建物の上部構造から地盤に荷重を伝達する下部構造であり、上部構造と地盤の間の重要な連結部を構成する。上部構造荷重と地盤反力との相互作用によって生じる内部力を負担する。逆に、基礎底面の反力は地盤に荷重として作用し、応力と変形を引き起こす。地盤とは、建物の基礎を支持する限定された領域を指す。地盤の支持力が上部構造から伝達される荷重を満たせない場合、荷重支持要件を満たすために基礎処理または杭基礎ソリューションが必要となる。地盤処理の有効性は、プロジェクトの品質、コスト、およびスケジュールに直接影響する。一般的な地盤処理方法には、置換盛土、プレローディング、締固め地盤、複合地盤、薬液注入補強などがある。本稿では、複合地盤で広く用いられている工法であるCFA杭複合地盤に焦点を当てる。

 複合基礎は、その簡単な施工、費用対効果、および強い適応性から、建設および基礎処理プロジェクトで広く採用されており、特に多層階の集合住宅、公共構造物、および工業プラントで利用されている。設計段階では、基礎の支持力、変形制御、および費用対効果を含む複数の要件を満たすために、杭長、杭径、および杭間隔などの主要パラメータに対して包括的な調整と最適化が通常必要とされる。杭長を長くする、杭径を大きくする、または杭間隔を狭くするなどの対策は支持力を効果的に向上させることができるが、実際の工学経験によれば、異なるパラメータ調整戦略はプロジェクトのコスト、建設スケジュール、および実現可能性に大きく異なる影響を与えることが多い。したがって、実際の状況に基づいた詳細な分析と判断が不可欠である。

Ⅰ. 杭長

杭長を決定する際の主な考慮事項は支持力である。通常、杭長は設計要件、支持力、および下層地盤の自盤支持力を統合して決定されるべきである。杭径400mm、杭間隔を杭径の3〜5倍とし、地盤工学カラムチャートと組み合わせることで、比較的有利な支持層を特定できる。杭端の支持層が確認されれば、杭長は基本的に確定する。

・ 杭長は、特に上層が硬く下層が軟らかい地盤や厚い軟弱層がある場合、沈下制御によっても決定されるべきである。支持層の品質が良い場合、杭間の土の寄与が大きく、短い杭長でも支持力の要件を満たすことができる。しかし、下層地盤の品質が悪いため、杭長は支持力だけで決定するのではなく、軟弱層を貫通してより良い土層に到達するか、杭長が制御要件を満たすようにすべきである。

・ 杭長を決定する際には、建設機械の最大掘削深度と運用条件を考慮する必要がある。現在、国産のロングスパイラルドリルは最大40mの掘削深度を達成できるが、市場に出回っているモデルのほとんどは30m未満である。掘削深度が30mを超えるロングスパイラルドリルの場合、市場調査が不可欠である。一般的に、大型の設備は平方メートルあたりの建設コストが高くなる。

Ⅱ. 杭径杭径の選択は、施工技術、杭間隔、杭長と杭径の比率、および材料利用効率を考慮して行うべきである。一般的に、400mmと500mmの杭径が最も経済的である。杭長と杭径の比率が過度に高い場合や、400mm径の杭で杭間隔が密すぎる場合は、杭径を大きくすることを検討すべきである。

Ⅲ. 杭間隔

杭間隔は、杭長、杭径、支持力の要件、および杭配置方法を考慮して決定されるべきである。推奨範囲である杭径の3〜5倍内で、より広い杭間隔が望ましい。杭長比を増加させて杭間隔を狭めることは、沈下制御に有利である。

施工の観点から見ると、杭長を長くすると必要な杭数が減少し、それによって設備の再配置の頻度が減り、全体的な効率が向上する。杭間隔を広くすると、土の変位効果や孔の移動の可能性も最小限に抑えられる。杭長を延長することで杭端がより優れた土層に到達できる場合

