Tsukuras
基礎工

杭基礎

くいきそ

杭基礎とは

杭基礎とは、建築物や橋梁、擁壁などの上部構造物からの荷重を、地表付近の軟弱な地盤では直接支持できない場合に、地中深傍の堅固な支持層（岩盤や密実な砂礫層）まで杭を到達させて構造物を安定支持する深礎形式の深部基礎構造のこと。杭の支持機構により、先端の地盤反力で荷重を支える「支持杭」と、杭周面と周囲地盤との摩擦力で荷重を支える「摩擦杭」に大別される。また施工法により、工場製作された鋼管杭や既製コンクリート杭を打撃・圧入・プレボーリング等で設置する「既製杭」と、現場で地盤を削孔して鉄筋かごを挿入しコンクリートを打設する「場所打ち杭」に分類される。建築基準法施行令第38条第3項に基づき、高さ13m若しくは延べ面積3000㎡を超える建築物で床面積1㎡につき100kNを超える荷重が作用する大規模建築物では、杭先端を良好な支持地盤へ確実に到達させることが義務付けられている。

全国の基準

建設工事における杭基礎の施工および機械安全管理に関しては、建築基準法施行令および労働安全衛生規則において厳格な定量的基準が定められている。第一に、建築基準法施行令第38条第3項により、高さ13m又は延べ面積3000㎡を超える建築物で、当該建築物に作用する荷重が最下階の床面積1㎡につき100kNを超えるものにあっては、基礎の底部（基礎ぐいを使用する場合にあっては当該基礎ぐいの先端）を良好な地盤に達することと規定されている。第二に、労働安全衛生規則第173条第5号に基づき、くい打機の倒壊を防止するため控えのみで頂部を安定させるときは、控えを3以上とし堅固な控えぐいに固定しなければならない。また同規則第174条第2号・第3号により、ワイヤロープ一よりの間で素線の数の10％以上の素線が切断したもの、又は直径の減少が公称径の7％を超えるものは使用が禁止される。さらに同規則第175条第1項により、くい打機の巻上げ用ワイヤロープの安全係数は6以上でなければならず、同令第176条第1号により、ハンマー等が最低位置にある場合等において巻胴に少なくとも2巻を残すことができる長さでなければならない。

教科書どおりにいかないところ

教科書や検定試験では「支持層の深さまで杭を根入れし、規定の打込み管理や杭頭処理を行えば所定の支持力が得られる」と教わる。しかし北海道の基礎工現場では、広大な石狩平野や釧路湿原、十勝川流域などに広く分布する「泥炭性軟弱地盤」と、厳冬期の「地盤凍結・凍上現象」という寒冷地特有の複合要因が、本州標準の設計計算を根底から覆すという決定的な実務のズレが存在する。極めて高含水比で圧縮性の高い泥炭地盤に杭を打設した後に周辺盛土が施工されると、泥炭層が長期間にわたり大規模に圧密沈下を起こす。その結果、地盤が杭を引きずり下ろす「ネガティブフリクション（負の周面摩擦力）」が強大に作用し、杭の支持力低下や杭体破断、不同沈下を招く。さらに冬期の北海道では、深い凍結深度の範囲で杭頭周囲の土が凍結付着し、地盤の凍上隆起に伴って杭を上方へ引き抜こうとする「凍上引抜き力」が作用する。教科書通りの鉛直下向き荷重のみを前提とした設計では、下向きの過大荷重（負の摩擦力）と上向きの引抜き力（凍上力）という季節変動応力に対応できず、杭周面のアスファルト塗布（SL杭）や凍上抑制層の施工、泥炭層下の確実な支持層把持など、北海道固有の地盤・気候特性を先回りした施工管理が不可欠となる。

現場での扱い方

  • 泥炭性軟弱地盤におけるネガティブフリクション対策と支持層根入れ確認

    北海道の泥炭・軟弱粘土地盤で杭基礎を施工する際は、周辺地盤の圧密沈下に伴い発生する負の周面摩擦力（ネガティブフリクション）による下向き荷重の増大を厳戒する。設計図書に基づき、沈下影響層の杭周面へ特殊アスファルト等をコーティングした摩擦低減杭（SL杭）の採用を確認する。施工管理においては、ボーリング柱状図の支持層深度と削孔土砂・施工機械の電流値・トルク圧の変化を綿密に対照し、強固な支持層（密実な砂礫層等）への所定根入れ深さを各杭ごとに確実に確認・記録する。

  • 寒冷期における杭頭部の凍上引抜き力対策と施工中凍結防護

    構造物自重が小さい軽量構造物や施工途中の杭基礎では、冬期の地盤凍結に伴い杭周面に凍結付着力が作用し、地盤の凍上隆起によって杭が浮き上がる「凍上引抜き」事故が発生しやすい。杭頭部周囲の埋戻し土には、凍上を起こしやすい細粒分を含まない良質な非凍上性材料（砕石・砂利）を使用し、水抜き勾配を確保して滞水を防ぐ。また冬期施工中は、露出した杭頭部や削孔孔内の湧水が凍結してコンクリート品質や杭体を損傷させないよう、断熱マットやブルーシートによる保温養生を徹底する。

  • くい打機・削孔機械の転倒防止措置とワイヤロープ点検の徹底

    労働安全衛生規則第173条に基づき、泥炭地盤や軟弱地盤、融雪期の泥濘地盤にくい打機を据え付ける際は、地盤沈下や滑動による機械転倒を防止するため、敷板・敷角を確実に敷設し接地圧を低減させる。控え線を用いる場合は3以上を均等配置し、強固な控えぐいに緊結する。作業開始前点検において、巻上げ用ワイヤロープの安全係数6以上を確認するとともに、素線切れ（一より内で10％以上）や摩耗（公称径の7％超の減少）、キンクの有無を点検し、巻胴に2巻以上の余長を確保して安全作業を徹底する。

資格試験での出題

2級土木施工管理技士施工管理技術検定の第一次検定（土木一般・基礎工、安全管理）において、既製杭・場所打ち杭の施工管理要領、くい打機の倒壊防止措置（敷板・敷角、控え3以上）、巻上げワイヤロープの安全係数（6以上）および巻胴残巻き数（2巻以上）、建築基準法に基づく杭先端の良好地盤到達要件が頻出問題として出題される。

参考（一次情報）

関連する工種で、資格取得を支援する道内の会社 144社

出所：北海道入札参加資格者名簿の加点項目「技術者の育成」。会社の自己申告ではありません。

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