に基礎検討を行う
地盤改良工事の種類とは
地盤改良工事には杭を使う工法だけではなく、杭を使わない
工法もあります。
地盤改良工事で代表的な工法では、表層改良工法は杭を使わず、
柱状改良工法と小口径鋼管杭工法が杭を用いる工法です。
最も一般的なのは柱状改良工法で、コストは安い方から表層改良工法、
柱状改良工法、小口径鋼管杭工法の順になります。
表層改良工法
表層改良工法は杭を使わない工法で、軟弱な地盤が地表から2m程度と
浅い場合に用いられています。
地表の地盤が軟弱な部分を掘削して搬出した後、土砂とセメント系
固化剤を混ぜて締め固めて、硬い地盤を形成します。
表層改良工法はバックホーという小型重機で工事を行うため、
狭小地や変形地でも対応できるのが特徴です。
地表面のみを施工するため、地中に大きな石やコンクリートの塊
といった障害物があるような土地でも工事を行えます。
地盤の状況は目視で確認が可能で、地表面を締め固めるという簡単な
工事のため、工期は1～2日程度と短く、工事費用を抑えられる工法です。
ただし、地盤改良を行う地表部分よりも地下水の水位が高いケース
などでは対応できません。
柱状改良工法
柱状改良工法は、地中に円柱状に固めた改良杭をつくって建物を支える工法。
軟弱な地盤が地表から2～8m程度の場合に用いられています。
柱状改良工法はアースオーガーというドリルがついた建設機械で、
直径60cm程度の穴を開けて、建物を支える力のある支持層まで掘削
していきながら、セメントミルクを注入して地中の土と撹拌することで、
円柱状の改良杭をつくる工法です。
柱状改良工法による改良杭は直径が大きく、周面摩擦力も大きくなる
ことから、支持層のない地盤でも、対応できることがあります。
一方で、狭小地など重機の搬入が困難な土地では工事ができません。
ただし、柱状改良工法は有機質土などの場合、セメントが固まらない
固化不良が発生して、地盤強度を満たせないケースがあることが難点です。
また、柱状改良工法を行った土地の改良杭をすべて撤去するには多額の
費用がかかり、原状復帰のハードルが高くなります。
↑柱状改良工事の完了後の改良体
小口径鋼管杭工法
小口径鋼管杭工法は、地中に鋼管の杭を打ち込んで建物を支える工法です。
軟弱な地盤が地表からある程度深さがあるケースでも対応できます。
小口径鋼管杭工法は地中の深くにある支持層まで鋼管を打ち込むことで
地盤の強度を高めます。
支持層がないケースでは工事はできません。
小口径鋼管杭工法は3つの中で最も地盤強度が高い方法で、
3階建ての建物でも支えることができます。
小型の重機を用いるため、狭小地や変形地でも対応できます。
ただし、工事中に大きな騒音や振動が発生することが難点です。
↑小口径鋼管杭
基礎杭の種類とは
軟弱な地盤に高層の建物を建てるときに、基礎工事で用いられている
基礎杭には、場所打ち杭と既成杭という種類があります。
場所打ち杭の方が杭長が長くできるため、支持層が地中の深い位置にある
場合にも対応できます。
場所打ち杭
場所打ち杭は、地中を掘削した後、穴に筒状の鉄筋かごを入れて、
コンクリートを流し込んで杭をつくる工法です。支持層の深さが
30m程度まで対応できます。
場所打ち杭には、地中を掘削していく過程で、掘り出した土から
土質の状況を目視でチェックして、支持層に到達しているか判断できる
という利点があります。
杭の寸法やコンクリート強度などの組み合わせることで、必要な強度を
設定することが可能です。
現場の状況に応じて杭を調整できます。
また、場所打ち杭は工事中の騒音や振動が小さい点もメリットといえます。
一方で、場所打ち杭は、杭をつくった周辺の地盤や杭の先端の地盤が
緩んだり、掘削した穴の壁が崩壊したりしてしまうリスクがあります。
また、掘削によって泥水が発生した場合には処理が必要です。
↑アースドリル工法の鉄筋籠を挿入する段階
既成杭
既成杭は工場でつくられた杭を地中に打ち込む工法です。
既成杭は主に支持層の深さが20～30m程度までで、比較的小～中規模な
建物を建設する場合に用いられています。
既成杭は工事の工程が少ないため、比較的短い期間で工事が終わります。
既成杭を材質で分けると、木杭や鋼杭、コンクリート杭といった種類があります。
木は腐食しやすい素材ではありますが、地中は酸素が少ないことから
腐食が進みにくいため、木杭として古くから住宅などで使われてきました。
鋼杭は垂直方向と水平方向からのいずれの力にも強いのが特徴です。
鋼杭は2m程度の鋼材の管を現場で溶接して打ち込み、管の中に強度を
高めるためにコンクリートを注入するのが一般的です。
コンクリート杭は車両での運搬の問題から長さに制約があり、現場で
継ぎ足すこともあります。
コンクリート製という点では場所打ち杭と同様ですが、固化不良が
起きるリスクがありません。
↑鋼管杭の施工風景
おわりに
建築に関わる偽装問題がニュースになると、家を建てるときに
不安になるかもしませんが、多くの設計事務所や建設会社は、
安全で安心な建物をつくるために注力しています。杭のことなど
不安なことがあるときには、建築士などに相談してみてはいかがでしょうか。