—このアプローチは、杭間隔を狭めるよりも技術的および経済的に大幅な利点をもたらす。このような場合、設備の掘削深度内で許容される最大杭長を利用し、杭間隔を比例して増加させるべきである。—このアプローチは、杭間隔を狭めるよりも技術的および経済的に大幅な利点をもたらす。このような場合、設備の掘削深度内で許容される最大杭長を利用し、杭間隔を比例して増加させるべきである。Ⅳ. ケーススタディ

この商業ビルは、地上6階、地下1階建てで、ラーメン構造で建設されている。設計では、ラーメン柱の下に独立基礎を設け、局所的な処理のためにCFA杭複合基礎を補完する。総鉛直荷重標準値は6000kNである。基礎の支持層は中密度の細砂で、自盤支持力は160kPaである。杭端支持層は厚さ13mの粗砂層で、高い支持力と圧縮係数を示しており、杭端支持に最適である。

CFA杭径は400mmに設定されている。杭端の支持層が良好で比較的厚いため、杭長の柔軟性が高いため、固定杭間隔と杭長逆算を組み合わせた設計アプローチが採用された。2つの杭間隔案が実施された：4dおよび3d杭間隔で、独立基礎分析と並行して包括的な技術経済比較が実施された。基礎下の杭置換率を均一にする原則に基づき、杭縁間隔は杭間隔の半分に均一に設定された。その結果、4d案の基礎寸法は4.8m

×3.6mとなり、以下の図に示す。×3.6mとなり、以下の図に示す。オプション1（左図）：杭間隔4d、杭長13.5m

オプション2（右図）：杭間隔3d、杭長16.0m

算定された鉛直荷重と基礎平面寸法に基づく支持力特性値は、それぞれ265kPaおよび460kPa以上でなければならない。要求される支持力特性値と杭間隔に基づき、単杭支持力特性値はそれぞれ685kNおよび835kN以上でなければならない。すべてのコンクリート強度等級はC30要件を満たす必要がある。単杭支持力特性値から導出された杭長は、それぞれ13.5mおよび16.0mである。両方の杭長は粗砂層を貫通しており、貫通長はそれぞれ1.65mおよび4.15mである。

両方の案は支持力の要件を満たすことができるが、総合的な技術経済効果には大きな違いがある。

技術的な観点から見ると、16mの杭は粗砂層をより長く貫通し、より高い支持力を確保する。基礎変形制御の観点から見ると、長い杭は短い杭よりも優れている。経済的には、16mの杭の総コンクリート消費量は増加するが、独立基礎のコンクリート使用量は大幅に削減される。杭と基礎の合計コンクリート消費量は11.3m

³削減され、23.7%の削減に相当する。さらに、基礎寸法の縮小とレバーアームの短縮により、基礎底圧の増加にもかかわらず、鉄筋は大幅に削減される。同じ基礎高さで、鉄筋の本数は32本（22mm径、825kg）から21本（22mm径、406.1kg）に削減され、50%以上の削減を達成する。したがって、柱下荷重が一定の条件下では、杭長を長くして基礎平面サイズを縮小する案は、杭長を短くして基礎平面サイズを拡大する案よりも明らかに経済的な利点がある。

Ⅴ. まとめ

CFA杭

複合基礎の杭配置は、通常、基礎の投影面積内に限定される。杭長、杭径、および杭間隔の選択は、基礎全体の支持力と変形特性に直接影響するだけでなく、プロジェクトのコスト、建設期間、および組織効率にも大きく影響する。したがって、杭配置計画と基礎タイプを最終決定する前に、包括的な多パラメータおよび多シナリオの技術経済分析を実施する必要がある。この分析では、プロジェクトの特定の地質条件、構造要件、および建設リソースを考慮し、最終的にプロジェクトの実施条件に最適な経済的利益、技術的合理性、および適合性を提供する最適なソリューションを選択する必要がある。