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【再都市化ナレッジデータベース】

清水建設「花びら拡底杭」を開発、最大100MNもの支持力を実現し400mクラスの超高層ビルに対応!



 

超高層ビルなどの建物を支える「杭」を作るアースドリル工法(場所打ち杭工法)に新技術が登場しました。

清水建設は、2020年6月5日付けのニュースリリースで、400mクラスの超高層ビルを杭基礎で経済的に建設することを目的に、非常に高い支持力を備えた場所打ちコンクリート拡底杭「花びら拡底杭」を丸五基礎工業の協力を得て開発したと発表しました。

現在、都市部で計画されている大規模物件では高層化やスパン(柱間隔)の長大化が進み、建物を支える杭は従来よりも大きな支持力が求められるようになりました。これまでは、杭本数を増やすことで支持力を高めてきましたが、掘削土量の削減や施工性の向上が求められていました。

【出展元】
杭基礎で400mクラスの超高層ビルに対応

 

アースドリル工法 ~場所打ち杭工法~とは?



新技術「花びら拡底杭」を紹介する前に、超高層ビル等をささえる「杭」について少しだけ解説したいと思います。

建物の基礎杭を作る「場所打ち杭工法」は、現場に深い穴を掘って、その穴に鉄筋を立て込んでコンクリートを流し込み杭を作る工法です。他工法に比べ、機械装置が簡単、施工速度が速い、工事費が安いと言った特徴があり最近では、高層ビル、ホテル、マンションの基礎の大半で使用されています。

 

 



アースドリル工法で作られる杭には、真直ぐな直杭の他に、直杭の着底部を拡大した拡底杭(かくていぐい)があります。拡底杭とは、底部(杭の先端)を軸部の径より太くした杭です。

建物を支える力である「杭の支持力」は、建物の重さに充分耐えられる地層「支持層」における杭の断面積に比例します。支持層付近の断面積が広い拡底杭は、直杭に比べ小さな軸部径で同等の支持力が得られます。これにより、拡底杭とすることで掘削土量・コンクリート量を削減でき経済的で環境にも配慮した施工が可能となります。

拡底杭の施工は、杭の軸部を支持層まで掘削した後、掘削底部を拡底バケットにより円錐型に拡大掘削し、コンクリートを打設します。

 

 

 

1本あたり100MN(約10,000トン)の支持力を実現!



今回の新技術「花びら拡底杭」は、着底部を拡大した拡底杭(かくていぐい)の新工法です。従来の拡底杭の2倍近い底面積を確保することで、1本あたり100MN(約10,000トン)という非常に高い支持力を発揮することが可能になりました。

花びら杭底杭の(設計有効)底面積は1本あたり最大33.5m2(直径≒6.7m)で、高強度コンクリートを使用することで最大100MNもの支持力を実現しました。

 



底面積の極大化を可能にしたのが、杭下端部の新たな拡底掘削方法です。従来通り拡底バケット(拡底掘削機)を用いて杭底部中心で1回拡底掘削した後、拡底掘削機を杭底部中心から水平方向かつ同心円上に移動させては拡底掘削を2~8回繰り返し、花びらのような底面形状を有する拡底杭を構築して行きます。一連の杭底掘削作業には、従来の拡底掘削機の先端に突起(スタビライザー)を装備するだけで対応可能です。



地下20~40mに支持層が広がる東京都心部で支持力100MNの杭を構築する場合の試算では、従来の杭より排土量が20%~33%、施工期間が10%~20%の減となり、大きなメリットが得られます。

また、花びら拡底杭を逆さか打うち工法で建設する超高層ビルに適用すると、大幅な工期短縮も期待できます。同工法では、ビルの地下躯体が完成するまでの間は杭だけで施工中のビルの全荷重を支えるため、杭の支持力が低いと地上階の施工を進捗できない期間が生じるためです。

花びら杭底杭の施工法の有効性、杭体コンクリートの品質については、実物大の花びら拡底杭3体を試験施工し、うち最大拡底幅6.7mの杭1本を築造後に掘り出して調査し、検証されています。清水建設は今後、超高層案件に対して花びら拡底杭を積極的に提案していくことで、案件受注に結びつけていく、との事です。

 

 

新工法が超高層ビルの損益分岐点に変化をもたらす

 



超高層ビルはある一定の高さ、規模を超えると非常に割高になり、法規制や需要、経済効率性を考えて、一定の高さ・規模に収斂されている傾向にあります。現在、東京都心部では高さ200mを超えるオフィスビルが珍しくなくなりました。これは、この高さのビルでも採算が取れる事を意味しています。

今回ご紹介した「花びら杭底杭」だけで超高層ビルの建設コストが大幅に削減出来る訳ではありませんが、この様な新工法が積み重なる事で、従来は採算が合わなかった高さ・規模のビルでも徐々に採算が取れる様になります。

新工法の開発によって「より高いビルでも採算が合う」様になれば東京・大阪・名古屋で300m級、札仙広福などの地方中枢都市では200m級のビルがゾクゾクと建設される様になる・・かもしれませんね。

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