杭打ち

打ち込み杭を用いる基礎では、 1本の杭が支えきれない荷重を分散させるために、杭頭キャップ（杭頭が埋め込まれる大きなコンクリートブロック）で連結された杭群がよく用いられます。杭頭キャップと単独の杭は、通常、基礎部材を連結するために地中梁で接続されます。軽量の構造部材は地中梁に荷重がかかり、重量のある構造部材は杭頭キャップに直接荷重がかかります。

杭基礎システムは、建物の荷重を軟弱または不安定な地盤を通して、より強く安定した地盤や岩盤層に伝達するために使用される深層基礎ソリューションです。杭と呼ばれる長い柱状の部材を地中に打ち込んだり、掘削したりして、上部の構造物を支えます。軟弱、圧縮性、または変動性のある地盤の敷地に理想的な杭基礎は、強度、安定性、沈下量の低減をもたらし、多くの現代の建設プロジェクトに不可欠なものとなっています。^{[ 1 ]}

モノパイル基礎は、一般的に直径の大きい単一の基礎構造部材を用いて、地上に設置される大型構造物のすべての荷重（重量、風荷重など）を支える工法である。

近年、浅海域の海底に固定式洋上風力発電所を経済的に建設するために、多数のモノパイル基礎^{[ 2 ]}が利用されている。^{[ 3 ]} 例えば、デンマーク西方の北海にあるホーンズ・レヴ風力発電所では、直径4メートルの大型モノパイル80本が海底25メートルまで沈められている^{[ 4 ]。}一方、イングランド沖のリン・アンド・インナー・ダウジング風力発電所は2008年に稼働を開始し、100基以上のタービンがそれぞれ直径4.7メートルのモノパイル基礎の上に設置され、水深は最大18メートルである。^{[ 5 ]}

 砂地における風力タービン海底モノパイル基礎の一般的な建設プロセスには、直径約4m、壁厚約50mmの大きな中空鋼杭を、杭周辺の浸食を最小限に抑えるために0.5mの大きな石と砂利の層 を貫通して、海底に約25m打ち込むことが含まれます。打ち込まれた杭には、移行ピース（ボート着陸装置、陰極防食 、海底ケーブル用ケーブルダクト、タービンタワーフランジなどの事前設置機能付き）が取り付けられ、杭の中心部から砂と水が除去され、コンクリートに置き換えられます。さらに、より長期的な浸食防止のために、直径最大0.5mのさらに大きな石の層が海底表面に敷かれます。^{[ 3 ]} 

アンダーリーミング杭は、機械的に形成された 直径最大6mにも及ぶ拡大された底部を持つ。その形状は逆円錐形であり、安定した地盤または岩盤でのみ形成可能である。底部の直径が大きいため、直線杭よりも高い支持力を発揮できる。

これらの杭は、季節的な水分変動を受けやすい膨張性土壌や、緩い地層や軟弱地層に適しています。また、経済的に有利な場合は、通常の地盤条件でも使用されます。 ^{[ 6 ]}

リーミング杭基礎は、以下の土壌に使用されます。

• 黒綿土。このタイプの土壌は、水に触れると膨張し、水が抜けると収縮します。そのため、このような粘土の上に建設された建物にはひび割れが生じます。この欠陥を解消するために、基礎にはアンダーリーミング杭が使用されます。
• 支持力が低い 古い土壌（埋め立て土）
• 地下水位が高い場合、砂質の土壌となる。
• 揚力は基礎の底部に発生する。

オーガキャスト杭（連続フライトオーガ杭（CFA杭）とも呼ばれる）は、中空の連続フライトオーガを用いて、地中を必要な深さまたは抵抗まで掘削することによって形成されます。ケーシングは不要です。次に、セメントグラウト混合物をオーガのステムに圧送します。セメントグラウトを圧送しながら、オーガをゆっくりと引き抜き、フライトに沿って土砂を上方に運びます。流動性のあるセメントグラウトのシャフトが地表面まで形成されます。鉄筋を設置することも可能です。近年の技術革新と厳格な品質管理により、必要に応じて杭の全長にわたって鉄筋かごを設置できるようになりました。

