基礎（工学）

工学において、基礎とは、構造物を地面またはまれに水（浮体構造物など）に接続し、構造物から地面に荷重を伝達する構造物の要素です。基礎は一般的に浅いものまたは深いもののいずれかと考えられています。^[1]基礎工学は、構造物の基礎要素の設計に 土質力学と岩石力学（地質工学） を応用したものです。

基礎は地面から構造物の安定性を確保します。

• 構造物の重量を広い範囲に分散し、基礎土壌への過負荷（不均一沈下の原因となる可能性）を回避します。
• 地震、洪水、干ばつ、凍上、竜巻、風などの自然現象から構造物を守ります。
• 建設のための水平面を確保するため。
• 構造物を地中に深く固定し、安定性を高めて過負荷を防止します。
• 支持構造物の横方向の動きを防止するため（場合によっては）。

優れた性能を発揮する基礎の設計と建設には、いくつかの基本的な要件を満たす必要があります。^[2]

• 基礎の設計と施工は、固定荷重と付加荷重を土壌に伝達するだけでなく、支えることができるように行われます。この伝達は、構造物の安定性に問題を引き起こす可能性のある沈下を生じさせずに実行する必要があります。
• 不同沈下は、基礎を強固にすることで回避できます。この問題は、重なり合う荷重が本質的に均一でない領域でより顕著になります。
• 土壌と地域に基づいて、あらゆる損傷や損傷を防ぐために、より深い基礎を設置することをお勧めします。これらは主に、温度変化による収縮と膨張の問題によって発生します。
• 基礎の設置場所は、将来の工事や要因による影響を受けない場所を選択する必要があります。

建物や構造物は、地面に接する木材を使って建てられてきた長い歴史があります。^{[3] [4]} 杭打ち構造は技術的には基礎がない場合があります。柔らかい地面や湿った地面では、石や石積みの壁の下でも木材の杭が使用されました。 ^[5]海洋建設や橋梁建設では、コンクリートに木材や鋼鉄の梁を交差させることをグリラージュと呼びます。^[6]

おそらく最も単純な基礎はパッドストーン、つまり地面にかかる重量を分散させ、木材を地面から浮かせる単一の石です。^[7] スタッドルストーンはパッドストーンの一種です。

乾式石積みやモルタルに石を敷き詰めて基礎を築く方法は、世界の多くの地域で一般的です。乾式石積みの基礎には、建設後にモルタルが塗られている場合があります。上部に見える石層は、切り出された採石された石である場合もあります。 ^{[8]モルタルの使用に加えて、石は}蛇籠に入れることもできます。^{[9]欠点の1つは、通常の}鉄筋を使用すると、モルタルを使用した場合よりも蛇籠の寿命がはるかに短くなることです（錆びるため）。耐候性鋼鉄の鉄筋を使用すると、この欠点をいくらか軽減できます。

瓦礫溝基礎は、瓦礫や石で満たされた浅い溝です。この基礎は凍結線より下まで伸びており、地下水の排水を助ける排水管が付いている場合があります。この基礎は、10 トン/m ² (1 平方フィートあたり 2,000 ポンド) を超える容量の土壌に適しています。

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  ミズーリ州セントジェネビエーブのボーヴェハウスにあるポトーアンテールの柱埋め込み式壁構造（この例は技術的にはパリサード構造と呼ばれる）の図面
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  PSM V24 D321スイスにある木の杭の上に建てられた原始的な高床式住宅。
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  パッドストーンの一種であるスタッドルストーンの上に建てられた穀倉
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  ブラックイーグルダム – 1892年構造の建設計画の断面図
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  デイビス ハウスの乾式石積み基礎の遺跡、ガーディナー、ニューヨーク州
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  基本的なタイプの石積み溝基礎
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  アンカーボルトがないことを除けば、典型的な住宅用コンクリート基礎です。コンクリート壁は連続した基礎で支えられています。コンクリートスラブの床もあります。周囲のフランス式排水溝に水が溜まっていることに注意してください。
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  基礎の上に設置するモジュール式の建物

フーチングとも呼ばれるこの基礎は、通常、土壌に約 1 メートルほど埋め込まれます。一般的なタイプの 1 つは、凍結線より下に伸びて壁や柱の重量を土壌または岩盤に伝えるコンクリート (またはその他の材料) のストリップまたはパッドで構成されるスプレッド フーチングです。

もう一つの一般的な浅い基礎は、スラブオングラウンド基礎です。この基礎では、建物の重量が、表面に置かれたコンクリートスラブを通じて土壌に伝達されます。スラブオングラウンド基礎は、建物のサイズに応じて厚さ 25 cm から数メートルの強化マットスラブ、または住宅では通常少なくとも 20 cm、重い構造物の場合はさらに厚いポストテンションスラブになります。

より環境に優しい、すぐに建設できる基礎を設置するもう 1 つの方法は、スクリュー パイルを使用することです。スクリュー パイルの設置は住宅用途にも拡大しており、多くの住宅所有者が他のオプションよりもスクリュー パイル基礎を選択しています。らせん杭基礎の一般的な用途には、木製デッキ、フェンス、ガーデン ハウス、パーゴラ、カーポートなどがあります。

構造物の荷重を上部の弱い表土層を通して、その下のより強い下層土層に伝達するために使用されます。深基礎には、衝撃駆動杭、ドリルシャフト、ケーソン、スクリュー杭、ジオピア^{[要説明]、}およびアーススタビライズドコラム^{[要説明]など、さまざまなタイプがあります。さまざまなタイプの基礎の命名規則は、エンジニアによって異なります。歴史的には、杭は}木製でしたが、後に鋼鉄、鉄筋コンクリート、およびプレテンションコンクリートになりました。

地上の大きな構造物にかかるすべての荷重（重量、風など）を支えるために、一般に直径の大きい単一の構造要素を地中に埋め込む タイプの深基礎。

近年、浅瀬の海底に固定底式洋上風力発電所を経済的に建設するために、多くのモノパイル基礎^[10]が使用されています。^[11] たとえば、 2008年にイギリス沖で稼働した1つの風力発電所では、100基以上のタービンが、最大16メートルの深さの海域で直径4.74メートルのモノパイル基礎の上に設置されていました。^[12]

浮体基礎とは、陸地ではなく水上に設置される基礎のことです。このタイプの基礎は、一部の橋梁や浮体式建物に使用されます。

基礎は、地質工学エンジニアによって、基礎を支える土台/岩石の種類に応じて適切な荷重容量を持つように設計され、基礎自体は構造エンジニアによって構造的に設計される場合があります。主な設計上の考慮事項は、沈下と支持力です。沈下を考慮する場合、通常、総沈下と不同沈下が考慮されます。不同沈下とは、基礎の一部が他の部分よりも大きく沈下することです。これにより、基礎が支えている構造に問題が発生する可能性があります。膨張性粘土質土も問題を引き起こす可能性があります。

• 基礎工事
• 構造沈下
• 基礎の干渉

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• 不適切な施工により基礎が変形する可能性のある一般的な例。