'15/7/7
摩擦杭と先端支持杭  目次
吉見 吉昭

 地盤の支持力が足りないときに杭を打てばよいことは,人類が直感的にわかったことらしく,杭は大昔から用いられてきたようです。杭には上向き・横向きの力を支持させることもありますが,ここでは下向きの荷重を支持する杭だけを考えます。現在は,材料・工法が多様化しておりますが,支持のメカニズムに関して分類すると,主として周面摩擦抵抗に頼る“摩擦杭”と,主として先端支持抵抗に頼る“先端支持杭”に大別できます。これらについては不同沈下に関して簡単に触れましたが,ここではもう少し詳しく説明します。

摩擦杭
 杭の先端が硬い地層まで届かない場合には摩擦杭として機能します。摩擦杭は建物の荷重を支持するだけでなく,杭先端までの地層がランダムに変化する場合,沈下量を平均化する効果があります。周面積を大きくするためには,細い杭を多数用いることが有利ですが,複数の杭を接近して配置する“群杭”の場合,群杭の支持力は単杭の支持力に本数を掛けた値より小さくなります。

 周面抵抗を増やすために,鉄筋コンクリート杭の周りに,ある間隔で突起をつけた杭を“節杭
(ふしぐい)”と呼びます。当初は断面が三角形でしたが,今は円筒断面で突起の間隔が1 mのものが多いようです。ふつうは周りに砂利を入れますが,打撃・振動によって打ち込めば,砂質地盤を締め固める効果がありますので,液状化対策としても用いられます。

長い支持杭に作用する負
の摩擦力に起因する鉄筋
コンクリート壁の破壊例

先端支持杭
 木杭や鉄筋コンクリート杭を打撃・振動によって打ち込む場合,杭を壊さない範囲の力ではそれ以上貫入できないような“打ち止まり”状態になれば,先端支持杭になります。さらに深い位置に軟らかい地層があれば,打ち止まった地層を“中間支持層”と呼びます。この場合は沈下が起りえますが,中間支持層がある程度厚ければべた基礎の役目を果たすので,不同沈下量は抑えられます。既製杭の場合は,予め支持層までの深さを知ることが必要ですが,その目的で標準貫入試験のN値がよく用いられます。

 大きな支持力を期待する鋼杭を強力なハンマーによって打ち込むか,または掘削した穴に鉄筋コンクリート杭を設置する場合は,中間支持層を貫通して,さらに硬い地層に届かせます。騒音・振動対策としての埋込み杭または場所打ちコンクリート杭は,近年は機械化施工が主流になっていますが,人が入って掘った穴にコンクリートを流しこむ“深礎(しんそ)”は戦前からありました。

 高層建物の場合には柱の荷重は非常に大きくなりますが,それでも柱下に1本の太い杭を使う例が多くなっています。この場合は,杭によって沈下量が異なると,そのまま不同沈下となりますので,埋込み杭または場所打ちコンクリート杭の施工は極めて慎重に行う必要があります。

 先端支持杭の周りの地盤が沈下すると,建物の下に隙間が出来る“抜け上がり”が起こりますが,東京の丸の内周辺では,1930年代からそれが起ったために,玄関に階段を付け足した建物が少なからず見られました。その他,杭の周面には沈下する地盤による下向きの力(負の摩擦力/ネガティブ・フリクション)が作用しますが,杭が40 mを超えるほど長くなると,負の摩擦力が過大になって,そのために杭体が壊れたり,杭の先端が支持層にめり込んだりして,不同沈下をもたらす結果,写真のように建物が壊れることがあります。この建物は全壊扱いとなって解体されました。不必要に長い支持杭を使う過剰設計の問題については“打込み杭と埋込み杭”をご覧ください。