オーガキャスト杭は地盤への影響が最小限であるため、騒音や環境に配慮が必要な場所でよく使用されます。ただし、廃棄物処理費用が高額になるため、汚染土壌での使用には一般的に適していません。このような場合、置換杭（オリヴィエ杭など）を使用することで、オーガキャスト杭と同等のコスト効率と環境への影響の最小化を実現できます。障害物や玉石、巨石を含む地盤では、設計杭先端高さより上で抵抗が生じる可能性があるため、オーガキャスト杭はあまり適していません。

小型のセクショナルフライトオーガー杭打ち機は、杭基礎にも使用できます。これらは、連続フライトオーガー杭打ち機と同じタイプの杭を打ち込みますが、より小型で軽量な機器を使用します。この杭打ち方法は、迅速で費用対効果が高く、ほとんどの地盤タイプに適しています。^{[ 6 ] [ 7 ]}

掘削杭基礎では、杭は地中梁で接続され、その上に構造物が載ります。場合によっては、杭に直接大きな柱荷重がかかることもあります。住宅建築では、杭が地盤面より上に延長され、杭に支えられた木製の梁が構造物を支えるために使用されます。このタイプの基礎では、建物の下に床下空間ができ、建設中や改築中に配線やダクトを敷設することができます。^{[ 8 ]}

ジェットパイル工法では、高圧水を使用して杭を設置します。^{[ 9 ]}高圧水は高圧ジェット流で土壌を切断し、杭の設置を可能にします。^{[ 10 ]}ジェットパイル工法の利点の1つは、水ジェットが杭を潤滑し、地盤を軟化させることです。^{[ 11 ]}この方法はノルウェーで使用されています。^{[ 12 ]}

マイクロパイルは、一般的に直径 300 mm 未満の小径の要素で、ドリルで穴を開けてグラウトを注入して設置します。通常、要素の側面に沿った摩擦力によって支持力を得ますが、硬岩では先端支持力も得られます。マイクロパイルは通常、断面の 40% 以上を占める鋼材で強力に補強されています。直接的な構造支持材として、または地盤補強材として使用できます。比較的高価で、これらの要素を設置するために使用される機器の種類から、アクセス制限や非常に困難な地盤条件 (玉石や巨石、建設廃棄物、カルスト、環境感受性) が存在する場合、または既存の構造物を改修する場合によく使用されます。困難な地盤では、新しい建設の基礎要素として使用されることもあります。典型的な用途には、アンダーピニング、橋梁、送電塔、斜面安定化プロジェクトなどがあります。^{[ 7 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

杭打ちに三脚式工法を用いる方法は、杭打ち工法の中でも比較的伝統的な方法の一つです。一般的に他の杭打ち工法に比べて単価は高くなりますが、今日まで広く用いられ続けている理由となる多くの利点があります。三脚式工法は現場への搬入が容易で費用も抑えられるため、少数の杭を打設する工事に最適です。

シートパイル工法は、薄い鋼板を互いに連結させて地中に連続した遮水壁を形成する、打ち込み杭工法の一種です。シートパイルの主な用途は、恒久的な工事を進めるために設置される擁壁や仮締切工です。通常、シートパイルの設置には、振動ハンマー、T型クレーン、クロール式掘削機などが用いられます。

兵士杭（キング杭、ベルリンの壁とも呼ばれる）は、約2～3メートル間隔で配置されたH形鋼 で構成され、掘削前に打ち込みまたはドリルで穴を開けて設置されます。掘削が進むにつれて、H形鋼のフランジの後ろに水平方向の木製板（ラギング）が挿入されます。

水平方向の土圧は、土留め板に比べて剛性が高い兵士杭に集中します。土砂の流出を防ぐため、掘削後すぐに土留め板を設置することで、土の移動や沈下を最小限に抑えます。土留め板は、兵士杭の間隔や土壌の種類に応じて、木材、プレキャストコンクリート、吹付けコンクリート、鋼板などで構成できます。

兵士杭工法は、適切に構築された壁によって地盤沈下が発生しないような条件下、例えば過圧密粘土、ある程度の粘着力を持つ地下水位より上の土壌、そして砂のように効果的に排水できる自由排水性土壌などにおいて最も適しています。

不適切な土壌としては、軟弱粘土や、緩い砂のように大きな動きを許容する流動性の低い土壌などが挙げられます。また、壁を掘削底より先に延長することは不可能であり、排水作業が必要となる場合も少なくありません。

スクリューパイル（らせん杭、スクリュー基礎とも呼ばれる）は、19世紀半ばからスクリューパイル式灯台の基礎として使用されてきました。スクリューパイルは、らせん状のフィンが付いた亜鉛メッキ鉄管で、機械によって必要な深さまで地面に打ち込まれます。スクリューは荷重を土壌に分散させる役割を果たし、そのサイズは荷重に応じて決定されます。

水中では、浮体式プラットフォームを固定するために吸引式杭が使用されます。管状の杭を海底に打ち込み（または、より一般的には軟弱な海底に数メートル沈め）、その後、ポンプで管の上部から水を吸い出すことで、杭をさらに深く沈めます。

杭の比率（直径と高さの比）は土壌の種類によって異なります。砂は貫入しにくいものの保持力が高いため、高さは直径の半分程度に抑えることができます。粘土や泥は貫入しやすいものの保持力が低いため、高さは直径の8倍にもなることがあります。砂利は通気性が悪いため、設置中に水が地中を流れ、パイピング現象（土壌中の弱い部分から水が噴出する現象）が発生します。そのため、砂利の海底では吸引杭を使用することはできません。

地盤が常に凍結している高緯度地域では、凍結防止杭が主要な構造基礎工法として用いられる。

アドフリーズ杭は、周囲の凍結した地面と杭の表面との結合によって強度を得ている。

アドフリーズ杭基礎は、永久凍土が融解するような状況下では特に脆弱です。建物の建設が不適切だと、地盤が融解し、基礎システムが破損する可能性があります。

振動式砕石柱工法は、排水性や支持力の低い土壌に粗骨材の柱を配置することで土壌を改良する地盤改良技術である。

海洋構造物特有の杭である病院杭（仮設杭とも呼ばれる）は、改修工事中に海洋構造物の部材を一時的に支えるために設置されます。例えば、河川ポンツーンを撤去する際には、ポンツーンの先端部を病院杭に取り付けて支えます。これらは通常の杭と同じ構造で、通常はチェーンやフックで固定します。

セカントパイル壁は、交互に設置された「雌杭」（1）の間に、後続の「雄杭」（2）を設置するための空間が確保されるように構築されます。「雄杭」の設置には、「雌杭」の穴のコンクリートを貫通する穴を開け、その間に「雄杭」をはめ込む作業が含まれます。鉄筋かごが設置されるのは雄杭ですが、場合によっては雌杭にも鉄筋が挿入されます。

連続杭壁は、設計要件に応じて、真の硬質/硬質、硬質/中間（堅固）、または硬質/軟質のいずれかになります。硬質とは構造用コンクリートを指し、堅固または軟質は通常、ベントナイトを含む強度の低いグラウト混合物です。すべてのタイプの壁は、自立式の片持ち梁として構築することも、スペースと下部構造の設計が許せば支保工で支えることもできます。境界壁協定で許可されている場合は、地盤アンカーをタイバックとして使用できます。

スラリーウォールとは、地下にベントナイトと水を混合して構築する遮水壁で、地下水の流れを防ぐためのものです。周囲の土壌の水圧によって崩壊するはずの溝も、スラリーが水圧を均衡させるため崩壊しません。

その名の通り、木杭は木材でできている。

歴史的に見て、木材は多くの地域で豊富に入手できる資源でした。今日でも、木杭はコンクリート杭や鋼杭よりも安価です。ただし、他の種類の杭（鋼杭やコンクリート杭）と比較すると、また木材の種類や産地によっては、木杭はより重い荷重には適さない場合があります。

木杭に関する主な考慮事項は、地下水位より上では腐朽から保護する必要があるということです。木材は地下水位より下では長期間持ちます。木材が腐朽するには、水と酸素の2つの要素が必要です。地下水位より下では、水は豊富にあるものの溶存酸素が不足しています。そのため、木材は地下水位より下では長期間持ちます。例えば、ヴェネツィアでは、建設当初から木杭が使われており、最も古い杭のほとんどが今でも使用されています。1648年に建設されたアムステルダム王宮は、地下水位より下にあったため、現在も残っている13,659本の木杭の上に建てられました。地下水位より上で使用する木材は、加圧処理（アルカリ銅四級アンモニウム塩（ACQ）、クロム酸銅ヒ素塩（CCA）、クレオソートなど）を用いた様々な木材保存処理によって、腐朽や虫害から保護することができます。

木杭の接合は今でもよく行われており、杭打ち材の中で最も簡単に接合できる方法です。通常の接合方法は、まず先導杭を打ち込み、その先端に鋼管（通常 長さ60～100cm、内径は杭先端の最小直径以上）を半分の長さだけ打ち込むというものです。次に、後続杭を鋼管のもう一方の端に差し込み、打ち込みを続けます。鋼管は、打ち込み中に2本の杭が互いに追従するようにするためのものです。引き抜き耐力が必要な場合は、接合部にボルト、コーチスクリュー、スパイクなどを用いて必要な耐力を確保することができます。

杭打ちには鋳鉄が使用されることがある。これらは延性を持つ場合がある。

鋼管杭は、鋼材を打ち込む杭基礎の一種であり、傾斜杭（傾斜杭）に適した工法である。

管杭は、開口端または閉鎖端のどちらでも打ち込むことができます。開口端で打ち込む場合、土砂は管底部から内部に入り込みます。管底部を空にする必要がある場合は、打ち込み後に水流やオーガーを使用して内部の土砂を取り除くことができます。閉鎖端の管杭は、杭底部を鋼板または鋳鋼製のシューで覆うことで構築されます。

場合によっては、パイプ杭にコンクリートを充填して、曲げモーメント耐力や耐腐食性を向上させることがあります。英国では、コスト削減のため、一般的にはコンクリート充填は行われません。このような場合、鋼材を犠牲厚さにしたり、より高グレードの鋼材を使用したりすることで、腐食防止対策が講じられます。コンクリート充填パイプ杭が腐食した場合、コンクリートのおかげで杭の耐荷重能力の大部分は維持されますが、空のパイプ杭では耐荷重能力は失われます。パイプ杭の構造耐力は、主に鋼材の強度とコンクリートの強度（充填されている場合）に基づいて計算されます。腐食に対する許容値は、現場の状況や地域の建築基準に応じて考慮されます。鋼管杭は、杭打ち業界向けに特別に製造された新しい鋼材、または石油・ガス探査などの他の用途で以前に使用された再生鋼管ケーシングのいずれかです。

H形鋼杭は、深層基礎工事において地中に打ち込まれる構造用梁です。溶接や機械式接合継手によって容易に切断または接合できます。pH値の低い土壌に杭を打ち込むと腐食のリスクがあるため、コールタールエポキシ樹脂や陰極防食処理を施すことで腐食の進行を遅らせたり、完全に防ぐことができます。鋼杭の断面積を大きめに設計することで、ある程度の腐食を許容することが一般的です。このようにして、腐食の進行を最大50年間遅らせることができます。

コンクリート杭は、必要な引張強度を得るため、取り扱いや打ち込みに耐えるため、そして十分な曲げ抵抗力を提供するために、一般的に鋼鉄製の補強材とプレストレス鋼材を用いて作られる。

長い杭は取り扱いや運搬が難しい場合があります。杭継手を使用すれば、2本以上の短い杭をつなぎ合わせて1本の長い杭を作ることができます。杭継手は、プレキャストコンクリート杭とプレストレストコンクリート杭の両方に使用できます。

「複合杭」とは、鋼材とコンクリート材を端と端を固定して一体化した杭のことです。パイプとH形鋼、鋼材とコンクリートなど、異なる材質や形状の材料を組み合わせたものです。

杭を地面に打ち込むために使用される建設機械：^{[ 16 ]}

• 杭打ち機は、杭を設計された位置に打ち込むための装置です。
• ディーゼル式杭打ち機は、杭を地面に打ち込むための装置である。
• 油圧ハンマーは、油圧ショベル、油圧式機械（固定式岩石破砕機、ローダー、マニピュレーター、杭打ちハンマー）の取り外し可能な作業装置であり、高圧流体によって分散された落下部品の衝撃によって、岩石、土壌、金属などの硬い材料を処理したり、杭を打ち込んだりするために使用されます。
• 振動式杭打ち機は、砂質土壌や粘土質土壌に杭を打ち込むための機械です。
• 圧入式杭打ち機は、静的な力の伝達によって杭を地面に打ち込む機械である。^{[ 17 ]}
• 万能ドリルマシン。

代替杭の建設に使用される建設機械：^{[ 16 ]}

• 分割式フライトオーガーまたは連続式フライトオーガー
• 逆循環掘削
• リングビット同心穴あけ